用電容法測(cè)物體體積大揭秘

原理

兩片互相絕緣而又接近的金屬板可以組成一個(gè)電容器。當(dāng)兩片金屬板的相對(duì)面積和相對(duì)距離不變時(shí)，該電容器電容量的大小取決于電介質(zhì)的介電常數(shù)的大小。

如果我們將兩片金屬板分別放置盛有水(或其他液體)的容器兩側(cè)，水就成了電介質(zhì)。當(dāng)容器內(nèi)放入一個(gè)待測(cè)物體時(shí)，水面高度的變化必然引起電容量的變化，且成正比變化。由于容器的桶徑上下均勻，所以水面高度的變化與物體的體積成正比。由此可測(cè)出電容量的變化量，進(jìn)而可得出待測(cè)物體的體積。

設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的振蕩電路，把電容量大小的變化量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，就可在計(jì)算機(jī)上顯示待測(cè)物體體積的測(cè)量結(jié)果。

裝置

1.盛水容器采用大號(hào)可樂塑料瓶，要求瓶中部直徑上下相同。

2.制作電容器兩個(gè)極板有兩種方法：

①用敷銅板割成l30mm×40mm和l30mm×10mm各一塊，再分別在各自的端部焊上連接線。

②用煙盒中的鋁箔紙剪成l30mm×40mm兩塊，在各自的端部用小銅鉚釘鉚上連接線。

3.采用第一種方法組裝時(shí)，把窄條的敷銅板直接固定在容器的內(nèi)壁上，而把第二塊較寬的敷銅板經(jīng)封箱紙密封后再固定在容器的另一面內(nèi)壁上。采用第二種方法組裝時(shí)，則把兩片鋁箔紙直接固定在容器的兩側(cè)外壁上即可。在容器內(nèi)倒入水，使水面剛好沒入極板下端的5～10 mm處。

4.電信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路以常見的NE555集成電路為核心，附加幾個(gè)電阻容件組成一個(gè)振蕩電路。

圖中的Co是自制容器的電容。兩個(gè)電路實(shí)際是一個(gè)電路，只不過是轉(zhuǎn)換電信號(hào)的性質(zhì)不同而已。第一個(gè)電路中，Co的變化引起電路振蕩頻率的變化；而第二個(gè)電路Co的變化引起容抗的變化，使輸出的信號(hào)強(qiáng)度改變。用計(jì)算機(jī)測(cè)出這兩個(gè)變化與物體體積的關(guān)系，所以，這是兩種測(cè)量顯示方式。

測(cè)量

我們?cè)诰W(wǎng)上下載了一個(gè)用聲卡作測(cè)試儀器的小程序，用它可測(cè)試信號(hào)的頻率或電壓。在具體測(cè)量時(shí)，只要把基準(zhǔn)數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)物體的讀數(shù)填上，點(diǎn)擊比率空格，自動(dòng)顯示比率數(shù)，再將被測(cè)物體的測(cè)量讀數(shù)、修訂數(shù)填上，點(diǎn)擊結(jié)果空格，此時(shí)被測(cè)物體的測(cè)量讀數(shù)會(huì)馬上自動(dòng)顯示出來。

同學(xué)們，你們看簡(jiǎn)單吧，通過練習(xí)你可以在3分鐘內(nèi)完成全部測(cè)試任務(wù)。