电容应变计工作原理

以平板电容器(图1)为例，当不考虑边缘电场的影响时，有:

式中C为电容为电容极片间介质的介常数;A为极片的面积;s为极片间的距离。

将电容应变计安装在构件表面上，电容应变计的电容相对变化△C/C与引起此变化的构件表面在应变计轴线方向的尺寸相对变化△l/l(即应变量ε)之比，称为电容应变计的灵敏系数(K):

它表示电容应变计输出信号和输入信号之间数量上的关系。

电容应变计的优点是灵敏系数大(从十至一百)频率响应高，能在恶劣环境(如高温、低温、核辐射环境)工作，重复性好，稳定性高。

输出的阻抗高、信号小，故测量线路比较复杂;易受电缆的寄生电容所影响，故应有良好的屏蔽和较高的绝缘电阻。电容应变计还可以采取多路同时测量的方式，已研制出一百路同时工作的电容应变计测量系统。

常用的电容应变计有三种:弓形电容应变计、平坂式电容应变计、杆式电容应变计。

在两条曲率不同的镍基合金弓形条之间，安装一对电容极片，用点焊法将弓形条的两端固定在试件上(图 2)。它的工作温度范围为-269~+650℃，以空气为介质，介电常数不随温度变化，故工作稳定，零点漂移极小。

在一个镍络合金的菱形框架上开出形梢，中部的槽中装入四片不锈钢电容极片，各极片之间以及极片与框架 之间用云母片隔开。框架的两对角处装有安装耳片(图3)。可用点焊或用高温粘结剂将安装耳片固定于试件表面，或在安装耳片上冲出小孔，用火焰喷涂陶瓷材料进行固定。当试件产生应力时，通过菱形框架使电容极片间的距离变动，电容就相应变动。当应变计受热时，云母的介电常数变动，也会使电容发生变化，但可利用菱形框架和试件的膨胀系数的差异，使此效应互相抵消，这种应变计的工作温度可达站954℃。

在一个安装板的圆杆上装一对圆筒形的内电容极片，用陶瓷体使它和圆杆绝缘;在另一安装板上装一个环形 外电容极片，套在内电容极片上，内外电容极片应保持同心，以空气绝缘(图4)。圆杆和试件的材料必须相同，以达到温度补偿的效果。此内外电容极片构成差动电容器，试件上的应变使得内外电容极片交叠的面积变动而引起电容变化。电容的相对变化和应变有线性关系。这种应变计还可以反映应变的方向(压缩或拉伸)。它的最高工作温度可达816℃。

第1章 绪论

1.1 实验固体力学电测技术的任务与概况

1.2 应变电测与传感技术的特点

1.3 应变电测与传感技术的各种应用

第2章 应变计

2.1 电阻应变计的基本结构和工作原理

2.2 电阻应变计的各项工作特性

2.3 电阻应变计的类型

2.4 半导体应变计

2.5 电容应变计

第3章 传感器

3.1 传感器的一般特性

3.2 应变诗式传感器的基本原理与设计

3.3 各种应变计式传感器的构造和特性

3.4 压阻式传感器

3.5 压电式传感器

3.6 电容式传感器

3.7 电感式传感器

第4章 测量电路

4.1 电桥测量电路

4.2 电容测量电路

4.3 电荷测量电路

第5章 测试仪器

5.1 应变测量仪器种类和电阻应变仪基本工作原理

5.2 电阻应变仪的工作特性及其标准

5.3 数字应变仪和应变测量采集系统

第6章 静动态应力应变测量技术

6.1 静态应力应变测量技术

6.2 动态应力应变测量技术

第7章 特殊条件下应力测量技术

7.1 高低温条件下应力测量技术

7.2 高压液下应力测量技术

7.3 运动构件应力测量技术

7.4 残余应力测量技术

7.5 应变电测方法在其他领域中的应用

第8章 数字信号处理技术

8.1 信号的描述及分类

8.2 数据的采集与预处理

8.3 数字信号处理技术

8.4 数字信号处理中的几个重要问题

8.5 数字信号处理系统

8.6 数字信号处理技术的应用

附录

Ⅰ 教学实验项目

Ⅱ 习题

主要参考文献