实验四--电容式传感器测量位移实验

1电容式传感器测量位移实验一、实验目的（1）了解电容式传感器结构及原理。（2）熟悉数据采集系统的结构与应用。二、基本原理（一）电容式传感器及其测量电路1、电容式传感器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，如图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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=ε22∆X／ln(R／r)，式中ε2、ln(R／r)为常数，说明∆C与位移∆X成正比，配上配套测量电路就能测量位移。图1实验电容式传感器结构示意图2、测量电路测量电路画在实验模板的面板上，其电路的核心部分是二极管充放电电路。（二）数据采集系统数据采集系统（数据采集卡）对实验数据（模拟量）进行采集并与计算机(PC机)通讯，再用计算机对实验数据进行分析处理。其原理框图如图2所示。图2数据采集系统实验原理框图三、需用器件与单元主机箱、电容传感器、电容传感器实验模板、测微头；数据采集通讯卡(内置式，已经装在主机箱内)、RS232连线、计算机。附：测微头的组成与使用2测微头组成和读数如图3所示。测微头读数图图3测位头组成与读数测微头组成：测微头由不可动部分安装套、轴套和可动部分测杆、微分筒、微调钮组成。测微头读数与使用：测微头的安装套便于在支架座上固定安装，轴套上的主尺有两排刻度线，标有数字的是整毫米刻线(1ｍｍ／格)，另一排是半毫米刻线(０.５ｍｍ／格)；微分筒前部圆周表面上刻有50等分的刻线(０.０１ｍｍ／格)。用手旋转微分筒或微调钮时，测杆就沿轴线方向进退。微分筒每转过1格，测杆沿轴方向移动微小位移０.０１毫米，这也叫测微头的分度值。测微头的读数方法是先读轴套主尺上露出的刻度数值，注意半毫米刻线；再读与主尺横线对准微分筒上的数值、可以估读1／10分度，如图3甲读数为３.６７８ｍｍ，不是３.１７８ｍｍ；遇到微分筒边缘前端与主尺上某条刻线重合时，应看微分筒的示值是否过零，如图3乙已过零则读２.５１４ｍｍ；如图3丙未过零，则不应读为２ｍｍ，读数应为１.９８０ｍｍ。测微头使用：测微头在实验中是用来产生位移并指示出位移量的工具。一般测微头在使用前，首先转动微分筒到１０ｍｍ处(为了保留测杆轴向前、后位移的余量)，再将测微头轴套上的主尺横线面向自己安装到专用支架座上，移动测微头的安装套(测微头整体移动)使测杆与被测体连接并使被测体处于合适位置(视具体实验而定)时再拧紧支架座上的紧固螺钉。当转动测微头的微分筒时，被测体就会随测杆而位移。四、实验步骤：1、按图4将电容传感器装于电容传感器实验模板上并按图示意接线(实验模板±15V电源端口接主机箱±15V电源；实验模板的输出ＶＯ１接主机箱电压表的Ｖｉｎ)。3图4电容传感器测量位移实验安装、接线图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(显示选择)开关打到２ｖ档，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，再沿同一方向（如测微头读数减小方向）转动测微头5圈，记录此时的测微头读数和电压表显示值，作为实验起点值。之后，反方向转动测微头，每转动测微头1圈即△Ｘ=０.５ｍｍ位移读取电压表读数(这样转10圈读取相应的电压表读数)，将数据填入表1并作出Ｘ—Ｖ实验曲线。4、根据表1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δ。表1电容传感器位移与输出电压值X(mm)V(mv)5、数据采集系统标定。（1）准备10V电源：在主机箱上按图2接线。将电压表的量程切换开关切到20V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节转速调节0～24V电源使电压表显示10.00V（调节好后保持转速调节旋钮位置不变）。关闭电源。（2）软件标定（以通道A为例）：分别按图6和图7示意接线，V和I选择按钮选择Vin。检查接线无误后和上主机箱电源进行软件0V、10V标定（前提：电脑已安装好配套软件并已正常开机）。按图6接线，合4上主机箱电源后按电脑软件界面“0V”键三次；在转换成图4接线时不用关闭主机箱电源，而是带电接线后按电脑软件界面中“10V”键三次，然后再点击电脑软件界面中“保存标定”键。图5准备10V电源接线示意图图6软件0V标定接线示意图图7软件10V标定接线示意图6、利用利用数据采集卡采集电容式传感器测量位移实验的实验数据。记录和保存实验5结果。思考题：比较人工记录实验数据与计算机记录实验数据，如有差异，试分析原因。