电容式压力传感器的工作原理和组成

电容式压力传感器由两个动片（弹性金属膜片）、两个定片（上下弹性膜片上的凹面玻璃金属涂层）、输出端子和外壳等组成。动片与两个定片之间形成两个串联电容。当进气压力作用于弹性膜片时，弹性膜片会产生位移，其与一个定片的距离必然减小，与另一个定片的距离增大（可用纸张演示）。两个金属电极之间的距离是影响电容的重要因素之一，距离增大，电容减小；距离减小，电容增大。这种结构称为差分结构，其中两个传感元件的参数由于被测量的作用而发生大小相等、方向相反的变化。

如果将弹性隔膜置于侧压和大气压力之间（弹性隔膜的上腔为大气压力），则测得的压力为表压；如果将弹性隔膜置于侧压和真空之间（弹性隔膜的上腔穿过真空），则测得的压力为绝对压力。电容器的电容与介质及其在电容器两极板间的相对有效面积成正比，与两极板间的距离成反比，即C=εA/D，其中ε为介质的介电常数，A为两金属电极间的相对有效面积，D为两金属电极间的距离。由此可知，当两个参数保持不变，而另一个参数作为变量时，电容会随该变量的变化而变化。
电容式压力传感器可配合多种测量电路使用。我们以桥式电路为例，说明电容差压传感器测量电路的工作原理。由于电容是交流参数，桥式电路通过变压器由交流电激励。变压器连接桥式电路的两个线圈和一个电容。当没有入口压力时，桥式电路处于平衡状态，两个电容值相等，均为C0。当压力作用时，一个电容值变为C0+ΔC，另一个电容值变为C0-ΔC（ΔC为外部压力引起的电容变化），此时桥式电路失去平衡。电容值较高的一侧，电压也较高，两个电容之间产生电压差，桥式电路由此产生输出电压U，该电压代表入口压力。