基于Comsol的电容传感器仿真

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1、第37卷第1期电气电子教学学报Vol．37No．12015年2月JOUＲNALOFEEEFeb．2015基于Comsol的电容传感器仿真研究刘延东，周恩学，董德帅(辽宁大学轻型产业学院，辽宁沈阳110136)摘要:本文首先通过麦克斯韦方程推导出电容传感器检测的理论基础，以及采用ComsolMultiphysics软件仿真电容传感器物理性质的方法。从而辨别出封闭圆柱体内介电物质的形状及位置。在此基础之上，本文还对比分析了封闭圆柱体内放入不同介电常数物质检测出的电容值。验证了ComsolMultiphysics仿真电容传感器的有效性。也证明了此软件是学习工程电磁场过程中很好的辅助工具。

2、关键词:高斯定理;ComsolMultiphysics软件;电容传感器中图分类号:TB972文献标识码:A文章编号:1008-0686(2015)01-0074-03TheSimulationＲesearchofCapacitanceSensorBasedonComsolLIUYan-dong，ZHOUEn-xue，DONGDe-shuai(CollegeofLightIndustry，LiaoningUniversity，Shenyang110136，China)Abstract:UsingMaxwell'sequationsderivesthetheoreticalbasiso

3、fdetectionwithcapacitancesensorinthispaperandintroducingakindsimulationmethodofcapacitancesensoridentifiesdielectricmaterialshape，positionanditsphysicalintheclosedcylinderbyComsolMultiphysicssoftware．Then，conductingsimulationisbasedonthesoft-wareandidentifiestheshapeandlocationofthedielectricm

4、aterialintheclosedcylinder．Onthisbasis，contrasta-nalysisofthecapacitancevaluefillsdifferentdielectricconstantmaterialincylinder．VerifyingtheComsolMul-tiphysicssimulationiseffectivetothecapacitancesensor．Andprovingthesoftisawellauxiliarytooltolearnengi-neeringelectromagneticfield．Keywords:Gauss

5、theorem;ComsolMultiphysicssoftware;capacitancesensor介电常数是表征电介质在外电场的作用下极化学生学习“工程电磁场”课程的理论。［1］能力强弱的物理量。对于电介质均匀的材料，介1电容传感器检测的理论基础电常数表现为常数;当介电质表现为不均匀时，介电常数将是坐标的函数。因此，可以通过介电常数这电容传感器是根据物质介电常数不同，测得的［2］一物理性质分辨出不同的物质。电容值不同的原理而制成的检测器件。可由麦克斯本文应用ComsolMultiphysics软件仿真电容传韦方程推导出电容传感器检测的理论计算公［5，6］感器通过介电常数不同的

6、物质，辨别其形状及位式。［3，4］置。并对比分析了封闭圆柱体内放入不同介电电场中放入介质会使电场发生变化，这是因为常数物质检测出的电容值。证明了仿真过程的有效介质的分子在电场作用下发生极化现象。介质中出性和仿真结果的准确性，也证明了ComsolMul-现了电偶极矩，偶极矩的电场叠加于原来的电场之tiphysics软件操作简单，求解结果清晰直观，有助于上，使原电场发生变化。在静电场中的电通量密度收稿日期:2014-07-18;修回日期:2014-10-11第一作者:刘延东(1988-)，男，硕士，实验员，主要从事电磁层析成像实验教学工作，E-mail:liu198804@sina．c

7、om第1期刘延东，周恩学，董德帅:基于Comsol的电容传感器仿真研究75可以表示为求解。其求解结果如图2所示。PD=ε0E+P=ε0E(1+)=ε0εrE=εE(1)ε0E其中，ε=ε0εr称为介质的介电常数，εr为相对介电常数，它表示电介质中的场强使通量密度发生改变的程度。ε0是自由空间的介电常数。P为介质图1封闭圆柱体模型图2探测介质的求解结果的极化强度。将静态场中位函数关系式E=-Φ代入式(1)得图中上下表面分布表面电荷密度，圆柱体内的D=-ε0εrΦ(2