【正文】 對(duì)稱(chēng)電橋，此時(shí) 當(dāng) 臂的電阻產(chǎn)生變化Δ =ΔR，1234R??1 1R根據(jù)（147）可得到輸出電壓為 (148) 對(duì)于電源對(duì)稱(chēng)電橋， ， 當(dāng) 臂產(chǎn)生電阻增量Δ =ΔR14R?39。當(dāng)ΔR R時(shí)，電橋的輸出電壓與應(yīng)變成線性關(guān)系。因此在使用中多采用等臂電橋或輸出對(duì)稱(chēng)電橋在實(shí)際使用中為了進(jìn)一步提高靈敏度，常采用等臂電橋，四個(gè)被測(cè)信號(hào)接成兩個(gè)差動(dòng)對(duì)稱(chēng)的全橋工作形式。 交流電橋 從能量轉(zhuǎn)換的角度而言，電容變換器為無(wú)源變換器，需要將所測(cè)的力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓或電流后進(jìn)行放大和處理。另外，在有些條件下，這些力學(xué)量變化相當(dāng)緩慢，而且變化范圍極小，如果要求測(cè)量極小距離或位移時(shí)要有較高的分辨率，其他傳感器很難做到實(shí)現(xiàn)高分辨率要求，在精密測(cè)量中所普遍使用的差動(dòng)變壓器傳感器的分辨率僅達(dá)到1～5 μm數(shù)量級(jí)；而有一種電容測(cè)微儀， μm，比前者提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，最大量程為100177。 對(duì)于上述這些力學(xué)量，尤其是緩慢變化或微小量的測(cè)量，一般來(lái)說(shuō)采用電容式傳感器進(jìn)行檢測(cè)比較適宜，主要是這類(lèi)傳感器具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：(1)測(cè)量范圍大其相對(duì)變化率可超過(guò)100%；(2)靈敏度高如用比率變壓器電橋測(cè)量，相對(duì)變化量可達(dá)10 7數(shù)量級(jí)；(3)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快因其可動(dòng)質(zhì)量小，固有頻率高，高頻特性既適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量，也可靜態(tài)測(cè)量；(4)穩(wěn)定性好由于電容器極板多為金屬材料，極板間襯物多為無(wú)機(jī)材料，如空氣、玻璃、陶瓷、石英等；因此可以在高溫、低溫強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)幅射下長(zhǎng)期工作，尤其是解決高溫高壓環(huán)境下的檢測(cè)難題。根據(jù)改變電容器的參數(shù)不同，電容傳感器可有3類(lèi)：　　ａ）改變極板遮蓋面積的電容傳感器　　，(a)中是利用角位移來(lái)改變電容器極板遮蓋面積。當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)時(shí)，該電容器的電容量為： oSCd?? 如果其中一塊板極相對(duì)另一極板轉(zhuǎn)過(guò)θ角，則極板間的相互遮蓋面積為： 100 (1)SS????因而電容量也就變化了，其值為：00(1)SCCd??????這樣電容器的電容變化量為： （1）0????　　可見(jiàn)，此電容量的變化值和角位移成正比，以此用來(lái)測(cè)量角位移。如果初始狀態(tài)極板全部遮蓋，則遮蓋面積S 0＝ab，當(dāng)2塊極板相對(duì)位移x時(shí)，則極板的遮蓋面積變?yōu)镾 1=b(ax)?！?(c)所示電容變換器是(b)所示電容器的變種。若鋸齒數(shù)為n，尺寸如(b)所示不變，當(dāng)運(yùn)動(dòng)齒相對(duì)于固定齒移動(dòng)一個(gè)位移x時(shí)，則可得： （3）39。b ）改變介質(zhì)介電常數(shù)的電容傳感器　　。 (a)中由圓筒1和圓柱2構(gòu)成電容器兩極，假定部分浸入被測(cè)量液體中（液體應(yīng)不能導(dǎo)電，若能導(dǎo)電，則電極需作絕緣處理）。這種方法測(cè)量的精度很高，且不受周?chē)h(huán)境的影響?！　‘?dāng)容器的尺寸和被測(cè)介質(zhì)確定后，則h，R，r，ε 1和ε 2均為常數(shù)，令：， 102ln/haRr???120()ln/xbRr???則有： （4）C?　　這說(shuō)明，電容量C的大小與電容器浸入液體的深度x成正比。　　由于d 1+d3=dd2，且當(dāng)ε 1＝ε 3時(shí)，式（5）還可寫(xiě)為： （6）21SCd????　　式中d — 兩極板之間的距離。