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傳感器與檢測技術實驗箱變面積式電容傳感器特性實驗
2024-09-10
傳感器與檢測技術實驗箱變面積式電容傳感器特性實驗
傳感器與檢測技術實驗箱
變面積式電容傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件,將被測物理量或機械量轉換成為電容量變化的一種轉換裝置,實際上就是一個具有可變參數的電容器。電容式傳感器廣泛用于位移、角度、振動、速度、壓力、成分分析、介質特性等方面的測量。最常用的是平行板型電容器或圓筒型電容器。
一、變面積式電容傳感器實驗目的
1、了解變面積式電容傳感器的基本結構。
2、掌握變面積式電容及二極管環(huán)形電橋的工作原理。
3、掌握變面積式電容傳感器的調試方法。
二、實驗所用單元
電容式傳感器、電容式傳感器轉換電路板、差動放大器板、直流穩(wěn)壓電源、數字電壓表、位移臺架。
三、變面積式電容傳感器實驗原理及電路
1、實驗電路框圖如圖7-1所示。電容的變化通過電容轉換電路轉換成電壓信號,經過差動放大器放大后,用數字電壓表顯示出來。
2、圖7-1中的電容轉換電路圖如圖7-2所示。圖中的信號發(fā)生器用于產生方波信號。電容轉換由二極管環(huán)形電橋完成,二極管環(huán)電橋工作原理如圖7-3所示。
固定頻率的方波脈沖由A點輸入,在方波的上升沿,C
0
被充電,充電途徑是VD
3
→C
0
;與此同時,Cx
1
也被充電,其充電途徑是C
9
→VD
5
→Cx
1
。在方波的下降沿,C
0
和Cx
1
都放電,C
0
的放電途徑是C
0
→VD
4
→C
9
;Cx
1
的放電途徑是Cx
1
→VD
6
。由于C
9
在一個周期內的充電和放電平均電流分別為:I
U
=fV
P
Cx
1
和I
D
=fV
P
C
0
,式中f是脈沖頻率,V
P
為方波峰值電壓,因此AB間的平均電流I=I
D
-I
U
=fV
P
(C
0
-Cx
1
)。從該式中可以看出電容的變化與AB間的電路成正比。
在圖7-2中,增加了L
1
、L
2
、C
10
和R
6
。L
1
和L
2
對高頻方波的阻抗很大,而直流電阻很小,與R
6
一起形成了A、B間的直流通路,使充放電流的直流分量得以通過。C
10
用作濾波。這樣在R
6
兩端就有與電容變化量成正比的直流電壓輸出。
四、實驗步驟
1、固定好位移臺架,將電容式傳感器置于位移臺架上,調節(jié)測微器使其指示15mm左右。將測微器裝入位移臺架上部的開口處,再將測微器測桿與電容式傳感器動極旋緊。然后調節(jié)兩個滾花螺母,使電容式傳感器的動極上表面與靜極上表面基本平齊,且靜極能上下輕松滑動,這時將兩個滾花螺母旋緊。
2、差動放大器調零(參見實驗一)。
3、按圖7-2接線,將可變電容Cx
1
與固定電容C
0
接到實驗板上,位移臺架的接地孔與轉換電路板的地線相連。
4、接通電源,調節(jié)測微器使輸出電壓U
O
接近零,然后上移或下移測微器1mm,調節(jié)差動放大器增益,使輸出電壓的值為200~400mV左右,再回調測微器,使輸出電壓為0mV,并以此為系統零位,分別上旋和下旋測微器,每次0.5mm,上下各2.5mm,將位移量X與對應的輸出電壓U
O
記入下表中。
表 7-1
X(mm)
0
U
O
(mV)
0
五、實驗報告
1、根據表7-1,畫出輸入/輸出特性曲線
,并且計算靈敏度和非線性誤差。
2、本實驗的靈敏度和線性度取決于哪些因素?
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