一種新型測(cè)量方法催熱電容傳感器的應(yīng)用

　　電容式傳感器

　　以前的電容分析系統(tǒng)要求測(cè)量的電容比較大，以及接觸時(shí)電容值的變化很大。對(duì)傳感器制造商來說，需要足夠大的變化經(jīng)常會(huì)帶來問題，而在較小的電容傳感器卻不會(huì)出現(xiàn)。例如，典型的150pF濕度傳感器不僅相當(dāng)昂貴（因?yàn)楸容^大），還容易出錯(cuò)，且長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性也較差。

　　電容器的電容可以根據(jù)它的結(jié)構(gòu)來計(jì)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(dǎo)板面積，d則是兩個(gè)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(dǎo)板表面或電介質(zhì)的變化來測(cè)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(dǎo)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(cè)液體（如油或燃料）的純度，實(shí)質(zhì)由兩塊固定的導(dǎo)板構(gòu)成，液體自身形成電介質(zhì)。必需的液體特性根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(cè)量電介質(zhì)變化的簡(jiǎn)單的接近傳感器，通常需要最復(fù)雜的測(cè)量電子學(xué)。

　　在許多情況下，接近傳感器在印制電路板包括兩個(gè)導(dǎo)體。中間媒介電介質(zhì)的值非常小（接近1）。如果一個(gè)物體，例如手，移動(dòng)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(guān)非常容易制造，因而使得諸如無鑰匙點(diǎn)火或?qū)﹄妱?dòng)窗的箝位保護(hù)之類的應(yīng)用成為可能。無鑰匙汽車一個(gè)重要的必要條件是盡可能使輸入電流最低——標(biāo)準(zhǔn)情況是低于100A。多年以來制造商已經(jīng)將Σ-Δ轉(zhuǎn)換器進(jìn)行優(yōu)化，因此已有一些適合的體系結(jié)構(gòu)。

　　雨水傳感器可以用一個(gè)類似的方法來實(shí)現(xiàn)。它們易于制造，性價(jià)比較高，而且尺寸也可以是一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。然而，基于水滴光學(xué)折射的傳統(tǒng)雨水傳感器在擋風(fēng)玻璃只有一個(gè)非常小活動(dòng)區(qū)域，這就降低了系統(tǒng)靈敏度，導(dǎo)致重復(fù)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(jiǎn)單地移動(dòng)固定導(dǎo)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(dǎo)板作為膜；由于導(dǎo)板有彈性，作用在傳感器上的壓力就會(huì)改變它們之間的距離。

　　由于熱擴(kuò)散，溫度傳感器需要考慮改變的幾何形狀。設(shè)想兩個(gè)電極中的一個(gè)附著在芯片上，另一個(gè)附著在由金屬或陶瓷構(gòu)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(diǎn)是對(duì)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(yīng)用。

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

　　在所有方法中，都證實(shí)了Σ-Δ技術(shù)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(shí)現(xiàn)必需的動(dòng)態(tài)特性。 例如，在液壓傳感器中需要非常長(zhǎng)的時(shí)間常數(shù)，而接近傳感器必須適應(yīng)變化了的四周環(huán)境（如濕度傳感器要適應(yīng)雨或冰）。