如被測(cè)材料介電常數(shù)ε2已知，就可以測(cè)量等厚教材料的厚度d2；或者被測(cè)材料的厚度d2已知，就可測(cè)量其介電常數(shù)ε2。c)改變極板間距離的電容傳感器　　，由2塊極板構(gòu)成，其中極板2為固定極板，極板1為與被測(cè)物體相連的活動(dòng)極板，可上下移動(dòng)。其相對(duì)非線性誤差為： （8）2022()11dd?????顯然，這種單邊活動(dòng)的電容傳感器隨著測(cè)量范圍的增大，相應(yīng)的誤差也增大。兩邊是固定的電極板1和2，中間由彈簧片支承的活動(dòng)極板3。若活動(dòng)極板的初始位置距2個(gè)固定極板的距離均為d0，則固定極板1和活動(dòng)極板3之間 ，固定2和活動(dòng)極板3之間的初始電容相等，若令其為C0。當(dāng) 時(shí)（在微小量檢測(cè)中，如線膨脹測(cè)量等，一般都能滿(mǎn)足這個(gè)01d?條件），略去高次項(xiàng)，得： （9）02dC??其相對(duì)非線性誤差： （10）3039。比較式（10）和式（8）可見(jiàn)，在 時(shí)，非線性誤差將大大下降。這種傳感器的線圈匝數(shù)和材料導(dǎo)磁系數(shù)都是一定的，其電感量的變化是由于位移輸入量導(dǎo)致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。 電感式傳感器的特點(diǎn)是：①無(wú)活動(dòng)觸點(diǎn)、可靠度高、壽命長(zhǎng)；②分辨率高；③靈敏度高；④線性度高、重復(fù)性好；⑤測(cè)量范圍寬（測(cè)量范圍大時(shí)分辨率低）；⑥無(wú)輸入時(shí)有零位輸出電壓，引起測(cè)量誤差；⑦對(duì)激勵(lì)電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高；⑧不適用于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。 　 電感式傳感器是利用被測(cè)量的變化引起線圈自感或互感系數(shù)的變化，從而導(dǎo)致線圈電感量改變這一物理現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。自感式電感傳感器可分為變間隙型、變面積型和螺管型三種類(lèi)型。時(shí)間tPHL 傳遞延遲時(shí)間 3 10 4 15 ns 1線圈 2鐵芯 3銜鐵 變間隙型電感傳感器傳感器由線圈、鐵心和銜鐵組成。由于氣隙磁阻的變化，導(dǎo)致了線圈電感量的變化。 對(duì)于變間隙式電感傳感器，如果忽略磁路鐵損，則磁路總磁阻為 (412)式中，l1為鐵心磁路長(zhǎng)；l2為銜鐵磁路長(zhǎng)；A為截面積； 1為鐵心磁導(dǎo)率；181。0為空氣磁導(dǎo)率；δ為空氣隙厚度。為了發(fā)送非線性，氣隙的相對(duì)變化量要很小，但過(guò)小又將影響測(cè)量范圍，所以要兼顧考慮兩個(gè)方面。1銜鐵 2鐵芯 3線圈 變面積型電感傳感器 電感傳感器特性曲線通過(guò)對(duì)式（414）的分析可知，線圈電感量L與氣隙厚度是非線性的，但與磁通截面積A卻是成正比，是一種線性關(guān)系。螺管型電感傳感器的銜鐵隨被測(cè)對(duì)象移動(dòng)，線圈磁力線路徑上的磁阻發(fā)生變化，線圈電感量也因此而變化。 1線圈 2鐵芯 螺管型電感式傳感器 設(shè)線圈長(zhǎng)度為l、線圈的平均半徑為r、線圈的匝數(shù)為N、銜鐵進(jìn)入線圈的長(zhǎng)度la、銜鐵的半徑為ra、鐵心的有效磁導(dǎo)率為ro，則線圈的電感量L與銜鐵進(jìn)入線圈的長(zhǎng)度la的關(guān)系可表示為 （415） 通過(guò)以上三種形式的電感式傳感器的分析,可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論: I. 變間隙型靈敏度較高，但非線性誤差較大，且制作裝配比較困難。 III. 螺管型靈敏度較低，但量程大且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制作和批量生產(chǎn)，是使用最廣泛的一種電感式傳感器。 、變面積型及螺管型三種類(lèi)型的差動(dòng)式電感傳感器。差動(dòng)式結(jié)構(gòu)除了可以改善線性、提高靈敏度外，對(duì)溫度變化、電源頻率變化等影響，也可以進(jìn)行補(bǔ)償，從而減少了外界影響造成的誤差。根據(jù)實(shí)際需要本次實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)采用差動(dòng)整流電路。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。 