感測實驗報告

1、 實驗五 電容式傳感器的位移特性實驗一、實驗?zāi)康恼莆针娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點。二、基本原理利用平板電容和其它結(jié)構(gòu)的關(guān)系式通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測量電路可以選擇、S、d中三個參數(shù)中，保持兩個參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，則可以有測谷物干燥度（變）測微小位移（變d）和測量液位（變S）等多種電容傳感器。變面積型電容傳感器中，平板結(jié)構(gòu)對極距特別敏感，測量精度受到影響，而圓柱形結(jié)構(gòu)受極板徑向變化的影響很小，且理論上具有很好的線性關(guān)系，（但實際由于邊緣效應(yīng)的影響，會引起極板間的電場分布不均，導致非線性問題仍然存在，且靈敏度下降，但比變極距型好得多。）成為實際中最常用的結(jié)構(gòu)，其中線位移單組式的電容量C在忽略邊緣

2、效應(yīng)時為：式中，為外圓筒與內(nèi)圓柱覆蓋部分的長度； 分別為外圓筒內(nèi)半徑和內(nèi)圓柱外半徑。當兩圓筒相對移動時，電容變化量為于是，可得其靜態(tài)靈敏度為：可見靈敏度與有關(guān)，越接近，靈敏度越高，雖然內(nèi)外極筒原始覆蓋長度與靈敏度無關(guān)，但不可太小，否則邊緣效應(yīng)將影響到傳感器的線性。本實驗為變面積式電容傳感器，采用差動式圓柱形結(jié)構(gòu)，可以減小非線性誤差和增加傳感器的靈敏度。 電容傳感器位移實驗電路如圖5-1所示，555時基集成電路組成方波信號產(chǎn)生電路，CX1、CX2是電容傳感器的兩個差動電容，四臂二極管橋路實現(xiàn)把兩個差動電容器電容量的變化轉(zhuǎn)換成電壓變化，經(jīng)過RW調(diào)節(jié)和放大后輸出。三、需用器件與單元電容傳感器、電容傳

3、感器實驗?zāi)０?、測微頭、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。四、實驗步驟及注意事項1、將電容式傳感器裝于電容傳感器實驗?zāi)０迳希瑢鞲衅饕€插頭用標記電容的專用電纜插入實驗?zāi)０宓牟遄校?5V地與放大器的地線相連，如圖5-1。圖5-1電容傳感器位移實驗接線圖2、將電容傳感器實驗?zāi)０宓妮敵龆薞o1與數(shù)顯單元Vi相接（插入主控箱Vi孔）Rw調(diào)節(jié)到中間位置。3、接入15V電源，旋動測微頭改變電容傳感器動極板的位置，初始位置為內(nèi)園筒在中間位置，這時輸出電壓最小，時線性較好。每隔0.2mm記下位移X與輸出電壓值，填入表5-1。測微頭刻度變化1代表位移10m。4、注意事項：（1）傳感器要輕拿輕放，絕不可掉到地上。（2）做實

4、驗時，不要接觸傳感器，否則將會使線性變差。表51 電容傳感器位移與輸出電壓值記錄表（數(shù)字電壓表選20V量程，下表數(shù)據(jù)已換算）X(mm)0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0U(v)0.040.060.080.100.120.150.170.200.220.24五、數(shù)據(jù)處理1、根據(jù)表51數(shù)據(jù)，畫出傳感器的擬合曲線，如下圖所示2、 根據(jù)擬合直線，計算靈敏度S=（240-40）mv/（2.0-0.2）mm=111.11 （mv/mm）3、 計算非線性誤差將圖放大后易知，非線性誤差應(yīng)用（1，0.12）這個點求。=0.0275=2.75%六、思考題 電容式傳感器可分成哪三種類型，實

5、驗中使用的電容傳感器是哪一類？答：根據(jù)公式知道，影響C的因素有三個，由此將電容分為三種，即變介電常數(shù)型、變面積型、變極距型，實驗中用到的是變極距型電容式傳感器。實驗六 直流激勵時霍爾傳感器位移特性實驗1、 實驗?zāi)康恼莆栈魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。二、基本原理金屬或半導體薄片置于磁場中，當有電流流過時，在垂直于磁場和電流的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。具有這種效應(yīng)的元件成為霍爾元件，根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢，當保持霍爾元件的控制電流恒定，而使霍爾元件在一個均勻梯度的磁場中沿水平方向移動，則輸出的霍爾電動勢為，式中k為位移傳感器的靈敏度。這樣它就可以用來測量位移?；魻栯妱觿莸臉O性表示磁場

6、的方向。磁場梯度越大，靈敏度越高；磁場梯度越均勻，輸出線性度就越好。三、需用器件與單元霍爾傳感器實驗?zāi)０?、霍爾傳感器?5V直流電源、測微頭、數(shù)顯單元。四、實驗步驟及注意事項1、將霍爾傳感器安裝在霍爾傳感器實驗?zāi)K上，將傳感器引線插頭用標記霍爾的專用電纜插入實驗?zāi)０宓牟遄校?5V地與放大器的地線相連，實驗板的連接線按圖6-1進行。2、開啟電源，將RW1大約旋到中間位置，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾片大致在磁鐵中間位置，這時磁場最弱，產(chǎn)生霍爾電勢最小，使數(shù)字電壓表指示為零。圖6-1 直流激勵時霍爾傳感器位移實驗接線圖3、測微頭往軸向方向推進，每轉(zhuǎn)動0.2mm記下一個讀數(shù)，將讀數(shù)填入表6-1。測微頭刻度變化

7、1代表位移10m。4、注意事項：（1）對傳感器要輕拿輕放，絕不可掉到地上。（2）不要將霍爾傳感器的激勵電壓錯接成15V，否則將可能燒毀霍爾元件。表61霍爾傳感器位移與輸出電壓值記錄表X(mm)0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0U(V)0.130.280.400.520.640.720.780.810.840.86五、實驗數(shù)據(jù)處理1、根據(jù)表61數(shù)據(jù)，畫出傳感器的擬合曲線，如下圖所示2、根據(jù)擬合直線，計算靈敏度S=（860-130）mv/（2.0-0.2）mm=405.6 （mv/mm）3、計算非線性誤差非線性誤差的計算用（2,0.86）進行計算得：=0.1203=12.03%所以，非線性誤差為12.03%。六、思考題