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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)換過程中的每一個環(huán)節(jié)對傳感器的結(jié)果都有影響。通常電容檢測電路的線性度是容易保證的，即KU為常數(shù)，所以影響傳感器線性度的主要因素是力位移、位移電容轉(zhuǎn)換過程的非線性。 一種常見的電容式力傳感器結(jié)構(gòu)是對于靜態(tài)的頻率為0的被檢測力，傳感器位移X與被測力之間的關(guān)系為X=KSF。一般彈簧被設(shè)計為線性的，即KS不隨位移改變，是常數(shù)，則力到位移的轉(zhuǎn)換過程完全是線性的，對整個傳感器的非線性沒有貢獻(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，故實際中多用變間隙方式。 力與位移之間關(guān)系的線性度是影響傳感器線性度的另一個主要因素，通常在結(jié)構(gòu)設(shè)計上會盡量提高這個線性度。但是針對位移與電容關(guān)系的非線性，可以故意設(shè)計非線性結(jié)構(gòu)，使力與位移之間的比例系數(shù)隨著力絕對值的增大而減小，從而在一定程度上抵消位移與電容關(guān)系的非線性，提高力與電容之間關(guān)系的線性度。 通過選擇結(jié)構(gòu)的梁的寬度，可以使力與位移和位移與電容差兩個相反的非線性特性在一定程度上互相抵消，從而提高傳感器的線性度。 |
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