ICL 8038 的主要特點(diǎn):(1) 可同時(shí)輸出任意的三角波、矩形波和正弦波等。5V～ 177。其優(yōu)點(diǎn)是：①測(cè)量精度高。②測(cè)量范圍廣。③構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。1．熱電偶測(cè)溫基本原理將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，如圖211所示。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國(guó)從1988年1月1日起，熱電偶和熱電阻全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。3．熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。二、熱電阻的應(yīng)用原理熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。其中鉑熱是阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開(kāi)始采用甸、鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。它的主要特性如下：流過(guò)器件的電流（mA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)。AD590的電源電壓范圍為4V～30V。AD590可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。精度高。℃。而根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱(chēng)為電渦流傳感器。當(dāng)被測(cè)金屬體靠近這一磁場(chǎng)，則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，與此同時(shí)該電渦流場(chǎng)也產(chǎn)生一個(gè)方向與頭部線圈方向相反的交變磁場(chǎng)，由于其反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變（線圈的有效阻抗），這一變化與金屬體磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。則線圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函數(shù)來(lái)表示。于此，通過(guò)前置器電子線路的處理，將線圈阻抗Z的變化，即頭部體線圈與金屬導(dǎo)體的距離D的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。 工作過(guò)程　　當(dāng)被測(cè)金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時(shí)，探頭中線圈的Q值也發(fā)生變化，Q值的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個(gè)隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過(guò)檢波、濾波、線性補(bǔ)償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電壓（電流）變化，最終完成機(jī)械位移(間隙)轉(zhuǎn)換成電壓（電流）。 電渦流傳感器能靜態(tài)和動(dòng)態(tài)地非接觸、高線性度、高分辨力地測(cè)量被測(cè)金屬導(dǎo)體距探頭表面的距離。電渦流傳感器能準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)體（必須是金屬導(dǎo)體）與探頭端面之間靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的相對(duì)位移變化。如軸的徑向振動(dòng)、振幅以及軸向位置。 電渦流傳感器以其長(zhǎng)期工作可靠性好、測(cè)量范圍寬、靈敏度高、分辨率高、響應(yīng)速度快、抗干擾力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)的影響、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷中得到廣泛應(yīng)用。