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1、目录第1章摘要 4第2根本原理 4第3章参数设计与运算 53.1 结构设计 53.2 电容设计与计算 7第4章误差分析9第5章结论9第6章心得体会9参考文献 10第一章摘要在这个信息化高速开展的时代，传感器作为一种最经典的微控制器，传 感器技术已经普与到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比拟 成熟的技术，作为仪表专业的学生，我们学习了传感器，就应该把它熟练应 用到生活之中来。本文将介绍一种基于传感器控制的布料厚度测量装置。电 容传感器是电子技术中的三大类无源元件电阻，电容，电感之一，利用 电容器的原理，将非电量转化为电容量，进而实现非电量到电量的转换。本 次课程设计主要讲解电容式传感
2、器的使用中的一局部，通过变介电常数式电 容传感器实现对布料厚度的测量。布料厚度测量是基于变介电常数电容传感 器的一种精细测量，它可以实现简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析 可以知道所测布料的厚度。电容式传感器不但广泛应用于位移、振动、角度、 加速度等机械量的精细测量而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料 面、成分含量等方面的测量。根据rS可以把电容传感器分为极距变化型电容传感器、 面积变化型电容传感器、 介质变化型电容传感器。根据实际不同的需求，可以利用不同的电路来实现 所需要的功能。介质变化型电容传感器可进展非接触测量。布料厚度测量是 基于变介电常数电容传感器的一种精细测量，它可以实
3、现简单的厚度测量， 根据电容电路的特性分析可以知道所测布料的厚度。第二章根本原理传感器是将能够感受到的与规定的被测量按照一定的规律转换成可用输 出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传 感器中能直接感受或响应被测量 输入量的局部；转换元件是指传感器中能 将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量的电信号的局部。 电容传感器是将被测非电量的变化转换成电容量变化的一种传感器。实际上， 它本身或和被测物就是一个具有可变参数的电容器。在大多数场合，电容 器由两平行极板以与中间的电介质组成，当不考虑边缘效应时，其电容量为C = 6d式中，C:两极板间的电容F;0:真
4、空介电常数，为8.854 X 10-12 F/m，空气的介电常数与真空近似;r :极板之间介质的相对介电常数; s:极板的有效面积m2;d:两极板间距公式为：oSa-d式中:S 测量电容的极板面积；a 测量电容的极板间距离；d 插入电容的测量棉布的厚度；-12 -10真空介电常数，0 10 Fm ；r棉布的相对介电常数；布料厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精细测量， 它可以实现 简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析可以知道所测布料的厚度。布料厚 度改变如此d变换，随之电容变化，电压变化。本次课设宗旨就是找到d变化与 电压变化之间的关系。然后我们最后会用图表的形式将这种关系表现出来，第
5、3章参数设计与运算3.1 结构设计所需元件清单：1信号发生器1V交流电源，频率100HZ2丨仪用放大器OPAM一个33.5PF电容一个5 丨数字万用表一个0-10V6 丨开关一个7 丨布料：棉布含化纤表2.1-1各种布料介电常数测试数据表样品烘干18Q C7621 C78j20. 5 C83澧湿晾干布料尉a棉布（含化纤）1 892. 512.753.073 940.信号发生器：信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信 号，常用作测试的信号源或激励源的设备。利用信号发生器可以后的测量电路所需要的100HZ 1V的电压。运算放大器：可以对电信号进展运算，一般具有高增益、高输入阻抗和 低输
6、出阻抗的放大器。利用放大器可以对电信号进展放大电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，通过电容传感元件,将被测物理量的变化转换为物理量的变化。因此电容式传感器的根本工作原 理可以用图1-1所示的平板电容器来说明。当忽略边缘效应时，平板电容器 的电容为电极板平板电容器1-1式中：S极板面积；极板间距离；o 真空介电常数，o 10-12Fm-1 ；r相对介电常数； 电容极板间介质的介电常数。当极板面积S、极板间间距 保持不变，而插入相对介电常数为r的介质, 此时构成的电容传感器为变介电常数电容传感器，保持介电常数不变而改变 介质的厚度，如如下图所示。C 一oS 1-2a-d gr式中:S 测
7、量电容的极板面积；a测量电容的极板间距离；d 插入电容的测量纸X的厚度；o 真空介电常数，o 10-12Fm-1 ；纸X的相对介电常数;3.2 电容设计与计算自制电容参数：2极板面积9cm，极板间距近似a=8.85mm网上查询资料得棉布的相对介电常数r=2.75，棉布厚度d=02mmd=0 时:当布料厚度改变C2的阻值来得到电压的变化，_oS anUEC2C1 E r T a 0 (-1)drC1” II 右I wJk -当布料厚度d=0.05时:EbPAMFT.BASICC2 -II 肝PF :oSa-d UC1 EC20SC1 E ar1)d7?s1 Vrrrs j J1CO H2 tr.
