差動變面積式電容位移傳感器設(shè)計說明

1、. . . . 燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書題目：差動變面積式電容位移傳感器設(shè)計學(xué)院（系）：電氣工程學(xué)院年級專業(yè)：學(xué)號：學(xué)生：指導(dǎo)教師：提交日期： 2012年1月6日燕山大學(xué)傳感器原理與設(shè)計任務(wù)書院（系）：電氣工程學(xué)院基層教學(xué)單位：儀器科學(xué)與工程系學(xué)號2學(xué)生曉麗專業(yè)（班級）09精儀1班設(shè)計題目具有長線補償能力的直流放大器的稱重傳感器設(shè)計設(shè)計技術(shù)參數(shù)1. 測量圍：-1mm+1mm2. 線性度（Fs）:0.53. 分辨率（m）:0.014. 靈敏度（P）：2.3 設(shè)計要求1.理論設(shè)計方案與論證2.傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計、理論分析、參數(shù)計算3.測量電路設(shè)計、分析、參數(shù)計算4.寄生電容的干擾與消除5.繪出傳感器的結(jié)

2、構(gòu)示意圖和測量電路6.結(jié)合傳感器試驗平臺，確定傳感器的靜態(tài)的靈敏度和線性圍。7.結(jié)合試驗平臺，設(shè)計電容傳感器的電子秤應(yīng)用試驗8.提交課程設(shè)計說明書工作計劃第一周：周1周2：收集消化資料與擬定設(shè)計方案周3周5：敏感元件、傳感元件設(shè)計、轉(zhuǎn)換電路設(shè)計第二周：周1周3：設(shè)計結(jié)果實驗驗證與演示。周4周5：撰寫設(shè)計說明書，答辯。參考資料1.唐文彥傳感器（第4版）機械工程 2007年2.科杰新編傳感器技術(shù)手冊國防工業(yè) 2002年3.其他：傳感器原理、接口電路、設(shè)計手冊類參考書指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字摘要差動式電容傳感器靈敏度高、非線性誤差小，同時還能減小靜電引力給測量帶來的影響，并能有效的改善高溫等

3、環(huán)境影響造成的誤差，因而在許多測量場合中被廣泛應(yīng)用。把被測的機械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。本設(shè)計采用變壓器電橋測試電路將電容變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，電容式傳感器的電容值十分微小，必須借助信號調(diào)理電路，將微小電容的變化轉(zhuǎn)換成與其成正比的電壓、電流或頻率的變化，這樣才可以顯示、記錄以與傳輸出。因此，本設(shè)計中采用了運算放大器，相敏檢波器，以與低通濾波器等電路設(shè)計，并對這些單元電路進行了原理分析，通過參數(shù)的確定，實現(xiàn)位移向電壓的轉(zhuǎn)變。在本次設(shè)計中還涉與了寄生電容的消除，以與測量過程中的誤差分析，從而保證了測量的精度和準確度。目錄一、 緒論.5二、方案

4、設(shè)計.72.1 設(shè)計分析72.2設(shè)計思路.72.3差動變面積式電容位移傳感器介紹.82.4差動變面積式電容位移傳感器測量電路. 92.5 電容器的選擇與參數(shù)設(shè)計12三、寄生電容的消除.11四、單元電路的設(shè)計.144.1 電橋電路的設(shè)計.144.2振蕩電路的設(shè)計.174.3 放大電路的設(shè)計184.4相敏檢波器的設(shè)計204.5低通濾波器的設(shè)計21五、誤差分析.22六、心得體會23七、參考文獻24一、緒論傳感器技術(shù)是利用各種功能材料實現(xiàn)信息檢測的一門綜合性技術(shù)科學(xué)，是在現(xiàn)今科學(xué)領(lǐng)域中實現(xiàn)信息化的基礎(chǔ)技術(shù)之一?，F(xiàn)代測量、控制與自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是電子信息科學(xué)的發(fā)展，極大的促進了現(xiàn)代傳感器技術(shù)的

