实验二 电容式传感器的位移实验实验二 电容式传感器的位移实验 一、实验目的:了解电容式传感器结构及其特点。 二、基础原理: 1、原理简述:电容式传感器是以很多类型的电容器为传感元件，将被测物理量转换成电容量的变化来测量的。电容传感器的输出是电容个的变化量。利用， C??A d (2-1) 通过相应的结构和测量电路能选择?,A,d三个参数中，保持两个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有变间隙、变面积、变介电常数三种电容式传感器。常用的电容器极板形状包括平板、原板形和圆柱形等。本实验采用的传感器为圆柱式变面积差动结构的电容式位移传...

  实验二 电容式传感器的位移实验 一、实验目的:了解电容式传感器结构及其特点。 二、基本原理: 1、原理简述:电容式传感器是以各种类型的电容器为传感元件，将被测物理量转换成电容量的变化来测量的。电容传感器的输出是电容个的变化量。利用， C??A d (2-1) 通过相应的结构和测量电路可以再一次进行选择?,A,d三个参数中，保持两个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有变间隙、变面积、变介电常数三种电容式传感器。常用的电容器极板形状包括平板、原板形和圆柱形等。本实验采用的传感器为圆柱式变面积差动结构的电容式位移传感器。 2、测量电路:测量电路画在实验模板的面板上。其电路的核心部分是图1所示的二极管环路充放电电路。 图1 二极管环形充放电电路 图1中，环形充放电电路由D3、D4、D5、D6二极管、C4电容、L1电感和Cx1、Cx2(实验差动电容位移传感器)组成。 当高频激励电压(f100kHz)输入到a点，由低电平E1跃到高电平E2时，电容Cx1和Cx2两端电压均由E1充到E2.充电电荷一路由a点经D3到b点，再对充电到0点(地);另一路由a点经C4————————————————————————————————————————————————————— 到c点，再经D5到d点对Cx2充电到0点。此时，D4和D6由于反偏置而截止。在t1充电时间内，由a到c点的电荷量为: Q1?Cx2(E2?E1) (2-2) 当高频激励电压由高电平E2返回到低电平E1时，电容Cx1和Cx2均放电。Cx1经b点、D4、c点、C4、a点、L1放电到0点;Cx2经d点、D6、L1放电到0点。在t2放电时间内由c点到a点的电荷量为: Q2?Cx1(E2?E1) (2-3) 当然，(2-2)式和(2-3)式是在C4电容值远大于传感器的Cx1和Cx2电容值的前提下得到的结果。电容C4的充放电回路由图1中实线、虚线箭头所示。 在一个充放电周期内(T=t1+t2)，由c点到a点的电荷量为: Q?Q2?Q1?(Cx2?Cx1)(E2?E1)??Cx?E (2-4) 式中， Cx1与Cx2的变化趋势是相反的(传感器的结构决定的，是差动式)。设激励电压频率f=1/T，则流过ac支路输出的平均电流i为: i?fQ?f?Cx?E (2-5) 式中，?E为激励电压幅值;?Cx为传感器的电容变化量。 由(2-5)式能够准确的看出:f,?E一定时，输出平均电流i与?Cx成正比，此输出平均电流i经电路中的电感L2、电容C5滤波变为直流I输出，再经Rw转换成电压输出 Vo1?IRw (2-6) ————————————————————————————————————————————————————— 由传感器原理已知?C与?X位移成正比，所以经过测量电路的输出电压Vo1就可知?X位移。 3、电容式位移传感器实验原理方框图如图2所示。 图2 电容式位移传感器实验方框图 三、需用器件与单元:主机箱?15V直流稳压电源、电压表、电容传感器、电容传感器实验模板、测微头。 四、实验步骤 1、按图3示意图安装、接线 电容传感器位移实验安装、接线、将实验模板上的Rw调节到中间位置 3、将主机箱上的电压表量程切换开关打到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关，旋转测微头改变电容传感器的动极板位置使电压表显示0V，再转动测微头6圈，

  此时的测微头读数和电压表显示值为实验起点值。以后，反方向没转动测微头1圈即?X?0.5mm位移读取电压表读数，将数据填入表1中。 表1 测量数据 4、根据表1数据做出实验曲线并截取线性比较好的线段计算灵敏度 k??V和非线性误差?及测量范围。实验完毕关闭电源开关。 ?X —————————————————————————————————————————————————————

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