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足球直播电容式传感器的位移实验

发布日期:2020-12-24 07:41

  电容式传感器的位移实验_电子/电路_工程科技_专业资料。机电工程学院 工程测试技术 实验报告 学生姓名: 学 专 王奎 号:05 业: 机械电子工程 2017-6-9 实验名称 电容式传感器的位移实验 实 验 目 的

  机电工程学院 工程测试技术 实验报告 学生姓名: 学 专 王奎 号:05 业: 机械电子工程 2017-6-9 实验名称 电容式传感器的位移实验 实 验 目 的 及 要 求 了解电容式传感器结构及其特点,掌握测量方法。 1、原理简述:电容传感器是以各种类型的电容器为传 实 验 设 备 及 原 理 感元件,将被测物理量转换成电容量的变化来实现测量的。 电容传感器的输出是电容的变化量。利用电容 C=ε A/d 关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε 、A、d 中三 个参数中,保持二个参数不变,而只改变其中一个参数, 则可以有测干燥度(ε 变)、测位移(d 变)和测液位(A 变)等多种电容传感器。电容传感器极板形状分成平板、 圆板形和圆柱(圆筒)形,虽还有球面形和锯齿形等其它的 形状,但一般很少用。本实验采用的传感器为圆筒式变面 积差动结构的电容式位移传感器,差动式一般优于单组(单 边)式的传感器。它灵敏度高、线性范围宽、稳定性高。足球直播,如 图 7—1 所示:它是有二个圆筒和一个圆柱组成的。设圆筒 的半径为 R;圆柱的半径为 r;圆柱的长为 x,则电容量为 C=ε 2 ?x/ln(R/r)。图中 C1、C2 是差动连接,当图中 的圆柱产生 ?X 位移时,电容量的变化量为?C =C1-C2= ε 2 ? 2?X/ln(R/r),式中ε 2 ?、ln(R/r)为常 数,说 明?C 与?X 位移成正比,配上配套测量电路就能测量位移。 1、 测量电路(电容变换器):测量电路画在实验模板的面板上。其电 路的核心部分是图 16—2 的二极管环路充放电电路 在图 7—2 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 CX1 充电到 O 点(地);另一路由由a点经 C4 到 c 点, 再经 D5 到 d 点对 CX2 充电到 O 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) (7—1) 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 O 点;CX2 经 d 点、D6、L1 放电到 O 点。在 t2 放电时间 内由 c 点到a点的电荷量为: Q2=CX1(E2-E1) (7—2) 当然,(7—1)式和(7—2)式是在 C4 电容值远远大于传 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 7—2 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=(CX1-CX2)(E2-E1)=△CX △(7—3) 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 (7—4) 式中:△E—激励电压幅值;△CX—传感器的电容变化量。 由(7—4)式可看出: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= I Rw。由传感器原理已知?C 与?X 位移成正比,所以通过 测量电路的输出电压 Vo1 就可知?X 位移。 电容式位移传感器实验原理方块图如图 7—3 1、按图 7—4 示意安装、接线。 实 验 步 骤 及 内 容 2、将实验模板上的 Rw 调节到中间位置(方法:逆时针转到 底再顺时传3圈)。 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(同一个 方向)6 圈,记录此时的测微头读数和电压表显示值为实验 起点值。以后,反方向每转动测微头 1 圈即△X=0.5mm 位移 读取电压表读数(这样转 12 圈读取相应的电压表读数),将 数据填入表 7(这样单行程位移方向做实验可以消除测微头 的回差)。 实验数据如下表所示: 实 验 总 结 位移X(mm) 7.2 7.7 8.2 8.7 9.2 9.7 10.2 9.7 9.2 8.7 8.2 7.7 7.2 电压V(V) 0.43 0.38 0.33 0.27 0.2 0.14 0.07 0.13 0.19 0.24 0.3 0.36 0.42 拟合的图像如下图所示: 总结:使用电容传感器测量位移,其位移和电压输出为线性关系。

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