5、發(fā)展。同時我們也看到，傳感器在日常生活中的運用越來越廣泛，可以說它已經(jīng)成為了測試測量中不可或缺的一部分。因此，學(xué)習(xí)、研究并在實踐中運用傳感器技術(shù)是具有重大意義的。本課程設(shè)計力圖通過對常用傳感器的設(shè)計運用，使我們更加深刻的認識理解并且運用傳感器，并且將理論知識轉(zhuǎn)化到實際運用方面，以培養(yǎng)我們學(xué)以致用的能力。電容傳感器是把被測的機械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。優(yōu)點：1.其溫度穩(wěn)定性好:電容傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān)，僅取決于電機的幾何尺寸和介質(zhì)，且空氣介質(zhì)等介質(zhì)損耗很小，因此只要從強度、溫度系數(shù)等機械特性考慮，合理選擇材料和結(jié)構(gòu)尺寸即可，電

6、容傳感器工作室本身發(fā)熱極小，影像穩(wěn)定性甚微。2.結(jié)構(gòu)簡單且適應(yīng)性強：電容傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，易于保證高的精度。一般用金屬做電極，無機材料做絕緣支架，可以做得非常小巧。在高溫、低溫、強輻射與強磁場等各種惡劣的環(huán)境條件下都能正常工作。3.靜電力小。憂郁極板間存在著靜電場，因此極板上作用著靜電引力或靜電力矩。一般來說，這種景點引力是很小的，因此只有對推動力很小的彈性敏感元件，才須考慮因靜電考慮靜電引力造成的測量誤差。4.動態(tài)響應(yīng)好：由于極板間的靜電引力小，需要的作用能亮極小，因此其固有頻率很高，動態(tài)響應(yīng)時間短.5.可實現(xiàn)非接觸測量并且有平均效應(yīng)。在被測件不能受力或高速運動等不允許接觸測量的情況下，電容

7、傳感器可以完成測量任務(wù)。但是電容式傳感器的一些缺點也是不可忽視的:1.輸出阻抗高并且負載能力差.電容式傳感器的容量受其幾何尺寸等限制，不易做的太大，使傳感器的輸出阻抗很高，因此傳感器負載能力差，易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴重時甚至無法工作，必須采取平屏蔽措施，從而給設(shè)計和使用帶來不便。容抗還要求傳感器絕緣部分的電阻值極高，否則絕緣部分將作為旁路電阻而映像儀器的性能，為此還要特別注意周圍環(huán)境如濕度、清潔度等。若采取高頻供電，可降低傳感器輸出阻抗，但高頻放大、傳輸遠比低頻的復(fù)雜，且寄生電容影響大，不宜保證工作的穩(wěn)定性。2.寄生電容影響大：傳感器的初始電容很小，而傳感器的引線電纜電容（12m

8、導(dǎo)線電纜電容可達800pF）測量電路的雜散電容以與傳感器極板與周圍導(dǎo)體構(gòu)成的電容等“寄生電容”卻較大，這一方面降低了傳感器的靈敏度，另一方面這些電容常常是隨機變化的，使傳感器工作不穩(wěn)定，影響測量精度。因此對電纜的選擇、安裝、接法都有嚴格的要求，例如采取屏蔽性好、自身分布電容小的導(dǎo)線作為引線，引線粗而短，要保證儀器的雜散電容小而穩(wěn)定等，否則不能保證高的測量精度。二、方案設(shè)計2.1 設(shè)計分析本文主要是設(shè)計差動變面積式電容位移傳感器，以與測量電路的設(shè)計。利用電容式傳感器非接觸測量的特性，測量微小位移的變化，由于位移的變化引起電容的變化，將電容的變化量轉(zhuǎn)換成電壓的變化，由電壓的變化測出位移的變化量。本

