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　　電容式壓力傳感器采用變電容測量原理，將由被測壓力引起的彈性元件的位移變形轉變為電容的變化，用測量電容的方法測出電容量，便可知道被測壓力的大小。

　　1、電容式壓力傳感器基本介紹

　　根據平行板電容器的電容量表達式

　　C=εA/d (3-9)

　　式中為電容極板間介質的介電常數；A為兩平行板相對面積；d為兩平行板間距。

　　由上式可知，改變A、d、其中任意一個參數都可以使電容量發生變化，在實際測量中，大多采用保持其中兩個參數不變，而僅改變A或d一個參數的方法，把參數的變化轉換為電容量的變化。因此，電容量的變化與被測參數的大小成比例。

　　①差動變極距式電容壓力傳感器

　　改變電容兩平行板間距d的測量方式有較高的靈敏度，但當位移較大時非線性嚴重。采用差動電容法可以改善非線性、提高靈敏度、并可減小因ε受溫度影響引起的不穩定性。 

　　圖3-12是一種電容式差壓傳感器示意圖。左右對稱的不銹鋼基座內有玻璃絕緣層，其內側的凹形球面上除邊緣部分外鍍有金屬膜作為固定電極，中間被夾緊的彈性膜片作為可動測量電極，左、右固定電極和測量電極經導線引出，從而組成了兩個電容器。不銹鋼基座和玻璃絕緣層中心開有小孔，不銹鋼基座兩邊外側焊上了波紋密封隔離膜片，這樣測量電極將空間分隔成左、右兩個腔室，其中充滿硅油。當隔離膜片感受兩側壓力的作用時，通過硅油將差壓傳遞到彈性測量膜片的兩側從而使膜片產生位移。電容極板間距離的變化，將引起兩側電容器電容值的改變。

　　對于差動平板電容器，其電容變化與板間距離變化的關系可表示為：

　　C0=△d/d0 (3-10)

　　式中 C0為初始電容值；d0為極板間初始距離；△d為距離變化量。

　　此電容量的變化經過適當的變換器電路，可以轉換成反映被測差壓的標準電信號輸出。

這種傳感器結構堅實，靈敏度高，過載能力大；精度高，其精確度可達±0.25％～±0.05％；可以測量壓力和差壓。

　　②變面積式電容壓力傳感器

　　下圖所示為一種變面積式電容壓力傳感器。被測壓力作用在金屬膜片上，通過中心柱和支撐簧片，使可動電極隨簧片中心位移而動作。可動電極與固定電極均是金屬同心多層圓筒，斷面呈梳齒形，其電容量由兩電極交錯重疊部分的面積所決定。固定電極與外殼之間絕緣，可動電極則與外殼導通。壓力引起的極間電容變化由中心柱引至適當的變換器電路，轉換成反映被測壓力的標準電信號輸出。

　　金屬膜片為不銹鋼材質，膜片后設有帶波紋面的擋塊，限制膜片過大變形，以保護膜片在過載時不至于損壞。膜片中心位移不超過0.3mm，膜片背面為無硅油的封閉空間，不與被測介質接觸，可視為恒定的大氣壓，故僅適用于壓力測量，而不能測量壓差。

　　其特點是結構簡單，靈敏度高，動態響應快，但是由于電荷泄漏難于避免，不適宜靜態力的測量 (電容式力傳感器的結構原理)。

　　前面章節介紹過壓電式傳感器的原理和壓電式振動加速度傳感器，測力傳感器的結構類似。其特點是體積小，動態響應快，但是也存在電荷泄漏，不適宜靜態力的測量。使用中應防止承受橫向力和施加予緊力。

　　電容式壓力傳感器

　　在矩形的特殊彈性元件上，加工若干個貫通的圓孔，每個圓孔內固定兩個端面平行的丁字形電極，每個電極上貼有銅箔，構成由多個平行板電容器并聯組成的測量電路。在力F作用下，彈性元件變形使極板間矩發生變化，從而改變電容量，如左圖(電容式力傳感器)所示。

　　利用電容敏感元件將被測壓力轉換成與之成一定關系的電量輸出的壓力傳感器。它一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個電極，當薄膜感受壓力而變形時，薄膜與固定電極之間形成的電容量發生變化，通過測量電路即可輸出與電壓成一定關系的電信號。電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式傳感器，可分為單電容式壓力傳感器和差動電容式壓力傳感器。 

　　單電容式壓力傳感器 　

　　它由圓形薄膜與固定電極構成。薄膜在壓力的作用下變形，從而改變電容器的容量，其靈敏度大致與薄膜的面積和壓力成正比而與薄膜的張力和薄膜到固定電極的距離成反比。另一種型式的固定電極取凹形球面狀，膜片為周邊固定的張緊平面，膜片可用塑料鍍金屬層的方法制成（圖1）。這種型式適于測量低壓，并有較高過載能力。還可以采用帶活塞動極膜片制成測量高壓的單電容式壓力傳感器。這種型式可減小膜片的直接受壓面積，以便采用較薄的膜片提高靈敏度。它還與各種補償和保護部以及放大電路整體封裝在一起，以便提高抗干擾能力。這種傳感器適于測量動態高壓和對飛行器進行遙測。單電容式壓力傳感器還有傳聲器式（即話筒式）和聽診器式等型式。 

