정전 용량식 압력 센서는 두 개의 가동판(탄성 금속 다이어프램), 두 개의 고정판(상하 탄성 다이어프램의 오목한 유리판에 금속 코팅), 출력 단자 및 하우징 등으로 구성됩니다. 가동판과 두 개의 고정판 사이에는 두 개의 직렬 커패시터가 형성됩니다. 흡입 압력이 탄성 다이어프램에 작용하면 탄성 다이어프램이 변위되고, 이로 인해 한쪽 고정판과의 거리는 줄어들고 다른 쪽 고정판과의 거리는 늘어납니다(종이를 이용해 확인할 수 있음). 두 금속 전극 사이의 거리는 정전 용량에 영향을 미치는 중요한 요소 중 하나이며, 거리가 증가하면 정전 용량은 감소하고, 거리가 감소하면 정전 용량은 증가합니다. 이러한 구조를 차동 구조라고 하며, 측정량에 따라 두 감지 소자의 파라미터가 동일한 양만큼 반대 방향으로 변화합니다.
탄성 격막이 측면 압력과 대기압 사이에 위치할 경우(탄성 격막의 윗부분이 대기압인 경우), 측정된 압력은 표의 압력과 같습니다. 탄성 격막이 측면 압력과 진공 사이에 위치할 경우(탄성 격막의 윗부분이 진공을 통과하는 경우), 절대 압력이 측정됩니다. 커패시터의 용량은 유전체의 유전율과 두 판 사이의 상대적인 유효 면적에 비례하고, 두 판 사이의 거리에 반비례합니다. 즉, C=εA/D이며, 여기서 ε는 유전체의 유전 상수, A는 두 금속 전극 사이의 상대적인 유효 면적, D는 두 금속 전극 사이의 거리입니다. 이 관계식으로부터, 두 매개변수를 고정하고 다른 매개변수를 변수로 사용하면, 커패시턴스는 변화하는 매개변수에 따라 변한다는 것을 알 수 있습니다.
정전 용량식 압력 센서와 함께 사용되는 측정 회로는 여러 종류가 있습니다. 정전 용량식 차동 센서 측정 회로의 작동 원리를 설명하기 위해 브리지 회로를 예로 들어 보겠습니다. 정전 용량은 교류 파라미터이므로 브리지는 변압기를 통해 교류로 여자됩니다. 변압기의 두 코일과 브리지의 정전 용량은 입력 압력이 없을 때 평형 상태이며 두 정전 용량 값은 C0와 같습니다. 압력이 작용하면 한 정전 용량 값은 C0 + ΔC가 되고 다른 정전 용량 값은 C0 - ΔC가 됩니다. (ΔC는 외부 압력으로 인한 정전 용량 변화량입니다.) 이때 정전 용량 값이 높아지고 전압도 높아지며 두 커패시터 사이에 전압 차이가 발생합니다. 이 전압 차이로 인해 브리지는 입력 압력을 나타내는 출력 전압 U를 생성합니다.
게시 시간: 2022년 9월 2일