電容式壓力傳感器采用變電容測量原理，將由被測壓力引起的彈性元件的位移變形轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸淖兓�，用測量電容的方法測出電容量，便可知道被測壓力的大小。

　　1、電容式壓力傳感器基本介紹

　　根據(jù)平行板電容器的電容量表達(dá)式

　　C=εA/d (3-9)

　　式中為電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；A為兩平行板相對面積；d為兩平行板間距。

　　由上式可知，改變A、d、其中任意一個參數(shù)都可以使電容量發(fā)生變化，在實際測量中，大多采用保持其中兩個參數(shù)不變，而僅改變A或d一個參數(shù)的方法，把參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化。因此，電容量的變化與被測參數(shù)的大小成比例。

　�、俨顒幼儤O距式電容壓力傳感器

　　改變電容兩平行板間距d的測量方式有較高的靈敏度，但當(dāng)位移較大時非線性嚴(yán)重。采用差動電容法可以改善非線性、提高靈敏度、并可減小因ε受溫度影響引起的不穩(wěn)定性。 

　　圖3-12是一種電容式差壓傳感器示意圖。左右對稱的不銹鋼基座內(nèi)有玻璃絕緣層，其內(nèi)側(cè)的凹形球面上除邊緣部分外鍍有金屬膜作為固定電極，中間被夾緊的彈性膜片作為可動測量電極，左、右固定電極和測量電極經(jīng)導(dǎo)線引出，從而組成了兩個電容器。不銹鋼基座和玻璃絕緣層中心開有小孔，不銹鋼基座兩邊外側(cè)焊上了波紋密封隔離膜片，這樣測量電極將空間分隔成左、右兩個腔室，其中充滿硅油。當(dāng)隔離膜片感受兩側(cè)壓力的作用時，通過硅油將差壓傳遞到彈性測量膜片的兩側(cè)從而使膜片產(chǎn)生位移。電容極板間距離的變化，將引起兩側(cè)電容器電容值的改變。

　　對于差動平板電容器，其電容變化與板間距離變化的關(guān)系可表示為：

　　C0=△d/d0 (3-10)

　　式中 C0為初始電容值；d0為極板間初始距離；△d為距離變化量。

　　此電容量的變化經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q器電路，可以轉(zhuǎn)換成反映被測差壓的標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出。

這種傳感器結(jié)構(gòu)堅實，靈敏度高，過載能力大；精度高，其精確度可達(dá)±0.25％～±0.05％；可以測量壓力和差壓。

　�、谧兠娣e式電容壓力傳感器

　　下圖所示為一種變面積式電容壓力傳感器。被測壓力作用在金屬膜片上，通過中心柱和支撐簧片，使可動電極隨簧片中心位移而動作。可動電極與固定電極均是金屬同心多層圓筒，斷面呈梳齒形，其電容量由兩電極交錯重疊部分的面積所決定。固定電極與外殼之間絕緣，可動電極則與外殼導(dǎo)通。壓力引起的極間電容變化由中心柱引至適當(dāng)?shù)淖儞Q器電路，轉(zhuǎn)換成反映被測壓力的標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出。

　　金屬膜片為不銹鋼材質(zhì)，膜片后設(shè)有帶波紋面的擋塊，限制膜片過大變形，以保護(hù)膜片在過載時不至于損壞。膜片中心位移不超過0.3mm，膜片背面為無硅油的封閉空間，不與被測介質(zhì)接觸，可視為恒定的大氣壓，故僅適用于壓力測量，而不能測量壓差。

　　其特點是結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，動態(tài)響應(yīng)快，但是由于電荷泄漏難于避免，不適宜靜態(tài)力的測量 (電容式力傳感器的結(jié)構(gòu)原理)。

　　前面章節(jié)介紹過壓電式傳感器的原理和壓電式振動加速度傳感器，測力傳感器的結(jié)構(gòu)類似。其特點是體積小，動態(tài)響應(yīng)快，但是也存在電荷泄漏，不適宜靜態(tài)力的測量。使用中應(yīng)防止承受橫向力和施加予緊力。

　　電容式壓力傳感器

　　在矩形的特殊彈性元件上，加工若干個貫通的圓孔，每個圓孔內(nèi)固定兩個端面平行的丁字形電極，每個電極上貼有銅箔，構(gòu)成由多個平行板電容器并聯(lián)組成的測量電路。在力F作用下，彈性元件變形使極板間矩發(fā)生變化，從而改變電容量，如左圖(電容式力傳感器)所示。

　　利用電容敏感元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成與之成一定關(guān)系的電量輸出的壓力傳感器。它一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個電極，當(dāng)薄膜感受壓力而變形時，薄膜與固定電極之間形成的電容量發(fā)生變化，通過測量電路即可輸出與電壓成一定關(guān)系的電信號。電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式傳感器，可分為單電容式壓力傳感器和差動電容式壓力傳感器。 

　　單電容式壓力傳感器 　

　　它由圓形薄膜與固定電極構(gòu)成。薄膜在壓力的作用下變形，從而改變電容器的容量，其靈敏度大致與薄膜的面積和壓力成正比而與薄膜的張力和薄膜到固定電極的距離成反比。另一種型式的固定電極取凹形球面狀，膜片為周邊固定的張緊平面，膜片可用塑料鍍金屬層的方法制成（圖1）。這種型式適于測量低壓，并有較高過載能力。還可以采用帶活塞動極膜片制成測量高壓的單電容式壓力傳感器。這種型式可減小膜片的直接受壓面積，以便采用較薄的膜片提高靈敏度。它還與各種補償和保護(hù)部以及放大電路整體封裝在一起，以便提高抗干擾能力。這種傳感器適于測量動態(tài)高壓和對飛行器進(jìn)行遙測。單電容式壓力傳感器還有傳聲器式（即話筒式）和聽診器式等型式。 

　　差動電容式壓力傳感器 　它的受壓膜片電極位于兩個固定電極之間,構(gòu)成兩個電容器（圖2）。在壓力的作用下一個電容器的容量增大而另一個則相應(yīng)減小，測量結(jié)果由差動式電路輸出。它的固定電極是在凹曲的玻璃表面上鍍金屬層而制成。過載時膜片受到凹面的保護(hù)而不致破裂。差動電容式壓力傳感器比單電容式的靈敏度高、線性度好，但加工較困難（特別是難以保證對稱性），而且不能實現(xiàn)對被測氣體或液體的隔離，因此不宜于工作在有腐蝕性或雜質(zhì)的流體中。

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