新会升降车出租,中山升降车出租,南沙升降车出租      电容式差压传感器设计方法?
来源: admin   发布时间: 2021-10-10   680 次浏览   大小:  16px  14px  12px
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         新会升降车出租,中山升降车出租,南沙升降车出租      电容式差压传感器设计方法?       差压法气密性检测中,传感器对压差信号的敏感性能尤其关键,它直接影响了气密性测试仪的检测准确性。针对微小泄漏检测,其检测过程中气体压力变化较小,因此对传感器的灵敏度和精度提出了较高的要求。本文采用电容式差压传感器进行压差测量,电容传感器的灵敏度高、精度高、分辨率高,适合用于高精度微压力测量。然而电容传感器存在一些缺陷,如输出特性有非线性、受寄生电容和边缘效应影响。传感器设计中,充分考虑上述因素的影响,通过理论研究和有限元仿真,分析和设计了电容式差压传感器的结构和参数,满足测试仪的精密测量需求。



         电容传感器的基本理论:   电容传感器的传感元件为电容器,通过把被测非电物理量的变化转化为电容的变化,从而实现对位移、压力等物理量的测量。它具有结构简单、测量精度高、灵敏度高、稳定性好、动态响应快、可进行非接触测量、能够在恶劣工作环境下稳定工作等优点,广泛应用于位移、加速度、压力、压差、液位等检测领域。 平板电容器由两个平行的金属平板组成,两平板之间为绝缘介质,在不考虑边缘效应的情况下,平板电容器的电容量为 0 rSCd  中,C   ——  电容量; 真空介电常数,-120= 8.85410 F/m ; r   ——  极板间介质的相对介电常数; S   ——  平行极板覆盖的面积,2m ; d   ——  平行极板之间的间距;当式中r 、 S 、 d 发生变化时,电容量C 也会随之发生相应的变化。仅改变三个参数中的一个参数,保持其余两个参数不变,便可以将该参数的变化转换成电容量的变化,基于这个原理,电容传感器可分为变极距型、变面积型和变介质型三类。其中,变极距型和变面积型传感器主要用于极板间介质 不变的检测场合,极板受到一定作用后发生位移,从而导致极板间有效电容大小产生变化。



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        本文研究的电容传感器极板间介质为空气,故下文仅对变极距型和变面积型传感器进行分析。 变面积型电容传感器的原理是基于两极板间的有效覆盖面积的改变,进而改变电容量。变面积型电容传感器主要分为平板电容器、圆柱形电容器、角位移电容器和齿型极板电容器四类,平板电容器中线位移变面积型电容传感器的输出是线性的。增加极板的边长,减小极板间距,可以提升传感器的灵敏度。变面积型电容传感器的测量范围大,但灵敏度较低,适合测量较大的线位移、角位移。 变极距型电容传感器相比变面积型电容传感器灵敏度更高,它根据极板间距的改变使电容量发生变化,该传感器的输出特性是非线性的,仅在极板间距变化量与初始极距之比非常小的一个测量范围内,传感器的输出特性近似为线性。在线性区间内单位位移引起的电容量变化与初始极距成反比,减小初始极距可以提高传感器的灵敏度。而传感器的非线性误差与初始极距成反比。也就是说,减小初始极距,提高灵敏度的同时,会导致非线性误差增大,且测量范围减小。此外,初始极距过小容易引发电容器短路或击穿,也增加了极板制造工艺和安装的难度。 为了解决上述灵敏度与非线性误差的矛盾,通常采用差动式结构的变极距型电容传感器,从而提高灵敏度,减小非线性误差。差动变极距型传感器输出仍有非线性,仅当极板位移量远小于极板间距时,输出特性接近成线性。差动变极距型电容传感器与单一电容的变极距型电容传感器相比,灵敏度显著提升,是单一电容变极距型传感器的 2 倍,同时非线性误差大大降低,并且差动结构的对称性可以减小温度、环境因素对测量结果的影响,进一步提升测量精度。 



         首先介绍了电容传感器的基本理论。根据两类电容传感器的原理和特性可知,差动结构的变极距型电容传感器的灵敏度高,线性度较好,适用于发生微小位移的测量领域,故测试仪系统采用差动变极距结构的电容传感器测量压差。然后介绍了电容式差压传感器的工作原理,分析了影响传感器测量结果的因素,包括环境温度、边缘效应和寄生电容的影响,并提出克服干扰因素的相应措施。 基于电容式差压传感器的理论,设计了传感器的结构。采用 COMSOL Multiphysics 有限元仿真软件对传感器的结构参数进行了仿真实验。首先,阐述仿真模型的建立及其相关设置。接着,对主要结构参数进行仿真,参数包括膜片半径、膜片厚度、极板与膜片的间距。分析了仿真结果,重点关注结构参数对传感器灵敏度、线性度的影响,最终确定了传感器的尺寸参数。仿真了该传感器结构的输出特性,结果显示传感器在 0-500Pa 工作范围内灵敏度较高,线性度良好。 


  
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