Ємнісний датчик тиску складається з двох рухомих частин (пружна металева діафрагма), двох нерухомих частин (металеве покриття на увігнутому склі на верхній та нижній еластичних діафрагмах), вихідних клем та корпусу тощо. Між рухомою пластиною та двома нерухомими пластинами утворені два послідовно з'єднані конденсатори. Коли вхідний тиск діє на еластичну діафрагму, еластична діафрагма створює зміщення, яке обов'язково зменшує відстань для однієї нерухомої частини та збільшує відстань для іншої нерухомої частини (можна продемонструвати на аркуші паперу). Відстань між двома металевими електродами є одним з важливих факторів, що впливають на ємність: зі збільшенням відстані ємність зменшується, зі зменшенням відстані ємність збільшується. Такий тип структури називається диференціальною структурою, в якій параметри двох чутливих елементів змінюються на однакову, але протилежну величину залежно від вимірюваної величини.
Якщо еластичну діафрагму розмістити між боковим тиском та атмосферним тиском (верхня порожнина еластичної діафрагми є атмосферною), то вимірюваний тиск є табличним; якщо еластичну діафрагму розмістити між боковим тиском та вакуумом (верхня порожнина еластичної діафрагми проходить через вакуум), то вимірюється абсолютний тиск. Ємність конденсатора пропорційна діелектрику та його відносній ефективній площі між двома пластинами конденсатора, і обернено пропорційна відстані між двома пластинами, тобто C=εA/D, де ε - діелектрична проникність діелектрика, A - відносна ефективна площа між двома металевими електродами, D - відстань між двома металевими електродами. З цього співвідношення видно, що коли два параметри не змінюються, а інший параметр використовується як змінна, ємність змінюватиметься зі зміною параметра.
Існує багато видів вимірювальних схем, що використовуються з ємнісним датчиком тиску. Розглянемо мостову схему як приклад для ілюстрації принципу роботи вимірювальної схеми датчика диференціальної ємності. Оскільки ємність є параметром змінного струму, міст збуджується змінним струмом через трансформатор. Дві котушки трансформатора та ємність мосту, коли немає вхідного тиску, міст збалансований, і два значення ємності дорівнюють C0. Під впливом тиску одне значення ємності C0 + дельта C, інше значення ємності C0 – дельта C (дельта C для зовнішнього тиску, спричиненого зміною ємності), міст розбалансований. Коли значення ємності високе, напруга також висока, і між двома конденсаторами генерується різниця напруг, з якої міст генерує вихідну напругу U, що відображає тиск на вході.
Час публікації: 02 вересня 2022 р.