傳感器與檢測技術實驗箱變面積式電容傳感器特性實驗

    傳感器與檢測技術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換成為電容量變化的一種轉換裝置，實際上就是一個具有可變參數的電容器。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、傳感器實驗箱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構。
2、掌握變面積式電容及二極管環形電橋的工作原理。
3、掌握變面積式電容傳感器的調試方法。
二、實驗所用單元
    電容式傳感器、電容式傳感器轉換電路板、差動放大器板、直流穩壓電源、數字電壓表、位移臺架。
三、傳感器實驗臺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換電路轉換成電壓信號，經過差動放大器放大后，用數字電壓表顯示出來。 2、圖7-1中的電容轉換電路圖如圖7-2所示。圖中的信號發生器用于產生方波信號。電容轉換由二極管環形電橋完成，二極管環電橋工作原理如圖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，調節測微器使其指示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。然后調節兩個滾花螺母，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換電路板的地線相連。
4、接通電源，調節測微器使輸出電壓U_O接近零，然后上移或下移測微器1mm，調節差動放大器增益，使輸出電壓的值為200～400mV左右，再回調測微器，使輸出電壓為0mV，并以此為系統零位，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？