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要求測量的電容比較大，以及接觸時(shí)電容值的變化很大。對傳感器制造商來(lái)說(shuō)，需要足夠大的變化經(jīng)常會(huì )帶來(lái)問(wèn)題，而在較小的電容傳感器卻不會(huì )出現。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(cháng)時(shí)間的穩定性也較差。

　　電容器的電容可以根據它的結構來(lái)計算：C =εoεrA/d

　　其中，εo是真空介電常數，εr是材料的介電常數，A是所用的導板面積，d則是兩個(gè)電極之間的距離。除少數例外（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(lái)測量電容的改變。大多數傳感器可以被劃分成兩類(lèi)：一類(lèi)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(lèi)是依賴(lài) 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(zhù)濕度的增加，堆積越來(lái)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(shí)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經(jīng)驗來(lái)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(jiǎn)單的接近傳感器，通常需要最復雜的測量電子學(xué)。

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

　　遙控開(kāi)關(guān)非常容易制造，因而使得諸如無(wú)鑰匙點(diǎn)火或對電動(dòng)窗的箝位保護之類(lèi)的應用成為可能。無(wú)鑰匙汽車(chē)一個(gè)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(lái)制造商已經(jīng)將Σ-Δ轉換器進(jìn)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(gè)類(lèi)似的方法來(lái)實(shí)現。它們易于制造，性?xún)r(jià)比較高，而且尺寸也可以是一項優(yōu)勢。然而，基于水滴光學(xué)折射的傳統雨水傳感器在擋風(fēng)玻璃只有一個(gè)非常小活動(dòng)區域，這就降低了系統靈敏度，導致重復出現干擦和沒(méi)有擦到的問(wèn)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(huì )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(gè)電極中的一個(gè)附著(zhù)在芯片上，另一個(gè)附著(zhù)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(diǎn)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(lèi)的應用。

　　在一個(gè)液位傳感器中，一對固定的導板浸沒(méi)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(zhù)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(shí)了Σ-Δ技術(shù)是非常令人滿(mǎn)意的。許多情況下，無(wú)論如何數字濾波器都是必要的，它們可以用來(lái)實(shí)現必需的動(dòng)態(tài)特性。 例如，在液壓傳感器中需要非常長(cháng)的時(shí)間常數，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）。