T 工 頻 交 流 脈 動(dòng) 直 流 直 流整流 濾波 穩(wěn)壓 負(fù)載四個(gè)環(huán)節(jié)的工作原理如下：　　(1)電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng)220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓U1?！　?3)濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓各濾波電容C滿(mǎn)足RLC＝（3~5）T/2，或中T為輸入交流信號(hào)周期，RL為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻。常用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。其芯片內(nèi)有過(guò)渡、過(guò)熱和安全工作區(qū)保護(hù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的需要，設(shè)計(jì)了該可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，它具有超載、輸出短路保護(hù)與報(bào)警功能，穩(wěn)壓精度較高，帶負(fù)載能力強(qiáng)，~24V，最大輸出電流為2A 。 輸入電路由電源開(kāi)關(guān)S1 、熔斷器 FUFU電源變壓器T、整流二極管VD1~VD濾波電容器C1 、C2 、限流電阻器R1和電源指示發(fā)光二極管VL1組成。超載、輸出短路保護(hù)電路由電阻器R8~R晶閘管VT、電容器C復(fù)位按鈕S2組成。其中，電子開(kāi)關(guān)電路由晶體管VV5和電阻器R11~R13組成；多諧振蕩器由VV電阻器R14~R1電容器CC7和發(fā)光二極管 VL2組成。調(diào)節(jié)RP 的阻值，可改變IC控制端電壓，從而改變輸出電壓的高低。當(dāng)電源負(fù)載過(guò)重、引起工作電流增大時(shí)，R8上的電壓降也隨之增大，當(dāng)該電壓降，VT受觸發(fā)而導(dǎo)通，使V1~V3 截止，輸出電壓消失；同時(shí)V4 截止，V5導(dǎo)通，多諧振蕩器工作，VL2發(fā)光，發(fā)出超載保護(hù)警報(bào)信號(hào)。當(dāng)短路故障排除后，只要按下復(fù)位按鈕S2，使VT 截止，穩(wěn)壓輸出電路即可恢復(fù)工作，同時(shí)，V4導(dǎo)通，V5截止，多諧振蕩器停振VL2熄滅。根據(jù)本課題的實(shí)際顯示需要，設(shè)計(jì)了三種方案：方案一：常用的數(shù)碼管顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中七個(gè)發(fā)光二極管a~g 控制七個(gè)筆畫(huà)（段）的亮或暗，另一個(gè)控制一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的亮和暗，這種筆畫(huà)式的七段顯示器能顯示的字符較少，字符的形式有些失真，但控制簡(jiǎn)單，使用方便。方案三：液晶顯示器具有液體的流動(dòng)性和晶體的某些光學(xué)特性，它本身不發(fā)光，而只是調(diào)制環(huán)境光，越是亮的地方顯示越清晰，黑暗中不能顯示。因?yàn)榍皟煞N方案所選擇的顯示器屬于數(shù)碼管顯示器，無(wú)法進(jìn)行漢字的顯示而只能作為字符的顯示器件。通過(guò)對(duì)以上顯示器件的比較，本次設(shè)計(jì)選擇了方案三液晶顯示器。LCD可分為段位式LCD、字符式LCD和點(diǎn)陣式LCD 。采用內(nèi)置T6963C 控制器的點(diǎn)陣式 LCD 顯示器，該顯示器采用了12864 點(diǎn)陣的屏幕。T6963C 控制器主要有以下幾方面的特點(diǎn)： T6963C 是點(diǎn)陣式液晶圖形顯示控制器，它能直接與 80 系列的8位微處理器接口； T6963C 的字符字體可由硬件或軟件設(shè)置，共字體有 4 種：58 、6788； T6963C 的占空比可從1/16 到1/128； T6963C 可以圖形方式、文本方式及圖形合成方式進(jìn)行顯示，以及文本方式下的特征顯示，還可以實(shí)現(xiàn)圖形拷貝操作等等； T6963C 具有內(nèi)部字符發(fā)生器CGROM，共有128 個(gè)字符，T6963C 可管理64K 顯示緩沖區(qū)及字符發(fā)生器CGRAM。液晶顯示模塊及其引腳介紹內(nèi)置T6963C 控制器的液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)T6963C 與行、列驅(qū)動(dòng)器及顯示緩沖區(qū)RAM 的接口，同時(shí)也用硬件設(shè)置了液晶屏的結(jié)構(gòu)（單、雙屏），數(shù)據(jù)傳輸方式，顯示窗口長(zhǎng)