Princípio de funcionamento e composição do sensor de pressão capacitivo

O sensor de pressão capacitivo é composto por duas partes móveis (diafragma metálico elástico), duas partes fixas (revestimento metálico sobre o vidro côncavo nas partes superior e inferior do diafragma elástico), terminais de saída e invólucro, etc. Dois capacitores em série são formados entre a placa móvel e as duas placas fixas. Quando a pressão de entrada atua sobre o diafragma elástico, este sofre um deslocamento, que inevitavelmente diminui a distância em relação a uma das partes fixas e aumenta a distância em relação à outra (isso pode ser demonstrado com um pedaço de papel). A distância entre os dois eletrodos metálicos é um dos fatores importantes que afetam a capacitância: quanto maior a distância, menor a capacitância; e vice-versa. Esse tipo de estrutura é chamado de estrutura diferencial, na qual os parâmetros dos dois elementos sensores são alterados na mesma proporção, mas em sentidos opostos, devido à grandeza medida.

Se o diafragma elástico for colocado entre a pressão lateral e a pressão atmosférica (a cavidade superior do diafragma elástico estiver em contato com a atmosfera), a pressão medida será a pressão tabelada; se o diafragma elástico for colocado entre a pressão lateral e o vácuo (a cavidade superior do diafragma elástico estiver em contato com o vácuo), a pressão medida será a pressão absoluta. A capacitância do capacitor é proporcional à constante dielétrica e à sua área efetiva relativa entre as duas placas do capacitor, e inversamente proporcional à distância entre as duas placas, ou seja, C = ε A/D, onde ε é a constante dielétrica do material, A é a área efetiva relativa entre os dois eletrodos metálicos e D é a distância entre os dois eletrodos metálicos. A partir dessa relação, observa-se que, quando dois dos parâmetros permanecem constantes e o terceiro parâmetro é utilizado como variável, a capacitância se altera com a variação do parâmetro.
Existem muitos tipos de circuitos de medição usados ​​com o sensor de pressão capacitivo. Vamos tomar o circuito de ponte como exemplo para ilustrar o princípio de funcionamento do circuito de medição do sensor diferencial capacitivo. Como a capacitância é um parâmetro CA, a ponte é excitada por CA através do transformador. O transformador possui duas bobinas e a capacitância da ponte. Quando não há pressão de entrada, a ponte está em equilíbrio e os valores das duas capacitâncias são iguais a C0. Quando a pressão atua, o valor de uma capacitância é C0 + ΔC, e o valor da outra capacitância é C0 - ΔC (ΔC representa a variação da capacitância causada pela pressão externa). Quando a ponte está em desequilíbrio, o valor da capacitância é alto e a tensão também é alta, gerando uma diferença de potencial entre os dois capacitores. A partir dessa diferença, a ponte gera uma tensão de saída U que representa a pressão de entrada.