Емкостной датчик давления состоит из двух подвижных элементов (упругой металлической диафрагмы), двух неподвижных элементов (металлического покрытия на вогнутом стекле верхней и нижней упругих диафрагм), выходных клемм и корпуса и т. д. Между подвижной пластиной и двумя неподвижными пластинами последовательно соединены два конденсатора. Когда на упругую диафрагму действует давление, она смещается, что приводит к уменьшению расстояния до одного неподвижного элемента и увеличению расстояния до другого (это можно продемонстрировать на примере листа бумаги). Расстояние между двумя металлическими электродами является одним из важных факторов, влияющих на емкость: чем больше расстояние, тем меньше емкость; чем меньше расстояние, тем больше емкость. Такая структура называется дифференциальной структурой, в которой параметры двух чувствительных элементов изменяются на одинаковую величину, но в противоположных направлениях в зависимости от измеряемой величины.
Если упругая диафрагма помещена между боковым давлением и атмосферным давлением (верхняя полость упругой диафрагмы находится в атмосферном давлении), измеренное давление определяется по таблице; если упругая диафрагма помещена между боковым давлением и вакуумом (верхняя полость упругой диафрагмы находится в вакууме), измеряется абсолютное давление. Емкость конденсатора пропорциональна диэлектрику и его относительной эффективной площади между двумя пластинами конденсатора и обратно пропорциональна расстоянию между двумя пластинами, то есть C = ε A / D, где ε — диэлектрическая постоянная диэлектрика, A — относительная эффективная площадь между двумя металлическими электродами, D — расстояние между двумя металлическими электродами. Из этого соотношения видно, что когда два параметра остаются неизменными, а другой параметр используется в качестве переменной, емкость будет изменяться с изменением параметра.
Существует множество типов измерительных схем, используемых с емкостным датчиком давления. Рассмотрим мостовую схему в качестве примера, чтобы проиллюстрировать принцип работы измерительной схемы с дифференциальным емкостным датчиком. Поскольку емкость является параметром переменного тока, мост возбуждается переменным током через трансформатор. Два трансформатора и емкость моста. Когда на входе нет давления, мост находится в равновесии, и значения двух емкостей равны C0. Когда возникает воздействие давления, значение одной из емкостей равно C0 + ΔC, а значение другой — C0 – ΔC (ΔC — изменение емкости, вызванное внешним давлением). Это приводит к разбалансировке моста. При высоком значении емкости напряжение также высокое, и между двумя конденсаторами генерируется разность потенциалов, на основе которой мост выдает выходное напряжение U, представляющее собой давление на входе.
Дата публикации: 02.09.2022