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(dòng)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(dòng)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(shì)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(cè)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(dòng)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(cè)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(cè)得的是絕對(duì)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(duì)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(duì)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(huì)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(cè)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(dòng)式傳感器測(cè)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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