傳感器與檢測技術(shù)實驗箱變面積式電容傳感器特性實驗

    傳感器與檢測技術(shù)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(zhuǎn)換成為電容量變化的一種轉(zhuǎn)換裝置，實際上就是一個具有可變參數(shù)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(zhì)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(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。
二、實驗所用單元
    電容式傳感器、電容式傳感器轉(zhuǎn)換電路板、差動放大器板、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)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(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過差動放大器放大后，用數(shù)字電壓表顯示出來。 2、圖7-1中的電容轉(zhuǎn)換電路圖如圖7-2所示。圖中的信號發(fā)生器用于產(chǎn)生方波信號。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點輸入，在方波的上升沿，C₀被充電，充電途徑是VD₃→C₀；與此同時，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在一個周期內(nèi)的充電和放電平均電流分別為：I_U＝fV_PCx₁和I_D＝fV_PC₀，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(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。 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(diào)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(diào)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(diào)零（參見實驗一）。
3、按圖7-2接線，將可變電容Cx₁與固定電容C₀接到實驗板上，位移臺架的接地孔與轉(zhuǎn)換電路板的地線相連。
4、接通電源，調(diào)節(jié)測微器使輸出電壓U_O接近零，然后上移或下移測微器1mm，調(diào)節(jié)差動放大器增益，使輸出電壓的值為200～400mV左右，再回調(diào)測微器，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
UO(mV)						0

五、實驗報告
1、根據(jù)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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