9、設(shè)計主要目的是如何利用設(shè)計的差動變面積式位移傳感器與轉(zhuǎn)換原件，盡量消除外界干擾引起的誤差，高精度測出位移的變化量。2.2設(shè)計思路電容式傳感器的電容值十分微小，必須借助信號調(diào)理電路，將微小電容的變化轉(zhuǎn)換成與其成正比的電壓、電流或頻率的變化，這樣才可以顯示、記錄以與傳輸出。其總體原理框圖如圖2.3差動變面積式電容位移傳感器介紹差動式電容傳感器靈敏度高、非線性誤差小，同時還能減小靜電引力給測量帶來的影響，并能有效的改善高溫等環(huán)境影響造成的誤差，因而在許多測量場合中被廣泛應(yīng)用。圖1.差動電容簡圖圖2 電容式傳感器等效電路圖1為差動式圓柱形電容傳感器的原理簡圖，此傳感器由三個圓柱形電容極板組成，中間為氣

10、體介質(zhì)，兩兩構(gòu)成電容器。當中間的極板上下移動式，它與上下兩個極板組成的電容器的面積就會改變，當中間電容極板向上移動時，與上邊極板間面積增大，與下極板間面積減小；反之，當中間極板向下運動時，與上極板面積減小，與下極板間的面積增大。所以導(dǎo)致兩個柱形電容總能保持一個增大一個減小的狀態(tài)，由此構(gòu)成了差動電容。柱形電容器的計算公式通常表示為：C = 2 H / ln(D/ d)其中 H 為柱高，D 為外半徑，d 為半徑， 為介電系數(shù)。如果用k = 1/(4 0) 表示，其中0為真空介電系數(shù)，則有 = r 0 = r / (4 k)。得：C = 2 r H / ln(D / d)= H / (2 k ln(

11、D/ d)其中 r 為相對介電系數(shù)電容的變化量C=Co-C=靈敏度: 2.4差動變面積式電容位移傳感器測量電路圖一所示為差動電容式位移傳感系統(tǒng)示意圖包含轉(zhuǎn)換電路和檢測電路兩部分。C1和C2為差動電容，與變壓器復(fù)邊組成轉(zhuǎn)換電橋，用于提取位移信號。由振蕩器提供高頻交流正弦激勵電壓信號驅(qū)動此電橋，輸出電壓信號經(jīng)運算放大器使其信號放大，提高了分辨力，再經(jīng)相敏檢波器進行整流將交流信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?，再?jīng)低通濾波器將信號輸出。圖3 變壓器電橋測試電路差動電容式傳感器一般采用變壓器電橋測試電路將電容變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，如圖4所示。變壓器淀橋的兩個平衡臂是變壓器的次級繞組，另外兩個為差動電容傳感器的電容。變壓器電

12、橋具有使用原件最少，橋路阻最小的特點。電橋輸出電壓為C = 2 r H / ln(D/ d)推出Uo經(jīng)放大、相敏檢波和濾波后輸出直流電壓Usc大小與位移成線性關(guān)系，其正負極性反映唯一的方向。2.5 電容器的選擇與參數(shù)設(shè)計根據(jù)LLn（D/d）,當圓筒電極發(fā)生x變化時，電容發(fā)生變化.靈敏度K=C/X=2.3pF/mm根據(jù)靈敏度可計算D和d.（附注：為減少邊緣效應(yīng)的影響本設(shè)計中采用圓柱式變面積傳感器）參數(shù)計算：LLn(D/d) =ro介質(zhì)：空氣（相對真空介電常數(shù)約等于1）外圓筒電極直徑：圓筒電極直徑：C/X=2.3pF/mm經(jīng)計算Dd=1.049三、寄生電容的消除電容式傳感器的初始電容量很小，一般在

