摘要仪器仪表式获取信息的工具，式认识世界的手段。它是一个具体的系统或装置。它最基本的作用是延伸、扩展、补充或代替人的听觉、视觉、触觉等器官的功能。随着科学技术的不断发展，人类社会已经步入信息时代，对仪器仪表的依赖性更强，要求也更高。现代仪器仪表以数字化、自动化、智能化等共性技术为特征获得了快速发展。TOC\o"1-5"\h\z第1章电容式传感器工作原理11.2第2章电容式传感器的结构类型21.3第3章电容式传感器的优缺点2第4章第2章电容式传感器的位移特性实验4第5章2.1实验目的4第6章2.2基本原理4第7章2.3需用器件与单元4第8章2.4实验步骤5第9章2.5A/D转HYPERLINK\l"bookmark0"\o"CurrentDocument"换6第10章课程设计小7第11章参考文献8第1章电容式传感器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。电容量和两个极板的间隙、表面积之间的关系可用下式表示：小&S£•£-SC==—0rdd式中，C:电容(微微法)；&极板间介质的介电常数，空气的E=1；bS:两个极板相互覆盖的面积(cm2)；d:两个极板间的距离(cm2)；r:相对介电常数；0:真空介电常数；0=0.088542*1012F/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。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成如下3种类型：①可以改变两极板间的距离d；②可以移动极板,以改变极板间相覆盖的面积S；③可以改变极板间的介质，以便介电常数发生变化。这3类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。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105C）,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。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。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。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。第2章电容式传感器的位移特性实验2.1实验目的了解电容式传感器结构及其特点。2.2基本原理利用电容C=£A/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£、A、d中二个参数中，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@变)、测位移(d变)和测量液位(A变)等多种电容传感器。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。设圆筒的半径为R；圆柱的半径为r；圆柱的长为x,则电容量为C=£2x/ln(R/r)。图中Cl、C2是差动连接，当图中的圆柱产生AX位移时，电容量的变化量为AC=C1-C2=£22AX/ln(R/r)，式中£2、ln(R/r)为常数，说明AC与位移AX成正比，配上配套测量电路就能测量位移。电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容量变化的一种传感器它实质上是具有一个可变参数的电容器。利用平板电容器原理：小£S£•£-SC==—0rdd2-l)式中，S为极板面积，d为极板间距离，£0真空介电常数，£介质相对介电常数,由此可以看出当被测物理量使S、d或£r发生变化时，电容量C随之发生改变，如果保持其中两个参数不变而仅改变另一参数，就可以将该参数的变化单值地转换为电容量的变化。所以电容传感器可以分为三种类型：改变极间距离的变间隙式，改变极板面积的变面积式和改变介质电常数的变介电常数式。这里采用变面积式，如图11-1两只平板电容器共享一个下极板，当下极板随被测物体移动时，两只电容器上下极板的有效面积一只增大，一只减小，将三个极板用导线引出，形成差动电容输出。3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、数显直流电压表、直流稳压电源、绝缘护套实验步骤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V01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Ov，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6。实验完毕，关闭电源。图1电容传感器位移实验接线4．旋动测微头推进电容传感器的共享极板（下极板），每隔0.5mm（0.2mm）记下位移量X与输出电压值V的变化，填入下表2-1X(mm)V(mV)五、实验报告：1．根据表2-1的数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差6。
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