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1、传感器与检测技术课程设计题目：电容式传感器测位移专业：测控技术与仪器班级：12121202学号：201220120214一.电容式传感器1. 1电容式传感器工作原理21.2电容式传感器的结构类型31.3电容式传感器的优缺点4二电容式传感器测位移特性2. 1设计原理图52.2流程图52.3测试方法5三数据及分析6四课程设计心得7一电容式传感器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。电容式传感器是以各种类型的电容器为传感元件，将被测物 理量装换成电容量的变化来实现测量的。电容式传感器的输出是 电容的变化量，利用
2、电容c= A/d关系通过相应的结构和测量电 路可以选择,A,d中三个参数中，保持两个参数不变，而只改变 其中一个参数，则可以有测干燥度（变），测位移（d变）和测 液位（A变）等多种电容式传感器。本实验采用传感器为两组静态级片和一组动级片组成两个平 板式变面积差动结构（两个平板是变面积电容变化量只 C=AC1- AC2）的电容位移传感器（具体平板式变面积电容式传感器原理 参阅教课书），差动时一般优于单组（单边）式的传感器。它的 灵敏度高，线性范围宽，稳定性高。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C=8/d =6式中，C :电容（微微法）；：极板间介质的介电常数，空气的E = 1;
3、%:两个极板相互覆盖的面积（cm2）；d:两个极板间的距离（cm2）:6：相对介电常数:6：真空介电常数;6=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。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如下3种类型： 可以改变两极板间的距离d ； 可以移动极板，以改变极板间相覆盖的面积S ； 可以改变极板间的介质，以便介电常数E发生变化。这3类
4、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10_5C）,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
5、。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o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。
6、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。二.电容式传感器测位移特性2.1电容变换器原理2.2.电容式位移传感器设计原理方块图:机械位移一*电容传感器电容变换器 T 放大器2. 3测试方法1、将电容传感器装于电容传感器实验模板上并按示意接线（实验模板 的输出Vol接主机箱电压表的V i n）o2、将模板上的Rw调节到中间位置（逆时针转到底再顺时传3圈）。3、将主机箱上的电压表量程开关打到2 v档，合上主机箱电源开关, 旋转测微头改变电容传感器的动极板位置使电压表显示0 v ,再转 动测微头（同一个方向）5圈，记录此时的测
7、微头读数和电压表显示值 为实验起点值。以后，反方向每转动测微头1圈即X=0.5mm位 移读取电压表读数（这样转10圈读取相应的电压表读数），将数据填 入表1并作出XV实验曲线（这样单行程位移方向做实验可以消除 测微头的回差）。4、根据数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差6。数据分析：三数据及分析:X7.58.0&59.09.510.010.511.011.512.012.5V0.50.590.680.770.860.951.041.121.221.301.40X：（毫米）V：（伏）利用最小二乘法拟合直线：Y=0.18X-0.85,可以看出电压与位移成线性关系l.X=7.0 时，Y=0.
8、41,Y*=0.40,Y=0.012.X=9.0 时，Y=0.77,Y*=0.77,AY=03.X=10.0 时，Y=0.95,Y*=0.96,Y=0.014.X=12.5 时，Y=1.40,Y*=1.42,AY=0.025.X=13.0 时，Y=1.51,Y*=1.50,Y=0.01A1=|AY/Ym|=|-0.01/1.4|=0.714%A2=0A3=|AY/Ym|=0.714%A4=|AY/Ym|=1.428%A5=|AY/Ym|=0.714%Y：拟合直线计算值Y*：拟合直线实际值AY:误差 :仪表误差四.课程设计心得完成课题的选定后，随之而来的问题却远比我们想想的要困难的多。作为一 个
9、团队，分工就显得尤为重要，完成了初步的工作后，来到了实验室准备调试， 但第一次调试的结果就不是很理想，于是我们反复的分析和修改，还对电路模块 进行了修改，经过一次次的尝试之后我们把问题慢慢的解决了，然后我们就针对 这部分模块进行了深入思索和修改，才能完成这次的课程设计！在做本次课程设计的过程中。印象最深的当属查阅大量的设计资料了。为了 让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的。我们一切都要有 据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。最后，要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用传感器 的结构有一个系统的了解，知道该传感器内有哪些资源，要有一个清晰的思想和 一个完整的设计流程图；另外，这次课程设计让我感到了团队合作的重要性。在团队中，我们互帮互 助。还有要感谢指导老师在我们遇到困难时，给予我们的建议与鼓励。这周的课 程设计结束了，但是学到的知识让我受益匪浅。在做设计时，遇到了很多困难，然后盲目的去找资料，最后发现得到有价值 的东西却很少。所以在以后的学习过程中，不会的东西不要一味的去找答案，关 键是过程，一个理解，从不懂到学会的过程。
