什么是可变电容传感器及其种类有哪些？

今天我们聊聊什么是可变电容传感器

在许多压力传感器应用中，高精度是必不可少的。不管您是在测量成千上万的PSI还是只有四分之一英寸的水柱，最苛刻的工作都需要最好的工具。虽然市场上有许多类型的压力传感装置，但在精度和质量方面，没有一个比得上可变电容传感器。可变电容压力传感器通常比其他类型的压力传感器更准确，一些产品精度高达±0.05% FS。

说到可变电容，先要说说什么是电容(Capacitance)，它是一个物体持有电荷的能力。电容器是电路中的元件，可以储存电荷，并被认为是电感和电阻的三个基本电子元件之一。这项技术并没有测量储存的能量，而是测量可能储存的能量。测量单位是法拉(F)，然而在大多数客户使用的电容器装置使用的是微法(µF)或更小。

电容器由两个电极板组成，它们被称为电介质的绝缘层隔开。电容器在板的尺寸和排列以及所使用的介质材料的种类上各有不同。当一个电容在电路中连接时，电源的电压迫使电子在一个板的表面上，把电子从另一个板的表面上拉出来。这就产生了两个板块之间的能量电位差。

电容器的电容值可以根据应用进行固定或调整。电极板的大小、形状和接近程度都能影响元件的电容性能。电极板块越大，电容越大。在许多应用中，电容正变得越来越集成，例如计算机内存、电容式麦克风、无线电接收器、脉冲磁体和压力传感器。

简单地说，这些压力传感器是一种电容器，一种具有充电能力的装置。当压力作用到传感器内部的膜片上时，膜片就会收缩，或向固定电极弯曲，并改变电容。这种物理变化会导致电子输出的变化，该装置可将压力读数转换成电流或电压值。

然而，虽然原理可能是相同的，但在室内压力监测器中使用的低量程传感器与在发动机试验台使用的高量程传感器内部结构有很大不同。

目前使用的可变电容传感器有两种：

Closing Gap和Opening Gap

Closing Gap

在Closing Gap传感器上，有一个拉伸膜，由非常薄的不锈钢制成，靠近或远离固定电极，来改变电容值。

Closing Gap电容传感器通常用于测量小于15psi的低压应用。

这种传感器的典型应用是室内压力监测和暖通空调(HVAC)。例如Setra的SRIM2室内压力监视仪。

Closing Gap传感器可以是单向的，也可以是双向的，这取决于应用的需求。在单向传感器中，当隔膜向电极弯曲时，传感器将输出线性化，而双向传感器的隔膜在压力变化时可以向任意方向移动。

这种Closing Gap的设计及其适合用于需要气体隔离的压差应用，譬如制药工厂的洁净间，疾控中心的传染病房等，以上的设计既保证了膜片内部无其他介质，不会造成二次污染；也保证了压差两端的气体隔离，保证了房间内外不会因为压差传感器造成气体交换形成污染。

Opening Gap

Opening Gap传感器工作方式则不同；当施加压力时，隔膜随电极移动，致使电容变化，从而改变电输出。

无论传感器是Opening Gap还是Closing Gap，可由各种不锈钢制成。工业压力传感器可与耐腐蚀性材料结合使用，例如氢会腐蚀某些类型的不锈钢(如17 -4 SS)，并可能导致组件在长时间暴露后失效。因此，部分部件可使用耐腐蚀耐潮湿的材料，例如Setra Model 209H膜片和接液部件均采用316 L不锈钢。

Opening Gap的设计，丰富了膜片的材料，鉴于其有效区域很小，可以镀金，镀铂等多种贵金属提高传感器的性能。这些传感器通常用于工业OEM和测试、测量应用，这些应用压力范围从15 PSI到10,000 PSI不等。例如Setra Model ASL高精度微差压传感器。

可变电容是传感器技术的一个重要的大类，可变电容电容技术见证了19世纪工业革命和二十一世纪信息技术革命的交汇；是久经考验的技术，经过多年的发展，可变电容技术已不局限于房间差压的测量；从HVAC到各种测量测试现场；到工业设备内的集成，可变电容至今仍发挥着重要的作用。