基于膜电极的电容微位移传感器研究与设计

发布时间：2021-08-12 00:58

　　汽车工业的蓬勃发展使得汽车行业对零部件的精度要求越来越高,汽车零部件的精度依赖于精密加工与测量技术。电容式微位移传感器是一种非接触式测量仪器,具有灵敏度高、非线性误差小、结构简单等特点,非常适用于微小位移的检测。本文在调研了电容位移传感器国内外研究现状后,基于其工作原理,开展电容位移传感器的研究设计,预期可以实现高精度的微小位移检测。论文首先为了改善平行极板间的边缘效应,保证极板间电场的均匀性,设计了具有开尔芬保护环结构的电容传感器;同时为了减小因电容传感器极板厚度而引入的边缘附加电容,本文采用在氧化铝绝缘基板上印制薄导电膜电极技术设计制作传感器。结果表明,具有开尔芬保护环的薄导电膜电极结构的传感器可以有效减小电场的边缘效应。其次,采用带有贯穿孔的绝缘基板,并在贯穿孔内填充导电材料,使填充材料一端与导电膜相连,从而赋予导电膜具有标准的开尔芬保护环结构。结果表明,标准开尔芬保护环结构的电容传感器灵敏度和线性度均有较大的改善。再次对微弱电容信号检测电路进行设计并集成,设计了运算放大式微弱电容检测电路,并对屏蔽电缆使用主动屏蔽技术,然后对电容位移传感器探头和检测电路进行系统封装。结果表明,运... 

【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

变介质型电容传感器结构

传感器的电容增量正比于被测液位高度 hx。图 2.1（b）中 d 是被测介质，一般为片状材料，此时的电容量是两个空气介质电容和被测材料介质的串联，即0 01rdC A A 也就是 0 r0ACd （2.12）当电极的正对面积 A、极板间距 d、空气的介电常数0不变时，电容 C 与被测材料的厚度 δ 及材料的相对介电常数r有关。如果介电常数r保持不变，而介质厚度 改变时，通过测量电容变化量检测介质厚度，如纸张、薄膜厚度等，这就是变介电常数的测厚仪的工作原理。（2）变面积型电容位移传感器，常见结构如图 2.2 所示。变面积型电容传感器一般灵敏度不高，但是量程大，常被用来检测较大的线位移、角位移等。

（a） （b） （c）图 2. 3 变极距型电容传感器结构Fig 2.3 Structure of Variable Electrode Distance Capacitive Sensor图 2. 4 变极距型电容传感器输出特性

【参考文献】：
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本文编号：3337249