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            一種新型測量方法催熱電容傳感器的應(yīng)用

            作者: 時(shí)間:2010-06-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

              電容式傳感器

              以前的電容分析系統(tǒng)要求的電容比較大,以及接觸時(shí)電容值的變化很大。對傳感器制造商來說,需要足夠大的變化經(jīng)常會(huì)帶來問題,而在較小的卻不會(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),所有都是利用導(dǎo)板表面或電介質(zhì)的變化來電容的改變。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。電介質(zhì)變化的簡單的接近傳感器,通常需要最復(fù)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(dǎo)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(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。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,一對固定的導(dǎo)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(dǎo)體。第二對導(dǎo)板附著在底部,可以檢測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)。



            關(guān)鍵詞: 測量 電容傳感器 CDC

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