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        中山升降机出租,   增城升降机出租,   新会升降机出租    电容式差压传感器参数设计与仿真方法?       电容式差压传感器的主要性能指标有线性度、灵敏度、测量范围等,这些性能指标很大程度上取决于传感器结构的尺寸参数,因此研究结构参数与传感器性能之间的关系对传感器设计十分必要。本文采用有限元软件建立传感器模型,对 传感器的结构尺寸参数和性能进行仿真分析。 


        1  有限元分析与 COMSOL Multiphysics 软件   有限元是一种数值方法,其基本思想是实现结构的离散化,用对离散单元分析得出的近似结果代替对实际结构的分析,从而得到实际结构的物理性能。把整个求解结构离散成数量有限的单元,选择单元内的节点为插值点,节点的值由单元的近似插值函数表示,整个结构看作由节点连接的集合体。通过这样从连续域到离散域转换的方法,将无限自由度的问题变成了有限自由度的问题。然后建立求解节点未知量的有限元方程组,运用数值方法求解得到整个求解域上的近似解。目前有限元的理论和算法日益完善,可以灵活求解非线性、条件复杂、组合结构等复杂问题,且易于用计算机高效实现分析,广泛应用于工程分析领域。 COMSOL Multiphysics 是一款以有限元分析为基础的大型数值仿真软件,采用图形化操作界面,拥有强大的分析和求解功能,包含电磁学、力学、声学、流体流动等分析模块,用于模拟科学研究和工程计算的物理过程。该软件的一大特点是能够实现多物理场耦合的问题求解,把耦合物理场对应的模块进行组合,从而实现耦合算法。基于 COMSOL 的基本仿真分析过程有以下几个步骤,建立几何模型,定义物理参数包括材料性能和物理场,划分有限元网络,计算求解模型,使用图形或列表进行可视化后处理。




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        2  仿真模型的搭建 :(1)建立几何模型:电容式差压传感器为对称结构,COMSOL 可以利用模型的几何对称性,仅对结构的四分之一进行建模从而提高计算速度,在截面上使用对称边界条件,即可对结构进行模拟。 选择在结构力学的机电物理场下进行研究,机电包括静电学和固体力学的物理场,并设置了两个物理场的耦合。 使用软件中的基本几何形状与布尔操作建立几何模型。上下极板的外侧与绝缘材料固定,金属膜片的四周固定于绝缘材料,极板与膜片间为空气腔室,与传感器实际结构相符。  
 
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      (2)定义物理参数:物理参数定义包括物理场参数以及各部件的材料性能。将物理场特征添加到模型上,在固体力学研究中,设置绝缘层为固定约束;两对称面上设置对称边界条件;在膜片的两侧添加边界载荷,载荷类型为压力;在静电研究中,将上下极板设置为终端,终端类型选择电压;膜片设定为接地;给两个极板与膜片间的空气腔室添加电荷守恒条件。 然后设置模型的各个部件与腔体的材料性能。COMSOL 内置了丰富的材料属性的材料库,选择材料属性并添加到组件。两金属极板的材料设置为铜,弹性膜片的材料选择铍青铜 C17200,腔室设为空气,绝缘层为氧化铝。  
 
 
      (3)划分有限元网络:有限元的网络划分直接影响计算求解的精度,网格划分越密集精细,计算准确度越高,但由于计算量大,计算耗时加长,对计算机的性能要求也更高。划分网络应综合考虑各方面因素,平衡计算精度与计算时长合理设置划分。 COMSOL 可以设置自由网络、映射、扫掠等划分方式,生成三角形、四边形、四面体等网格单元,其中计算精度较高的四边形和四面体网络单元应用较广泛。本文采用自由四面体网络。由于压差产生的形变主要发生在膜片上,单独给膜片设置较细致的网络划分,以提高计算准确性,膜片以外的部分统一设置常规的网络划分,避免计算时间过长。 经过上述步骤,建立了符合传感器结构和特性的模型,然后可以对该模型进行参数扫描、计算求解以及结果可视化处理。



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