電容式力傳感器輸出電壓與輸入 力的關(guān)系是F為被檢測(cè)的力;KS、KC、KU分別為力到位移、位移到電容、電容到輸出電壓的比例系數(shù);U為傳感器輸出電壓。顯然，在力到位移、位移到電容、電容到輸出電壓的轉(zhuǎn)換過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)傳感器的結(jié)果都有影響。通常電容檢測(cè)電路的線(xiàn)性度是容易保證的，即KU為常數(shù)，所以影響傳感器線(xiàn)性度的主要因素是力位移、位移電容轉(zhuǎn)換過(guò)程的非線(xiàn)性。
一種常見(jiàn)的電容式力傳感器結(jié)構(gòu)是對(duì)于靜態(tài)的頻率為0的被檢測(cè)力，傳感器位移X與被測(cè)力之間的關(guān)系為X=KSF。一般彈簧被設(shè)計(jì)為線(xiàn)性的，即KS不隨位移改變，是常數(shù)，則力到位移的轉(zhuǎn)換過(guò)程完全是線(xiàn)性的，對(duì)整個(gè)傳感器的非線(xiàn)性沒(méi)有貢獻(xiàn)。位移到電容的變換有兩種結(jié)構(gòu)方式——變極板重疊面積和變極板間隙。變面積方式線(xiàn)性度較好，但在相等的位移下電容變化量比變間隙式小，故實(shí)際中多用變間隙方式。
力與位移之間關(guān)系的線(xiàn)性度是影響傳感器線(xiàn)性度的另一個(gè)主要因素，通常在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上會(huì)盡量提高這個(gè)線(xiàn)性度。但是針對(duì)位移與電容關(guān)系的非線(xiàn)性，可以故意設(shè)計(jì)非線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，使力與位移之間的比例系數(shù)隨著力絕對(duì)值的增大而減小，從而在一定程度上抵消位移與電容關(guān)系的非線(xiàn)性，提高力與電容之間關(guān)系的線(xiàn)性度。
通過(guò)選擇結(jié)構(gòu)的梁的寬度，可以使力與位移和位移與電容差兩個(gè)相反的非線(xiàn)性特性在一定程度上互相抵消，從而提高傳感器的線(xiàn)性度。 |
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