陶瓷电阻压力传感器的工作原理和应用

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。

陶瓷电容压力传感器的产品设计

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，引起基板间电容的变化，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）。

图1：陶瓷电容压力传感器承压前截面图

图2：陶瓷电容压力传感器承压后截面图

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中，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。

图3：典型O型圈材料的使用温度范围

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。

陶瓷电容压力传感器的一般密封结构如下图所示：

图4：陶瓷电容典型密封结构示意图

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：

表1：汽车领域陶瓷电容压力传感器典型应用

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：

表2：汽车领域陶瓷电容压力传感器典型应用