Il sensore di pressione capacitivo è composto da due elementi mobili (diaframma metallico elastico), due elementi fissi (rivestimento metallico sul vetro concavo del diaframma elastico superiore e inferiore), terminali di uscita e alloggiamento, ecc. Tra l'elemento mobile e i due elementi fissi si formano due condensatori in serie. Quando la pressione di aspirazione agisce sul diaframma elastico, quest'ultimo subisce uno spostamento che comporta una diminuzione della distanza da un elemento fisso e un aumento della distanza dall'altro (come si può dimostrare con un foglio di carta). La distanza tra i due elettrodi metallici è uno dei fattori importanti che influenzano la capacità: all'aumentare della distanza, la capacità diminuisce; al diminuire della distanza, la capacità aumenta. Questo tipo di struttura è detta struttura differenziale, in cui i parametri dei due elementi sensibili variano della stessa quantità ma in modo opposto rispetto alla grandezza misurata.
Se il diaframma elastico è posizionato tra la pressione laterale e la pressione atmosferica (la cavità superiore del diaframma elastico è a pressione atmosferica), la pressione misurata è quella riportata in tabella; se il diaframma elastico è posizionato tra la pressione laterale e il vuoto (la cavità superiore del diaframma elastico attraversa il vuoto), viene misurata la pressione assoluta. La capacità del condensatore è proporzionale alla costante dielettrica e alla sua area effettiva relativa tra le due piastre del condensatore, e inversamente proporzionale alla distanza tra le due piastre, ovvero C = ε A/ D, dove ε è la costante dielettrica del dielettrico, A è l'area effettiva relativa tra i due elettrodi metallici e D è la distanza tra i due elettrodi metallici. Da questa relazione si evince che, quando due dei parametri rimangono invariati e il terzo parametro viene utilizzato come variabile, la capacità cambierà al variare del parametro.
Esistono molti tipi di circuiti di misura utilizzati con il sensore di pressione capacitivo. Prendiamo come esempio il circuito a ponte per illustrare il principio di funzionamento del circuito di misura del sensore differenziale capacitivo. Poiché la capacità è un parametro in corrente alternata, il ponte viene alimentato in corrente alternata tramite un trasformatore. Il trasformatore ha due bobine e una capacità a ponte. In assenza di pressione in ingresso, il ponte è in equilibrio e i due valori di capacità sono uguali a C0. Quando viene applicata la pressione, uno dei valori di capacità è pari a C0 + delta C, mentre l'altro è pari a C0 – delta C (dove delta C rappresenta la variazione di capacità dovuta alla pressione esterna). In questo caso, il ponte è sbilanciato. Quando il valore di capacità è elevato, anche la tensione è elevata e si genera una differenza di potenziale tra i due condensatori, dalla quale il ponte genera una tensione di uscita U che rappresenta la pressione in ingresso.
Data di pubblicazione: 2 settembre 2022