电容式压力传感器工作原理及应用

     电容式压力传感器简介：科学技术的不断发展极大地丰富了压力测量产品的种类，现在，压力传感器的敏感原理不仅有电容式、压阻式、金属应变式、霍尔式、振筒式等等，但仍以电容式、压阻式和金属应变式传感器最为多见。

 

    金属应变式压力传感器是一种历史较长的压力传感器，但由于它存在迟滞、蠕变及温度性能差等缺点，其应用场合受到了很大的限制。 

 

     压阻式传感器是利用半导体压阻效应制造的一种新型的压力传感器，它具有制造方便，成本低廉等特点，但由于半导体材料对温度极为敏感，所以其性能受温度影响较大，产品的一致性较差。 

 

电容式压力传感器是应用最广泛的一种压力变送器，其原理十分简单。一个无限大平行平板电容器的电容值可表示为： 

C= ε s/d

ε 为平行平板间介质的介电常数

d 为极板的间距，

s 为极板的覆盖面积

 改变其中某个参数，即可改变电容量。由于结构简单，几乎所有电容式压力传感器均采用改变间隙的方法来获得可变电容。电容式压力变送器的初始电容值较小，一般为几十皮法，它极易受到导线电容和电路的分布电容的影响，因而必须采用先进的电子线路才能检测出电容的微小变化。可以说，一个好的电容式传感器应该是可变电容设计和信号处理电路的完美结合。

 

   Setra 压力传感器的工作原理

 

Setra 的压力传感器采用了结构简单、坚固耐用且极稳定的可变电容形式，下图为 Setra 压力传感器的结构示意图，可变电容由压力腔上的膜片和固定在其上的绝缘电极所组成，当感受到压力变化时，膜片要产生微微的翘曲变形，从而改变了两极的间距，采用 Setra 独特的检测电路测电容的微小变化，并进行线性处理和温度补偿。传感器输出与被测压力成正比的直流电压或电流信号。精巧的结构、高性能的材料及先进的检测电路的完美结合，赋予了 Setra 压力传感器以很高的性能。

          

            Setra 压力传感器的特点

高性能

  

为了保证产品的高性能，Setra 压力传感器采用材料构成可变电容，由于这些材料具有极稳定的物理化学性能，使产品具有极高的性能。根据用户需要 Setra 可提供高达± 0.02%FS 的传感器，稳定性优于± 0.05%FS ，如此高的性能是采用其它敏感原理的产品难以达到的。 此外，采用 Setra 先进的检验电路可检测出敏感电容极微小的变化，从而使传感器具有很高的分辨率，如 Setra 的 Model270 大气压力变送器的分辨率可达 0.005%FS。

 

机械变形

 

    敏感电容模极板间距的微小的变化，即可产生可测量的电压信号变化，小的机械变形使传感器的迟滞和非重复性误差大大降低，同时传感器的速度也得到很大提高。

测量范围宽

 

    Setra 的压力传感器具有很宽的测量范围，它可对 25Pa ～ 70MPa 范围的压力进行精确的测量，且具有极高的稳定性。上图为 Setra Model239高精度差压力传感器的结构示意图，此传感器最小测量范围为 0 ～ 125Pa ，测量精度可达 0.073%FS ，静压可从真空至 1.7MPa。在 0 ～ 65 ℃范围内，温度影响 < ± 1.8%FS/100 ℃，过载能力最高可达 FS 的 270 倍。

 

长期稳定性好

 

    Setra 的压力传感器与其他同类产品相比具有更高的稳定性，与其它传感器如金属应变式传感器不同，电容式压力变送器的蠕变，时效和温度影响均很小。几乎所有不利因素对电容式传感器输出稳定性的影响均小于其他形式的传感器。Setra 压力变送器的零点稳定性可达到 0.05%FS/ 年。

 

高输出信号

 

     Setra 压力传感器的电路可将电容的微小变化直接转换成高输出信号，而无需进行信号放大，压阻式传感器（薄模式， C 式）输出信号低，易受外界信号干扰等缺点，而这通常是传感器稳定性差，受温度影响大，易受电磁波干扰的主要原因。

 

防腐性能好

 

     Setra 压力传感器与介质相接触的材料均采用优质不锈钢材料，因而可与许多酸碱溶液，腐蚀性气体或液体很好地相容。

 

抗电磁场干扰

 

     高输出信号、抗干扰设计及采用金属外壳和，使 Setra 压力传感器对外部电磁场具有很高的抑制能力，它具有与可编程控制相当的抗干扰能力。

 

在恶劣环境中工作

 

    Setra 压力传感器非常经久耐用，它的工业级的产品可承受最小 10 7 次测满量程压力循环，如果工作压力不，传感器的循环寿命几乎可达到无限长，而且其工业的产品均能承受 100 ～ 200kg 的冲击和最小 10 ～ 20 的振动。

 

 

应用：通用高精度压力测量、科研试验及测量、真空系统、发动机试验台、功率计、工程测试单元、医疗、环境测试、风速测量、泄漏检测、能量管理、HVAC控制、工程机械车辆、天然气设备、发电厂、制冷、机器人、自动气象站及气象观测系统、发动机试验台、实验室或产品过程监测、工程设备、液压系统、压缩机控制、工业发动机、暧风空调/制冷系统、 海上钻井平台、农业灌溉系统等。

 

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