電容式傳感器特性實驗

1、實驗二：電容傳感器性能測試實驗一 實驗類型：驗證型。二 學(xué)時分配：2學(xué)時。三 實驗?zāi)康模? 電容傳感器原理及典型應(yīng)用。2掌握用示波器測量振蕩頻率的方法四實驗原理：電容式傳感器的基本原理可以從圖中來說明。當忽略邊緣效應(yīng)時，其電容C為：C= S/=r0 S/其中：S-極板相對覆蓋面積；-極板間距離；r-相對介電常數(shù)；0-真空介電常數(shù)；-電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)。實際應(yīng)用時，常常僅改變、S、之中的一個參數(shù)使C變化。電容式傳感器可以分為三種基本類型：變間距、變面積、變介電常數(shù)型。電容/電壓變換器是雙T型標準變換電路，功能為將輸入兩個電容器電容的差值轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出。圖中e為一對稱方波的高頻電壓源；C

2、1、C2為差動式傳感器的電容；RL為負載電阻；V1，V2為兩個二極管；R1，R2為固定電阻。電路工作原理如下：當電源e為正半周時，V1導(dǎo)通，V2截止，電容C1很快被充電至電壓E，電源E經(jīng)R1以電流I1向負載RL供電。與此同時，電容C2經(jīng)R2和RL放電，放電電流為I2（t）。流經(jīng)RL的電流IL（t）的電流是I1（t）和I2（t）之和。當電源e為負半周時，V1截止，V2導(dǎo)通，此時C2很快被充電至電壓E，而流經(jīng)RL的電流IL（t）為由E供給的電流I2和C1的放電電流I1（t）之和。如果V1與V2的特性相同，且C1=C2，R1=R2=R則流經(jīng)RL的電流IL（t）和IL（t）的平均值大小相等，極性相反。

3、因此，在一個周期內(nèi)流經(jīng)RL的平均電流為零，RL無輸出信號。當C1、C2變化時，在RL產(chǎn)生平均電流不為零，因而有信號輸出。利用電路分析求得在電源E負半周內(nèi)電路的輸出為：IL（t）=E/（R+RL）（1-e-t/1） 1=R（2RL+R）C1/（R+RL）同理，在電源E負半周內(nèi)電路的輸出為：IL（t）=E/（R+RL）（1-e-t/2） 2=R（2RL+R）C2/（R+RL）輸出電流的平均值IL為：IL=（1/T）T0IL- IL dtIL=E（R+2RL）/（R+RL）2Rf（C1-C2-C1e-k1+C2e-k2）式中：f電源e的頻率；k1系數(shù)，k1=（R+RL）/2RfC1（R+2RL）；k

4、2系數(shù)，k2=（R+RL）/2RfC2（R+2RL）。輸出電壓的平均值UL為： UL=ILRL適當選擇電路中元件的參數(shù)以及電源頻率f，使IL中指數(shù)項誤差小于1%，于是得ULE（R+2RL）/（R+RL）2RfRL（C1-C2）五實驗儀器：傳感器系統(tǒng)實驗臺（1臺）、計算機（1臺）、導(dǎo)線、日立V-252示波器六實驗步驟：1了解所需單元、部件在實驗儀上的所在位置，觀察兩個可變電容的結(jié)構(gòu)。 2將差動放大器調(diào)零：用連線將差動放大器的正、負輸入與地短接。F/V表設(shè)為2V檔，將差動放大器的輸出端與F/V表的輸入插孔Vi相連；開啟主、負電源；調(diào)節(jié)差動放大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差動放大器的調(diào)零旋鈕，使F/

5、V表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。3 圖2。1接線4 將電容變換器增益調(diào)整到一定位置，使輸出電壓最大變化量小于20V，F(xiàn)/V表設(shè)為20V檔，將測微頭安裝到可動極板的自由端（與自由端磁鐵吸合），調(diào)節(jié)測微頭使之處于未受測微頭作用力位置，即F/V表顯示最小，設(shè)F/V表為2V檔，再旋動測微頭，使F/V表顯示為零，這時測微頭刻度為零位的相應(yīng)刻度。5將計算機與傳感器系統(tǒng)實驗臺連線，計算機開機并運行傳感器數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)。6根據(jù)測量數(shù)值旋轉(zhuǎn)測微頭以零點為基準向上然后向下，使梁的自由端產(chǎn)生位移記下F/V表顯示的值。建議每旋動測微頭一周X=0.5mm記下一個數(shù)值填入下表,同時,計算機每個數(shù)值采集一次。 表二：數(shù)值測量表位移（mm）-2.50-2.00-1.50-1.000.500.000.501.001.502.002.50電壓（V）7手工計算系統(tǒng)靈敏度 S=V/X，作出V-X關(guān)系曲線，寫出計算機計算結(jié)果。8卸下測微頭，斷開電壓表，接通激振器，用示波器觀察輸出正弦波形。調(diào)節(jié)激振器頻率旋鈕居中，記錄下示波器輸出波形和示波器設(shè)定值，計算此時激振器頻率值。七注意事項1 在用激振器調(diào)節(jié)激振頻率時，不要在共振點停留，避免損壞儀器。2 使用示波器時