电容式传感器 - 压力和加速度计

　　基于电容感测技术的传感器是基于应变的传感器。典型配置如下所示，其中传感器电容以推挽式半桥配置布置，其中两个电容器都是参数调制的。当一个电容被参数调制并且半桥电路中的另一个电容是未调制的参考电容时，实现简单的介质隔离。

　　电容式传感器需要动态激励，所有电容式设计都包含内部振荡器和信号解调器，以提供静态输出。在大多数情况下，这些组件将有效工作温度范围限制在-40ºC至+120ºC。

　　基于电容的压力传感器

　　电容式压力传感器内的传感弹簧构件是导电的或具有沉积在其上的导电表面，并且位于两个烧制氧化铝陶瓷或玻璃复合电容器支撑结构之间。

　　电容器支撑结构是电隔离的，其中电容器板被丝网印刷或气相沉积到支撑结构上，如图所示。当不平衡压力作用在弹簧构件上时，推拉对称布置导致传感器模块的一侧的电容增加而另一侧的电容减小。

　　非隔离电容设计允许被测量接触传感器弹簧构件，在所示压力传感器的情况下，传感器弹簧构件根据作用在弹簧上的压力差而朝向或远离每个电容器支撑结构偏转。一些设计使用柔性金属隔膜和硅油填充腔来防止介质接触有源电容器结构。另一种胶囊设计将介质与对调制电容的直接影响隔离开来，牺牲了“推 - 拉”机械对称性。两个电容结构中只有一个是参数调制的，其中另一个电容作为参考电容存在，用于热零补偿的双重目的并完成电容半桥电路的几何形状。由于缺乏推拉对称性，所示的传感器配置导致介质容忍但性能较低的设计。

　　基于电容的加速度计

　　在如下所示的基于电容的加速度计的设计中使用类似的推拉配置，其中中心板形成震动质量和弹簧组件。在电容加速度计中，移动的地震质量组件的大物理区域有利于气膜阻尼，其提供的机械阻尼因子对热变化的敏感性低于流体阻尼加速度计类型。半桥配置的一个优点在于，对于缓慢的热变化，模块的对称性得以保持，其中模块的侧壁的热生长发生在两个电容元件上。

　　在瞬态热条件下，虽然氧化铝电容模块的非常低的膨胀系数限制了瞬态输出，但是可以预期电容结构的一些不同的膨胀。传感器制造商很少将成本和性能属性的正确组合融合到传感器设计中，这对于各种各样的测量非常有用。

　　Setra Systems Inc.的141型电容式气体阻尼加速度计就是这样一种装置。141型加速度计是一款出色的通用静态和动态应用仪器，具有极低的热瞬态输出。

　　烧制氧化铝弹簧构件的机械性能优异，具有高刚度，低热膨胀系数，高稳定性和低滞后损耗。

　　氧化铝的惰性和零孔隙率使其可用于各种环境。