傳感器教學(xué)設(shè)備之變面積式電容傳感器特性實(shí)驗(yàn)
傳感器綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái),傳感器教學(xué)設(shè)備,傳感器教學(xué)儀器是根據(jù)《教育行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》電工實(shí)驗(yàn)室或電類專業(yè)實(shí)訓(xùn)室儀器設(shè)備配備標(biāo)準(zhǔn)，是適應(yīng)不同類別與不同層次的專業(yè)，推出模塊化的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，
傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要用于各大、中專院校開設(shè)的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、傳感器原理與技術(shù)、非電量電測(cè)技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制、機(jī)械量電則等課程的實(shí)驗(yàn)需要。
1、實(shí)訓(xùn)臺(tái)提供四組直流穩(wěn)壓電源：±5V、±15V；±2V~±10V分五擋輸出，2~24V可調(diào)，具有短路保護(hù)功能。
2、低頻信號(hào)發(fā)生器：1Hz-30Hz輸出連續(xù)可調(diào)，Vp-p值10V，最大輸出電流0.5A。
3、音頻信號(hào)發(fā)生器：0.4KHz-10KHz輸出連續(xù)可調(diào)，輸出電壓范圍：0VP~10VP連續(xù)可調(diào)，最大輸出電流：0.5A（有效值0.4KHz）
4、差動(dòng)放大器：通頻帶0-10KHz，可接成同相、反相、差動(dòng)結(jié)構(gòu)，增益為1-150倍的直流放大器。
5、數(shù)字式電壓表：三位半顯示，量程±2V、±20V，輸入阻抗100KΩ，精度1%。
6、數(shù)字式頻率/轉(zhuǎn)速表：由四只數(shù)碼管，2只發(fā)光管組成，輸入阻抗100KΩ，精度1%。
頻率測(cè)量范圍1-9999 Hz，轉(zhuǎn)速測(cè)量范圍1-9999Pem。
7、溫度表：0-150℃度，精度1%。
8、高精度溫度控制調(diào)節(jié)儀，多種輸入輸出規(guī)格，具有人工智能調(diào)節(jié)以參數(shù)自整定功能。
9、機(jī)械式壓力表：0-40Kpa，精度2%。
三源部分：
1、加熱源：16V交流電源加熱，溫度控制范圍0~150℃。
2、轉(zhuǎn)動(dòng)源：0-12V直流電源驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍0~2400/分轉(zhuǎn)。
3、振動(dòng)源：振動(dòng)頻率1Hz-30Hz，共振頻率12Hz左右。
數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件
數(shù)據(jù)采集工作12位AD轉(zhuǎn)換、分辨率由1/22048，采樣周期1m-100ms，采樣速度可選擇，即可單次采樣亦能連續(xù)采樣。USB、RS-232接口，與計(jì)算機(jī)串行工作。提供的處理軟件有良好的計(jì)算機(jī)界面，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇與編輯、數(shù)據(jù)采集、特性曲線的分析、比較、文件存取、打印等。
二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1、了解變面積式電容傳感器的基本結(jié)構(gòu)。
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(diào)試方法。
三、、實(shí)驗(yàn)所用單元
電容式傳感器、電容式傳感器轉(zhuǎn)換電路板、差動(dòng)放大器板、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、位移臺(tái)架。
四、實(shí)驗(yàn)原理及電路
1、實(shí)驗(yàn)電路框圖如圖7-1所示。電容的變化通過電容轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)過差動(dòng)放大器放大后，用數(shù)字電壓表顯示出來。
圖7-1 電容式傳感器實(shí)驗(yàn)電路框圖
2、圖7-1中的電容轉(zhuǎn)換電路圖如圖7-2所示。圖中的信號(hào)發(fā)生器用于產(chǎn)生方波信號(hào)。電容轉(zhuǎn)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(diǎn)輸入，在方波的上升沿，C0被充電，充電途徑是VD3→C0；與此同時(shí)，Cx1也被充電，其充電途徑是C9→VD5→Cx1。在方波的下降沿，C0和Cx1都放電，C0的放電途徑是C0→VD4→C9；Cx1的放電途徑是Cx1→VD6。由于C9在一個(gè)周期內(nèi)的充電和放電平均電流分別為：IU＝fVPCx1和ID＝fVPC0，式中f是脈沖頻率，VP為方波峰值電壓，因此AB間的平均電流I＝ID－IU＝fVP(C0-Cx1)。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L1、L2、C10和R6。L1和L2對(duì)高頻方波的阻抗很大，而直流電阻很小，與R6一起形成了A、B間的直流通路，使充放電流的直流分量得以通過。C10用作濾波。這樣在R6兩端就有與電容變化量成正比的直流電壓輸出。
圖7-2 電容轉(zhuǎn)換電路原理圖
圖7-3 二極管環(huán)形電橋原理圖
五、實(shí)驗(yàn)步驟
1、固定好位移臺(tái)架，將電容式傳感器置于位移臺(tái)架上，調(diào)節(jié)測(cè)微器使其指示15mm左右。將測(cè)微器裝入位移臺(tái)架上部的開口處，再將測(cè)微器測(cè)桿與電容式傳感器動(dòng)極旋緊。然后調(diào)節(jié)兩個(gè)滾花螺母，使電容式傳感器的動(dòng)極上表面與靜極上表面基本平齊，且靜極能上下輕松滑動(dòng)，這時(shí)將兩個(gè)滾花螺母旋緊。
2、差動(dòng)放大器調(diào)零（參見實(shí)驗(yàn)一）。
3、按圖7-2接線，將可變電容Cx1與固定電容C0接到實(shí)驗(yàn)板上，位移臺(tái)架的接地孔與轉(zhuǎn)換電路板的地線相連。
4、接通電源，調(diào)節(jié)測(cè)微器使輸出電壓UO接近零，然后上移或下移測(cè)微器1mm，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器增益，使輸出電壓的值為200～400mV左右，再回調(diào)測(cè)微器，使輸出電壓為0mV，并以此為系統(tǒng)零位，分別上旋和下旋測(cè)微器，每次0.5mm，上下各2.5mm，將位移量X與對(duì)應(yīng)的輸出電壓UO記入下表中。
六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告
1、根據(jù)表7-1，畫出輸入/輸出特性曲線
，并且計(jì)算靈敏度和非線性誤差。
2、本實(shí)驗(yàn)的靈敏度和線性度取決于哪些因素？
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