传感器特性试验：（一） 变面积式电容传感器特性实验一、实验目的1、了解变面积式电容传感器的基本结构2、掌握变面积式电容及二极管环形电桥的工作原理3、掌握变面积式电容传感器的调试方法二、知识要点：电容式传感器，实质上是一个具有：可变参数的电容器中间充满介质的两块平行金属极板构成的电容器，其电容量为：（4-8）AC0式中：—介质相对真空的介电常数，空气中 1； 0—真空的介电常数0=8.8510-12F/m； —极板间距；A：遮盖 极板面积当被测量的电容若使 、A 或 发生变化时，都会引起电容量 C 的变化实际使用中，通常仅改变一个参数，根据变化参数的不同，可分为三类： 改变极板间距 的 极距变化型 、改变极板相互遮盖面积 A 的面积变化型 、改变极板间介质 的介质变化型（改变 ） 本实验是最常用的面积变化型 ；即：改变极板相互遮盖面积的，面积变化型三、实验所用单元电容式传感器、电容式传感器转换电路板、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架四、实验原理及电路1、实验电路框图如图 1 所示电容的变化通过电容转换电路转换成电压信号，经过差动放大器放大后，用数字电压表显示出来。
差 动放 大 器电 容 转换 电 路 数 字电 压 表C0x2Cx1图 1 电容式传感器实验电路框图2、图 1 中的电容转换电路图如图 2 所示图中的信号发生器用于产生方波信号电容转换由二极管环形电桥完成，二极管环电桥工作原理如图 3 所示固定频率的方波脉冲由 A 点输入，在方波的上升过程，C 0 被充电，充电途径是 VD3→C 0；与此同时， Cx1 也被充电，其充电途径是 C9→VD 5→Cx 1在方波的下降沿，C 0 和 Cx1 都放电， C0 的放电途径是 C0→VD 4→C 9；Cx 1 的放电途径是 Cx1→VD 6由于 C9 在一个周期内的充电和放电平均电流分别为：I c＝fV PCx1和 If＝ fVPC0，式中 f 是脉冲频率，V P 为方波峰值电压，因此 AB 间的平均电流I＝ Ic－I f＝fV P(C0-Cx1)从该式中可以看出电容的变化与 AB 间的电路成正比在图 2 中，增加了 L1、L 2、C 10 和 R6 ； L1 和 L2 对高频方波的阻抗很大，而对于直流来说电阻很小，与 R6 一起形成了 AB 间的直流通路，从而使充放电流的直流分量得以通过。
C 10 用作滤波这样在 R6 两端就有与电容变化量成正比的直流电压输出信号发生器+15V-15V C0Cx1x2VD3VD4VD5VD6C9L1 L2C10R6OUT二 极 管 环形 电 桥图 2 电容转换电路原理图 C0Cx1VD3VD4VD5VD6C9A B图 3 二极管环形电桥原理图四、实验步骤1、固定好位移台架，将电容式传感器置于位移台架上，调节测微器使其指示 12mm 左右将测微器装入位移台架上部的开口处，再将测微器测杆与电容式传感器动极旋紧然后调节两个滚花螺母，使电容式传感器的动极上表面与静极上表面基本平齐，且静极能上下轻松滑动，这时将两个滚花螺母旋紧2、差动放大器调零（参见实验一） 3、按图 2 接线，将可变电容 Cx1 与固定电容 C0 接到实验板上，位移台架的接地孔与转换电路板的地线相连4、接通电源，调节测微器使输出电压 UO 接近零，然后上移或下移测微器1mm，调节差动放大器增益，使输出电压的值为 200～400mV 左右，再回调测微器，使输出电压为 0mV，并以此为系统零位，分别上旋和下旋测微器，每次0.5mm，上下各 2.5mm，将位移量 X 与对应的输出电压 UO 记入下表中。
表 1X(mm) 0UO(mV) 0五、实验报告1、根据表 1，画出输入/输出特性曲线 ，并且计算灵敏度和非线)X(fUO性误差2、本实验的灵敏度和线性度取决于哪些因素？（二） 差动变压器的特性实验一、实验目的1、了解差动变压器的基本结构2、掌握差动变压器及整流电路的工作原理3、掌握差动变压器的调试方法二、工作原理及实验电路1、 差动变压器的工作原理类似变压器的工作原理它主要包括有：衔铁、一次绕组和二次绕组等组成一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化由于在使用时采用两个二次绕组反向串接，以差动方式输出，其输出电势反映出铁芯的位移量，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器差动变压器工作在理想情况下（忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响），它的等效电路如图 4.2.2 所示图 U1 为一次绕组激励电压；M1、M2 分别为一次绕组与两个二次绕组间的互感：L1、R1 分别为一次绕组的电感和有效电阻；L21、L22 分别为两个二次绕组的电感；R21、R22 分别为两个二次绕组的有交电阻图 4.2.1 差动变压器的结构示意图 图 4.2.2 差动变压器的等效电路对于差动变压器，当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组互相同，因而由一次侧激励引起的感应电动势相同。
由于两个二次绕组反向串接，所以差动输出电动势为零当衔铁移向二次绕组 L21 一边，这时互感 M1 大，M2 小，因而二次绕组 L21 内感应电动势大于二次绕组 L22 内感应电动势，这时差动输出电动势不为零在传感器的是量程内，衔动移越大，差动输出电动势就越大2、差动变压器实验电路图如图 1 所示R42RP1R1R3C1R5OUT+-NMUR1UR2LDHFABN1N2N3CI1KHz0～ 5Vp- V图 1 差动变压器实验电路图传感器的两个次级线圈(N 2、N 3)电压分别经 UR1、UR 2 两组桥式整流电路变换为直流电压，然后相减，经过差动放大器放大后，由电压表显示出来R1、 R2 为两桥臂电阻，RP 1 为调零电位器，R 3、R 4、C 1 组成滤波电路，R 5 为负载电阻，采用这种差动整流电路可以减少零点残余电压三、实验所用单元电感式传感器、电感式传感器转换电路板、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架四、实验步骤1、固定好位移台架，将电感式传感器置于位移台架上调节测微器使其指示 12mm 左右，将测微器装入台架上部的开口处，再将测微器的测杆与电感式传感器的可动铁芯旋紧。
然后调节两个滚花螺母，使铁芯离开底面 10mm，注意要使铁芯能在传感器中轻松滑动，再将两个滚花螺母旋紧2、差动放大器调零（参见实验一） 3、按图 1 将信号源的两输出端 A、B 接到传感器的初级线圈 N1 上，传感器次级线圈 N2、N 3 分别接到转换电路板的 C、D 与 H、I 上，并将 F 与 L 用导线连接，将差动放大器与数字电压表连接好这样构成差动变压器实验电路4、接通电源，调节信号源输出幅度电位器 RP2 到较大位置，平衡电位器RP1 处于中间位置，调节测微器使输出电压接近零，然后上移或下移测微器1mm，调节差动放大器增益使输出电压的值为 300mV 左右，再回调测微器使输出电压为 0mV此为系统零位，分别上旋和下旋测微器，每次 0.5mm，上下各 2.5mm，将位移量 X 和对应的输出电压 UO 记入下表表 1X(mm) 0UO(mV) 0五、实验报告1、根据表 1，画出输入/输出特性曲线，并且计算灵敏度和非线性误差2、分析为什么采用差动整流电路可以减少零点残余电压？因为差动变压器输出的是调幅波，为了辨别衔铁移动的方向，需要对输出波形解调，差动整流电路就是解调电路的一种，差动整流电路对感应和分布电容不明感，不需要考虑相位调整和零点残余电压的影响。