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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,是一種為了實現流體壓力測量的傳感器,它采用陶瓷材料,經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點,被廣泛應用于石油、化工、食品、動力機械、生物醫學工程、氣象、地質、地震測量等各個領域。

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,使其發生形變,產生推力,推動傳感器的膜片發生形變,導致傳感器的輸出電容發生改變來實現對微位移的檢測。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外精密位移測量技術的現狀和進展進行調研,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構,了解壓電效應的原理及應用。論文根據厚膜電容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。