電容式壓力變送器原理

1、電容式壓力變送器原理電容式壓力變送器簡介 科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展極大地豐富了壓力測量產(chǎn)品的種類，現(xiàn)在， 壓力傳感器的敏感原理不僅有電容式、壓阻式、金屬應(yīng)變式、霍爾式、振筒式等等但仍以電容式、壓阻式和金屬應(yīng)變式傳感器最 為多見。金屬應(yīng)變式壓力變送器是一種歷史較長的壓力傳感器， 但由于它存在遲滯、 蠕變及溫度性能差等 缺點，其應(yīng)用場合受到了很大的限制。壓阻式傳感器是利用半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)制造的一種新型的傳感器， 它具有制造方便， 成本低廉等特 點，但由于半導(dǎo)體材料對溫度極為敏感，所以其性能受溫度影響較大，產(chǎn)品的一致性較差。電容式壓力變送器是應(yīng)用最廣泛的一種壓力變送器， 其原理十分簡單。 一個無限大平行平板

2、電容 器的電容值可表示為：C= £ s/d （ e為平行平板間介質(zhì)的介電常數(shù)，d為極板的間距，s為極板的覆蓋面積）改變其中某個參數(shù)， 即可改變電容量。 由于結(jié)構(gòu)簡單， 幾乎所有電容式壓力變送器均采用改變間 隙的方法來獲得可變電容。 電容式壓力變送器的初始電容值較小， 一般為幾十皮法， 它極易受到 導(dǎo)線電容和電路的分布電容的影響，因而必須采用先進的電子線路才能檢測出電容的微小變化。 可以說，一個好的電容式傳感器應(yīng)該是可變電容設(shè)計和信號處理電路的完美結(jié)合。Setra 壓力變送器的工作原理Setra 的壓力變送器采用了結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用且極穩(wěn)定的可變電容形式，下圖為Setra 壓力變送器的

3、結(jié)構(gòu)示意圖， 可變電容由壓力腔上的膜片和固定在其上的絕緣電極所組成，當(dāng)感受到壓力變化時，膜片要產(chǎn)生微微的翹曲變形，從而改變了兩極的間距，采用Setra 獨特的檢測電路測電容的微小變化， 并進行線性處理和溫度補償。 傳感器輸出與被測壓力成正比的直流電壓或電 流信號。Setra 壓力變送器以很高的精巧的結(jié)構(gòu)、高性能的材料及先進的檢測電路的完美結(jié)合，賦予了性能Setra壓力變送器的特點高性能為了保證產(chǎn)品的高性能，Setra壓力變送器采用材料構(gòu)成可變電容，由于這些材料具有極穩(wěn)定的物理化學(xué)性能，使產(chǎn)品具有極高的性能。根據(jù)用戶需要Setra 可提供高達士 0.02%FS的傳感器, 穩(wěn)定性優(yōu)于士 0.05%

4、FS，如此高的性能是采用其它敏感原理的產(chǎn)品難以達到的。此外，采用Setra 先進的檢驗電路可檢測岀敏感電容極微小的變化，從而使傳感器具有很高的分辨率，如Setra 的Model270大氣壓力變送器的分辨率可達0.005%FS。機械變形敏感電容模極板間距的微小的變化，即可產(chǎn)生可測量的電壓信號變化，小的機械變形使傳感器的遲滯和非重復(fù)性誤差大大降低，同時傳感器的速度也得到很大提高。測量范圍寬Setra的壓力變送器具有很寬的測量范圍，它可對25Pa70MPa范圍的壓力進行精確的測量,且具有極高的穩(wěn)定性。上圖為 Setra Model239 高精度差壓力變送器的結(jié)構(gòu)示意圖，此傳感器最小測量范圍為0 12

5、5Pa，測量精度可達 0.073%FS，靜壓可從真空至 1.7MPa。在065 C范圍內(nèi)，溫度影響< 士 1.8%FS/100 C,過載能力最高可達FS的270倍。長期穩(wěn)定性好與其它傳感器如金屬應(yīng)變式傳感器Setra 的壓力變送器與其他同類產(chǎn)品相比具有更高的穩(wěn)定性，不同， 電容式壓力變送器的蠕變，時效和溫度影響均很小幾乎所有不利因素對電容式傳感器輸出穩(wěn)定性的影響均小于其他形式的傳感器。Setra 壓力變送器的零點穩(wěn)定性可達到 0.05%FS/高輸出信號Setra 壓力變送器的電路可將電容的微小變化直接轉(zhuǎn)換成高輸出信號，而無需進行信號放大， 壓阻式傳感器（薄模式， C 式）輸出信號低，易受

6、外界信號干擾等缺點，而這通常是傳感器穩(wěn)定 性差，受溫度影響大，易受電磁波干擾的主要原因。防腐性能好Setra 壓力變送器與介質(zhì)相接觸的材料均采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料，因而可與許多酸堿溶液， 腐蝕性氣體或液體很好地相容抗電磁場干擾上莊高輸岀信號、抗干擾設(shè)計及采用金屬外殼和，使Setra 壓力變送器對外部電磁場具有很高的抑制能力，它具有與可編程控制相當(dāng)?shù)目垢蓴_能力。在惡劣環(huán)境中工作Setra的壓力變送器非常經(jīng)久耐用，它的工業(yè)級的產(chǎn)品可承受最小10 7 次測滿量程壓力循環(huán),如果工作壓力不，傳感器的循環(huán)壽命幾乎可達到無限長，而且其工業(yè)的產(chǎn)品均能承受100200kg的沖擊和最小 1020的振動。電容式壓力變送

7、器在天平中的應(yīng)用不象大多數(shù)實驗室天平采用電磁平衡測量原理及絕大多數(shù)計數(shù)秤采用的應(yīng)變片技術(shù)，美國Setra采用了自己發(fā)明的獨特的”可變陶瓷電容技術(shù)”.這個設(shè)計提供了重量測量的牢靠，精度和合理的價格,兩個放置平行的鍍金條被熱熔于陶瓷傳感器模塊中.兩個電極間間距只有幾百分子一毫米.當(dāng)一負載放在天平的秤盤上，引起陶瓷梁的彎曲，改變兩個電極間間距，電極被接入LC的震蕩電路，震蕩頻率隨負載測量電容而改變，從零負載到滿負載（天平的標(biāo)稱 量程）,頻率變化可達每秒2百萬個周期.因為我們天平內(nèi)的的微處理器可每秒內(nèi)的每一個周器的變化，我們很多天平的型號可擁有極高的顯示分辨（eg, 1 part in 500,000）,同樣，工業(yè)計數(shù)秤也擁有非常高的內(nèi)部分變率（如model 2000C 可檢測1 ppm的重量變化）這個測量重 量的設(shè)計非常獨特 ,Setra 已取得若干個相關(guān)的專利 , 設(shè)計的簡單性非 常好的運用與相對小巧部 件的計數(shù) , 沒有運動部件的設(shè)計又加強了可靠性 . 1987 年, ISWM（ 國際稱重計量協(xié)會 ） 授予