2、掌握變面積式電容及二極管環(huán)形電橋的工作原理。
3、掌握變面積式電容傳感器的調(diào)試方法。
二、傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)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7-1所示。電容的變化通過電容轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)過差動(dòng)放大器放大后，用數(shù)字電壓表顯示出來。
圖7-1 電容式傳感器實(shí)驗(yàn)電路框圖
2、圖7-1中的電容轉(zhuǎn)換電路圖如圖7-2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)形電橋完成，二極管環(huán)電橋工作原理如圖7-3所示。
固定頻率的方波脈沖由A點(diǎn)輸入，在方波的上升沿，C0被充電，充電途徑是VD3→C0；與此同時(shí)，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(gè)周期內(nèi)的充電和放電平均電流分別為：IU＝fVPCx1和ID＝fVPC0，式中f是脈沖頻率，VP為方波峰值電壓，因此AB間的平均電流I＝ID－IU＝fVP(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(duì)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。
圖7-2 電容轉(zhuǎn)換電路原理圖
圖7-3 二極管環(huán)形電橋原理圖
四、實(shí)驗(yàn)步驟
1、固定好位移臺(tái)架，將電容式傳感器置于位移臺(tái)架上，調(diào)節(jié)測微器使其指示15mm左右。將測微器裝入位移臺(tái)架上部的開口處，再將測微器測桿與電容式傳感器動(dòng)極旋緊。然后調(diào)節(jié)兩個(gè)滾花螺母，使電容式傳感器的動(dòng)極上表面與靜極上表面基本平齊，且靜極能上下輕松滑動(dòng)，這時(shí)將兩個(gè)滾花螺母旋緊。
2、差動(dòng)放大器調(diào)零（參見實(shí)驗(yàn)一）。
3、按圖7-2接線，將可變電容Cx1與固定電容C0接到實(shí)驗(yàn)板上，位移臺(tái)架的接地孔與轉(zhuǎn)換電路板的地線相連。
4、接通電源，調(diào)節(jié)測微器使輸出電壓UO接近零，然后上移或下移測微器1mm，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器增益，使輸出電壓的值為200～400mV左右，再回調(diào)測微器，使輸出電壓為0mV，并以此為系統(tǒng)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(duì)應(yīng)的輸出電壓UO記入下表中。
表 7-1
| X(mm) | 0 | ||||||||||
| UO(mV) | 0 |
五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告
1、根據(jù)表7-1，畫出輸入/輸出特性曲線 ，并且計(jì)算靈敏度和非線性誤差。
2、本實(shí)驗(yàn)的靈敏度和線性度取決于哪些因素？