关于电容应变计介绍

[拼音]：dianrong yingbianji

[外文]：capacitance strain gage

一种能将构件的尺寸变化转换成电容变化的变换器。常用的电容应变计有：弓形电容应变计、平板式电容应变计、杆式电容应变计三种。它的主要元件电容极片，可制成平板形或圆柱形。

以简单的平板电容器(图1)为例。当不考虑边缘电场的影响时，有：

，

式中C为电容；χ为电容极片间介质的介电常数;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ΔC/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ΔC/C（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。但是，它的输出的阻抗高和信号小，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。

电容应变计多用于发电厂的管道、设备或核能设备的长期高温应变测量，监视裂纹的形成和发展，以及对航空构件材料进行高温性能测试。

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。

在一个镍铬合金的菱形框架上开出墪形槽，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℃。