電容式壓力傳感器采用變電容測(cè)量原理，將由被測(cè)壓力引起的彈性元件的位移變形轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙莸淖兓脺y(cè)量電容的方法測(cè)出電容量，便可知道被測(cè)壓力的大小。

　　1、電容式壓力傳感器基本介紹

　　根據(jù)平行板電容器的電容量表達(dá)式

　　C=εA/d (3-9)

　　式中為電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；A為兩平行板相對(duì)面積；d為兩平行板間距。

　　由上式可知，改變A、d、其中任意一個(gè)參數(shù)都可以使電容量發(fā)生變化，在實(shí)際測(cè)量中，大多采用保持其中兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變A或d一個(gè)參數(shù)的方法，把參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化。因此，電容量的變化與被測(cè)參數(shù)的大小成比例。

　　①差動(dòng)變極距式電容壓力傳感器

　　改變電容兩平行板間距d的測(cè)量方式有較高的靈敏度，但當(dāng)位移較大時(shí)非線性嚴(yán)重。采用差動(dòng)電容法可以改善非線性、提高靈敏度、并可減小因ε受溫度影響引起的不穩(wěn)定性。 

　　圖3-12是一種電容式差壓傳感器示意圖。左右對(duì)稱的不銹鋼基座內(nèi)有玻璃絕緣層，其內(nèi)側(cè)的凹形球面上除邊緣部分外鍍有金屬膜作為固定電極，中間被夾緊的彈性膜片作為可動(dòng)測(cè)量電極，左、右固定電極和測(cè)量電極經(jīng)導(dǎo)線引出，從而組成了兩個(gè)電容器。不銹鋼基座和玻璃絕緣層中心開有小孔，不銹鋼基座兩邊外側(cè)焊上了波紋密封隔離膜片，這樣測(cè)量電極將空間分隔成左、右兩個(gè)腔室，其中充滿硅油。當(dāng)隔離膜片感受兩側(cè)壓力的作用時(shí)，通過硅油將差壓傳遞到彈性測(cè)量膜片的兩側(cè)從而使膜片產(chǎn)生位移。電容極板間距離的變化，將引起兩側(cè)電容器電容值的改變。

　　對(duì)于差動(dòng)平板電容器，其電容變化與板間距離變化的關(guān)系可表示為：

　　C0=△d/d0 (3-10)

　　式中 C0為初始電容值；d0為極板間初始距離；△d為距離變化量。

　　此電容量的變化經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q器電路，可以轉(zhuǎn)換成反映被測(cè)差壓的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出。

這種傳感器結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)，靈敏度高，過載能力大；精度高，其精確度可達(dá)±0.25％～±0.05％；可以測(cè)量壓力和差壓。

　　②變面積式電容壓力傳感器

　　下圖所示為一種變面積式電容壓力傳感器。被測(cè)壓力作用在金屬膜片上，通過中心柱和支撐簧片，使可動(dòng)電極隨簧片中心位移而動(dòng)作。可動(dòng)電極與固定電極均是金屬同心多層圓筒，斷面呈梳齒形，其電容量由兩電極交錯(cuò)重疊部分的面積所決定。固定電極與外殼之間絕緣，可動(dòng)電極則與外殼導(dǎo)通。壓力引起的極間電容變化由中心柱引至適當(dāng)?shù)淖儞Q器電路，轉(zhuǎn)換成反映被測(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出。

　　金屬膜片為不銹鋼材質(zhì)，膜片后設(shè)有帶波紋面的擋塊，限制膜片過大變形，以保護(hù)膜片在過載時(shí)不至于損壞。膜片中心位移不超過0.3mm，膜片背面為無硅油的封閉空間，不與被測(cè)介質(zhì)接觸，可視為恒定的大氣壓，故僅適用于壓力測(cè)量，而不能測(cè)量壓差。

　　其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，但是由于電荷泄漏難于避免，不適宜靜態(tài)力的測(cè)量 (電容式力傳感器的結(jié)構(gòu)原理)。

　　前面章節(jié)介紹過壓電式傳感器的原理和壓電式振動(dòng)加速度傳感器，測(cè)力傳感器的結(jié)構(gòu)類似。其特點(diǎn)是體積小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，但是也存在電荷泄漏，不適宜靜態(tài)力的測(cè)量。使用中應(yīng)防止承受橫向力和施加予緊力。

