陶瓷電阻壓力傳感器的工作原理和應用

陶瓷電容技術采用固定式陶瓷基座和可動陶瓷膜片結構，可動膜片通過玻璃漿料等方式與基座密封固定在一起。兩者之間內側印刷電極圖形，從而形成一個可變電容，當膜片上所承受的介質壓力變化時兩者之間的電容量隨之發生變化，通過調理芯片將該信號進行轉換調理后輸出給后級使用。陶瓷電容技術具有成本適中，量程范圍寬，溫度特性好、一致性、長期穩定性好等優勢。

陶瓷電容壓力傳感器的產品設計

陶瓷電容壓力傳感器芯體測壓原理

典型陶瓷電容壓力傳感器芯體為密封表壓結構，由陶瓷基座和可變形膜片及中空密封腔體三部分組成，承壓面為可變形膜片，當芯體承壓發生變化時，變形膜承壓后發生彎曲，導致基板間距發生變化，引起基板間電容的變化，電容變化通過調理芯片轉換為標準輸出（如0~5V電壓輸出、4~20mA電流輸出、I2C、SPI數字輸出等）。

圖1：陶瓷電容壓力傳感器承壓前截面圖

圖2：陶瓷電容壓力傳感器承壓后截面圖

典型陶瓷電容壓力傳感器密封結構

為保證氣密性，在陶瓷電容壓力傳感器的產品設計中，選用O型圈或者墊片作為密封的關鍵部件，其中O型圈更為常見。因為O型圈具備優良的線性密封特性，承壓范圍寬于墊片（墊片一般推薦用于2MPa以內的密封）等優點。

O型圈的尺寸、材質、硬度等參數選擇將直接影響最終壓力傳感器的產品性能，需要結合總成尺寸、待測介質類型、工作溫度范圍等因素綜合考慮后選型。

壓力傳感器中常見的O型圈材料有三元乙丙橡膠（EPDM），氫化丁腈橡膠（HNBR），硅橡膠（QM），氯丁橡膠（CR）、氟橡膠（FKM）、氟硅橡膠（MFQ）等。

圖3：典型O型圈材料的使用溫度范圍

一般來說，汽車空調壓力傳感器，采用HNBR或CR材料的O型圈，機油壓力傳感器采用氟橡膠等。汽車氣剎壓力傳感器可采用硅橡膠材料的O型圈；即便是同一種類材料，各生產廠家通過特殊的摻雜或者聚合處理，可擴展其使用溫度范圍。同一種傳感器應用，可能存在多種可選的材料進行匹配，在具體使用時，應與O型圈廠家進行咨詢確認后，選擇合適的O型圈材料及牌號進行傳感器結構設計。

陶瓷電容壓力傳感器的一般密封結構如下圖所示：

圖4：陶瓷電容典型密封結構示意圖

壓力傳感器裝配完成后，陶瓷電容底部需要與金屬外殼保持一定的距離（上圖中間隙）。一般陶瓷電容壓力傳感器承受正壓，因此僅保留O型圈槽外圈，以降低加工難度。

通過控制上圖中臺階一與O型圈槽底的高度差，對O型圈壓縮量進行控制。

臺階二與O型圈槽底構成O型圈槽，對O型圈裝配位置進行限定，另需要O型圈槽的槽頂進行倒圓角以防止O型圈承壓后被殼體切割，對O型圈槽底倒圓角以降低裝配應力。

陶瓷電容壓力傳感器的典型應用

陶瓷電容壓力傳感器因其耐腐蝕、抗沖擊、無遲滯、介質兼容性強等優勢可以廣泛應用在水、氣、液多種介質的壓力檢測，尤其適合于汽車系統的惡劣環境下工作。針對物聯網及家電等壓力傳感器的新興應用市場，陶瓷電容抗沖擊優勢可以應用于供水管網的水壓測量，完美應對水錘效應；針對可變壓力的壓力煲應用，陶瓷電容平膜結構可以避免堵塞。

汽車領域陶瓷電容壓力傳感器典型應用如下表所示：

表1：汽車領域陶瓷電容壓力傳感器典型應用

物聯網及家電領域陶瓷電容壓力傳感器典型應用如下表所示：

表2：汽車領域陶瓷電容壓力傳感器典型應用