13、皮法級，而連接傳感器與電子線路的引電纜電容、電子線路的雜散電容以與傳感器極板與周圍導(dǎo)體構(gòu)成的電容等所形成的寄生電容卻較大，不僅降低了傳感器的靈敏度，而且這些電容是隨機變化的，使得儀器工作很不穩(wěn)定，從而影響測量精度，甚至使傳感器無常工作，所以必須設(shè)法消除寄生電容對電容傳感器的影響。以下對消除電容傳感器寄生電容的幾種方法進行分析。3.1.增加初始電容值法采用增加初始電容值的方法可以使寄生電容相對電容傳感器的電容量減小。由公式C0 =可知，采用減小極片或極筒間的間距d0，如平板式間距可減小為0.2 毫米，圓筒式間距可減小為0.15毫米；或在兩電極之間覆蓋一層玻璃介質(zhì)，用以提高相對介電常數(shù)，通過實驗發(fā)

14、現(xiàn)傳感器的初始電容量C0不僅顯著提高了，同時也防止了過載時兩電極之間的短路；另外，增加工作面積A或工作長度也可增加初始電容值C0。不過，這種方法要受到加工工藝和裝配工藝、精度、示值圍、擊穿電壓等的限制，一般電容的變化值在10-3103pF之間。3.2.整體屏蔽法屏蔽技術(shù)就是利用金屬材料對于電磁波具有較好的吸收和反射能力來進行抗干擾的。根據(jù)電磁干擾的特點選擇良好的低電阻導(dǎo)電材料或?qū)Т挪牧希瑯?gòu)成合適的屏蔽體。屏蔽體所起的作用好比是在一個等效電阻兩端并聯(lián)上一根短路線，當無用信號串入時直接通過短路線，對等效電阻無影響。整體屏蔽法是解決電容傳感器寄生電容問題的很好的方法，其缺點就是使得結(jié)構(gòu)變得比較復(fù)雜。

15、3.3.集成法將傳感器與電子線路的前置級裝在一個殼體，省去傳感器至前置級的電纜，這樣，寄生電容大為減小而且固定不變，使儀器工作穩(wěn)定。但這種做法因電子元器件的存在而不能在高溫或環(huán)境惡劣的地方使用。也可利用集成工藝，把傳感器和調(diào)理電路集成于同一芯片，構(gòu)成集成電容傳感器。3.4.運算放大器驅(qū)動法利用運算放大器的虛地減小引線電纜寄生電容Cp。如圖所示，電容傳感器Cx的一個電極經(jīng)電纜芯線接運算放大器的虛地點，電纜的屏蔽層接儀器地，這時與傳感器電容相并聯(lián)的為等效電纜電容Cp/(1+A),大大減小了電纜電容的影響。外界干擾因屏蔽層接儀器地，對芯線不起作用。傳感器的另一電極接，用來防止外電場的干擾。若采取雙屏

16、蔽電纜，其外屏蔽層接，干擾影響就更小了。開環(huán)放大倍數(shù)A越大，精度越高。選擇足夠大的A值可保證所需的測量精度。圖4.運算驅(qū)動放大器原理圖3.5.采用“驅(qū)動電纜”技術(shù)當電容式傳感器的電容值很小，而因某些原因（如環(huán)境溫度較高），測量電路只能與傳感器分開時，可采用“驅(qū)動電纜”（雙層屏蔽等位傳輸）技術(shù)，即傳感器與測量電路前置級間的引線為雙屏蔽層電纜，其屏蔽層與信號傳輸線通過增益為1的放大器成為等電位，從而消除了芯線與屏蔽層之間的電容，如圖所示。采用這種技術(shù)可使電纜長達10m之遠也不影響一起的性能。四、單元電路的設(shè)計4.1 電橋電路的設(shè)計變壓器電橋轉(zhuǎn)換電路具有元件少，輸出阻抗小，橋路開路時電路呈線性等優(yōu)點