　　電容式壓力傳感器

　　在矩形的特殊彈性元件上，加工若干個(gè)貫通的圓孔，每個(gè)圓孔內(nèi)固定兩個(gè)端面平行的丁字形電極，每個(gè)電極上貼有銅箔，構(gòu)成由多個(gè)平行板電容器并聯(lián)組成的測(cè)量電路。在力F作用下，彈性元件變形使極板間矩發(fā)生變化，從而改變電容量，如左圖(電容式力傳感器)所示。

　　利用電容敏感元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成與之成一定關(guān)系的電量輸出的壓力傳感器。它一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個(gè)電極，當(dāng)薄膜感受壓力而變形時(shí)，薄膜與固定電極之間形成的電容量發(fā)生變化，通過測(cè)量電路即可輸出與電壓成一定關(guān)系的電信號(hào)。電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式傳感器，可分為單電容式壓力傳感器和差動(dòng)電容式壓力傳感器。 

　　單電容式壓力傳感器 　

　　它由圓形薄膜與固定電極構(gòu)成。薄膜在壓力的作用下變形，從而改變電容器的容量，其靈敏度大致與薄膜的面積和壓力成正比而與薄膜的張力和薄膜到固定電極的距離成反比。另一種型式的固定電極取凹形球面狀，膜片為周邊固定的張緊平面，膜片可用塑料鍍金屬層的方法制成（圖1）。這種型式適于測(cè)量低壓，并有較高過載能力。還可以采用帶活塞動(dòng)極膜片制成測(cè)量高壓的單電容式壓力傳感器。這種型式可減小膜片的直接受壓面積，以便采用較薄的膜片提高靈敏度。它還與各種補(bǔ)償和保護(hù)部以及放大電路整體封裝在一起，以便提高抗干擾能力。這種傳感器適于測(cè)量動(dòng)態(tài)高壓和對(duì)飛行器進(jìn)行遙測(cè)。單電容式壓力傳感器還有傳聲器式（即話筒式）和聽診器式等型式。 

　　差動(dòng)電容式壓力傳感器 　它的受壓膜片電極位于兩個(gè)固定電極之間,構(gòu)成兩個(gè)電容器（圖2）。在壓力的作用下一個(gè)電容器的容量增大而另一個(gè)則相應(yīng)減小，測(cè)量結(jié)果由差動(dòng)式電路輸出。它的固定電極是在凹曲的玻璃表面上鍍金屬層而制成。過載時(shí)膜片受到凹面的保護(hù)而不致破裂。差動(dòng)電容式壓力傳感器比單電容式的靈敏度高、線性度好，但加工較困難（特別是難以保證對(duì)稱性），而且不能實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)氣體或液體的隔離，因此不宜于工作在有腐蝕性或雜質(zhì)的流體中。

　　　電容式傳感器的工作原理 　　電容式傳感器實(shí)際的基本包括了一個(gè)接收器Tx與一個(gè)發(fā)射器Rx，其分別都具有在印刷電路板(PCB)層上成形的金屬走線。在接收器與發(fā)射器走線之間會(huì)形成一個(gè)電場(chǎng)。電容傳感器卻可以探測(cè)與傳感器電極特性不同的導(dǎo)體和盡緣體。當(dāng)有物體靠近時(shí)，電極的電場(chǎng)就會(huì)發(fā)生改變。從而感應(yīng)出物體的位移變化量。 在石油、鋼鐵、電力、化學(xué)等生產(chǎn)工藝過程中壓為是非常重要的參數(shù)。此外，在機(jī)械制造技術(shù)方面，從小批量生產(chǎn)到連續(xù)程序控制.從小規(guī)模的設(shè)備到大規(guī)模的成套設(shè)備和不斷發(fā)展的多功能的成套設(shè)備.都需要大量的壓力傳感器。為廠使這些復(fù)雜化、大規(guī)模化的成套設(shè)備能安全運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)壓力傳感器的可靠性和穩(wěn)定性的要求也越來越高.測(cè)量壓力有表壓力及絕對(duì)壓力測(cè)量二種方式。表壓測(cè)量采用以大氣壓為基準(zhǔn)測(cè)容器內(nèi)壓力的方法。絕對(duì)壓力的測(cè)量是采用以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)而測(cè)容器內(nèi)壓力的方法。二者的基本原理相同，所不同的是表壓傳感器將低壓例制成對(duì)照大氣開口的結(jié)構(gòu);而絕對(duì)壓力測(cè)量則把低壓設(shè)在真空室的結(jié)構(gòu).對(duì)高壓和低壓兩例的接觸溶液膜加壓后，通過密封液加到感壓膜上，感壓膜(可變電極)接著高壓側(cè)和低壓側(cè)的壓力差成正比地改變位置，感壓膜的位移，使膜與兩側(cè)固定電極之間形成路電容運(yùn)差，這個(gè)靜電容放差位經(jīng)電路轉(zhuǎn)換、放大后就變成4-20mADc的輸出信號(hào)。以加速度傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)。 　