8、:4MP 3T PASICC2TIci运用同样的算法可得到其余36组数据，所得数据如下表:市料Ji岌ace1110.15120-西0.30.3&0.40. 4&0. E巨吝擔窗)0.9OS3C. C6E0. 909宮n. 41310,9(1650.知舵0. 92320 52670. 93010T 9(336输岀电玉也i.ee1JE541. 643L 2i,e361.63L62iL6181.6L21,606OlES0.60. &50.70. 7S0,80. 9S0,90. 951电昏虫:i .-：sri0. 944L0.44770.9513L 2Ol 95850 96330. 4BSa湖?1.
9、E，l.E$41. BS2L 5S21.S761的1.迪1.5521,5461.061.11.15L. 21.251.31.35L 4L貯1.5屯容追kF)0.9735a S7F30. 951Loisas0*98890. $9281.0001. 00481. DOSStfi ；电玉 y)1.S41.5341.5261. SJ21. E16l.bl1. E041.481.4921.486神惑；mn)1.氐1.S:用L.T1.751.3i.as1.952电容谊：D门1.0123L0171.0212L0Z531.0296L. 03381.03811.0424L04681 06L2输岀电压2L.1S1
10、.474l a&8L 1521.456.451.1411.43S.4321.426将数据统计后得到如下d变化与u的关系:根据上面的表3-1 :,我们用Matlab绘制了厚度d与电压u的关系图线 如下：图3-8厚度d与电压u的仿真图由表3-1与图3-8可知布料厚度d与输出电压u呈线性关系由公式1.3-2和2.2-3丨得：d 圧 U (rCo Er - 13.2-1即：-2）知厚度d与输出电压d 13.907 - 8.3443Uu的理论值也为线性关系3.2-2第四章误差分析误差分析：由于没有进展实际电路操作，故没有方法进展误差分析 不过下面我们可以采用这些来消除误差：1、消除和减少边缘效应设计带保
11、护环的电容传感器；2 、提高设计结构的绝缘性能；3 、消除和减少寄生电容的影响 增加传感器的原始电容值； 集成化； 运算放大器法； 采用“驱动电缆技术。第五章结论课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，经过两周的课程设 计，锻炼了我运用课本根底理论根底与解决实际问题相结合的能力，锻炼了我的动手操作能力，使我对课本的根底知识有了更深一步的了解，也使我熟悉了visio软件和multisim软件的使用，使我以后可以利用此软件模拟课本自己不 懂的电路，为以后的学习打下了根底。第六章心得体会这次课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，经过一周的课 程设计，它不仅是巩固了之前所学的知识，加深了对学过的知识的印象，锻 炼了我运用课本根底理论根底与解决实际问题相结合的能力，锻炼了我的动 手操作能力，使我对课本的根底知识有了更深一步的了解，也使我熟悉了 Multisim 软件和visio软件的使用，使我以后可以利用此软件模拟课本自己 不懂的电路，为以后的学习打下了根底。在完成课程设计过程中，每一处都 凝聚了教师和同学对我的帮助，所有成果都是大家共同努力的成果。总之这 次课程设计让我的收获很大！参考文献1. 吕泉现代传感器原理与应用清华大学20062. 赵燕传感器原理与应用大学3. 吕俊芳 传感器接口与检测仪器电路国防工业2009
