Page 105 - 《真空与低温》2025年第5期

644 真空与低温 第 31 卷 第 5 期

电势/V 只有电极与质量块模型所仿真的结果与理论
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8 计算值有误差是因为实际中，平行板电容器的极板
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都是有限面积，并且有一定的厚度，这就为平行板
6
[13]
电容器带来边缘效应的影响 ，使得实际的电容值
5
[14]
4 比理论值要大 。图 12 为只有 X 轴电极与质量块
3 模型的电势分布图。可以明显看到电极极板与质
2
量块之间的电势并非均匀降低，甚至在电极板背
1
后也有电场线的存在，这也就印证了边缘效应的
0
0
存在。
图 10 X 轴电极极板组件与 Z 轴电极极板组件

拐角处的电势分布图 电势/V
8
Fig. 10 Potential distribution diagram at the corner of X-axis 8
7
electrode plate assembly and Z-axis electrode plate assembly
6
2.3.4 只保留电极板与质量块 5
4
此部分研究目的为计算出只有电极板与质量
3
块时目标电容的大小，因此对照模型中只有电极 2
板与质量块的模型。分别建立三轴所对应的三组 1
0
模型。 0
得到的电容值分别为：X 轴 2.67 pF、Y 轴 2.29 pF、
图 12 只有电极与质量块模型的电势分布图
Z 轴 1.99 pF。
Fig. 12 Only the potential distribution diagram of the electrode
只有电极与质量块模型的电容仿真值相对于
and mass block model
只有一轴极板组件模型的电容仿真值变大的原因
是极板框架与其余极板组件约束了电极板周围的 2.4 仿真计算总结分析
电场线分布，减少了从电极板到质量块的电场线， 将上文中所得到的目标电容的理论公式计算
因此在去除极板框架与其余极板组件后，会使目标 值与多个目标电容的仿真结果值整理在表 3 中。
电容值增加。此外，绝缘垫和安装基板也会引起电
极板内电荷分布和电场强度变化，从而导致电容值 表 3 三轴目标电容的理论值与仿真结果值
[12]
变化 。图 11 为只有 X 轴极板组件模型时的电势分 Tab. 3 Theoretical and simulation values of three-axis tar-
get capacitance
布图，可以明显看到绝缘垫、安装基板上也有电势分
布，从而影响电极板电荷分布，对电容大小产生影响。 分析类别 X 轴电容值 Y 轴电容值 Z 轴电容值
理论计算 1.12 0.79 0.64

电势/V
8 完整模型 1.18 0.87 0.71
8
去除电极框架后模型 1.79 1.35 0.71
7
6 只有一轴极板组件模型 1.19 0.89 0.73
5 只有电极与质量块模型 2.67 2.29 1.99
4
3 表 3 中仿真结果值相对于理论值均有不同程
2
度的增加。其中去除电极框架时的仿真值与理论
1
值最接近，主要是因为去除电极框架后，电极板边
0
0 缘效应增加。不同轴极板对目标电容也有较大影
响。这是因为拐角处电场线分布不均会引起目标
图 11 只有 X 轴极板组件与质量块模型的电势分布图
Fig. 11 Only the potential distribution diagram of the X-axis 电极板上电势分布不均，从而影响目标电容大小。
polar plate component and the mass block model 只有电极与质量块时仿真值与理论值相差最大，这