基于comsol反射式气动传感器有限元仿真分析与研究

摘  要：基于反射式气动传感器的原理，对反射式气动传感器内部流场建立二维模型，利用有限元分析软件COMSOL进行仿真，分析反射式气动传感器结构参数对测量特性的影响。实验结果表明，仿真反射式气动传感器流场的分析结果可以作为设计流体传感器的依据。

关键词：反射式气动传感器;有限元分析;COMSOL

引言

气动测量以压缩空气为介质，喷嘴喷出气体到被测物表面，管路中气体的压力或流量随着喷嘴与被测物之间的间隙变化而变化，把物体尺寸变化量转变为流体流量或压力的变化[1.2]。反射式气动传感器量程一般为4～6mm，精度为0.1～0.05mm，在测量范围内有非线性的特点。通过COMSOL仿真软件，对反射式气动传感器内部流场进行仿真，优化反射式气动传感器的结构参数和气动参数提高测量精度和灵敏度。

1 反射式气动传感器

1.1 反射式气动传感器工作原理

反射式气动传感器的工作原理如图1，气体经过过滤、稳压后压力恒定为Ps，然后通过内径为Di外径为D0的喷嘴向外喷射气体，当喷嘴前方被测物体进入测量范围内，气流经过被测物表面反射进入接受管，接受管内气体压力P0随着测量间隙S的变小而增大，将尺寸或位移变化量转为压力的变化。

经过理论推算可以近似得到反射式气动传感器的测量特性方程：

式中C2为近似常数[3]。

1.2反射式气动传感器气体流场

有限元分析法是把无限无边界的物理问题建立模型，把模型分解为有限个小的单元的集合体，然后对小单元施加条件，如果条件满足连续性，可以得出整体模型的解。……