第3章

電容式傳感器·壓力測量

【教學要求】

通過本章學習，掌握電容式傳感器的工作原理及分類、基本特性和測量電路等相關知識，了解電容式傳感器的優缺點及應用；掌握壓力測量的基本知識、工程中測量壓力的主要方法及其工作原理、應用特點，為正確選用和設計壓力傳感器打下基礎。

【引例】

電容式傳感器是將被測量轉換為電容的變化來實現位移、壓力、液位、轉速、振動、加速度、角度、成分含量等物理量檢測的裝置，其基本特點是結構簡單、適應性強、動態響應好、功耗小、可以進行非接觸測量，是一種應用廣泛的傳感器。

以壓力檢測為例，例圖3-1所示的電容式差壓變送器可將p1和p2壓力差轉換成4～20mA的標準電流信號，并通過信號電纜線傳輸到二次儀表顯示或應用。完成壓力到電量的轉換核心就是例圖3-2所示的變極距式差動電容傳感器。該電容傳感器的兩個球冠形固定電極由凹形玻璃（或絕緣陶瓷）圓片上的鍍金薄膜形成，與中間的圓形檢測膜片（動極板）的間距僅約0.5mm。當動極板兩側的壓力不等時，動極板將凸向壓力小的一側，由此改變了電容器極板間距而引起電容量變化，實現壓差到電容量的轉換。例圖3-3所示的則是一款采用MEMS技術制造的高度集成化、超低功耗的MPXY8300電容壓力傳感器。在很小的具有20個針腳的SOIC封裝芯片中，利用MEMS技術制造了電容壓力傳感器、電容X軸、Z軸加速度傳感器，并集成了溫度傳感器、512B的RAM、16KB閃存的8位微控制器（MCU）和RF發射器等電路。MPXY8300的超低功耗可以使一節鋰電池使用10年，是組成精確感應車胎壓力監控系統（TPMS）的傳感器之一。

例圖3-1 電容式差壓變送器

例圖3-2 差動電容傳感器

例圖3-3 MPXY8300電容壓力傳感器