基于Havar合金膜片的电容式压力传感器研制

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangcui8
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电容式压力传感器因其灵敏度高、温阻效应低以及工作稳定性好,广泛应用于工业自动化检测与监控场所。随着工作环境的日益复杂及恶化,传统的压力传感器显现出很大的局限性。因此,提出了一种采用Havar合金为中心膜片的压力传感器,比传统的不锈钢膜片具有更高的强度和韧性,更优异的抗腐蚀性及抗磁性。通过测量Havar膜片在外部压力作用下的位置变化所产生的电容变化量,可实现小量程压力的检测。本文围绕差压电容式压力传感器的理论基础,制作工艺以及测试进行深入研究与实现。中心膜片是电容式压力传感器的核心部分,其直接影响压力传感器的灵敏度及分辨率。文中应用有限元分析软件ANSYS WORKBENCH,对膜片的工作特性进行理论分析,得到膜片的受力以及形变的二维分布。根据电容两固定极板的间距及最大检测压力,计算出膜片厚度的最小允许值。通过构建膜片中心点的形变与输入压力的特性曲线,先得到膜片灵敏度,再以此为目标函数,以膜片厚度和直径为变量,优化膜片的结构参数,最后采用Havar合金膜片的厚度50μm,直径为Φ26mm。对电容式压力传感器的电容检测电路进行设计,是基于灵敏度等关键技术指标来完成的。采用了振荡器、限幅器、鉴频器和放大器等电路,其核心是C/F转换和F/V转换,将传感器的弱电容信号转换为电压信号。通过对该电路进行了模拟仿真试验,得到较为接近的电压输出信号,验证了此电路能满足电容检测设计要求。同时,对该电路进行优化设计,从而提升了电路的检测性能以及抗干扰能力。最后,确定电容式压力传感器的测试条件以及测试项目,对制作出的工程样机进行了测试,得到压力传感器的校准数据。通过数据分析可以看到,测试结果与膜片的仿真结果较为接近,验证了基于Havar合金膜片的电容式压力传感器检测压力模型的准确性。
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