17、，但是也具有一些缺點，例如：變壓器副邊不接地，易引起來自原邊的靜電感應(yīng)電壓，使增益放大器不能工作。電路原理圖如圖3所示。平衡臂為變壓器的兩個副邊，當負載阻抗無窮大時，流入工作臂的電流為初始Z1=Z2=Z=Rs+jwL,故平衡時，Usc=0.雙臂工作時，設(shè)Z1=Z-Z,Z2=Z+Z,相當于差動式自感傳感器的銜鐵向同一側(cè)運動，則同理反向移動時可見，銜鐵向不同方向移動時，產(chǎn)生的輸出電壓Usc大小相等、方向相反，即相位互差180度，可反映銜鐵移動的方向。但是，為了判別交流信號的相位，絮接入專門的相敏檢波電路。圖5. 變壓器電橋原理圖C1、C2 為電容式傳感器的電容。當負載阻抗為無窮大時，電橋的輸出電壓

18、為：以Z1=1/jwc1,Z2=1/jwc2帶入到可得4.2 振蕩電路的設(shè)計多諧振蕩電路是一種自激振蕩器，在接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號，便能自動的產(chǎn)生矩形脈沖。由于矩形波中含有豐富的高次諧波分量，所以習(xí)慣上又將矩形波振蕩器稱為多諧振蕩器。圖6. 對稱式多諧振蕩器圖為對稱式多諧振蕩器的電路圖，由兩個TTL反相器經(jīng)電容交叉耦合而成，通常令C1=C2，R1=R2=Rf。為了使靜態(tài)時反相器工作在轉(zhuǎn)折區(qū)，具有較強的放大能力，應(yīng)滿足Roff<Rf<Ron的條件。(1)工作原理假定接通電源后，由于某種原因使ui1有微小正跳變，則必然會引起如下的反饋過程：使uo1迅速跳變?yōu)榈碗娖?、uo2迅速跳

19、變?yōu)楦唠娖剑娐愤M入第一暫穩(wěn)態(tài)。以后，uo2的高電平對C1電容充電使uI2升高，電容C2放電使ui1降低。由于充電時間常數(shù)小于放電時間常數(shù)，所以充電速度較快，uI2首先上升到G2的閾值電壓UTH，并引起如下的正反饋過程：使uo2迅速跳變?yōu)榈碗娖?、uo1迅速跳變?yōu)楦唠娖剑娐愤M入第二暫穩(wěn)態(tài)。此后，C1放電、C2充電，C2充電使ui1上升，會引起有一次正反饋過程，電路又回到第一暫穩(wěn)態(tài)。這樣，周而復(fù)始，電路不停的在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間震蕩，輸出端產(chǎn)生了矩形脈沖。(2)參數(shù)設(shè)計：電源電壓可選擇 U=6V振蕩周期 T1.4RfC當取 Rf=1 K、C=0.1uF 時，T1.4×s振蕩頻率f=7.1

20、kHz4.3 放大電路的設(shè)計將運算放大器應(yīng)用與電路的最大特點是能盡量克服電容式傳感器中影響輸出的非線性的因素，提高分辨率。使輸出信號能與輸入機械位移成線性關(guān)系。圖為高頻輸入阻抗差分放大器，應(yīng)用十分廣泛，從儀器測量放大器，到特種測量放大電路，幾乎都能見到其蹤跡。圖8. 差分放大電路從圖中可以看到A1、A2兩個同相運放電路構(gòu)成輸入級，在與差分放大器A3串聯(lián)組成三運放差分放大電路。電路中有關(guān)電阻保持嚴格對稱，具有以下幾個優(yōu)點：1. A1和A2提高了差模信號與共模信號之比，即提高了信噪比；2. 在保持有關(guān)電阻嚴格對稱的條件下，各電阻阻值的誤差對核電路的共模抑制比K沒有影響；3. 電路對共模信號幾乎沒有

