文章

简述电容式压力传感器的工作原理

简述电容式压力传感器的工作原理

电容式压力传感器,又称无源滤波式压力传感器、电容式加速度传感器等,它是将机械能转化为电信号的装置。它由两部分组成:电容与电介质。电阻器由直流电通过导电元件,其输出与被测电压成正比;而电容的大小在电流通过导电元件的时间内发生变化;即电阻值随着电势变化。

简述电容式压力传感器的工作原理

一、原理

电容是通过电阻而来的,电阻的大小与压力的大小成正比地变化。电容式压力传感器在测量液体的压力时,其电阻值和液体中所含的化学成分有一定的关系,因而与其电阻成反比地变化很大,即在不同的 pH值、不同的浓度下电容的变化是不同的。而且当电容值变化时电容也会随之变化。当电容增大时,由于电容本身的体积会增大,因此对流电势信号不是很稳定;反之对流电势信号则会变得稳定并且振荡小一点。因此,当电容增大时,流到电容器中的直流电与其自身电阻成正比;反之若压力增大时,流到介质中的直流电与其自身电阻成对数。当电容增大时,流经电容间的电流随之增大,因此电阻值随着电流大小而变化;当电容增大时,流经电容间电流随之减小。

二、工作原理

电阻器与电介质相互连通;当电流通过电阻器的间隙(或由接触电阻)时,电阻器开始释放电流;当电流流经电阻器的间隙(或接触面)时,阻值发生变化。如图所示。当电流流过电阻器时与电阻器之间形成感应电压 Vf,而当电容增大后与电阻器之间形成压差 P;由于电压 P会随电压而变化,即电阻器大小随着压力的增大而变化;由于压差 P是变化的电压流经电阻器处产生的,因而压差 P为压差大小的乘积。电流流经电阻器的间隙时,被测压差与电流之间的关系为: Q= V/L (电势)(F/P+θ)或 V/L (H)。

三、应用领域

电容式压力传感器在汽车、工业、航空航天、医疗、军事等各个领域中都有广泛的应用。尤其是在汽车方面,具有很多优势。首先它易于被加工,制造和装配精度高;其次电容式压力传感器具有测量范围广、线性度好、抗干扰能力强等特点,应用范围十分广泛,例如汽车发动机与汽车系统、工业过程控制系统、航空航天控制系统、军事系统等领域。另外电容式压力传感器可用于测量各种复杂的高精度、低功耗、小体积和高可靠性、低噪声以及超低损耗的要求;电容式压力传感器还可用于测量各种复杂的高精度工作环境。

四、注意事项

在正常工作时,应避免因摩擦而造成对传感器的损伤。当压力小于1 Mpa时,必须安装在较低且适当密度的绝缘材料上以防止电流通过电容器时被损坏。使用时间超过一年后,可用万用表测量电容器值,如果在几天内仍未测量出来,就应该更换。若超过5天才开始使用的话,可以将传感器放置在干燥和无阳光直射、无油或水泄漏较少的地方,以防止电击损伤而影响其使用效果。

电容式压力传感器的特点有哪些

电容式压力传感器的特点有哪些

电容式压力传感器的特点是传感器体积小,成本低,动态范围广,灵敏度高。它的优点是安装方便、易加工、测量准确、功耗小、稳定性好。电容式压力传感器具有响应快,功耗低、动态范围广和寿命长等优点。下面我们一起来看看基于电容电路的压力传感器的特点吧。

电容式压力传感器的特点有哪些

1.自校准功能

基于电容式压力传感器具有自校准功能,在对传感器进行校准时,其输出的变化范围会随着被校准频率的变化而自动调整。可以使用校准软件实现自校准功能或校准软件升级功能(例如,通过软件可以实现对传感器的长期自动跟踪)。自校准功能可防止压力误差和环境变化对测量结果造成影响。

2.快速响应速度

由于电容式压力传感器采用电容来测量介质时,其电阻非常小。因此,压力变化时,介质内部的电容器就会迅速反应进而产生电流。这是电导率高、响应速度快的原因之一。电容式压力传感器一般在5~10 mV范围内稳定输出0~10 mV。同时,在较小的电荷累积下,由于积累时间更长,也会产生较高的响应速度。例如,如果电容变化超过1 m/s,则会导致输出延迟。

3.高灵敏度

电容式压力传感器具有很高的灵敏度,即使在较高的压力下也可以很好地工作。在通常情况下,在测量中可以用标准的模拟信号控制测量结果,而不需要进行复杂的控制分析或运算;可以在较低的信号中实现多个不同的测量结果。由于可编程的信号处理方法具有很好的灵活性,因此它适用于不同类型的应用,如用于振动和冲击测量的低信号频率下的线性测量、生物系统测量等。该传感器具有低功耗、低噪声和高线性度的特点,特别适合在高精度仪器仪表中使用。

4.高分辨率

在基于电容器的 MEMS压力传感器中,传感器的分辨率越高,测量的信息越多。当检测出传感器的输入信号,即压力信号时,该传感器可获得最大的灵敏度。然而,由于电感量极小,并且采用了非常精细的电路设计,因此在精度上会有一些损失。此外,由于传感器自身的特性,其分辨率很高,因此其可测量精度会大大降低。

5.易于加工

许多电子产品都需要在其外壳上增加许多外部器件。与基于电容器的电传感器相比,电压力传感器更容易制造和加工。许多产品都具有独特的结构,可以通过改变电路设计来实现产品之间的互连或匹配。这些设计也适用于电子产品和机械设备之间的互连。