厚膜電容壓力傳感器的微位移測量研究.pdf

1、厚膜電容壓力傳感器于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(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)、地震測量等各個(gè)領(lǐng)域。一般來說，厚膜電容式壓力傳感器是一種測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

2、。另外厚膜電容式壓力傳感器還有一種重要的應(yīng)用，它可以用來對(duì)位移進(jìn)行測量，例如對(duì)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(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)生改變來實(shí)現(xiàn)對(duì)微位移的檢測。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，通過對(duì)均布載荷模型和

3、集中載荷模型進(jìn)行計(jì)算和分析，可以提高厚膜電容式壓力傳感器的準(zhǔn)確度及檢測精度。本文作者進(jìn)行研究，所作的主要工作如下：1. 論文對(duì)國內(nèi)外精密位移測量技術(shù)的現(xiàn)狀和進(jìn)展進(jìn)行調(diào)研，利用厚膜電容壓力傳感器，采用電容測量的方法，通過力、位移、電容的傳遞模型來實(shí)現(xiàn)對(duì)PZT 定位器的精密位移的測量。2. 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。3. 論文根據(jù)厚膜電容壓力傳感器的膜片彎曲情況，提出了傳感

4、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。4. 推導(dǎo)出三種工作模型的電容計(jì)算公式，并通過MATLAB 仿真，畫出膜片彎曲曲線，計(jì)算出在小撓度情形下，三種工作模型的電容值。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4 m μ時(shí)，電容相對(duì)誤差小于1.10％，可以采用均布載荷模型來計(jì)算電容值，當(dāng)膜片中心點(diǎn)偏移量大于4 m μ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計(jì)算電容值，