21、放大作用，共模電壓增益接近于零。因為電路中R1=R2、R3=R4、R5=R6，故可導(dǎo)出兩級差?？傇鲆鏋椋和ǔ?，第一級增益要盡量高，第二級增益一般為12倍，這里第一級選擇100倍，第二級為1倍，則取R3=R4=R5=R6=10K，要求匹配好，一般用金屬膜精密電阻，阻值可在10 K到幾百K間選擇。則先定Rp通常在1K10 K。這里取Rp=1 K,則可由上式求得Rl=99Rp/2=49.5 K取標稱值51 K。通常Rs1=Rs2=510,用于保護運放輸入級。A1和A2應(yīng)選用低溫飄、高K的運放，性能一致性要好。4.4相敏檢波器的設(shè)計相敏檢波電路是具有鑒別調(diào)制信號相位和選頻能力的檢波電路，對兩個信號之間

22、的相位進行檢波。工作原理如下：新號通道把輸入的被測信號選頻放大后，輸給相敏檢波器的一端；參考通道在參考信號的觸發(fā)下，輸出相位可調(diào)的、與輸入信號同頻的占空比1：1的方波；相敏檢波器比較兩路信號后輸出直流信號；直流放大器經(jīng)過低通濾波和進一步放大后輸出直流信號，其幅度與兩路輸入信號幅度和它們的相位差成比例。相敏檢波器是相關(guān)檢測的核心部件，它決定了測試系統(tǒng)的準確度以與弱信號檢測水平。它的作用有兩個：一是抑制噪聲，二是實現(xiàn)對正弦信號或調(diào)頻信號進行幅值和相位的檢測。應(yīng)當指出：相關(guān)檢測用于測量深埋于噪聲中的、微弱的頻域信號，由于是基于頻域相干檢測原理，它處理的信號，必須是某一頻率的周期函數(shù)。若原來的被測信號

23、是緩變新號，則首先必須調(diào)制成頻域信號，才能進行后續(xù)的相關(guān)檢測。電路圖如圖所示：圖9. 相敏檢波器從圖中知道，用JFET做開關(guān)器件，當U3out>0時，其導(dǎo)通，U4A正極為0電位，信號從負極輸入，放大倍數(shù)是-R11/R8=-1,此時，U1out>0;當U3out<0時，JFET截止，信號從正極輸入，放大倍數(shù)是1，此時U1out<0。因此，相敏檢波實現(xiàn)了信號的判別，只是與原信號相差一個負號。4.5低通濾波器的設(shè)計低通濾波器是讓某一頻率以下的信號分量通過，而對該頻率以上的信號分量大大抑制的電容、電感與電阻等器件的組合裝置。由于經(jīng)過相敏檢波后的電壓混有高頻載波信號，所以需將其濾

24、掉，又因為相敏檢波后輸出的電壓與原信號差一個負號，所以選擇反相一階有源低通濾波器，這樣就可以得到真正的反映原信號的直流輸出。此次采用的低通濾波器截至頻率為40HZ。電路圖如圖所示：圖10. 低通濾波器若取R10=1 K，則由可解得C1=4uF，另外取R9=50，則此環(huán)節(jié)實現(xiàn)的放大倍數(shù)是-R10/R9=-20，則實現(xiàn)了放大倍數(shù)的另一與分配，也還原了原始信號的相位。五、誤差分析測量系統(tǒng)的誤差由方法誤差、環(huán)境誤差、裝置誤差、數(shù)據(jù)處理誤差等幾部分組成。也可分為固定誤差和隨機誤差兩大類。5.1固定誤差固定誤差指差動電容器結(jié)構(gòu)所造成的誤差，這是系統(tǒng)論證時要結(jié)合精度要求綜合考慮的。系統(tǒng)一旦定下來這些因素一般

25、不能改變。5.2電橋引起的非線性誤差：由于對差動電容傳感器的電容，電橋的非線性誤差可以忽略，所以不影響本次設(shè)計。5.3相敏檢波引起的誤差相敏檢波是將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，正確的相位關(guān)系如圖 a所示，當交流信號與輸出信號不同步時其波形如圖b所示。5.4對于如同工頻等的干擾：我們盡量通過電路的優(yōu)化除去干擾，如通過高共模抑制比儀放以與低通濾波器進行改進。六、心得體會在傳感器課程設(shè)計的兩周里，雖然遇到過困難，但是最終看到自己的成果，還是很欣喜。這這期間，我去過圖書館翻書籍，也重修研究了教材上的理論知識。才發(fā)現(xiàn)很多書本上的知識掌握的還不是很牢固，在設(shè)計的過程中很多原理性的東西都理解的不夠深刻，在遇到困

