静電容量式圧力センサーの動作原理と構成

静電容量式圧力センサは、2 つの可動子 (弾性金属ダイヤフラム)、2 つの固定片 (上下の弾性ダイヤフラムの凹面ガラスに金属コーティング)、出力端子、ハウジングなどで構成されています。可動子の間には 2 つの直列コンデンサが形成されています。プレートと 2 つの固定プレート。吸入圧力が弾性ダイヤフラムに作用すると、弾性ダイヤフラムは変位を生じ、必然的に一方の固定片との距離は減少し、もう一方の固定片との距離は増加します（紙で示すことができます）。2 つの金属電極間の距離は静電容量に影響を与える重要な要素の 1 つであり、距離が増加すると静電容量は減少し、距離が減少すると静電容量は増加します。この種の構造は、2 つの検出素子のパラメータが測定量に応じて同じ量だけ逆方向に変化する差動構造と呼ばれます。

弾性ダイヤフラムが側圧と大気圧の間に配置されている場合 (弾性ダイヤフラムの上部空洞は大気圧)、測定された圧力は表になります。弾性ダイヤフラムが側圧と真空の間に配置されている場合 (弾性ダイヤフラムの上部空洞が真空を通過している場合)、絶対圧力が測定されます。コンデンサの容量は、誘電体とコンデンサの 2 つのプレート間の相対有効面積に比例し、2 つのプレート間の距離に反比例します。つまり、C=ε A/D (ε は誘電率)誘電体の面積、A は 2 つの金属電極間の相対有効面積、D は 2 つの金属電極間の距離です。この関係から、パラメータのうち 2 つを変更せず、もう 1 つのパラメータを変数として使用すると、パラメータの変更に応じて静電容量が変化することがわかります。
静電容量式圧力センサーではさまざまな種類の測定回路が使用されます。静電容量差動センサー測定回路の動作原理を説明するために、ブリッジ回路を例に挙げてみましょう。静電容量は AC パラメータであるため、ブリッジは変圧器を介して AC によって励起されます。変圧器の 2 つのコイルとブリッジの静電容量、入口圧力がない場合、ブリッジはバランスが取れており、2 つの静電容量値が C0 に等しい場合、圧力効果がある場合、一方の静電容量値は C0 + デルタ C、もう一方の静電容量値は C0 – デルタ、C (静電容量の変化によって引き起こされる外部圧力のデルタ C) はバランスが崩れたブリッジです。静電容量値が高いと電圧も高くなり、2 つのコンデンサの間に電圧差が発生します。ブリッジは吸気圧を表す電圧出力 U を生成します。