Капацитивният сензор за налягане се състои от две подвижни части (еластична метална диафрагма), две неподвижни части (метално покритие върху вдлъбнатото стъкло на горната и долната еластична диафрагма), изходни клеми и корпус и др. Между подвижната плоча и двете неподвижни плочи са образувани два последователно свързани кондензатора. Когато входното налягане действа върху еластичната диафрагма, тя произвежда изместване, което е необходимо да намали разстоянието с едната неподвижна част и да увеличи разстоянието с другата неподвижна част (може да се демонстрира с лист хартия). Разстоянието между два метални електрода е един от важните фактори, влияещи върху капацитета. С увеличаването на разстоянието капацитетът намалява, с намаляването на разстоянието капацитетът се увеличава. Този вид структура се нарича диференциална структура, при която параметрите на два сензорни елемента се променят с еднаква, но противоположна посока, поради измервана величина.
Ако еластичната диафрагма е поставена между страничното налягане и атмосферното налягане (горната кухина на еластичната диафрагма е атмосферна), измереното налягане е табличното; ако еластичната диафрагма е поставена между страничното налягане и вакуума (горната кухина на еластичната диафрагма преминава през вакуума), се измерва абсолютното налягане. Капацитетът на кондензатора е пропорционален на диелектрика и неговата относителна ефективна площ между двете пластини на кондензатора и обратно пропорционален на разстоянието между двете пластини, т.е. C=εA/D, където ε е диелектричната константа на диелектрика, A е относителната ефективна площ между двата метални електрода, D е разстоянието между двата метални електрода. От тази зависимост може да се види, че когато два от параметрите са непроменени, а другият параметър се използва като променлива, капацитетът ще се променя с променящия се параметър.
Съществуват много видове измервателни вериги, използвани с капацитивни сензори за налягане. Нека вземем мостовата верига като пример, за да илюстрираме принципа на работа на измервателната верига на диференциалния сензор за капацитет. Тъй като капацитетът е променливотоков параметър, мостът се възбужда от променлив ток през трансформатора. Трансформаторът, състоящ се от две намотки и мост, показва, че когато няма входно налягане, мостът е в баланс и двете стойности на капацитета са равни на C0. Когато е под въздействието на налягане, едната стойност на капацитета е C0 + делта C, а другата стойност на капацитета е C0 – делта C (делта C за външно налягане, причинено от промяната на капацитета), мостът е небалансиран. Когато стойността на капацитета е висока, напрежението също е високо и се генерира разлика в напрежението между двата кондензатора, от която мостът генерира изходно напрежение U, което представлява входното налягане.
Време на публикуване: 02 септември 2022 г.