实验三 电容式传感器静、动态特性实验
传感器实验指导书2023
传感器实验指导书
一、实验目的
本实验旨在帮助学生了解和掌握各种传感器的原理及应用，通过实际操作加深对传感器技术的理解，提高实践能力和创新思维。
二、实验器材
电阻式传感器
电容式传感器
电感式传感器
压电式传感器
磁电式传感器
热电式传感器
光电式传感器
光纤传感器
化学传感器
生物传感器
三、实验步骤与操作方法
电阻式传感器实验：
（1）将电阻式传感器接入电路，测量其阻值；
（2）改变被测物体的电阻值，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电阻式传感器的输出特性。
电容式传感器实验：
（1）将电容式传感器接入电路，测量其电容值；
（2）改变被测物体的介电常数，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电容式传感器的输出特性。
电感式传感器实验：
（1）将电感式传感器接入电路，测量其电感值；
（2）改变被测物体的磁导率，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电感式传感器的输出特性。
压电式传感器实验：
（1）将压电式传感器接入电路，测量其输出电压；（2）施加压力或振动，观察电路中电压的变化；（3）记录实验数据，分析压电式传感器的输出特性。
磁电式传感器实验：
（1）将磁电式传感器接入电路，测量其输出电压；（2）改变磁场强度，观察电路中电压的变化；
（3）记录实验数据，分析磁电式传感器的输出特性。
电容式传感器特性实验报告
电容式传感器特性实验报告实验目的本实验旨在通过对电容式传感器特性的研究，了解其基本原理和特性，并通过实验数据验证电容式传感器的性能。
实验器材和原理实验器材•Arduino开发板•电容式传感器•电阻•连接线原理简介电容式传感器是一种常见的传感器类型，基于电容的变化来测量目标物体的某种特性，如压力、湿度等。
其原理是利用物体与传感器之间的电容变化来反映目标物体的特性。
实验步骤步骤一：准备实验器材首先，准备所需要的实验器材，包括Arduino开发板、电容式传感器、电阻和连接线。
步骤二：连接电路将Arduino开发板与电容式传感器以及电阻进行连接。
具体的连接方式如下：1.将电容式传感器的VCC引脚连接至Arduino开发板的3.3V引脚。
2.将电容式传感器的GND引脚连接至Arduino开发板的GND引脚。
3.将电容式传感器的OUT引脚连接至Arduino开发板的模拟输入引脚A0。
步骤三：编写Arduino代码在Arduino开发环境中，编写代码以读取电容式传感器的数值。
const int sensorPin = A0;void setup() {Serial.begin(9600);}void loop() {int sensorValue = analogRead(sensorPin);Serial.println(sensorValue);delay(1000);}步骤四：上传代码并观察结果将编写好的代码上传至Arduino开发板，并在串口监视器中观察传感器数值的变化。
步骤五：实验数据记录与分析通过观察串口监视器中的传感器数值变化，记录不同条件下的电容式传感器数值，例如发生压力变化或温度变化时的数值变化。
根据实验数据，进行数据分析，例如绘制传感器数值与特性之间的关系曲线，以验证电容式传感器的性能。
结果与讨论根据实验数据的分析，我们可以得出一些结论和讨论：1.电容式传感器的数值随着目标物体的特性变化而变化。
传感器与检测技术
传感器与检测技术山东省高等教育自学考试《传感器与检测技术》02202考试大纲第一部分学习过程评价部分考核大纲一、学习过程评价的课程性质及课程设置的目的、课程基本要求(一)课程性质与学习过程评价的设置目的传感器与检测技术是机电一体化工程专业的一门专业基础课。
本课程阐述如何利用传感器将机电一体化系统典型被测物理量转换成与之有确切对应关系并且容易检测、传输、处理的信号，通过计算机数据处理，得到有关被测系统的有用信息。
传感器与检测技术是机电一体化系统的关键技术之一。
“传感器与检测技术”是一门综合性、实践性很强的课程，在自学过程中必须做一定数量的基本实验，才能掌握课程的基本内容，培养考生分析问题和解决问题的能力。
考生应高度重视实验环节。
这是学习过程评价目的之一;另外，作一定数量的习题、思考题对学好本课程也非常必要，这是学习过程评价目的之二。
(二)学习过程评价基本要求考生在学习过程中进行必要的教学实验:(1)通过电阻应变式传感器实验，掌握电阻应变式传感器工作原理和输出特性。
(2)通过电感式传感器实验，掌握电感式传感器工作原理和输出特性 (3)通过电容式传感器实验，掌握电容式传感器工作原理和输出特性 (4)通过滤波器特性实验，了解无源滤波器和有源滤波器的类型、工作原理，掌握滤波器特性及其测试方法。
(5)通过压力传感器静态标定实验，掌握压力传感器静态标定方法，学习标定数据处理及传感器特性指标的计算。
(6)通过温度传感器校准实验，掌握温度传感器的使用方法和校准方法。
