一種新型測量方法催熱電容傳感器的應用

　　電容式傳感器

　　以前的電容分析系統(tǒng)要求測量的電容比較大，以及接觸時電容值的變化很大。對傳感器制造商來說，需要足夠大的變化經(jīng)常會帶來問題，而在較小的電容傳感器卻不會出現(xiàn)。例如，典型的150pF濕度傳感器不僅相當昂貴（因為比較大），還容易出錯，且長時間的穩(wěn)定性也較差。

　　電容器的電容可以根據(jù)它的結構來計算：C =εoεrA/d

　　其中，εo是真空介電常數(shù)，εr是材料的介電常數(shù)，A是所用的導板面積，d則是兩個電極之間的距離。除少數(shù)例外（如壓力傳感器），所有電容傳感器都是利用導板表面或電介質(zhì)的變化來測量電容的改變。大多數(shù)傳感器可以被劃分成兩類：一類是導板面積（幾何）變化的（如液位傳感器或位移傳感器）；另一類是依賴 εr變化的（如 接近傳感器或濕度傳感器）。

　　濕度傳感器是電介質(zhì)傳感器的經(jīng)典例子，使用濕度敏感聚合物層作為電介質(zhì)。隨著濕度的增加，堆積越來越多的水分子，因此εr增大。傳感器檢測液體（如油或燃料）的純度，實質(zhì)由兩塊固定的導板構成，液體自身形成電介質(zhì)。必需的液體特性根據(jù)經(jīng)驗來確定（例如：油或燃料中增加的水份）。溫度起到?jīng)Q定性的作用，也必須可靠地確定。測量電介質(zhì)變化的簡單的接近傳感器，通常需要最復雜的測量電子學。

　　在許多情況下，接近傳感器在印制電路板包括兩個導體。中間媒介電介質(zhì)的值非常?。ń咏?）。如果一個物體，例如手，移動到電容器的電子區(qū)域，它就改變電容。人體的組成超過90%水，因而電介質(zhì)的值非常大（約50）。

　　遙控開關非常容易制造，因而使得諸如無鑰匙點火或?qū)﹄妱哟暗捏槲槐Ｗo之類的應用成為可能。無鑰匙汽車一個重要的必要條件是盡可能使輸入電流最低——標準情況是低于100A。多年以來制造商已經(jīng)將Σ-Δ轉(zhuǎn)換器進行優(yōu)化，因此已有一些適合的體系結構。

　　雨水傳感器可以用一個類似的方法來實現(xiàn)。它們易于制造，性價比較高，而且尺寸也可以是一項優(yōu)勢。然而，基于水滴光學折射的傳統(tǒng)雨水傳感器在擋風玻璃只有一個非常小活動區(qū)域，這就降低了系統(tǒng)靈敏度，導致重復出現(xiàn)干擦和沒有擦到的問題。

　　幾何變化傳感器

　　依靠幾何變化的傳感器的例子有壓力傳感器、液位傳感器和位移傳感器－這些傳感器都是簡單地移動固定導板之間的電介質(zhì)。壓力傳感器使用具有固定尺寸的兩塊導板作為膜；由于導板有彈性，作用在傳感器上的壓力就會改變它們之間的距離。

　　由于熱擴散，溫度傳感器需要考慮改變的幾何形狀。設想兩個電極中的一個附著在芯片上，另一個附著在由金屬或陶瓷構成的支架上，因此支架自己作為傳感器。以陶瓷為例，能夠承受非常高的壓力和侵入的媒介。與經(jīng)典的惠斯通電橋相比較，電容壓力傳感器的主要優(yōu)點是對輸入電流的要求更低，使得他們特別適合于諸如輪胎壓力控制之類的應用。

　　在一個液位傳感器中，一對固定的導板浸沒在要測量的液體中。制造商能夠以非常低的成本制造出印制導體。第二對導板附著在底部，可以檢測出由于溫度或其他影響導致的電介質(zhì)變化，如下圖所示。

　　在所有方法中，都證實了Σ-Δ技術是非常令人滿意的。許多情況下，無論如何數(shù)字濾波器都是必要的，它們可以用來實現(xiàn)必需的動態(tài)特性。 例如，在液壓傳感器中需要非常長的時間常數(shù)，而接近傳感器必須適應變化了的四周環(huán)境（如濕度傳感器要適應雨或冰）。