厚膜电容E+E压力传感器的微位移测量研究
厚膜电容E+E压力传感器于80年代末出现,是一种为了实现流体压力测量的传感器,它采用陶瓷材料,经过特殊工艺制备而成。具有工作温度范围宽、抗过载能力强、蠕变和迟滞小、可直接接触腐蚀性液体等优点,被广泛应用于石油、化工、食品、动力机械、生物医学工程、气象、地质、地震测量等各个领域。

厚膜电容E+E压力传感器的微位移测量研究
一般来说,厚膜电容式E+E压力传感器是一种测量流体压力的传感器,例如对于大气压,水压以及声压等的测量,这些应用中,传感器的膜片受到均布载荷,采用均布载荷模型对其进行分析和研究。另外厚膜电容式E+E压力传感器还有一种重要的应用,它可以用来对位移进行测量,例如对压电陶瓷PZT的精密位移测量。它是通过压电陶瓷PZT的探针直接刚性接触传感器的弹性膜片,对其施加电压,使其发生形变,产生推力,推动传感器的膜片发生形变,导致传感器的输出电容发生改变来实现对微位移的检测。此时,压电陶瓷PZT的探针是抵在传感器膜片的中心点处,如果使用均布载荷模型进行计算和分析,将会产生较大的误差。因此,本文提出了集中载荷模型,通过对均布载荷模型和集中载荷模型进行计算和分析,可以提高厚膜电容式E+E压力传感器的准确度及检测精度。所作的主要工作如下论文对国内外精密位移测量技术的现状和进展进行调研,利用厚膜电容E+E压力传感器,采用电容测量的方法,通过力、位移、电容的传递模型来实现对PZT定位器的精密位移的测量。深入研究平行板电容传感器以及PZT精密位移定位器的工作原理及结构,了解压电效应的原理及应用。论文根据厚膜电容E+E压力传感器的膜片弯曲情况,提出了传感器的均布载荷、集中载荷、同心圆载荷三种工作模型,并对其进行分析和研究。推导出三种工作模型的电容计算公式,并通过MATLAB仿真,画出膜片弯曲曲线,计算出在小挠度情形下,三种工作模型的电容值。

厚膜电容E+E压力传感器的微位移测量研究
研究结果表明,传感器膜片在小挠度形变的情况下,当膜片中心点偏移量小于4μm时,电容相对误差小于1.10%,可以采用均布载荷模型来计算电容值,当膜片中心点偏移量大于4μm时,要考虑传感器膜片的实际工作情况,采用集中载荷模型来计算电容值,以提高其测量的精度及准确度。