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傳感器的經(jīng)典例子，使用濕度敏感聚合物層作為電介質。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，實質由兩塊固定的導板構成，液體自身形成電介質。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對電動窗的箝位保護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。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）。