Cảm biến áp suất điện dung bao gồm hai bộ phận chuyển động (màng kim loại đàn hồi), hai bộ phận cố định (lớp phủ kim loại trên kính lõm ở màng đàn hồi trên và dưới), các đầu ra và vỏ, v.v. Hai tụ điện mắc nối tiếp được hình thành giữa tấm chuyển động và hai tấm cố định. Khi áp suất hút tác động lên màng đàn hồi, màng đàn hồi sẽ dịch chuyển, làm giảm khoảng cách với một bộ phận cố định và tăng khoảng cách với bộ phận cố định còn lại (có thể minh họa bằng một tờ giấy). Khoảng cách giữa hai điện cực kim loại là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến điện dung, khoảng cách tăng thì điện dung giảm, khoảng cách giảm thì điện dung tăng. Loại cấu trúc này được gọi là cấu trúc vi sai, trong đó các thông số của hai phần tử cảm biến thay đổi cùng một lượng nhưng ngược chiều nhau do đại lượng cần đo.
Nếu màng đàn hồi được đặt giữa áp suất bên và áp suất khí quyển (khoang trên của màng đàn hồi là áp suất khí quyển), áp suất đo được là áp suất trong bảng; nếu màng đàn hồi được đặt giữa áp suất bên và chân không (khoang trên của màng đàn hồi đi qua chân không), áp suất tuyệt đối được đo. Dung lượng của tụ điện tỷ lệ thuận với hằng số điện môi và diện tích hiệu dụng tương đối giữa hai bản cực của tụ điện, và tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai bản cực, tức là C = εA/D, trong đó ε là hằng số điện môi của chất điện môi, A là diện tích hiệu dụng tương đối giữa hai điện cực kim loại, D là khoảng cách giữa hai điện cực kim loại. Từ mối quan hệ này, có thể thấy rằng khi hai trong số các tham số không đổi và tham số còn lại được sử dụng làm biến số, điện dung sẽ thay đổi theo tham số thay đổi.
Có nhiều loại mạch đo được sử dụng với cảm biến áp suất điện dung. Hãy lấy mạch cầu làm ví dụ để minh họa nguyên lý hoạt động của mạch đo cảm biến chênh lệch điện dung. Vì điện dung là một thông số AC, nên mạch cầu được kích thích bằng dòng điện xoay chiều thông qua máy biến áp. Hai cuộn dây của máy biến áp và điện dung của mạch cầu, khi không có áp suất đầu vào, mạch cầu ở trạng thái cân bằng, và giá trị của hai điện dung bằng nhau (C0). Khi có tác động của áp suất, một trong hai điện dung có giá trị C0 + ΔC, điện dung còn lại có giá trị C0 – ΔC (ΔC là sự thay đổi điện dung do áp suất bên ngoài gây ra), mạch cầu mất cân bằng. Ở vị trí có giá trị điện dung cao, điện áp cũng cao, và một hiệu điện thế được tạo ra giữa hai tụ điện, từ đó mạch cầu tạo ra điện áp đầu ra U biểu thị áp suất đầu vào.
Thời gian đăng bài: 02/09/2022