---

KAPASİTİF SENSÖRLER

Kapasitif yaklaşım anahtarı, bir kapasitörün elektrik alanına yaklaşan cismin neden olduğu kapasite değişikliğini algılayan siviçtir. Bu durumda, elektromanyetik alan içine yaklaşan bir cismin yarattığı 0.1 pF dolaylarındaki çok küçük kapasite değişimleri uygun olan bir yöntemle değerlendirilmeli ve bir sayısal sinyale dönüştürülmelidir.

Silikon diyafram bir kapasitif algılayıcıda basınçtan elektriğe dönüştürme işleminde kullanılabilir. Burada diyaframın yer değişimi referans plakasına (arka plaka) göre kapasitansta modülasyon meydana getirir. Bu dönüşüm özellikle düşük basınçlı algılayıcılar için etkilidir. Algılayıcının tamamının fabrikasyonu tek parça silikon kütleden yapılabilir, böylelikle çalışma kararlılığı maksimuma çıkartılabilir. Diyaframın tam aralık üzerinde %25 kapasitans üretecek şekilde tasarımlanması bu algılayıcılarının çıkışının doğrudan sayısal forma dönüştürülmesini kolay hale getirir. Bir piezo-rezistif diyaframın kenarlarında maksimum gerginlik olacak şekilde tasarımlanması gerekirken kapasitif diyafram orta kısmındaki yer değişiminden yararlanır. Bu diyaframlar diyaframın her iki kenarına yakın yerleştirilen mekanik durdurucular ile aşırı basınçlara karşı korunabilirler (örneğin bir fark basınç algılayıcısı). Maalesef piezo-rezistif diyaframlarda aynı koruma metodu çalışma yer değişiminin küçük olmasından dolayı tamamen etkili olmamaktadır. Sonuç olarak piezo-rezistif algılayıcıların tipik delinme basınçları tam skala aralığının yaklaşık 10 katı olurken kapasitif algılayıcılar aşırı basınç durdurucuları veya sınırlayıcıları ile tam skala anma basıncının 1000 katına kadar dayanabilirler. Bu özellikle çok yüksek basınç palslerinin oluşabileceği düşük basınç uygulamalarında önemlidir.

Bir basınç algılayıcısının tasarımı yapılırken iyi bir doğrusallık için diyaframın düzgünlüğünün korunması önemlidir. Geleneksel olarak bu algılayıcılar sadece kalınlıklarından çok daha az yer değişimleri için doğrusaldırlar. Doğrusal aralığı arttırmanın bir yolu mikro-makine teknolojisi ile diyafram üzerinde kıvrımlı ve dalgalı yollar yapmaktadır. Ek olarak kapasitörün paralel plaka aksiyonunu sürdürmesi için yüzeyi kabartmalı yapılır. Kıvrımların ve kabartmaların kombinasyonu tam skala da % 0,01’lik doğrusalsızlığa neden olmaktadır. Diyaframın diğer iki parça silikon arasında sandviç gibi yerleştirilmiştir. Üstteki silikon parça mekanik aşırı basınç durdurucu olarak görev yapar. Aşağıdaki silikon parçası ise CMOS devresini ve kapasitörün arka plakasını üzerinde taşır ve aynı zamanda diğer yönde aşırı basınç durdurucu olarak görev yapar. Algılayıcının tamamı şekil 4.11a’da görülmektedir. Düz diyaframların genel olarak aynı ölçü ve kalınlıktaki kıvrımlı diyaframlara göre daha duyarlı olduğu düşünülmektedir. Bununla beraber düzlem içindeki gerdirici streslerin varlığında kıvrımlar gerginliğin bir kısmını bırakma görevi yaparlar ve böylece daha iyi duyarlılık doğrusallık verirler. (Şekil 4.11b).

---