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變面積電容傳感器的工作原理

時(shí)間:2024-04-17 09:50:35

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

1、了解可變面積電容式傳感器的基本結(jié)構(gòu)。

2、掌握可變面積電容器和二極管環(huán)形電橋的工作原理。

3、掌握變面積電容傳感器的調(diào)試方法。

 

二、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、差動放大器板、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、位移臺架。

 

三、實(shí)驗(yàn)原理及電路

1、實(shí)驗(yàn)電路框圖如圖7所示-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)差分放大器放大,由數(shù)字電壓表顯示。

變面積式電容傳感器特性實(shí)驗(yàn)(圖1)

圖7-1 電容傳感器實(shí)驗(yàn)電路框圖

2、圖7-1中的電容轉(zhuǎn)換電路圖如圖7所示-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)橋完成,二極管環(huán)橋的工作原理如圖7所示-3所示。

固定頻率的方波脈沖從A點(diǎn)輸入,C0在方波上升沿充電,充電路徑為VD3→C0;同時(shí)Cx1也充電,其充電路線為C9→VD5→Cx1。在方波的下降沿,C0和Cx1都放電,C0的放電路徑為C0→VD4→C9;Cx1的放電路徑為Cx1→VD6。因?yàn)镃9在一個(gè)循環(huán)中的平均充電和放電電流分別為:Iu=fvpcx1和id=fvpc0,其中f為脈沖頻率,VP為方波峰值電壓,因此AB之間的平均電流為I=ID-IU=fVP(C0-Cx1)從這個(gè)公式可以看出,電容的變化與AB之間的電路成正比。

在圖7-在2中,增加了L1、L2、C10和R6。L1和L2對高頻方波有很大的電阻,但DC電阻很小,它們與R6一起形成一個(gè)、以便充放電電流的DC分量可以通過。C10用作濾波。這樣,在R6的兩端都有一個(gè)與電容變化成比例的DC電壓輸出。

 變面積式電容傳感器特性實(shí)驗(yàn)(圖2)

圖7-2 電容轉(zhuǎn)換電路示意圖

變面積式電容傳感器特性實(shí)驗(yàn)(圖3)

圖7- 二極管環(huán)形電橋示意圖

 

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1、固定位移工作臺,將電容傳感器放在位移工作臺上,并將千分尺調(diào)整至指示約15 mm。將千分尺裝入位移臺上部的開口中,然后擰緊千分尺桿和電容傳感器的動極。然后調(diào)整兩個(gè)滾花螺母,使電容傳感器動極的上表面與靜極的上表面基本齊平,靜極可以輕松地上下滑動然后擰緊兩個(gè)滾花螺母。

2、差動放大器調(diào)零(參見實(shí)驗(yàn)一)

3、按圖7-2將可變電容器Cx1和固定電容器C0連接到實(shí)驗(yàn)板上,位移臺的接地孔連接到轉(zhuǎn)換電路板的接地線上。

4、接通電源,調(diào)整千分尺使輸出電壓UO接近零,然后上下移動千分尺1mm,調(diào)整差分放大器的增益使輸出電壓約200 ~ 400mV,然后回調(diào)千分尺使輸出電壓為0mV,以此為系統(tǒng)零點(diǎn),上下分別旋轉(zhuǎn)千分尺,每次0.5毫米,上下2.5mm,在下表中記錄位移X和相應(yīng)的輸出電壓UO。

表 7-1

X(mm)

(     )122122)

 

(     )122122)UO(mV)

 

(     )122122)

 

(     )122122) 

 

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、根據(jù)表7-1,畫出輸入/輸出特性曲線變面積式電容傳感器特性實(shí)驗(yàn)(圖4)并計(jì)算靈敏度和非線性誤差。