陶瓷电容压力传感器
压力传感器是用于测量液体与气体的压强的传感器。与其他传感器类似，压力传感器工作时将压力转换为电信号输出。
什么是陶瓷电容压力传感器
电容式压力传感器是一种利用电容作为敏感元件，将被测压力转换成电容值改变的压力传感器。这种压力传感器一般采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的一个电极，当薄膜感受压力而变形时，薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化，通过测量电路即可输出与电压成一定关系的电信号。电容式压力传感器属于极距变化型电容式传感器，可分为单电容式压力传感器和差动电容式压力传感器。
单电容式压力传感器由圆形薄膜与固定电极构成。薄膜在压力的作用下变形，从而改变电容器的容量，其灵敏度大致与薄膜的面积和压力成正比而与薄膜的张力和薄膜到固定电极的距离成反比。另一种型式的固定电极取凹形球面状，膜片为周边固定的张紧平面，膜片可用塑料镀金属层的方法制成。这种型式适于测量低压，并有较高过载能力。还可以采用带活塞动极膜片制成测量高压的单电容式压力传感器。这种型式可减小膜片的直接受压面积，以便采用较薄的膜片提高灵敏度。它还与各种补偿和保护部以及放大电路整体封装在一起，以便提高抗干扰能力。这种传感器适于测量动态高压和对飞行器进行遥测。单电容式压力传感器还有传声器式（即话筒式）和听诊器式等型式。
差动电容式压力传感器的受压膜片电极位于两个固定电极之间，构成两个电容器。在压力的作用下一个电容器的容量增大而另一个则相应减小，测量结果由差动式电路输出。它的固定电极是在凹曲的玻璃表面上镀金属层而制成。过载时膜片受到凹面的保护而不致破裂。差动电容式压力传感器比单电容式的灵敏度高、线性度好，但加工较困难（特别是难以保证对称性），而且不能实现对被测气体或液体的隔离，因此不宜于工作在有腐蚀性或杂质的流体中。
<!-- hidebkimg
hidebkimg --><!-- hidebkimg
（图片来源于网络）
hidebkimg -->
陶瓷电容技术采用固定式陶瓷基座和可动陶瓷膜片结构，可动膜片通过玻璃浆料等方式与基座密封固定在一起。两者之间内侧印刷电极图形，从而形成一个可变电容，当膜片上所承受的介质压力变化时两者之间的电容量随之发生变化，通过调理芯片将该信号进行转换调理后输出给后级使用。陶瓷电容技术具有成本适中，量程范围宽，温度特性好、一致性、长期稳定性好等优势。国际上来看广泛应用于汽车与工业过程控制等领域，分别以美国森萨塔和瑞士 E+H 为代表。由于电容信号不同于电阻信号，对信号处理电路要求较高，传感器设计时需要将电容和信号调理芯片 ASIC 协同考虑，国内目前仅苏州纳芯微电子股份有限公司能够同时提供两者整合的完整解决方案。
陶瓷电容压力传感器工作原理
陶瓷电容压力传感器芯体测压原理
典型陶瓷电容压力传感器芯体为密封表压结构，由陶瓷基座和可变形膜片及中空密封腔体三部分组成，承压面为可变形膜片，当芯体承压发生变化时，变形膜承压后发生弯曲，导致基板间距发生变化，引起极板间电容的变化，电容变化通过调理芯片转换为标准输出（如 0~5V 电压输出、4~20mA 电流输出、I2C、SPI 数字输出等）。
<!-- hidebkimg
hidebkimg -->
图 1：陶瓷电容压力传感器承压前截面图
<!-- hidebkimg
hidebkimg -->
图 2：陶瓷电容压力传感器承压后截面图
<!-- hidebkimg
（图片来源于网络）
hidebkimg -->
典型陶瓷电容压力传感器密封结构
为保证气密性，在陶瓷电容压力传感器的产品设计种，选用 O 型圈或者垫片作为密封的关键部件，其中 O 型圈更为常见。因为 O 型圈具备优良的线性密封特性，承压范围宽于垫片（垫片一般推荐用于 2MPa 以内的密封）等优点。
O 型圈的尺寸、材质、硬度等参数选择将直接影响最终压力传感器的产品性能，需要结合总成尺寸、待测介质类型、工作温度范围等因素综合考虑后选型。
压力传感器中常见的 O 型圈材料有三元乙丙橡胶（EPDM），氢化丁腈橡胶（HNBR），硅橡胶（QM），氯丁橡胶（CR）、氟橡胶（FKM）、氟硅橡胶（MFQ）等。
<!-- hidebkimg
hidebkimg -->
图 3：典型 O 型圈材料的使用温度范围（source：Parker）（图片来源于网络）
一般来说，汽车空调压力传感器，采用 HNBR 或 CR 材料的 O 型圈，机油压力传感器采用氟橡胶等。汽车气刹压力传感器可采用硅橡胶材料的 O 型圈；即便是同一种类材料，各生产厂家通过特殊的掺杂或者聚合处理，可扩展其使用温度范围。同一种传感器应用，可能存在多种可选的材料进行匹配，在具体使用时，应与 O 型圈厂家进行咨询确认后，选择合适的 O 型圈材料及牌号进行传感器结构设计。
<!-- hidebkimg
hidebkimg -->
图 4：陶瓷电容典型密封结构示意图（图片来源于网络）
压力传感器装配完成后，陶瓷电容底部需要与金属外壳保持一定的距离（上图中间隙）。一般陶瓷电容压力传感器承受正压，因此仅保留 O 型圈槽外圈，以降低加工难度。
通过控制上图中台阶一与 O 型圈槽底的高度差，对 O 型圈压缩量进行控制。
台阶二与 O 型圈槽底构成 O 型圈槽，对 O 型圈装配位置进行限定，另需要 O 型圈槽的槽顶进行倒圆角以防止 O 型圈承压后被壳体切割，对 O 型圈槽底倒圆角以降低装配应力。
陶瓷电容压力传感器作用
陶瓷电容压力传感器的典型应用
陶瓷电容压力传感器因其耐腐蚀、抗冲击、无迟滞、介质兼容性强等优势可以广泛应用在水、气、液多种介质的压力检测，尤其适合于汽车系统的恶劣环境下工作。针对物联网及家电等压力传感器的新兴应用市场，陶瓷电容抗冲击优势可以应用于供水管网的水压测量，完美应对水锤效应；针对可变压力的压力煲应用，陶瓷电容平膜结构可以避免堵塞。
汽车领域陶瓷电容压力传感器典型应用如下表所示：
<!-- hidebkimg
hidebkimg -->
表 1：汽车领域陶瓷电容压力传感器典型应用（图片来源于网络）
物联网及家电领域陶瓷电容压力传感器典型应用如下表所示：
<!-- hidebkimg
hidebkimg -->
表 2：汽车领域陶瓷电容压力传感器典型应用（图片来源于网络）
