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1、安徽大学硕士学位论文厚膜电容压力传感器的微位移测量研究姓名：吴跃飞申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：葛立峰2010-05中文摘要厚膜电容压力传感器的微位移测量研究摘要厚膜电容压力传感器于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。一般来说，厚膜电容式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
2、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压力传感器的准确度及检测精度。本文作者进行研究，所作的主要工作如
3、下：1.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。2.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。3.论文根据厚膜电容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。4.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。研究结果表明，传I中文摘要感器膜片在小挠度形变的情况下，当膜片中心点偏移量
4、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。关键词：厚膜电容压力传感器，PZT定位器，均布载荷，集中载荷，MATLABII英文摘要Researchonmicro-displacementmeasurementswiththick-filmcapacitivepressuresensorsABSTRACTInthelate1980s,thick-filmcapacitivepressuresensorsisusedtomeasure
5、fluidpressuresensor,whichismadebyceramicmaterialswithspecialprocess.Ithasadvantageofwideworkingtemperaturerange,resistancetooverloadsstrong,creepandlittlehysteresis,directcontactwithcorrosiveliquids.Itiswidelyusedinpetroleum,chemical,food,powermachinery,biomedicalengineering,meteorology,geolog
6、y,seismicsurveys,etc.Normally,thethick-filmcapacitivepressuresensorsisusedtomeasurepressure.Forexample,foratmospheric,waterandsoundpressuremeasurement,etc.Intheseapplications,thesensor’sdiaphragmisworkingunderuniformloadingconditions,theuniformforcemodelusedtoanalyzeandstudy.Thereisalsoanimpor
7、tantapplicationthatcanbeusedtomeasuredisplacement,forinstance,PZTpiezoelectricceramicprecisiondisplacementmeasurement.ThepiezoelectricceramicPZTprobeisdirectlycontactwiththesensorflexiblediaphragm.Throughgivingvoltagetothetwoendsofthepi
