电容式压力传感器原理和应用范围

电容式压力传感器是将被测介质压电效应的传感器，是一种能直接测量被测介质相对运动和变化特性的新型传感器。它具有测量范围宽、响应速度快、成本低等优点，在现代电子、航空航天、自动化设备等领域应用广泛，并有逐渐成为新产品和新技术开发中不可或缺的关键部件，在工业自动化、新能源、汽车、航空航天等领域中得到了广泛应用利用电阻式、晶体电容、薄膜（玻璃）电容等材料将物体表面（如电阻器、电阻丝等）电荷扩散到周围空间时形成电磁场来模拟物体表面电荷流动和变化特性。其中，薄膜式电容属于物理过程中最简单、成本最低的一种类型。因此，薄膜式电容传感器应用非常广泛，在电子、航空航天、汽车、自动化等领域都得到了广泛应用。

一、电容式压力传感器的工作原理

随着现代科学技术的不断发展，许多新技术也随之而出现了。例如：电磁感应原理、红外探测等，这些新技术均是基于对被测介质不同程度的压电效应而产生的。因此，在这些新技术中，电容式压力传感器是研究最多且应用最广的一种新型器件。电容式压力传感器是一种能直接测量被测介质压电效应的传感器，其工作原理为：在被测介质上加入少量电解质后，便能产生电容和电压。当这种电解质充满导电液后，电解质就会向外扩散电荷，电流通过导电体时便发生电的感应作用。电流经过电极时会在电容上产生感应电压和电阻；通过电极到周围介质则形成“电场”和“磁场”。

二、测量方法

在通常情况下，根据测量条件的不同，可以将电容式压力传感器分为几类:1)在工作温度下通过控制介质的温升来测量电容;2)利用温度曲线的速度和压力数值来控制电容;3)将电容数值通过外部电极固定、测量并与被测介质接触;4)利用机械力或机械位移来测量电容;5)利用传感器自身固有的频率特性来测量电容;6)利用不同尺寸电容、电阻、阻值并结合信号电压变化来测量电容。通常在不同情况下需要选择两种测量方法进行测量:(1)测量过程中需要改变电场强度而不会改变测量结果;(2)使用温度曲线来确定电容器和接触面对电介质的电容。在使用过程中需要将温度曲线与电容测量结果进行比较以确定电容器或者接触面对电容测量结果的影响。因此通常在使用之前需要确定电场强度和电荷之间的关系以确定它对电容器或接触面是否存在影响。

三、性能特点

薄膜电容器被测介质与薄膜电容器类似，但是由于使用的材料不同，它既具有电容，又具有电荷。电容值变化时，与电导率有关的两个参数被改变；电导率发生变化时，两参数都发生改变。薄膜电容器有很高的分辨率。当受到较大的压力时，薄膜电容器表现出相当大的应变，因此可以在更宽的范围内测量介质的应变特性。另外，由于成本低和环境适应能力强等特点，这些特点使它非常适合于各种环境下的测量应用。

四、应用范围

电容式压力传感器一般应用在电子、航空航天、自动化设备、工业自动化和汽车行业中。其应用领域非常广泛，包括：智能手机的应用：在手机上的压力、位移、加速度、温度、湿度等多种指标是电子设备重要的性能指标。平板电脑和智能手机的应用：平板电脑由于采用了更多的触控元件而更加智能；同时平板电脑的功能不断扩展；平板电脑功能不断增加；平板电脑体积越来越小、重量越来越轻；平板电脑所配备的硬件和软件也越来越智能、越来越环保。而平板电脑所配备的操作系统需要有足够强大的计算能力以满足不同用户的需求。电容式压力传感器可用于很多不同类型的系统中，但其最大的特点是能够在不使用专用设备的情况下测量更多内容。