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時(shí)間：2024-04-17 09:50:35
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(dòng)放大器板、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、位移臺(tái)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(guò)電容轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)差分放大器放大，由數(shù)字電壓表顯示。
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(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)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(duì)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(guò)。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。
圖7-2 電容轉(zhuǎn)換電路示意圖
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(tái)，將電容傳感器放在位移工作臺(tái)上，并將千分尺調(diào)整至指示約15 mm。將千分尺裝入位移臺(tái)上部的開(kāi)口中，然后擰緊千分尺桿和電容傳感器的動(dòng)極。然后調(diào)整兩個(gè)滾花螺母，使電容傳感器動(dòng)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(dòng)然后擰緊兩個(gè)滾花螺母。
2、差動(dòng)放大器調(diào)零（參見(jiàn)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(tái)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(dòng)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(huà)出輸入/輸出特性曲線
并計(jì)算靈敏度和非線性誤差。