اصول کار و ترکیب حسگر فشار خازنی

حسگر فشار خازنی از دو قطعه متحرک (دیافراگم فلزی الاستیک)، دو قطعه ثابت (پوشش فلزی روی شیشه مقعر روی دیافراگم الاستیک بالایی و پایینی)، ترمینال‌های خروجی و محفظه و غیره تشکیل شده است. دو خازن سری بین صفحه متحرک و دو صفحه ثابت تشکیل شده‌اند. هنگامی که فشار ورودی بر دیافراگم الاستیک اعمال می‌شود، دیافراگم الاستیک جابجایی ایجاد می‌کند که منجر به کاهش فاصله با یک قطعه ثابت و افزایش فاصله با قطعه ثابت دیگر می‌شود (می‌توان آن را با یک تکه کاغذ نشان داد). فاصله بین دو الکترود فلزی یکی از عوامل مهم مؤثر بر ظرفیت خازنی است، با افزایش فاصله، ظرفیت خازنی کاهش می‌یابد، با کاهش فاصله، ظرفیت خازنی افزایش می‌یابد. این نوع ساختار، ساختار دیفرانسیلی نامیده می‌شود که در آن پارامترهای دو عنصر حسگر به دلیل یک کمیت اندازه‌گیری شده به یک مقدار اما در جهت مخالف تغییر می‌کنند.

اگر دیافراگم الاستیک بین فشار جانبی و فشار اتمسفر قرار گیرد (حفره بالایی دیافراگم الاستیک اتمسفر باشد)، فشار اندازه‌گیری شده برابر با فشار جدول است؛ اگر دیافراگم الاستیک بین فشار جانبی و خلاء قرار گیرد (حفره بالایی دیافراگم الاستیک از خلاء عبور کند)، فشار مطلق اندازه‌گیری می‌شود. ظرفیت خازن متناسب با دی‌الکتریک و مساحت مؤثر نسبی آن بین دو صفحه خازن و با فاصله بین دو صفحه نسبت معکوس دارد، یعنی C=εA/D، که در آن ε ثابت دی‌الکتریک دی‌الکتریک، A مساحت مؤثر نسبی بین دو الکترود فلزی و D فاصله بین دو الکترود فلزی است. از این رابطه می‌توان دریافت که وقتی دو پارامتر بدون تغییر باشند و پارامتر دیگر به عنوان متغیر استفاده شود، ظرفیت خازن با تغییر پارامتر تغییر خواهد کرد.
انواع مختلفی از مدارهای اندازه‌گیری با سنسور فشار خازنی استفاده می‌شوند. بیایید مدار پل را به عنوان مثالی برای نشان دادن اصل کار مدار اندازه‌گیری سنسور تفاضلی خازن در نظر بگیریم. از آنجا که خازن یک پارامتر AC است، پل توسط AC از طریق ترانسفورماتور تحریک می‌شود. دو سیم‌پیچ ترانسفورماتور و ظرفیت یک پل، زمانی که فشار ورودی وجود ندارد، یک پل در تعادل است و دو مقدار خازن برابر با C0 هستند، زمانی که اثر فشار، یکی از مقدار خازن C0 + دلتا C، مقدار خازن دیگر C0 – دلتا، C (دلتا C برای فشار خارجی ناشی از تغییر خازن) باشد، یک پل از تعادل خارج می‌شود. جایی که مقدار خازن بالا است، ولتاژ نیز بالا است و اختلاف ولتاژ بین دو خازن ایجاد می‌شود که از آن پل یک ولتاژ خروجی U تولید می‌کند که نشان دهنده فشار ورودی است.