De capacitieve druksensor bestaat uit twee bewegende delen (een elastisch metalen membraan), twee vaste delen (een metalen coating op het concave glas van het bovenste en onderste elastische membraan), uitgangsaansluitingen en een behuizing, enzovoort. Tussen de bewegende plaat en de twee vaste platen zijn twee condensatoren in serie geschakeld. Wanneer de inlaatdruk op het elastische membraan inwerkt, veroorzaakt dit een verplaatsing, waardoor de afstand tot het ene vaste deel afneemt en de afstand tot het andere vaste deel toeneemt (dit kan worden aangetoond met een stukje papier). De afstand tussen de twee metalen elektroden is een belangrijke factor die de capaciteit beïnvloedt: hoe groter de afstand, hoe kleiner de capaciteit; hoe kleiner de afstand, hoe groter de capaciteit. Dit type structuur wordt een differentiële structuur genoemd, waarbij de parameters van de twee sensorelementen met dezelfde hoeveelheid maar in tegengestelde richting veranderen als gevolg van een gemeten grootheid.
Als het elastische membraan tussen de zijdelingse druk en de atmosferische druk wordt geplaatst (de bovenste holte van het elastische membraan bevindt zich in de atmosferische druk), wordt de gemeten druk weergegeven in de tabel. Als het elastische membraan tussen de zijdelingse druk en het vacuüm wordt geplaatst (de bovenste holte van het elastische membraan bevindt zich in het vacuüm), wordt de absolute druk gemeten. De capaciteit van de condensator is evenredig met het diëlektricum en het relatieve effectieve oppervlak tussen de twee platen van de condensator, en omgekeerd evenredig met de afstand tussen de twee platen, oftewel C = ε A / D, waarbij ε de diëlektrische constante van het diëlektricum is, A het relatieve effectieve oppervlak tussen de twee metalen elektroden en D de afstand tussen de twee metalen elektroden. Uit deze relatie blijkt dat wanneer twee van de parameters constant blijven en de andere parameter variabel is, de capaciteit verandert met de veranderende parameter.
Er bestaan veel verschillende meetcircuits die gebruikt worden met een capacitieve druksensor. Laten we het brugcircuit als voorbeeld nemen om het werkingsprincipe van een capacitieve differentiële druksensor te illustreren. Omdat capaciteit een wisselstroomparameter is, wordt de brug gevoed door wisselstroom via een transformator. De transformator voedt twee spoelen en een condensator in de brug. Wanneer er geen inlaatdruk is, is de brug in evenwicht en zijn de twee capaciteitswaarden gelijk aan C0. Wanneer er druk op de brug komt, neemt de capaciteitswaarde van de ene condensator toe tot C0 + ΔC, en die van de andere tot C0 - ΔC (ΔC staat voor de verandering in capaciteit als gevolg van de externe druk). De brug is dan uit evenwicht. Wanneer de capaciteitswaarde hoog is, is de spanning ook hoog, waardoor er een spanningsverschil ontstaat tussen de twee condensatoren. Op basis hiervan genereert de brug een uitgangsspanning U die de inlaatdruk vertegenwoordigt.
Geplaatst op: 2 september 2022