(7)通过振动测试实验，了解其固有频率、阻尼比及各阶振型的测试方法;了解非接触式和接触式测振传感器的特点;附加传感器质量对测试结果的影响;了解激振、测振系统的基本组成和选择。
(8)通过切削力测量实验，了解八角换车削测力仪的结构、应变片的粘贴和组桥方法以及测力仪工作原理掌握八角环测力仪的静态标定方法。
考生在学习过程中必须完成一定数量的习题、思考题。
二、学习过程评价的课程内容和考核要求(一) 实验内容与要求实验1 电阻应变式传感器实验。
传感器测试实验报告
实验一直流激励时霍尔传感器位移特性实验一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。
二、基本原理：金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于磁场和电流的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。
具有这种效应的元件成为霍尔元件，根据霍尔效应，霍尔电势 U H＝ K H IB ，当保持霍尔元件的控制电流恒定，而使霍尔元件在一个均匀梯度的磁场中沿水平方向移动，则输出的霍尔电动势为U H kx ，式中k—位移传感器的灵敏度。
这样它就可以用来测量位移。
霍尔电动势的极性表示了元件的方向。
磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度就越好。
三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、±15V 直流电源、测微头、数显单元。
四、实验步骤：1、将霍尔传感器安装在霍尔传感器实验模块上，将传感器引线插头插入实验模板的插座中，实验板的连接线按图9-1进行。
1、 3 为电源±5V ， 2、4 为输出。
2、开启电源，调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调节Rw1 使数显表指示为零。
图 9-1直流激励时霍尔传感器位移实验接线图3、测微头往轴向方向推进，每转动0.2mm 记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表 9-1。
表9－ 1 X（ mm）V(mv)作出 V-X 曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。
五、实验注意事项：1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。
2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±15V ，否则将可能烧毁霍尔元件。
六、思考题：本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的时什么量的变化？七、实验报告要求：1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。
2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进行补偿。
实验二集成温度传感器的特性一、实验目的：了解常用的集成温度传感器基本原理、性能与应用。
二、基本原理：集成温度传器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于－50℃－＋ 150℃之间测量，温敏晶体管是利用管子的集电极电流恒定时，晶体管的基极—发射极电压与温度成线性关系。
差动变面积式电容传感器的静态及动态特性
差动变面积式电容传感器的静态及动态特性【实验目的】了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性【实验仪器】电容式传感器、电容变换器、差动放大器、低通滤波器、JK-19型直流恒压电源、JK-20型频率振荡器、九孔实验板接口平台、万用表、示波器【实验原理】由C = S0/d得，电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类，本仪器中差动变面积式。
传感器由两组定片和一组动片组成。
当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的重叠面积发生变化，极间电容也发生相应变化，称为差动电容。
如将上层定片与动片形成的电容定为C l，下层定片与动片形成的电容定为C2，当将C l和C2接入桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。
【实验步骤】旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，万用表置于2 V档。
1．将电容式动片固定在振动盘上，调整好动片与静片的位置，不能相互接触。
2．按图22-1接线。
把电容的增益拧至合适位置，万用表20 V档。
调节测微头，使输出为零，并读出其刻度值。
3．转动测微头，每次0.3 mm，记下此时测微头的读数及万用表的读数，直至电容动片与上（或下）静片覆盖面积最大为止。
