مبدأ عمل وتكوين مستشعر الضغط السعوي

يتكون مستشعر الضغط السعوي من قطعتين متحركتين (غشاء معدني مرن)، وقطعتين ثابتتين (طلاء معدني على الزجاج المقعر في الغشاء المرن العلوي والسفلي)، ومنافذ إخراج، وغلاف، وما إلى ذلك. يتم تكوين مكثفين موصولين على التوالي بين الصفيحة المتحركة والصفيحتين الثابتتين. عندما يؤثر ضغط المدخل على الغشاء المرن، فإنه يُحدث إزاحة، مما يؤدي حتمًا إلى تقليل المسافة مع إحدى القطعتين الثابتتين، وزيادة المسافة مع الأخرى (يمكن توضيح ذلك باستخدام ورقة). تُعد المسافة بين قطبي المعدن من العوامل المهمة التي تؤثر على السعة؛ فكلما زادت المسافة، قلت السعة، والعكس صحيح. يُطلق على هذا النوع من التركيب اسم التركيب التفاضلي، حيث تتغير معلمات عنصري الاستشعار بنفس المقدار ولكن بعكس اتجاه الكمية المقاسة.

إذا وُضع الغشاء المرن بين الضغط الجانبي والضغط الجوي (أي أن التجويف العلوي للغشاء يكون تحت الضغط الجوي)، فإن الضغط المقاس هو الضغط المُقاس على الطاولة. أما إذا وُضع الغشاء المرن بين الضغط الجانبي والفراغ (أي أن التجويف العلوي للغشاء يمر عبر الفراغ)، فإن الضغط المقاس هو الضغط المطلق. تتناسب سعة المكثف طرديًا مع ثابت العزل الكهربائي ومساحته الفعالة النسبية بين لوحي المكثف، وعكسيًا مع المسافة بين اللوحين، أي C = εA / D، حيث ε هو ثابت العزل الكهربائي للمادة العازلة، وA هي المساحة الفعالة النسبية بين قطبي المعدن، وD هي المسافة بين قطبي المعدن. من هذه العلاقة، يتضح أنه عند ثبات اثنين من هذه المعاملات، واستخدام المعامل الثالث كمتغير، فإن السعة تتغير بتغير المعامل الثالث.
تُستخدم أنواع عديدة من دوائر القياس مع مستشعر الضغط السعوي. لنأخذ دائرة الجسر كمثال لتوضيح مبدأ عمل دائرة قياس مستشعر الضغط التفاضلي السعوي. بما أن السعة مُعامل تيار متردد، فإن الجسر يُغذى بتيار متردد عبر المحول. يتكون الجسر من ملفين وسعتين. عندما لا يكون هناك ضغط عند المدخل، يكون الجسر في حالة توازن، وتكون قيمتا السعتين متساويتين (C0). عند وجود ضغط، تصبح إحدى قيمتي السعة (C0 + ΔC) والأخرى (C0 - ΔC) (حيث ΔC ناتج عن تغير السعة بسبب الضغط الخارجي). في هذه الحالة، يكون الجسر غير متوازن، وتكون قيمة السعة عالية، وبالتالي يكون الجهد عاليًا أيضًا، مما يُولد فرق جهد بين المكثفين. ومن ثم، يُولد الجسر جهد خرج (U) يُمثل ضغط المدخل.