用电容法测物体体积大揭秘

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  原理
  
  两片互相绝缘而又接近的金属板可以组成一个电容器。当两片金属板的相对面积和相对距离不变时,该电容器电容量的大小取决于电介质的介电常数的大小。
  如果我们将两片金属板分别放置盛有水(或其他液体)的容器两侧,水就成了电介质。当容器内放入一个待测物体时,水面高度的变化必然引起电容量的变化,且成正比变化。由于容器的桶径上下均匀,所以水面高度的变化与物体的体积成正比。由此可测出电容量的变化量,进而可得出待测物体的体积。
  设计一个简易的振荡电路,把电容量大小的变化量转换成相应的电信号,就可在计算机上显示待测物体体积的测量结果。
  
  装置
  
  1.盛水容器采用大号可乐塑料瓶,要求瓶中部直径上下相同。
  2.制作电容器两个极板有两种方法:
  ①用敷铜板割成l30mm×40mm和l30mm×10mm各一块,再分别在各自的端部焊上连接线。
  ②用烟盒中的铝箔纸剪成l30mm×40mm两块,在各自的端部用小铜铆钉铆上连接线。
  3.采用第一种方法组装时,把窄条的敷铜板直接固定在容器的内壁上,而把第二块较宽的敷铜板经封箱纸密封后再固定在容器的另一面内壁上。采用第二种方法组装时,则把两片铝箔纸直接固定在容器的两侧外壁上即可。在容器内倒入水,使水面刚好没入极板下端的5~10 mm处。
  4.电信号的转换电路以常见的NE555集成电路为核心,附加几个电阻容件组成一个振荡电路。
  图中的Co是自制容器的电容。两个电路实际是一个电路,只不过是转换电信号的性质不同而已。第一个电路中,Co的变化引起电路振荡频率的变化;而第二个电路Co的变化引起容抗的变化,使输出的信号强度改变。用计算机测出这两个变化与物体体积的关系,所以,这是两种测量显示方式。
  
  测量
  
  我们在网上下载了一个用声卡作测试仪器的小程序,用它可测试信号的频率或电压。在具体测量时,只要把基准数、标准物体的读数填上,点击比率空格,自动显示比率数,再将被测物体的测量读数、修订数填上,点击结果空格,此时被测物体的测量读数会马上自动显示出来。
  同学们,你们看简单吧,通过练习你可以在3分钟内完成全部测试任务。
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