X()mmU(mV)退回测微头至初始位置，并开始以相反方向旋动，同上法，记下)(mVUmm(X及)值。
4．计算系统灵敏度S。
X=（式中U∆为电压变化，X∆U/S∆∆为相应的两端位移变化），并作出XU关系曲线。
~5．卸下测微头，断开万用表，接通激振器，用示波器观察输出波形。
改变激振频率，测量3种波形的电压、频率和周期。
传感器技术实验指导书
《传感器技术》实验指导书权义萍南京工业大学自动化学院目录实验一金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验 (3)实验二直流全桥的应用――电子秤实验 (7)实验三电容式传感器的位移特性实验 (9)实验四压电式传感器振动实验 (11)实验五直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 (13)实验六电涡流传感器综合实验 (15)实验七光纤传感器的位移特性实验 (18)实验一金属箔式应变片单臂、半桥性能比较实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，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：ΔR／R＝Kε式中ΔR／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,ε=Δl/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受力状态变化、电桥的作用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。
，对单臂电桥输出电压U o1= EKε/4。
不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。
当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U O2＝EKε／2。
三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器－电子秤、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（电子秤）已装于应变传感器模板上。
传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。
可用万用表进行测量判别，R1＝R2＝R3＝R4＝350Ω，加热丝阻值为50Ω左右图1－1 应变式传感器安装示意图2、接入模板电源±15V（从主控台引入），检查无误后，合上主控台电源开关，将实验模板调节增益电位器R W3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正负输入端与地短接，输出端与主控台面板上数显表输入端V i相连，调节实验模板上调零电位器R W4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。
电容式传感器的位移特性实验报告资料
电容式传感器的位移特性实验报告资料一、实验内容：1、使用电容式传感器进行位移测量；2、采用锁相放大器，对位移测量进行信号检测，输出交流（AC）信号幅度和相位；3、掌握电容式传感器的阻抗和信号特性。
二、实验原理：1、电容式传感器：是将测量物体与一个接地电极分离，形成一个独立的电容二极管。
当测量物体发生位移时，该二极管电容Cc变化，即Cc=f（d），d是测量位移。
在保持传感器静态工作点C0不变的情况下，当Cc发生变化时，不受测物位移的干扰。
因此，电容式传感器可以实现高精度、无接触、无磨损位移测量。
2、锁相放大器：是一种适用于相位、频率、振幅等参数检测的精密电子测量仪器。
它可以对微弱的交流信号检测并输出信号幅度和相位。
三、实验器材：2、锁相放大器；3、信号调理器；4、多路开关；5、示波器。
四、实验过程：1、在传感器静态工作点时，接触传感器，调整微调电容，使电压稳定在一个固定值；2、调整开关，将传感器所测量的位移信号输入信号调理器内，进行信号调理，可以得到一个幅度为1V、频率为10kHz左右、带有微弱噪声的交流信号；3、将调理后的信号连接至锁相放大器的输入端，将锁相放大器的参考输入端连接至信号调理器输出端，调节锁相放大器的参考信号相位，使锁相放大器输出的交流信号幅度和参考信号相位一致；4、通过示波器连接至锁相放大器输出端，调节示波器测量参数，可以得到锁相放大器输出信号的AC幅度和相位值；5、通过多路开关改变传感器输入的位移值，重复以上步骤，得到传感器的位移特性曲线。
五、实验结果：在不同的测量点进行测量，在锁相放大器中得到具有不同幅度和相位的AC信号，通过信号处理以及调制，最终得到有关电容式传感器位移特性曲线，从中发现电容性传感器在不同测量点上具有不同的灵敏度，以及对于位移值的反应截然不同，这也是电容式传感器的特点，需要在实际应用中进行合理的选择和设计。
六、实验分析：通过实验，我们发现电容式传感器的测量值和测量量并非简单的线性关系，仅仅是对于位移变化而产生的电容变化，同时也受到感应现象、环境噪声的影响。
