電容應變計工作原理

以平板電容器(圖1)為例，當不考慮邊緣電場的影響時，有:

式中C為電容為電容極片間介質的介常數;A為極片的面積;s為極片間的距離。

將電容應變計安裝在構件表面上，電容應變計的電容相對變化△C/C與引起此變化的構件表面在應變計軸線方向的尺寸相對變化△l/l(即應變量ε)之比，稱為電容應變計的靈敏系數(K):

它表示電容應變計輸出信號和輸入信號之間數量上的關系。

電容應變計的優(yōu)點是靈敏系數大(從十至一百)頻率響應高，能在惡劣環(huán)境(如高溫、低溫、核輻射環(huán)境)工作，重復性好，穩(wěn)定性高。

輸出的阻抗高、信號小，故測量線路比較復雜;易受電纜的寄生電容所影響，故應有良好的屏蔽和較高的絕緣電阻。電容應變計還可以采取多路同時測量的方式，已研制出一百路同時工作的電容應變計測量系統。

常用的電容應變計有三種:弓形電容應變計、平坂式電容應變計、桿式電容應變計。

在兩條曲率不同的鎳基合金弓形條之間，安裝一對電容極片，用點焊法將弓形條的兩端固定在試件上(圖 2)。它的工作溫度范圍為-269~+650℃，以空氣為介質，介電常數不隨溫度變化，故工作穩(wěn)定，零點漂移極小。

在一個鎳絡合金的菱形框架上開出形梢，中部的槽中裝入四片不銹鋼電容極片，各極片之間以及極片與框架 之間用云母片隔開?？蚣艿膬蓪翘幯b有安裝耳片(圖3)?？捎命c焊或用高溫粘結劑將安裝耳片固定于試件表面，或在安裝耳片上沖出小孔，用火焰噴涂陶瓷材料進行固定。當試件產生應力時，通過菱形框架使電容極片間的距離變動，電容就相應變動。當應變計受熱時，云母的介電常數變動，也會使電容發(fā)生變化，但可利用菱形框架和試件的膨脹系數的差異，使此效應互相抵消，這種應變計的工作溫度可達站954℃。

在一個安裝板的圓桿上裝一對圓筒形的內電容極片，用陶瓷體使它和圓桿絕緣;在另一安裝板上裝一個環(huán)形 外電容極片，套在內電容極片上，內外電容極片應保持同心，以空氣絕緣(圖4)。圓桿和試件的材料必須相同，以達到溫度補償的效果。此內外電容極片構成差動電容器，試件上的應變使得內外電容極片交疊的面積變動而引起電容變化。電容的相對變化和應變有線性關系。這種應變計還可以反映應變的方向(壓縮或拉伸)。它的最高工作溫度可達816℃。

第1章 緒論

1.1 實驗固體力學電測技術的任務與概況

1.2 應變電測與傳感技術的特點

1.3 應變電測與傳感技術的各種應用

第2章 應變計

2.1 電阻應變計的基本結構和工作原理

2.2 電阻應變計的各項工作特性

2.3 電阻應變計的類型

2.4 半導體應變計

2.5 電容應變計

第3章 傳感器

3.1 傳感器的一般特性

3.2 應變詩式傳感器的基本原理與設計

3.3 各種應變計式傳感器的構造和特性

3.4 壓阻式傳感器

3.5 壓電式傳感器

3.6 電容式傳感器

3.7 電感式傳感器

第4章 測量電路

4.1 電橋測量電路

4.2 電容測量電路

4.3 電荷測量電路

第5章 測試儀器

5.1 應變測量儀器種類和電阻應變儀基本工作原理

5.2 電阻應變儀的工作特性及其標準

5.3 數字應變儀和應變測量采集系統

第6章 靜動態(tài)應力應變測量技術

6.1 靜態(tài)應力應變測量技術

6.2 動態(tài)應力應變測量技術

第7章 特殊條件下應力測量技術

7.1 高低溫條件下應力測量技術

7.2 高壓液下應力測量技術

7.3 運動構件應力測量技術

7.4 殘余應力測量技術

7.5 應變電測方法在其他領域中的應用

第8章 數字信號處理技術

8.1 信號的描述及分類

8.2 數據的采集與預處理

8.3 數字信號處理技術

8.4 數字信號處理中的幾個重要問題

8.5 數字信號處理系統

8.6 數字信號處理技術的應用

附錄

Ⅰ 教學實驗項目

Ⅱ 習題

主要參考文獻