电容式压力传感器的研究现状

电容式传感器以其较低的成本、较高的灵敏度以及较快的动态响应等诸多优点得到了广泛的应用。在20世纪，R.Whiddington就研制出高精度的电容式压力传感器，但在早期的由于电容式压力传感器是以金属敏感元件作为活动极板，不仅体积大、成本高，而且很难应用到工业上，因此电容式传感器在最初的几十年发展受到限制。

电容式压力传感器实质上是位移传感器，它利用电容的一个极板在压力作用下变形产生的位移改变电容的大小，通过测试电路对电容的值进行检测，从而得到待测压力值。属于极距变化型的电容式传感器，主要由以下几种类型。

（1）单电容式压力传感器

它是由一个固定的电极和薄膜组成，当有压力作用时，薄膜发生弹性变形，使得两个电极之间的距离发生改变，进而影响电容值的大小。这种传感器适用于动态高压下的测量。

（2）差动电容式压力传感器

在两个固定的电极之间有一个受压膜片，这样构成两个电容。当压力作用于受压膜片上时，其中一个电容的值会增大，相应的另一个电容的值将减小，其测量的结果将通过差动式的电路输出。和单电容式压力传感器相比，差动式电容传感器线性度较好，灵敏度也较高。但是这种电容式传感器对测试电路的要求较为严格，需制成单片集成式，所以加工起来比较困难。

（3）新型接触电容式压力传感器

我们将这种膜片可以接触到带有薄绝缘层底部电极的传感器称为接触式电容压力传感器（TMCPS），它具有较好的线性和较高的灵敏度，结构简单还有良好的过载保护能力。为了达到更好的性能，增大线性范围而又不至于使其灵敏度下降，人们在结构上又提出了好多改进的方法，设计出一种新的结构——双凹槽接触式电容压力传感器（DTMCPS），通过计算机的模拟分析，这种传感器的线性范围较大。

（4）MEMS硅膜电容式压力传感器

该传感器原理也是将压力的变化转化为电容极距的变化进而改变电容值的大小。这种传感器在70年代末就已经成为研究的热点。它的优点是温度稳定性好、灵敏度高、功耗低、能实现进一步的微型化设计。其存在的缺点是其信号检测电路必须是单片集成，这就有一定的难度。由王跃林教授提出的静电伺服模型对电容式硅微微压传感器的研究有了较大的贡献。主要是采用了共中间极板的2个电容器的结构，通过上极板对中间极板的静电吸引作用以及闭环反馈模式，这样在电容极板之间的距离做的非常小的情况下，还可获得较大的电容输出，便拓宽了传感器的动态范围。