厚膜電容E+E壓力傳感器的微位移測(cè)量研究
厚膜電容E+E壓力傳感器于80年代末出現(xiàn),是一種為了實(shí)現(xiàn)流體壓力測(cè)量的傳感器,它采用陶瓷材料,經(jīng)過(guò)特殊工藝制備而成。具有工作溫度范圍寬、抗過(guò)載能力強(qiáng)、蠕變和遲滯小、可直接接觸腐蝕性液體等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于石油、化工、食品、動(dòng)力機(jī)械、生物醫(yī)學(xué)工程、氣象、地質(zhì)、地震測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域。

厚膜電容E+E壓力傳感器的微位移測(cè)量研究
一般來(lái)說(shuō),厚膜電容式E+E壓力傳感器是一種測(cè)量流體壓力的傳感器,例如對(duì)于大氣壓,水壓以及聲壓等的測(cè)量,這些應(yīng)用中,傳感器的膜片受到均布載荷,采用均布載荷模型對(duì)其進(jìn)行分析和研究。另外厚膜電容式E+E壓力傳感器還有一種重要的應(yīng)用,它可以用來(lái)對(duì)位移進(jìn)行測(cè)量,例如對(duì)壓電陶瓷PZT的精密位移測(cè)量。它是通過(guò)壓電陶瓷PZT的探針直接剛性接觸傳感器的彈性膜片,對(duì)其施加電壓,使其發(fā)生形變,產(chǎn)生推力,推動(dòng)傳感器的膜片發(fā)生形變,導(dǎo)致傳感器的輸出電容發(fā)生改變來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)微位移的檢測(cè)。此時(shí),壓電陶瓷PZT的探針是抵在傳感器膜片的中心點(diǎn)處,如果使用均布載荷模型進(jìn)行計(jì)算和分析,將會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。因此,本文提出了集中載荷模型,通過(guò)對(duì)均布載荷模型和集中載荷模型進(jìn)行計(jì)算和分析,可以提高厚膜電容式E+E壓力傳感器的準(zhǔn)確度及檢測(cè)精度。所作的主要工作如下論文對(duì)國(guó)內(nèi)外精密位移測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)狀和進(jìn)展進(jìn)行調(diào)研,利用厚膜電容E+E壓力傳感器,采用電容測(cè)量的方法,通過(guò)力、位移、電容的傳遞模型來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)PZT定位器的精密位移的測(cè)量。深入研究平行板電容傳感器以及PZT精密位移定位器的工作原理及結(jié)構(gòu),了解壓電效應(yīng)的原理及應(yīng)用。論文根據(jù)厚膜電容E+E壓力傳感器的膜片彎曲情況,提出了傳感器的均布載荷、集中載荷、同心圓載荷三種工作模型,并對(duì)其進(jìn)行分析和研究。推導(dǎo)出三種工作模型的電容計(jì)算公式,并通過(guò)MATLAB仿真,畫(huà)出膜片彎曲曲線,計(jì)算出在小撓度情形下,三種工作模型的電容值。

厚膜電容E+E壓力傳感器的微位移測(cè)量研究
研究結(jié)果表明,傳感器膜片在小撓度形變的情況下,當(dāng)膜片中心點(diǎn)偏移量小于4μm時(shí),電容相對(duì)誤差小于1.10%,可以采用均布載荷模型來(lái)計(jì)算電容值,當(dāng)膜片中心點(diǎn)偏移量大于4μm時(shí),要考慮傳感器膜片的實(shí)際工作情況,采用集中載荷模型來(lái)計(jì)算電容值,以提高其測(cè)量的精度及準(zhǔn)確度。