电容传感器实验

第5章《电容传感器》在线练习

思考题与习题

1 ．单项选择题

1 ）在两片间隙为 1mm 的两块平行极板的间隙中插入，可测得最大的电容量。

A. 塑料薄膜

B. 干的纸

C. 湿的纸 D . 玻璃薄片

2 ）电子卡尺的分辨率可达 0.01mm ，行程可达 200mm ，它的内部所采用的电容传感器型式是。

A. 变极距式

B. 变面积式

C. 变介电常数式

3 ）在电容传感器中，若采用调频法测量转换电路，则电路中。

A. 电容和电感均为变量

B. 电容是变量，电感保持不变

C. 电容保持常数，电感为变量

D. 电容和电感均保持不变

4 ）利用图 5-14 所示的湿敏电容可以测量。

A. 空气的绝对湿度

B. 空气的相对湿度

C. 空气的温度

D. 纸张的含水量

5 ）电容式接近开关对的灵敏度最高。

A. 玻璃

B. 塑料

C. 纸

D. 鸡饲料

6 ）图 5-22 中，当储液罐中装满液体后，电容差压变送器中的膜片。

A. 向左弯曲

B. 向右弯曲

C. 保持不动

7 ）自来水公司到用户家中抄自来水表数据，得到的是。

A. 瞬时流量，单位为 t/h

B. 累积流量，单位为 t 或 m3

C. 瞬时流量，单位为 k/g

D. 累积流量，单位为 kg

8 ）在图 5-23 中，管道中的流体自左向右流动时，。

A. p 1

燕山大学课程设计说明书

摘要

本次课程设计主要讲解电容式传感器的使用中的一部分，传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。传感器是将能够感受到的及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）的部分；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部分。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密测量而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、

??S成分含量等方面的测量。根据C?or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。

电容式传感器的特点：（1）小功率、高阻抗。电容传感器的电容量很小，一般为几十到几百微微法，因此具有高阻抗输出；（2）小的静电引力和良好的动态特性。电容传感器极板间的静电引力很小，工作时需要的作用能量极小和它有很小的可动质量，因而具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；（3）本身发热影响小（4）可进行非接触测量。

布料厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它

实验一 金属箔氏应变片：单臂、半桥比较

一、实验目的：验证单臂、半桥的性能及相互之间关系。 二、所需单元和部件：直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V

头、双平衡梁、应变片、主、副电源。

表、测微

三、有关旋钮的初始位置：

档，差动放大器增益打到最大。

直流稳压电源打到±2V档，F/V表打到2V

四、实验步骤

（1）将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零，关闭主、副电源。

（2）根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，F/V表置20V档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F/V表显示为零，然后将F/V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F/V表显示为零。

图 1

（3）调整测微头使双平行梁处于水平位置(目测)，将直流稳压电源打到±4V档。选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器W1，使表头显示零(需预热几分钟表头才能稳定下来)。

（4）旋转测微头，使梁

实验二：变面积式电容传感器

一、 变面积式电容传感器的性能

实验目的：了解变面积式电容传感器的工作原理和工作情况。 所需单元和部件：电容变换器（面板示意图见图1（a））差动放大器，直流稳压电源、电桥、低通滤波器V/F表、测微器。

有关旋钮的初始位置：直流稳压电源置于0V档，差动放大器增益旋钮置于中间，V/F表中V表置于20V。 注意事项：

（1） 电容片的一组动片和两组定片不能相碰。

（2） 如果紧接着作下一个实验并与本实验进行灵敏度比较，就不能改变差动放

大器的增益。

图1

图2

实验步骤：（差动放大器增益调到最大调0，然后将增益打到中间）

（1） 转动测微器，将梁上振动平台中间的磁铁与测微头相吸，使双平行梁处于

（目测）水平位置，这时电容片的一组动片一般处于上下两组定片的中间。

（2） 根据如图2的电路结构，将电容片的动片和（任意）一组定片，与电容变

换器、差动放大器、直流稳压电源、电桥、低通滤波器、电压表连接起来，组成一个测量线路。

（3） 将直流稳压电源置于2V档，调整电桥平衡电位器W1，使电压表指示为零。 （4） 往下旋动测微器，使梁的自由端往下产生位移，从而改变电容片的动片和

定片的相对位置（即改变覆盖面积，示意图见图1（b），每位移0.5mm，记一个电压表数

实验二：变面积式电容传感器

一、 变面积式电容传感器的性能

实验目的：了解变面积式电容传感器的工作原理和工作情况。 所需单元和部件：电容变换器（面板示意图见图1（a））差动放大器，直流稳压电源、电桥、低通滤波器V/F表、测微器。