　電容式傳感器廣泛應(yīng)用在位移、壓力、流量、液位等的測(cè)試中。電容式傳感器的精度和穩(wěn)定性也日益提高，高精度達(dá)0.01%電容式傳感器已有商品出現(xiàn)，如一種250mm量程的電容式位移傳感器，精度可達(dá)5μm[2]。 　　(1)電容式測(cè)厚儀： 測(cè)量金屬帶材在軋制過程中厚度 C1、C2工作極板與帶材之間形成兩個(gè)電容， 其總電容為C= C1+C2 。當(dāng)金屬帶材在軋制中厚度發(fā)生變化時(shí)，將引起電容量的變化。通過檢測(cè)電路可以反映這個(gè)變化，并轉(zhuǎn)換和顯示出帶材的厚度。 　　(2)電容式轉(zhuǎn)速傳感器：當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電容量發(fā)生周期性變化，通過測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，則頻率計(jì)顯示的頻率代表轉(zhuǎn)速大小。 　　(3)電容式壓力傳感器：電容式壓力傳感器主要用于測(cè)量液體或氣體的壓力，當(dāng)液體或氣體壓力作用于彈性膜片，使彈性膜片產(chǎn)生位移，位移導(dǎo)致電容量的變化，從而引起由該電容組成的振蕩器的振蕩頻率變化，頻率信號(hào)經(jīng)計(jì)數(shù)、編碼、傳輸?shù)斤@示部分，即可指示壓力變化量。目前，電容式壓力傳感器已被廣泛的使用在工業(yè)生產(chǎn)中。 　　(4)電容式測(cè)微儀：高靈敏度電容式測(cè)微儀采用非接觸方式精確測(cè)量微位移和振動(dòng)振幅。電容式測(cè)微儀整機(jī)線路包括高增益主放大器，包括前置放大器，精密整流電路，測(cè)振電路和高穩(wěn)定度穩(wěn)壓電源。并將主放大器和振蕩器放在內(nèi)屏蔽盒里嚴(yán)格屏蔽，其線路地端和屏蔽盒相連，精密整流電路接地。 　　 　　電容式壓力傳感器的應(yīng)用場(chǎng)合 　　(5)電容式加速度傳感器：加速度傳感器是利用它內(nèi)部的由于加速度造成的晶體變形這個(gè)特性。由于這個(gè)變形會(huì)產(chǎn)生電壓，只要計(jì)算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系，就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。當(dāng)然，還有很多其它方法來制作加速度傳感器，比如壓阻技術(shù)，電容效應(yīng)，熱氣泡效應(yīng)，光效應(yīng)，但是其最基本的原理都是由于加速度產(chǎn)生某個(gè)介質(zhì)產(chǎn)生變形，通過測(cè)量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出。加速度傳感器可以幫助機(jī)器了解它現(xiàn)在身處的環(huán)境。是在水平，走下坡，還是別的情況。在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中被應(yīng)用于許許多多的方面，如提電腦的硬盤抗摔保護(hù)，目前用的數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)里，也有加速度傳感器，用來檢測(cè)拍攝時(shí)候的手部的振動(dòng)，并根據(jù)這些振動(dòng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)相機(jī)的聚焦。壓電加速度傳感器還應(yīng)用于汽車安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、牽引控制系統(tǒng)等安全性能方面.。