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

厚膜電容E+E壓力傳感器的微位移測量研究
一般來說,厚膜電容式E+E壓力傳感器是一種測量流體壓力的傳感器,例如對于大氣壓,水壓以及聲壓等的測量,這些應用中,傳感器的膜片受到均布載荷,采用均布載荷模型對其進行分析和研究。另外厚膜電容式E+E壓力傳感器還有一種重要的應用,它可以用來對位移進行測量,例如對壓電陶瓷PZT的精密位移測量。它是通過壓電陶瓷PZT的探針直接剛性接觸傳感器的彈性膜片,對其施加電壓,使其發(fā)生形變,產(chǎn)生推力,推動傳感器的膜片發(fā)生形變,導致傳感器的輸出電容發(fā)生改變來實現(xiàn)對微位移的檢測。此時,壓電陶瓷PZT的探針是抵在傳感器膜片的中心點處,如果使用均布載荷模型進行計算和分析,將會產(chǎn)生較大的誤差。因此,本文提出了集中載荷模型,通過對均布載荷模型和集中載荷模型進行計算和分析,可以提高厚膜電容式E+E壓力傳感器的準確度及檢測精度。所作的主要工作如下論文對國內(nèi)外精密位移測量技術(shù)的現(xiàn)狀和進展進行調(diào)研,利用厚膜電容E+E壓力傳感器,采用電容測量的方法,通過力、位移、電容的傳遞模型來實現(xiàn)對PZT定位器的精密位移的測量。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),了解壓電效應的原理及應用。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,并對其進行分析和研究。推導出三種工作模型的電容計算公式,并通過MATLAB仿真,畫出膜片彎曲曲線,計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,當膜片中心點偏移量小于4μm時,電容相對誤差小于1.10%,可以采用均布載荷模型來計算電容值,當膜片中心點偏移量大于4μm時,要考慮傳感器膜片的實際工作情況,采用集中載荷模型來計算電容值,以提高其測量的精度及準確度。