電容應變計

電容應變計是一種能將構件的尺、寸變化轉換成電容變化的變換器。它的主要元件電容極片，可製成平板形或圓柱形。多用於發電廣的管道、設備或核能設備的長期高溫應變測量，監視裂紋的形成和發展，以及對航空構件材料進行高溫性能測試。

基本介紹

• 中文名：電容應變計
• 外文名：Capacitance strain gauge
• 解釋：將構件的尺寸變化轉換成電容變化
• 拼音：dianrongyingbianji

工作原理

以平板電容器（圖1）為例，當不考慮邊緣電場的影響時，有：

圖1 平板電容器

式中C為電容為電容極片間介質的介常數；A為極片的面積；s為極片間的距離。

將電容應變計安裝在構件表面上，電容應變計的電容相對變化△C/C與引起此變化的構件表面在應變計軸線方向的尺寸相對變化△l/l（即應變數ε）之比，稱為電容應變計的靈敏係數（K）：

它表示電容應變計輸出信號和輸入信號之間數量上的關係。

優缺點

優點

電容應變計的優點是靈敏係數大（從十至一百）頻率回響髙，能在惡劣環境（如高溫、低溫、核輻射環境）工作，重複性好，穩定性高。

缺點

輸出的阻抗高、信號小，故測量線路比較複雜；易受電纜的寄生電容所影響，故應有良好的禁止和較高的絕緣電阻。電容應變計還可以採取多路同時測量的方式，已研製出一百路同時工作的電容應變計測量系統。

分類

常用的電容應變計有三種：弓形電容應變計、平坂式電容應變計、桿式電容應變計。

弓形電容應變計

在兩條曲率不同的鎳基合金弓形條之間，安裝一對電容極片，用點焊法將弓形條的兩端固定在試件上（圖2）。它的工作溫度範圍為－269～+650℃，以空氣為介質，介電常數不隨溫度變化，故工作穩定，零點漂移極小。

圖2 弓形電容應變計

平板式電容應變計

在一個鎳絡合金的菱形框架上開出形梢，中部的槽中裝入四片不鏽鋼電容極片，各極片之間以及極片與框架之間用雲母片隔開。框架的兩對角處裝有安裝耳片（圖3）。可用點焊或用高溫粘結劑將安裝耳片固定於試件表面，或在安裝耳片上衝出小孔，用火焰噴塗陶瓷材料進行固定。當試件產生應力時，通過菱形框架使電容極片間的距離變動，電容就相應變動。當應變計受熱時，雲母的介電常數變動，也會使電容發生變化，但可利用菱形框架和試件的膨脹係數的差異，使此效應互相抵消，這種應變計的工作溫度可達站954℃。

圖3 平板式電容應變計

桿式電容應變計

在一個安裝板的圓桿上裝一對圓筒形的內電容極片，用陶瓷體使它和圓桿絕緣；在另一安裝板上裝一個環形外電容極片，套在內電容極片上，內外電容極片應保持同心，以空氣絕緣（圖4）。圓桿和試件的材料必須相同，以達到溫度補償的效果。此內外電容極片構成差動電容器，試件上的應變使得內外電容極片交疊的面積變動而引起電容變化。電容的相對變化和應變有線性關係。這種應變計還可以反映應變的方向（壓縮或拉伸）。它的最高工作溫度可達816℃。

圖4 桿式電容應變計