電容式壓力感測器的工作原理與組成

電容式壓力感測器由兩個動片（彈性金屬膜片）、兩個定片（上下彈性膜片上的凹面玻璃金屬塗層）、輸出端子和外殼等組成。動片與兩個定片之間形成兩個串聯電容。當進氣壓力作用於彈性膜片時，彈性膜片會產生位移，其與一個定片的距離必然減小，與另一個定片的距離增大（可用紙張演示）。兩個金屬電極之間的距離是影響電容的重要因素之一，距離增大，電容會減少；距離減小，電容會增加。這種結構稱為差分結構，其中兩個感測元件的參數由於被測量的作用而發生大小相等、方向相反的變化。

如果將彈性隔膜置於側壓和大氣壓力之間（彈性隔膜的上腔為大氣壓力），則測得的壓力為表壓；如果將彈性隔膜置於側壓和真空之間（彈性隔膜的上腔穿過真空），則測得的壓力為絕對壓力。電容器的電容與介質及其在電容器兩極板間的相對有效面積成正比，與兩極板間的距離成反比，即C=εA/D，其中ε為介質的介電常數，A為兩金屬電極間的相對有效面積，D為兩金屬電極間的距離。由此可知，當兩個參數不變，而另一個參數作為變數時，電容會隨該變數的變化而改變。
電容式壓力感測器可配合多種測量電路使用。我們以橋式電路為例，說明電容差壓感知器測量電路的工作原理。由於電容是交流參數，橋式電路透過變壓器由交流電激勵。變壓器連接橋式電路的兩個線圈和一個電容。當沒有入口壓力時，橋式電路處於平衡狀態，兩個電容值相等，均為C0。當壓力作用時，一個電容值變為C0+ΔC，另一個電容值變為C0-ΔC（ΔC為外部壓力引起的電容變化），此時橋式電路失去平衡。電容值較高的一側，電壓也較高，兩個電容之間產生電壓差，橋式電路由此產生輸出電壓U，此電壓代表入口壓力。