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变面积式电容传感器特性实验

变面积式电容传感器特性实验

 

一、实验目的

1、了解变面积式电容传感器的基本结构。

2、掌握变面积式电容及二极管环形电桥的工作原理。

3、掌握变面积式电容传感器的调试方法。

 

二、实验所用单元

电容式传感器、电容式传感器转换电路板、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。

 

三、实验原理及电路

1、实验电路框图如图7-1所示。电容的变化通过电容转换电路转换成电压信号,经过差动放大器放大后,用数字电压表显示出来。

变面积式电容传感器特性实验(图1)

图7-1 电容式传感器实验电路框图

2、图7-1中的电容转换电路图如图7-2所示。图中的信号发生器用于产生方波信号。电容转换由二极管环形电桥完成,二极管环电桥工作原理如图7-3所示。

固定频率的方波脉冲由A点输入,在方波的上升沿,C0被充电,充电途径是VD3→C0;与此同时,Cx1也被充电,其充电途径是C9→VD5→Cx1。在方波的下降沿,C0和Cx1都放电,C0的放电途径是C0→VD4→C9;Cx1的放电途径是Cx1→VD6。由于C9在一个周期内的充电和放电平均电流分别为:IU=fVPCx1和ID=fVPC0,式中f是脉冲频率,VP为方波峰值电压,因此AB间的平均电流I=ID-IU=fVP(C0-Cx1)。从该式中可以看出电容的变化与AB间的电路成正比。

在图7-2中,增加了L1、L2、C10和R6。L1和L2对高频方波的阻抗很大,而直流电阻很小,与R6一起形成了A、B间的直流通路,使充放电流的直流分量得以通过。C10用作滤波。这样在R6两端就有与电容变化量成正比的直流电压输出。

 变面积式电容传感器特性实验(图2)

图7-2 电容转换电路原理图

变面积式电容传感器特性实验(图3)

图7-3 二极管环形电桥原理图

 

四、实验步骤

1、固定好位移台架,将电容式传感器置于位移台架上,调节测微器使其指示15mm左右。将测微器装入位移台架上部的开口处,再将测微器测杆与电容式传感器动极旋紧。然后调节两个滚花螺母,使电容式传感器的动极上表面与静极上表面基本平齐,且静极能上下轻松滑动,这时将两个滚花螺母旋紧。

2、差动放大器调零(参见实验一)。

3、按图7-2接线,将可变电容Cx1与固定电容C0接到实验板上,位移台架的接地孔与转换电路板的地线相连。

4、接通电源,调节测微器使输出电压UO接近零,然后上移或下移测微器1mm,调节差动放大器增益,使输出电压的值为200~400mV左右,再回调测微器,使输出电压为0mV,并以此为系统零位,分别上旋和下旋测微器,每次0.5mm,上下各2.5mm,将位移量X与对应的输出电压UO记入下表中。

表 7-1

X(mm)






0






UO(mV)






0






 

五、实验报告

1、根据表7-1,画出输入/输出特性曲线变面积式电容传感器特性实验(图4),并且计算灵敏度和非线性误差。

2、本实验的灵敏度和线性度取决于哪些因素?


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