电容式传感器的位移特性实验课程设计

电容式传感器

智能仪器课程设计报告书

组员：课程名称： 智能仪器

设计题目： 电容式传感器的位移特性实验

学院：

专业： 测控技术与仪器

班级：

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电容式传感器

摘 要

仪器仪表式获取信息的工具，式认识世界的手段。它是一个具体的系统或装置。它最基本的作用是延伸、扩展、补充或代替人的听觉、视觉、触觉等器官的功能。随着科学技术的不断发展，人类社会已经步入信息时代，对仪器仪表的依赖性更强，要求也更高。现代仪器仪表以数字化、自动化、智能化等共性技术为特征获得了快速发展。

关键词：智能仪器、微型计算机

电容式传感器

Abstract

Instrument information access tool, a means of understanding the world style. It is a specific system or device. It is the most basic role is to extend, expand, complement or replace human auditory, visual, tactile and other organ functions. With the continuous development of science and technology, mankind has entered the information age, more dependent on the instrument, demanding more. Modern instrumentation to digital, automatic and intelligent features such as access to common technologies for the rapid development.

Keywords: Intelligent instruments, micro-computer

电容式传感器

目 录

摘 要 .................................................................................................... I

ABSTRACT ................................................................................................. III

第1章 电容式传感器........................................................................... 1

1.1 电容式传感器工作原理 ............................................................ 1

1.2 电容式传感器的结构类型 ........................................................ 2

1.3 电容式传感器的优缺点 ............................................................ 2

第2章 电容式传感器的位移特性实验 ................................................. 4

2.1 实验目的 ......................................... 4

2.2 基本原理 ......................................... 4

2.3 需用器件与单元 ................................... 4

2.4 实验步骤 ......................................... 5

2.5 A/D转换....................................................................................6

课程设计小结 ........................................................................................... 7

参考文献 ................................................................................................... 8

电容式传感器

第1章 电容式传感器

1.1 电容式传感器的工作原理

两块极板之间的间隙变化，或是表面积变化，将使电容量改变，根据这一原理制成的传感器称为电容式传感器。

电容量和两个极板的间隙、表面积之间的关系可用下式表示：

εSbεrε0SbC==

式中，

C : 电容 （微微法）；

: 极板间介质的介电常数，空气的 = 1； Sb: 两个极板相互覆盖的面积 (cm²) ； d : 两个极板间的距离 (cm²) ； r: 相对介电常数 ；

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0: 真空介电常数 ； 0= 0.088542*10 F/cm 。

由式可见，在3个参数中，只要改变其中一个参数，即可使电容C发生变化。如果保持其中两个参数不变，就可把另一个参数的单一变化转换成电容量的变化，即可以把3个参数中的任意一个的变化转换成电容C的变化。这就是电容式传感器的基本工作原理。

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1.2 电容式传感器的结构类型

根据工作原理，在实际应用中，电容式传感器一般可分成如下3种类

型： ① 可以改变两极板间的距离d ； ② 可以移动极板，以改变极板间相覆盖的面积S ； ③ 可以改变极板间的介质，以便介电常数 发生变化。

这3类常见的电容式传感器的主要结构形式分为改变极板覆盖面、改变极板间距离和改变介质3组，每组又依运动件的平移（直线运动）或角位移（旋转）分类。对于1、2组，每类又依电容器的形状分成平面形或圆筒形。电容式传感器的组成可有单片单组、差接组和多片单组等组合方式。

1.3 电容式传感器的优缺点及一些特殊问题 优点

动作能量低（极板间静电吸引力约几个10C），动作响应快（固有频率高,载波频率高），本身发热影响小（用真空，空气或其他气体作绝缘介质时），灵敏度高，误差小，能在恶劣的环境下工作（如在高温，低温及强辐射等各种环境下）。因此，该传感器近几年来得到了较快的发展，逐渐广泛地应用在工业自动化仪表中。

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缺点

（1)其输出特性式非线性的。对于改变极板距离的电容传感器。电容量和

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极板间距离是非线性关系，虽然用差动式结构可以使其得到改善，但是由于存在泄漏电脑和不可避免的不一致性，也不可能完全消除特性的非线性。

（2）泄漏电容的影响，传感器的电容量及其变化一般小于电容量，泄漏电容量式由支持构建及连接电缆所引起。这些泄漏电容不仅降低了转换效率，还将引起误差。但是，利用电缆屏蔽层的点位跟踪与电缆相连接的可动极板的点位，或将信号处理的电子线路安装在非常靠近的地方，皆可消除泄漏电容的影响。

由于上述特点，目前电容式传感器通过改变d和s，在对位移（直线和转角），压力，振动等的检测方面获得一定的应用。例如，利用改变介电常数 的方法可以检测密闭容器中的液位，不到点松散物质的料位，非导电材料的厚度，非金属材料涂层等。

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第2章 电容式传感器的位移特性实验

2.1 实验目的

了解电容式传感器结构及其特点。

2.2 基本原理

利用电容C＝ε

A／d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路

可以选择ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（ε变）、测位移（d变）和测量液位（A变）等多种电容传感器。本实验采用的传感器为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器，如下图所示：它是有二个圆筒和一个圆柱组成的。设圆筒的半径为R；圆柱的半径为r；圆柱的长为x，则电容量为C=ε2 ｘ／ln(R／r)。图中C1、C2是差动连接，当图中的圆柱产生 X位移时，电容量的变化量为 C=C1－C2=ε2 2 X／ln(R／r)，式中ε2 、ln(R／r)为常数，说明 C与位移 X成正比，配上配套测量电路就能测量位移。

2.3 需用器件与单元

主机箱、电容传感器、电容传感器实验模板 …… 此处隐藏：4142字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……