電容式壓力傳感器工作原理與組成

來源：www.cazsensor.com 時(shí)間：2020-07-30 10:07

電容式壓力傳感器由置于空腔內(nèi)的兩個(gè)動片（彈性金屬膜片）、兩個(gè)定片（彈性膜片上下凹玻璃上的金屬涂層）、輸出端子和殼體等組成。其動片與兩個(gè)定片之間形成了兩個(gè)串聯(lián)的電容。當(dāng)進(jìn)氣壓力作用于彈性膜片時(shí)，彈性膜片產(chǎn)生位移，勢必與一個(gè)定片距離減小，而與另一個(gè)定片距離加大（可以通過一張紙來示范）。兩金屬電極板間距離是影響電容量的重要因素之一，距離增大，則電容量減少，距離減少，則電容量增大。這種由一個(gè)被測量量引起兩個(gè)傳感元件參數(shù)等量、相反變化的結(jié)構(gòu)，稱為差動結(jié)構(gòu)。

如果彈性膜片置于被側(cè)壓力與大氣壓之間（彈性膜片上部空腔通大氣），測得的是表壓力；如果彈性膜片置于被側(cè)壓力與真空之間（彈性膜片上部空腔通真空），測得的是絕對壓力。電容器的容量與組成的電容的兩極板間的電介質(zhì)及其相對有效面積成正比，而與兩極板間的距離成反比，即C=ε A/d，其中ε為電介質(zhì)的介電常數(shù)，A為兩金屬電極板間相對有效面積，d為兩金屬電極板間距離。由這個(gè)關(guān)系式可以看出，當(dāng)其中兩個(gè)參數(shù)不變，而另一個(gè)參數(shù)作為變量時(shí)，電容量就會隨著變化的參數(shù)而變化。
與電容式壓力傳感器配合使用的測量電路有很多種，下面我們來以電橋電路為例說明電容差動式傳感器測量電路的工作原理，由于電容是交流參數(shù)，所以電橋通過變壓器用交流激勵(lì)。變壓器的兩個(gè)線圈與兩個(gè)電容組成電橋，當(dāng)無進(jìn)氣壓力時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，兩電容值相等并且為C0，當(dāng)有壓力作用時(shí)，其中一個(gè)電容值為C0+△C，另一個(gè)電容值為C0-△C，（△C為外部壓力作用時(shí)引起的電容值的變化量），則電橋失去平衡，電容值高的地方電壓也高，兩個(gè)電容之間產(chǎn)生了電壓差，由此電橋產(chǎn)生代表進(jìn)氣壓力的電壓輸出U。

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