有关旋钮的初始位置：直流稳压电源置于0V档，差动放大器增益旋钮置于中间，V/F表中V表置于20V。 注意事项：

（1） 电容片的一组动片和两组定片不能相碰。

（2） 如果紧接着作下一个实验并与本实验进行灵敏度比较，就不能改变差动放

大器的增益。

图1

图2

实验步骤：（差动放大器增益调到最大调0，然后将增益打到中间）

（1） 转动测微器，将梁上振动平台中间的磁铁与测微头相吸，使双平行梁处于

（目测）水平位置，这时电容片的一组动片一般处于上下两组定片的中间。

（2） 根据如图2的电路结构，将电容片的动片和（任意）一组定片，与电容变

换器、差动放大器、直流稳压电源、电桥、低通滤波器、电压表连接起来，组成一个测量线路。

（3） 将直流稳压电源置于2V档，调整电桥平衡电位器W1，使电压表指示为零。 （4） 往下旋动测微器，使梁的自由端往下产生位移，从而改变电容片的动片和

定片的相对位置（即改变覆盖面积，示意图见图1（b），每位移0.5mm，记一个电压表数

实验一 开关式霍尔传感器测转速实验

一、实验目的：了解开关式霍尔传感器测转速的应用

二、基本原理：开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大，再经施密特触发器整形成矩形波（开关信号）输出的传感器。开关式霍尔传感器测转速的原理图如图所示：当被测圆盘上装有只磁性体时，圆盘每转一周，磁场变化6次，开关式霍尔传感器就同频率f相应变化输出，再经转速表显示转速n。 三、实验仪器：传感器实验台 四、实验步骤：

1、根据图将霍尔转速传感器安转于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2~3mm。

2、将主机箱中的转速调节电源0~24V旋钮调到最小（逆时针方向转到底）后接入电压表（电压表量程切换开关打到20V档）：其它接线按图所是连接（注意霍尔转速传感器的三根引线的序号）：将频频\\转速表的开关按到转速档。

3、检查接线无误后合上主机箱电源开关，在小于12V范围内（电

压表监测）调节主机箱的转速调节电源（调节电压改变直流电机电驱电压），观察电机转动及转速表的现实情况。

4、从2V开始记录，每增加1V相应电机转速的数据（待电机转速稳定后读取数据）；画出电机的V-n（电机电驱电压与电机转速的关系）特性曲线，实验

杭州英联科技有限公司 YL系列传感器与测控技术实验指南

实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验

一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：

?R/R?K?

式中?R/R为电阻丝电阻的相对变化，K为应变灵敏系数，???l/l为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位的受力状态变化，电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。单臂电桥输出电压UO1?EK?/4。

三、需用器件与单元：应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。

四、实验步骤：

1、根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模块的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R1= R2= R3= R4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。

应变片

实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验

一、 实验目的

了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、 基本原理

金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。

金属的电阻表达式为：

l （1） S当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长?l，横截面积相应减小?S，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变??，故引起电阻值变化?R。对式（1）全微分，并用

R??相对变化量来表示，则有：

?R?l?S????? （2） RlS?式中的?ll为电阻丝的轴向应变，用

?表示，常用单位???6（1??=1×10mmmm）。若径向应变为?rr，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用

泊松比?表示为?r???（?l），因为?S=2（?r），则（2）式可以写成： rlSr?R?l??????l?l （3） ?（1?2?）??（1?2??）?k0Rl??llll受两个因素影响，一个是（1+2?），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是??式（3）为“应变效应”的表达式。k0称金属电阻的灵敏系数，

实验二十六 PT100温度控制实验

一、实验目的：

了解PID智能模糊+位式调节温度控制原理。 二、实验仪器：

智能调节仪、PT100、温度源。 三、实验原理：

位式调节

位式调节（ON/OFF）是一种简单的调节方式，常用于一些对控制精度不高的场合作温度控制，或用于报警。位式调节仪表用于温度控制时，通常利用仪表内部的继电器控制外部的中间继电器再控制一个交流接触器来控制电热丝的通断达到控制温度的目的。

PID智能模糊调节

PID智能温度调节器采用人工智能调节方式，是采用模糊规则进行PID调节的一种先进的新型人工智能算法，能实现高精度控制，先进的自整定（AT）功能使得无需设置控制参数。在误差大时，运用模糊算法进行调节，以消除PID饱和积分现象，当误差趋小时，采用PID算法进行调节，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化，具有无超调、高精度、参数确定简单等特点。

温度控制基本原理

由于温度具有滞后性，加热源为一滞后时间较长的系统。本实验仪采用PID智能模糊+位式双重调节控制温度。用报警方式控制风扇开启与关闭，使加热源在尽可能短的时间内控制在某一温度值上，并能在实验结束后通过参数设置将加热源温度快速冷却下来，可节约实验时间。

实验一 开关式霍尔传感器测转速实验

一、实验目的：了解开关式霍尔传感器测转速的应用

二、基本原理：开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大，再经施密特触发器整形成矩形波（开关信号）输出的传感器。开关式霍尔传感器测转速的原理图如图所示：当被测圆盘上装有只磁性体时，圆盘每转一周，磁场变化6次，开关式霍尔传感器就同频率f相应变化输出，再经转速表显示转速n。 三、实验仪器：传感器实验台 四、实验步骤：

1、根据图将霍尔转速传感器安转于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2~3mm。

2、将主机箱中的转速调节电源0~24V旋钮调到最小（逆时针方向转到底）后接入电压表（电压表量程切换开关打到20V档）：其它接线按图所是连接（注意霍尔转速传感器的三根引线的序号）：将频频\\转速表的开关按到转速档。

3、检查接线无误后合上主机箱电源开关，在小于12V范围内（电

压表监测）调节主机箱的转速调节电源（调节电压改变直流电机电驱电压），观察电机转动及转速表的现实情况。

4、从2V开始记录，每增加1V相应电机转速的数据（待电机转速稳定后读取数据）；画出电机的V-n（电机电驱电压与电机转速的关系）特性曲线，实验