หลักการทำงานและส่วนประกอบของเซ็นเซอร์วัดแรงดันแบบคาปาซิทีฟ

เซ็นเซอร์วัดแรงดันแบบคาปาซิทีฟประกอบด้วยชิ้นส่วนเคลื่อนที่สองชิ้น (แผ่นไดอะแฟรมโลหะยืดหยุ่น) ชิ้นส่วนคงที่สองชิ้น (การเคลือบโลหะบนกระจกเว้าบนและล่างของไดอะแฟรมยืดหยุ่น) ขั้วต่อเอาต์พุต และตัวเรือน เป็นต้น ตัวเก็บประจุแบบอนุกรมสองตัวถูกสร้างขึ้นระหว่างแผ่นเคลื่อนที่และแผ่นคงที่ทั้งสอง เมื่อแรงดันขาเข้ากระทำต่อไดอะแฟรมยืดหยุ่น ไดอะแฟรมยืดหยุ่นจะเกิดการเคลื่อนที่ ซึ่งจะทำให้ระยะห่างกับชิ้นส่วนคงที่ชิ้นหนึ่งลดลง และระยะห่างกับชิ้นส่วนคงที่อีกชิ้นหนึ่งเพิ่มขึ้น (สามารถสาธิตได้โดยใช้กระดาษ) ระยะห่างระหว่างขั้วไฟฟ้าโลหะทั้งสองเป็นปัจจัยสำคัญอย่างหนึ่งที่ส่งผลต่อค่าความจุ ยิ่งระยะห่างเพิ่มขึ้น ค่าความจุจะลดลง ยิ่งระยะห่างลดลง ค่าความจุจะเพิ่มขึ้น โครงสร้างแบบนี้เรียกว่าโครงสร้างแบบดิฟเฟอเรนเชียล ซึ่งพารามิเตอร์ขององค์ประกอบการตรวจจับสองตัวจะเปลี่ยนแปลงไปในปริมาณที่เท่ากันแต่ตรงกันข้ามกันเนื่องจากปริมาณที่วัดได้

ถ้าวางแผ่นไดอะแฟรมยืดหยุ่นไว้ระหว่างแรงดันด้านข้างและแรงดันบรรยากาศ (ช่องด้านบนของแผ่นไดอะแฟรมยืดหยุ่นคือแรงดันบรรยากาศ) แรงดันที่วัดได้จะเป็นค่าคงที่ของแรงดันด้านข้าง แต่ถ้าวางแผ่นไดอะแฟรมยืดหยุ่นไว้ระหว่างแรงดันด้านข้างและสุญญากาศ (ช่องด้านบนของแผ่นไดอะแฟรมยืดหยุ่นผ่านสุญญากาศ) จะวัดได้แรงดันสัมบูรณ์ ความจุของตัวเก็บประจุเป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่าคงที่ไดอิเล็กตริกและพื้นที่ผิวสัมพัทธ์ระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสอง และเป็นสัดส่วนผกผันกับระยะห่างระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสอง นั่นคือ C = ε A/D โดยที่ ε คือค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของไดอิเล็กตริก A คือพื้นที่ผิวสัมพัทธ์ระหว่างขั้วโลหะทั้งสอง และ D คือระยะห่างระหว่างขั้วโลหะทั้งสอง จากความสัมพันธ์นี้ จะเห็นได้ว่าเมื่อพารามิเตอร์สองตัวคงที่และพารามิเตอร์อีกตัวหนึ่งเป็นตัวแปร ความจุจะเปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์นั้น
วงจรวัดหลายประเภทใช้กับเซ็นเซอร์ความดันแบบคาปาซิทีฟ เราจะใช้วงจรบริดจ์เป็นตัวอย่างเพื่ออธิบายหลักการทำงานของวงจรวัดเซ็นเซอร์ความดันแบบคาปาซิทีฟ เนื่องจากค่าคาปาซิทีฟเป็นพารามิเตอร์กระแสสลับ บริดจ์จึงได้รับกระแสสลับผ่านหม้อแปลง หม้อแปลงประกอบด้วยขดลวดสองขดและตัวเก็บประจุ เมื่อไม่มีความดันขาเข้า บริดจ์จะอยู่ในสมดุล และค่าคาปาซิทีฟทั้งสองจะเท่ากับ C0 เมื่อมีความดันเข้ามา ค่าคาปาซิทีฟค่าหนึ่งจะเป็น C0 + delta C และอีกค่าหนึ่งจะเป็น C0 – delta C (delta C คือค่าที่เปลี่ยนแปลงไปจากความดันภายนอกที่ส่งผลต่อค่าคาปาซิทีฟ) แสดงว่าบริดจ์ไม่สมดุล เมื่อค่าคาปาซิทีฟสูง แรงดันไฟฟ้าก็จะสูงด้วย จึงเกิดความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวเก็บประจุทั้งสอง จากนั้นบริดจ์จะสร้างแรงดันไฟฟ้าขาออก U ที่แสดงถึงความดันขาเข้า