工程测试技术基础大纲
工程测试技术基础教学大纲适用专业：机械设计制造及自动化课程学时：40（理论学时：34，实验学时：6 ）一、课程性质、目的与任务机械工程测试技术是机械工程类本科生的一门重要专业基础课。
本课程主要教学内容有：机械工程测试中常用的传感器和相应的调理电路的工作原理；测量装置(仪器及系统)静态、动态特性的评价方法；动态信号的描述、分析处理；常见机械制造工程领域中各类静态、动态物理信号的测试分析方法。
通过本课程的学习，使学生了解信号的特征；能较正确地选用传感器等测试元件构成测试仪器及系统；掌握测试的基本理论、基本方法及基本试验技能，为进一步学习和研究测试领域的实际问题打下基础，为机械制造自动化工程服务。
二、课程教学内容（有☆号者为选讲）(一)理论教学第一部分绪论（2学时）介绍测试技术在工业自动化、环境监测、楼宇控制、医疗、家庭和办公室自动化等领域的应用情况和测试技术的发展趋势。
第二部分信号分析基础（4学时）介绍信号的分类，信号时域分析、幅值域分析、频谱分析、相关分析原理及应用。
包括：1. 基本概念：信号的分类、信号的描述方法、信号分析的内容2. 周期信号与离散频谱：正弦信号表示法、复杂周期信号的分解、周期信号的强度分析、周期信号的频谱分析3. 非周期信号与连续频谱：傅里叶变换简述、非周期信号的频谱分析、几种典型非周期信号的频谱4. 相关分析第三部分传感器及应用原理（8学时）介绍电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、磁电式传感器、热电式传感器、半导体传感器等常用传感器的工作原理、测量电路和传感器的特性以及在制造业中的应用。
1.概述：传感器的作用及组成、传感器的分类、对传感器性能的要求简介2.电阻式传感器：电位器式电阻传感器、电阻应变式电阻传感器。
3.电感式传感器：自感型电感传感器、变压器式电感传感器、涡流式传感器4.电容式传感器：电容式传感器的类型及变换原理、实际测量电路5.压电式传感器：压电效应、压电式传感器及其等效电路、测量电路6.磁电式传感器：动圈式磁电传感器、磁阻式磁电传感器7.热电式传感器：热电偶、热电阻传感器8.半导体传感器：磁电转换元件、光电转换元件☆9.其它新型传感器简介第四部分测试系统特性（4学时）介绍测试系统基本组成，测试系统的静态、动态特性，不失真测量条件，滤波器及应用，测试系统特性的评定方法。
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实验三电容式传感器静、动态特性实验
一、实验目的：
1. 了解电容式传感器结构及其特点。
2. 了解电容传感器的动态性能的测量原理与方法。
二、需用器件与单元：
电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、低通滤波模板、数显单元、直流稳压源、双踪示波器。
三、实验步骤：
1、按实验二的图2-1安装示意图将电容传感器接于电容传感器实验模板上。
2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图3-1。
图3-1 电容传感器位移实验接线图
3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显表单元V i相接(插入主控箱V i孔)，R w调节到中间位置。
4、接入±15V电源，旋动测微头推进电容传感器动
极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表3-1。
5、根据表3-1的数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δf。
6、传感器安装图同实验二图2-1，按图3-1接线。
实验模板输出端V01 接滤波器输入端。
滤波器输出端V，接示波器一个通道（示波器Ｘ轴为20ms/div、Y轴示输出大小而变）。
调节传感器连接支架高度，使Ｖ01输出在零点附近。
7、主控箱低频振荡器输出端与振动源低频输入相接，振动频率选6～12Hz之间，幅度旋钮初始置０。
8、输入±15V电源到实验模板，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮使振动台振动幅度适中，注意观察示波器上显示的波形。
9、保持低频振荡器幅度旋钮不变，改变振动频率，可以用数显表测频率（将低频振荡器输出端与数显Fin输入口相接，数显表波段开关选择频率档）。
从示波器测出传感器输出的Ｖ01峰－峰值。
保持低频振荡器频率不变，改变幅度旋钮，测出传感器输出的Ｖ01峰－峰值。
四、思考题：
1、试设计利用ε的变化测谷物湿度的传感器原理及结构？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？
2、为了进一步提高电容传器灵敏度，本实验用的传感器可作何改进设计？如何设计成所谓容栅传感器？
3、根据实验所提供的电容传感器尺寸，计算其电容量
C O和移动0.5mm时的变化量，（本实验外圆半径R=8mm，内圆柱外半径r=7.25mm，外圆筒与内圆筒覆盖部分长度1=16mm。