电容式传感器的位移实验_3.doc

中国地质大学（北京） 实验报告专用纸 实验名称： 学号：1002123229 姓名：王秀禹 同组人员： 实验一 电容式传感器的位移实验 实验目的：学会电容式传感器地初步使用，了解电容式传感器结构及其特点，对该传感器有一感性认识。 二、基本原理： 利用电容C＝εA／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）、测微小位移（d变）和测量液位（A变）等多种电容传感器。变面积型电容传感器中，平板结构对极距特别敏感，测量精度受到影响，而圆柱形结构受极板径向变化的影响很小，且理论上具有很好的线性关系，（但实际由于边缘效应的影响，会引起极板间的电场分布不均，导致非线性的问题依然存在，且灵敏度下降，但比变极距性好得多。）成为实际中常用的结构。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。其中线位移单组式的电容量C在忽略边缘效应时为： 式中：X——外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度； R、 r——外圆筒内半径和内圆柱外半径； 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 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。 于是，可得其静态灵敏度为： 可见灵敏度与有关，与越接近，灵敏度越高，虽然内外机筒原始覆盖长度X与灵敏度无关，但X不可太小，否则边缘效应将影响到传感器的线性。 三、需用器件与单元 主机箱、电容传感器、电容传感器实验模板、测微头。 四、实验步骤： 1、测微头的使用和安装参阅实验九。按图1将电容传感器装于电容传感器实验模板上并按图示意接线(实验模板的输出ＶＯ１接主机箱电压表的Ｖｉｎ)。 2、将实验模板上的Rw调节到中间位置(方法：逆时针转到底再顺时传３圈)。 3、将主机箱上的电压表量程(显示选择)开关打到２ｖ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０ｖ ，再转动测微头(同一个方向)5圈，记录此时的测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Ｘ—Ｖ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、 根据表1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δ。实验完毕，关闭电源。 图1 电容传感器位移实验安装、接线图 表1电容传感器位移与输出电压值 X(mm) 10.0 10.2 10.4 10.6 10.8 11.0 11.2 11.4 V(mv) 0.083 0.057 0.026 -0.005 -0.032 -0.064 -0.095 -0.130 X(mm) 11.6 11.8 12.0 12.2 12.0 11.8 11.6 11.4 V(mv) -0.166 -0.190 -0.228 -0.254 -0.237 -0.209 -0.184 -0.137 X(mm) 11.2 11.0 10.8 10.6 10.4 10.2 10.0 V(mv) -0.166 -0.190 -0.038 -0.000 0.026 0.058 0.093 五、实验注意事项 1、传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 2、做实验时，不要接触传感器，否则将会使线性变差。 六、实验记录与处理 如表一所示 表1电容传感器位移与输出电压值 X(mm) 10.0 10.2 10.4 10.6 10.8 11.0 11.2 11.4 V(mv) 0.083 0.057 0.026 -0.005 -0.032 -0.064 -0.095 -0.130 X(mm) 11.6 11.8 12.0 12.2 12.0 11.8 11.6 11.4 V(mv) -0.166 -0.190 -0.228 -0.254 -0.237 -0.209 -0.184 -0.137 X(mm) 11.2 11.0 10.8 10.6 10.4 10.2 10.0 V(mv) -0.166 -0.190 -0.038 -0.000 0.026 0.058 0.093 采用前10个数据，下面将利用最小二乘法拟合更加符合实验数据处理的V-X曲线。 在这里，直接利用最小二乘法的结论：V=a+bX，其中： 计算a、b，可得； 即得V-X拟合曲线：V=-121.01X+141.79 误差分析： 把X的值分别代入式V=-121