电容式传感器的位移实验.doc

电容式传感器的位移实验工程测试技术实验报告学生姓名:王奎学号:20**********专业:机械电子工程2017-6-9实验名称电容式传感器的位移实验了解电容式传感器结构及其特点,掌握测量方法。实验目的及要求1、原理简述:电容传感器是以各种类型的电容器为传实感元件,将被测物理量转换成电容量的变化来实现测量的。验设电容传感器的输出是电容的变化量。利用电容C,εA,d备及关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三原理个参数中,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。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=ε2,,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=ε22?X,ln(R,r),式中ε2、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(,>100kHz)输入到,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,点经D3到b点,再对CX1充电到O点(地);另一路由由,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,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、,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,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(,,t1,t2),由c点到,点的电荷量为:,,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,f,,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