傳感器與（yǔ）檢（jiǎn）測技術實驗箱變麵積式電容傳感器特性實驗

    傳感器與檢測技術實驗箱變麵積式電（diàn）容傳感器是以各（gè）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（chéng）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（diàn）容器。電容式傳感器廣泛用於位移、角度、振動、速度、壓力（lì）、成分分析、介質特性等方麵的測量。最常用的是平行板型電容器或圓筒（tǒng）型電容器。 一、變麵積式電容傳感器實驗目的
1、了解變麵積式電容傳（chuán）感器的（de）基本結構。
2、掌握變麵積式（shì）電容及二極管環形電橋的工作原理（lǐ）。
3、掌握變麵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（róng）式（shì）傳感器（qì）轉（zhuǎn）換電路板、差（chà）動放大（dà）器板、直（zhí）流穩壓電源、數字電壓表、位移台架。
三、變麵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（diàn）容轉換電路轉換（huàn）成電壓信（xìn）號，經過差動放大器放大後，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（xìn）號發生器用於（yú）產生方波信號。電容（róng）轉換由二極管環形電橋完成，二（èr）極管環（huán）電橋工作原理如圖7-3所示。
    固定頻率的方波脈衝由A點輸入（rù），在（zài）方波的上升沿，C₀被充電，充電途徑（jìng）是VD₃→C₀；與此同時，Cx₁也被充電，其充（chōng）電途徑是C₉→VD₅→Cx₁。在方波的下降沿（yán），C₀和Cx₁都放（fàng）電（diàn），C₀的放電途徑是C₀→VD₄→C₉；Cx₁的放電途徑是Cx₁→VD₆。由於C₉在一（yī）個周期內的充電和放電平均電（diàn）流（liú）分（fèn）別為：I_U＝fV_PCx₁和I_D＝fV_PC₀，式中（zhōng）f是脈（mò）衝頻率，V_P為方波峰值電壓，因（yīn）此AB間的平均（jun1）電流I＝I_D－I_U＝fV_P(C₀-Cx₁)。從該式中可以看出電（diàn）容的變化與AB間（jiān）的電路成正比（bǐ）。
在圖7-2中，增加了（le）L₁、L₂、C₁₀和R₆。L₁和L₂對（duì）高（gāo）頻方波的阻抗很（hěn）大，而直流電阻很小，與R₆一起形成了A、B間的直（zhí）流（liú）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（biàn）化量成正比的直流電壓輸（shū）出。 四、實驗步驟
1、固定（dìng）好位移台架，將電容式傳（chuán）感器置（zhì）於位移台架上，調（diào）節測微器使（shǐ）其指示15mm左（zuǒ）右。將測微（wēi）器裝入位移台架上部的開（kāi）口處，再（zài）將測微器測杆與電容式傳感器動極旋緊。然後（hòu）調節兩個滾花螺母，使（shǐ）電容式傳感器的動極上表麵與靜極上表麵基本平齊，且靜極能上下輕鬆滑動，這時（shí）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（kě）變電容Cx₁與固定電（diàn）容C₀接到實驗板上，位（wèi）移台架的（de）接地孔與轉（zhuǎn）換電路板的地線相（xiàng）連。
4、接通電源，調節測微（wēi）器使輸出電壓U_O接近零，然後上移或下移測微器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（diào）測微器，使輸出電壓（yā）為（wéi）0mV，並以此為（wéi）係統零位，分別上旋和下旋（xuán）測微（wēi）器，每（měi）次（cì）0.5mm，上下各2.5mm，將位移量X與對應的輸出（chū）電壓（yā）U_O記入下表中。
表 7-1

X(mm)						0
UO(mV)						0

五（wǔ）、實驗報告（gào）
1、根據表7-1，畫出輸入/輸出特性（xìng）曲線，並且計算靈敏度和（hé）非線性誤差。
2、本實驗的靈敏（mǐn）度（dù）和線性度取決於哪（nǎ）些因（yīn）素？

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