26、難時，我才慢慢開始了追根溯源，從細微之處開始理解知識點，細節(jié)問題在設(shè)計終是非常重要的，我們要想有所成就就必須認真細心，多學(xué)多思，把理論知識與時間聯(lián)系起來。此外，通過這次課設(shè)，我還體會到了工具的重要性，包括工具書和軟件操作等方面。我們所掌握的知識不可能面面俱到，因而就必須要翻越文獻資料，同時，具備較好的計算機水平也會給我們帶來很大的方便，比如數(shù)學(xué)公式的編輯，各種計算符號的輸入等，這對以后步入工作都會有很大的幫助?？傊敬握n程設(shè)計加強了我對傳感器的認識，更重要的是，它讓我掌握了做設(shè)計應(yīng)有的環(huán)節(jié)與步驟，真正提高了學(xué)以致用的能力。七、參考文獻1燕。傳感器原理與應(yīng)用。大學(xué)2國雄。測控電路。機械工業(yè)3康

27、華光。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)。機械工業(yè)4嚴鐘豪，譚祖根。非電量電測技術(shù)。機械工業(yè)電容式傳感器電子秤應(yīng)用試驗實驗?zāi)康模毫私獠顒邮诫娙輦鞲衅鞯膶嶋H應(yīng)用。實驗原理：傳感器由兩定片和一組動片組成。當安裝于橫梁上的動片上下改變位置，與兩組靜片之間的重疊面積發(fā)生變化，極間電容也發(fā)生相應(yīng)的變化，成為差動電容。設(shè)上層定片與動片形成電容為C1，下層定片與動片形成電容為C2，當將C1和C2接入橋路作為相鄰兩臂時，橋路的輸出電壓Uo與電容量的變化有關(guān)，其關(guān)系為Uo=UifM(C1-C2)式中，S=xL,L為極板覆蓋寬度，則C=2L/d可得Uo=2UifM即輸出電壓值與動片位置成正比關(guān)系，而動片與橫梁連在一起，通過給橫梁施

28、加壓力，使其位移改變，從而達到改變動片位置的目的。所需單元與部件：振蕩器、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、V表、電橋、砝碼、主副電源。有關(guān)旋鈕的位置：音頻振蕩器5Kz、F/V表打到2V檔。實驗步驟：（1）按圖接線，開啟主副電源，利用示波器調(diào)節(jié)振蕩器的幅度鈕，使振蕩器的輸出為峰值2V。（2）將測量系統(tǒng)調(diào)零。將差動放大（+）（-）輸入端與地短接，輸出端與F/V表輸入端Vi相連，開啟主、副電源后調(diào)差放的調(diào)零旋鈕使F/V表顯示為零，然后關(guān)閉主副電源。（3）適當調(diào)整差動放大器的放大倍數(shù)，使在秤生平臺上放上數(shù)量的砝碼時電壓表指示不溢出。（4）去掉砝碼，必要的話將系統(tǒng)重新調(diào)零。然后逐個加上砝碼，讀出表頭讀數(shù)。記錄實驗數(shù)據(jù)，填入下表：質(zhì)量（g）電壓（V）（5）去掉砝碼，在平臺上放一個重量未知的重物，記下電壓表讀數(shù)。關(guān)閉主副電源。（6）利用所得數(shù)據(jù)，求得系統(tǒng)的靈敏度與重物的重量。注意事項：（1） 砝碼不宜太重，以免梁端位移過大。（2） 砝碼應(yīng)放在平臺中間部位，為使操