今天我們聊聊什么是可變電容傳感器

 

在許多壓力傳感器應(yīng)用中，高精度是必不可少的。不管您是在測(cè)量成千上萬(wàn)的PSI還是只有四分之一英寸的水柱，最苛刻的工作都需要最好的工具。雖然市場(chǎng)上有許多類型的壓力傳感裝置，但在精度和質(zhì)量方面，沒(méi)有一個(gè)比得上可變電容傳感器。可變電容壓力傳感器通常比其他類型的壓力傳感器更準(zhǔn)確，一些產(chǎn)品精度高達(dá)±0.05% FS。

 

說(shuō)到可變電容，先要說(shuō)說(shuō)什么是電容(Capacitance)，它是一個(gè)物體持有電荷的能力。電容器是電路中的元件，可以儲(chǔ)存電荷，并被認(rèn)為是電感和電阻的三個(gè)基本電子元件之一。這項(xiàng)技術(shù)并沒(méi)有測(cè)量?jī)?chǔ)存的能量，而是測(cè)量可能儲(chǔ)存的能量。測(cè)量單位是法拉(F)，然而在大多數(shù)客戶使用的電容器裝置使用的是微法(µF)或更小。

 

 

電容器由兩個(gè)電極板組成，它們被稱為電介質(zhì)的絕緣層隔開(kāi)。電容器在板的尺寸和排列以及所使用的介質(zhì)材料的種類上各有不同。當(dāng)一個(gè)電容在電路中連接時(shí)，電源的電壓迫使電子在一個(gè)板的表面上，把電子從另一個(gè)板的表面上拉出來(lái)。這就產(chǎn)生了兩個(gè)板塊之間的能量電位差。

 

電容器的電容值可以根據(jù)應(yīng)用進(jìn)行固定或調(diào)整。電極板的大小、形狀和接近程度都能影響元件的電容性能。電極板塊越大，電容越大。在許多應(yīng)用中，電容正變得越來(lái)越集成，例如計(jì)算機(jī)內(nèi)存、電容式麥克風(fēng)、無(wú)線電接收器、脈沖磁體和壓力傳感器。

 

簡(jiǎn)單地說(shuō)，這些壓力傳感器是一種電容器，一種具有充電能力的裝置。當(dāng)壓力作用到傳感器內(nèi)部的膜片上時(shí)，膜片就會(huì)收縮，或向固定電極彎曲，并改變電容。這種物理變化會(huì)導(dǎo)致電子輸出的變化，該裝置可將壓力讀數(shù)轉(zhuǎn)換成電流或電壓值。

 

然而，雖然原理可能是相同的，但在室內(nèi)壓力監(jiān)測(cè)器中使用的低量程傳感器與在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)使用的高量程傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有很大不同。

 

目前使用的可變電容傳感器有兩種：

 

Closing Gap和Opening Gap 

 

Closing Gap

 

在Closing Gap傳感器上，有一個(gè)拉伸膜，由非常薄的不銹鋼制成，靠近或遠(yuǎn)離固定電極，來(lái)改變電容值。

 

 

Closing Gap電容傳感器通常用于測(cè)量小于15psi的低壓應(yīng)用。

 

這種傳感器的典型應(yīng)用是室內(nèi)壓力監(jiān)測(cè)和暖通空調(diào)(HVAC)。例如Setra的SRIM2室內(nèi)壓力監(jiān)視儀。

 

Closing Gap傳感器可以是單向的，也可以是雙向的，這取決于應(yīng)用的需求。在單向傳感器中，當(dāng)隔膜向電極彎曲時(shí)，傳感器將輸出線性化，而雙向傳感器的隔膜在壓力變化時(shí)可以向任意方向移動(dòng)。

 

這種Closing Gap的設(shè)計(jì)及其適合用于需要?dú)怏w隔離的壓差應(yīng)用，譬如制藥工廠的潔凈間，疾控中心的傳染病房等，以上的設(shè)計(jì)既保證了膜片內(nèi)部無(wú)其他介質(zhì)，不會(huì)造成二次污染；也保證了壓差兩端的氣體隔離，保證了房間內(nèi)外不會(huì)因?yàn)閴翰顐鞲衅髟斐蓺怏w交換形成污染。

 

Opening Gap 

 

Opening Gap傳感器工作方式則不同；當(dāng)施加壓力時(shí)，隔膜隨電極移動(dòng)，致使電容變化，從而改變電輸出。

 

 

無(wú)論傳感器是Opening Gap還是Closing Gap，可由各種不銹鋼制成。工業(yè)壓力傳感器可與耐腐蝕性材料結(jié)合使用，例如氫會(huì)腐蝕某些類型的不銹鋼(如17 -4 SS)，并可能導(dǎo)致組件在長(zhǎng)時(shí)間暴露后失效。因此，部分部件可使用耐腐蝕耐潮濕的材料，例如Setra Model 209H膜片和接液部件均采用316 L不銹鋼。

 

Opening Gap的設(shè)計(jì)，豐富了膜片的材料，鑒于其有效區(qū)域很小，可以鍍金，鍍鉑等多種貴金屬提高傳感器的性能。這些傳感器通常用于工業(yè)OEM和測(cè)試、測(cè)量應(yīng)用，這些應(yīng)用壓力范圍從15 PSI到10,000 PSI不等。例如Setra Model ASL高精度微差壓傳感器。

 

可變電容是傳感器技術(shù)的一個(gè)重要的大類，可變電容電容技術(shù)見(jiàn)證了19世紀(jì)工業(yè)革命和二十一世紀(jì)信息技術(shù)革命的交匯；是久經(jīng)考驗(yàn)的技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，可變電容技術(shù)已不局限于房間差壓的測(cè)量；從HVAC到各種測(cè)量測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)；到工業(yè)設(shè)備內(nèi)的集成，可變電容至今仍發(fā)揮著重要的作用。