　　差動電容式壓力傳感器 　它的受壓膜片電極位于兩個固定電極之間,構成兩個電容器（圖2）。在壓力的作用下一個電容器的容量增大而另一個則相應減小，測量結果由差動式電路輸出。它的固定電極是在凹曲的玻璃表面上鍍金屬層而制成。過載時膜片受到凹面的保護而不致破裂。差動電容式壓力傳感器比單電容式的靈敏度高、線性度好，但加工較困難（特別是難以保證對稱性），而且不能實現對被測氣體或液體的隔離，因此不宜于工作在有腐蝕性或雜質的流體中。

　　　電容式傳感器的工作原理 　　電容式傳感器實際的基本包括了一個接收器Tx與一個發射器Rx，其分別都具有在印刷電路板(PCB)層上成形的金屬走線。在接收器與發射器走線之間會形成一個電場。電容傳感器卻可以探測與傳感器電極特性不同的導體和盡緣體。當有物體靠近時，電極的電場就會發生改變。從而感應出物體的位移變化量。 在石油、鋼鐵、電力、化學等生產工藝過程中壓為是非常重要的參數。此外，在機械制造技術方面，從小批量生產到連續程序控制.從小規模的設備到大規模的成套設備和不斷發展的多功能的成套設備.都需要大量的壓力傳感器。為廠使這些復雜化、大規模化的成套設備能安全運轉，對壓力傳感器的可靠性和穩定性的要求也越來越高.測量壓力有表壓力及絕對壓力測量二種方式。表壓測量采用以大氣壓為基準測容器內壓力的方法。絕對壓力的測量是采用以絕對真空為基準而測容器內壓力的方法。二者的基本原理相同，所不同的是表壓傳感器將低壓例制成對照大氣開口的結構;而絕對壓力測量則把低壓設在真空室的結構.對高壓和低壓兩例的接觸溶液膜加壓后，通過密封液加到感壓膜上，感壓膜(可變電極)接著高壓側和低壓側的壓力差成正比地改變位置，感壓膜的位移，使膜與兩側固定電極之間形成路電容運差，這個靜電容放差位經電路轉換、放大后就變成4-20mADc的輸出信號。以加速度傳感器是根據壓電效應。 　

　電容式傳感器廣泛應用在位移、壓力、流量、液位等的測試中。電容式傳感器的精度和穩定性也日益提高，高精度達0.01%電容式傳感器已有商品出現，如一種250mm量程的電容式位移傳感器，精度可達5μm[2]。 　　(1)電容式測厚儀： 測量金屬帶材在軋制過程中厚度 C1、C2工作極板與帶材之間形成兩個電容， 其總電容為C= C1+C2 。當金屬帶材在軋制中厚度發生變化時，將引起電容量的變化。通過檢測電路可以反映這個變化，并轉換和顯示出帶材的厚度。 　　(2)電容式轉速傳感器：當齒輪轉動時，電容量發生周期性變化，通過測量電路轉換為脈沖信號，則頻率計顯示的頻率代表轉速大小。 　　(3)電容式壓力傳感器：電容式壓力傳感器主要用于測量液體或氣體的壓力，當液體或氣體壓力作用于彈性膜片，使彈性膜片產生位移，位移導致電容量的變化，從而引起由該電容組成的振蕩器的振蕩頻率變化，頻率信號經計數、編碼、傳輸到顯示部分，即可指示壓力變化量。目前，電容式壓力傳感器已被廣泛的使用在工業生產中。 　　(4)電容式測微儀：高靈敏度電容式測微儀采用非接觸方式精確測量微位移和振動振幅。電容式測微儀整機線路包括高增益主放大器，包括前置放大器，精密整流電路，測振電路和高穩定度穩壓電源。并將主放大器和振蕩器放在內屏蔽盒里嚴格屏蔽，其線路地端和屏蔽盒相連，精密整流電路接地。 　　 　　電容式壓力傳感器的應用場合 　　(5)電容式加速度傳感器：加速度傳感器是利用它內部的由于加速度造成的晶體變形這個特性。由于這個變形會產生電壓，只要計算出產生電壓和所施加的加速度之間的關系，就可以將加速度轉化成電壓輸出。當然，還有很多其它方法來制作加速度傳感器，比如壓阻技術，電容效應，熱氣泡效應，光效應，但是其最基本的原理都是由于加速度產生某個介質產生變形，通過測量其變形量并用相關電路轉化成電壓輸出。加速度傳感器可以幫助機器了解它現在身處的環境。是在水平，走下坡，還是別的情況。在現代生產生活中被應用于許許多多的方面，如提電腦的硬盤抗摔保護，目前用的數碼相機和攝像機里，也有加速度傳感器，用來檢測拍攝時候的手部的振動，并根據這些振動，自動調節相機的聚焦。壓電加速度傳感器還應用于汽車安全氣囊、防抱死系統、牽引控制系統等安全性能方面.。