电容式传感器论文.docx

智能仪器课程设计报告书

课程名称： 智能仪器

设计题目： 电容式传感器的位移特性实验

学院： 电气学院

专业： 测控技术与仪器

班级： BG0XX

组员： XXX XXX
XXX XXX

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。

关键词：智能仪器、微型计算机
Abstract

Instrument information access tool, a means of understanding the world style. It is a specific system or device. It is the most basic role is to extend, expand, complement or replace human auditory, visual, tactile and other organ functions. With the continuous development of science and technology, mankind has entered the information age, more dependent on the instrument, demanding more. Modern instrumentation to digital, automatic and intelligent features such as access to common technologies for the rapid development.

Keywords: Intelligent instruments, micro-computer

目 录

摘 要 I

ABSTRACT III

第1章 电容式传感器 1

1.1 电容式传感器工作原理 1

1.2 电容式传感器的结构类型 2

1.3 电容式传感器的优缺点 2

第2章 电容式传感器的位移特性实验 4

2.1 实验目的 4

2.2 基本原理 4

2.3 需用器件与单元 4

2.4 实验步骤 5

2.5 A/D转换....................................................................................6

课程设计小结 7

参考文献 8

第1章 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。

电容量和两个极板的间隙、表面积之间的关系可用下式表示：

C=εSbd=εrε0Sbd

式中，
C : 电容 （微微法）；

Ɛ : 极板间介质的介电常数，空气的 Ɛ = 1；
: 两个极板相互覆盖的面积 (cm²) ；
d : 两个极板间的距离 (cm²) ；
: 相对介电常数 ；
: 真空介电常数 ；= 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 ɛ 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。

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10C），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ɛ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＝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=ε2ｘ／ln(R／r)。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∆C=C1－C2=ε22∆X／ln(R／r)，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。

2.3 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。

2.4 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接线图

2.5 A/D转换

A/D转换器(也称”ADC”)是将模拟量转化为数字量的器件,这个模拟量泛指电压,电阻,电流,时间等参数,但在一般情况下,模拟量是指电压而言的.在数字系统中,数字量是离散的,一般用一个称为量子Q的基本单位来度量.例如,一个N位二进制数,共有N=2n个离散值,定义基本度量单位Q等于满量程模拟量的1/2n.模拟量的量化就是算出模拟量有多少个Q,并用2N个离散电平中最为近似的一个电平来代替.
A/D转换器常用以下几项技术指标来评价其质量水平
1. 分辨率
A/D转化器的分辨率定义为A/D转换器所能分辨的输入模拟量的最小变化量,可以用输入量程值的百分比表示
2. 转换时间
A/D转换器完成一次转换所需要的时间定义为A/D转换时间.转换时间与时间转化所采用的电路技术有关.
3. 精度
(1) 绝对精度:定义为对应于生产一个给定的输出数字码,理想模拟输入电压与实际模拟输入电压的差值.
(2) 相对精度
(3) 偏移误差
(4) 增益误差
(5) 积分线性误差
(6) 微分线性误差
课程设计小结

作为大三学生。我们觉得做智能仪器课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。我们在课堂上掌握的是仅仅是专业课的理论知识。如果去锻炼我们的实践能力？如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？我想做类似的课程设计就为我们提供了良好的实践平台。
刚开始前我们四个人还在为到底选那个课题而发生分歧，最后还是在协商下完成了课题的选定，但是随之而来的问题却远比我们想想的要困难的多。作为一个团队，分工就显得尤为重要，在组员纷纷完成了初步的工作后，我们自信满满的来到了实验室准备调试，但第一次就给了调试的结果不是很理想，于是我们就拿着实验模块反复分析和修改，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。我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。同时也是必不可少的。我们是在做智能仪器课程设计，但我们不是艺术家，他们可以抛开实际心情在幻想的世界里翱翔，而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软件流程图；在设计程序时，不能亡想一次就将整个程序设计好，反复修改，不断改进是程序设计的必经之路。
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。对整个课程设计来说，这是至关重要的，缺少每一个人都会对我们的设计产生影响，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。但是从中学到的知识会让我受益终身。发现，提出，分析，解决总是和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习，工作和生活中。

参考文献

［1］胡向东，刘京诚主编.传感技术［M］.重庆：重庆大学出版社，2006

［2］刘迎春等主编.现代新型传感器原理及应用［M］.北京：国房出版社，1998

［3］余成波等主编.传感器与自动检测技术［M］.北京：高等教育出版社，2004

［4］陈杰等编著.传感器与检测技术［M］.北京：高等教育出版社，2003

［5］常健生主编.检测与转换技术（第三版）［M］.北京：机械工业出版社2004

［6］马西秦主编.自动检测技术［M］.北京：机械工业出版社，2004

［7］强锡富主编.传感器（第三版）［M］.北京：机械工业出版社，2004

1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究
2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究
3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究
4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制
5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究
6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器
7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究
8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现
9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统
10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究
11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究
12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发
13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制
14. 基于单片机的自动找平控制系统研究
15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发
16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发
17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现
18. 一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制
19. 基于双单片机冲床数控系统的研究
20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制
21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制
22. 基于单片机的软起动器的研究和设计
23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究
24. 基于单片机的机电产品控制系统开发
25. 基于PIC单片机的智能手机充电器
26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究
27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究
28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制
29. 基于微型光谱仪的单片机系统
30. 单片机系统软件构件开发的技术研究
31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制
32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制
33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用
34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制
35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制
36. 基于单片机的数字磁通门传感器
37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究
38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究
39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制
40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪
41. 基于单片机的电机运动控制系统设计
42. Pico专用单片机核的可测性设计研究
43. 基于MCS-51单片机的热量计
44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站
45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究
46. 基于单片机的轮轨力检测
47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现
48. 基于单片机的电液伺服控制系统
49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制
50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究
51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究
52. 单片机控制的后备式方波UPS
53. 提升高职学生单片机应用能力的探究
54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究
55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究
56. 基于单片机的多通道数据采集系统
57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制
58. 基于单片机的红外测油仪的研究
59. 96系列单片机仿真器研究与设计
60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造
61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现
62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制
63. 基于单片机的气体测漏仪的研究
64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器
65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究
66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计
67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计
68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统
69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统
70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究
71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践
72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现
73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统
74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究
75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统
76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究
77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用
78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究
79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究
80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发
81. 基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究
82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究
83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现
84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究
85. 基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现
86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现
87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统
88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现
89. 单片机监测系统在挤压机上的应用
90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用
91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用
92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用
93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发
94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计
95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计
96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发
97. 锅炉的单片机控制系统
98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计
99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制
100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现
101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计
102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现
103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制
104. 基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究
105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计
106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究
107. 单片机实现的寻呼机编码器
108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究
109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究
110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究
111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制
112. PIC单片机在空调中的应用
113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究
项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！
项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！
单片机论文，毕业设计，毕业论文，单片机设计，硕士论文，研究生论文，单片机研究论文，单片机设计论文，优秀毕业论文，毕业论文设计，毕业过关论文，毕业设计，毕业设计说明，毕业论文，单片机论文，基于单片机论文，毕业论文终稿，毕业论文初稿，本文档支持完整下载，支持任意编辑！本文档全网独一无二，放心使用，下载这篇文档，定会成功！