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電容傳感�
閱讀�11107�(shí)間:2010-09-14 15:23:23

  電容傳感�從能量轉(zhuǎn)換的角度而言,電容變換器為無(wú)源變換器,需要將所�(cè)的力�(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓或電流后�(jìn)行放大和處理。力�(xué)量中的線位移、角位移、間�、距�、厚�、拉伸、壓�、膨�、變形等�(wú)不與�(zhǎng)度有著密切聯(lián)系的量;這些量又都是通過(guò)�(zhǎng)度或者長(zhǎng)度比值�(jìn)行測(cè)量的�,而其�(cè)量方法的相互�(guān)系也很密�。另外,在有些條件下,這些力學(xué)量變化相�(dāng)緩慢,而且變化范圍極小,如果要求測(cè)量極小距離或位移�(shí)要有較高�分辨�,其他傳感器很難做到�(shí)�(xiàn)高分辨率要求,在精密�(cè)量中所普遍使用的差�(dòng)變壓�傳感器的分辨率僅�(dá)�1�5 μm�(shù)量級(jí);而有一種電容測(cè)微儀,他的分辨率�0.01 μm,比前者提高了兩�(gè)�(shù)量級(jí),量程為100±5 μm,因此他在精密小位移�(cè)量中受到青睞�

原理

      引言

    用電�(cè)法測(cè)量非電學(xué)量時(shí),首先必須將被測(cè)的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量而后輸入�。通常把非電學(xué)量變換成電學(xué)量的元件稱為變換�;根�(jù)不同非電�(xué)量的特點(diǎn)�(shè)�(jì)成的有關(guān)�(zhuǎn)換裝置稱�傳感�,而被�(cè)的力�(xué)量(如位移、力、速度等)�(zhuǎn)換成電容變化的傳感器稱為電容傳感��

  從能量�(zhuǎn)換的角度而言,電容變換器為無(wú)源變換器,需要將所�(cè)的力�(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓或電流后�(jìn)行放大和處理。力�(xué)量中的線位移、角位移、間隔、距�、厚�、拉�、壓縮、膨脹、變形等�(wú)不與�(zhǎng)度有著密切聯(lián)系的�;這些量又都是通過(guò)�(zhǎng)度或者長(zhǎng)度比值�(jìn)行測(cè)量的�,而其�(cè)量方法的相互�(guān)系也很密�。另�,在有些條件�,這些力學(xué)量變化相�(dāng)緩慢,而且變化范圍極小,如果要求測(cè)量極小距離或位移�(shí)要有較高的分辨率�其他傳感�很難做到�(shí)�(xiàn)高分辨率要求,在精密�(cè)量中所普遍使用的差�(dòng)變壓�傳感器的分辨率僅�(dá)�1�5 μm�(shù)量級(jí);而有一種電容測(cè)微儀,他的分辨率�0.01 μm,比前者提高了兩�(gè)�(shù)量級(jí),量程為100±5 μm,因此他在精密小位移�(cè)量中受到青睞�

  對(duì)于上述這些力學(xué)�,尤其是緩慢變化或微小量的測(cè)�,一般來(lái)�(shuō)采用電容式傳感器�(jìn)行檢�(cè)比較適宜,主要是這類傳感器具有以下突出優(yōu)�(diǎn)�

  (1)�(cè)量范圍大其相�(duì)變化率可超過(guò)100[%]�

  (2)靈敏度高如用比率變壓�電橋�(cè)�,相�(duì)變化量可�(dá)10-7�(shù)量級(jí)�

  (3)�(dòng)�(tài)響應(yīng)快因其可�(dòng)�(zhì)量小,固有頻率高,高頻特性既適宜�(dòng)�(tài)�(cè)量,也可靜態(tài)�(cè)��

  (4)�(wěn)定性好由于電容�極板多為金屬材料,極板間襯物多為�(wú)�(jī)材料,如空氣、玻璃、陶�、石英等;因此可以在高溫、低��(qiáng)��(chǎng)、強(qiáng)幅射下長(zhǎng)期工�,尤其是解決高溫高壓�(huán)境下的檢�(cè)難題�

  2原理及應(yīng)�

  電容傳感器的工作原理是利用力學(xué)量變化使電容器中其中的一�(gè)參數(shù)�(fā)生變化的方法�(lái)�(shí)�(xiàn)信號(hào)變換的。根�(jù)改變電容器的參數(shù)不同,電容傳感器可有3類:

  2.1改變極板遮蓋面積的電容傳感器

  �1�3種這類傳感器的原理�,圖1(a)中是利用角位移來(lái)改變電容器極板遮蓋面積。假定當(dāng)2塊極板完全遮蓋時(shí)的面積為S0,兩極板間的距離為d,極板間介質(zhì)的介電常�(shù)為�。當(dāng)忽略邊緣效應(yīng)�(shí),該電容器的電容量為�



     如果其中一塊板極相�(duì)另一極板�(zhuǎn)�(guò)θ�,則極板間的相互遮蓋面積為:



  可見(jiàn),此電容量的變化值和角位移成正比,以此用�(lái)�(cè)量角位移�

  圖1(b)中是利用線位移來(lái)改變電容器極板的遮蓋面積�。如果初始狀�(tài)極板全部遮蓋,則遮蓋面積S0=ab,當(dāng)2塊極板相�(duì)位移x�(shí),則極板的遮蓋面積變?yōu)�1=b(a-x)。在介電常數(shù)和極板距離不變時(shí),電容量分別為:


  可見(jiàn),此電容量的變化值和線位移x成正比,用他�(lái)�(cè)量各類線位移�

  �1(c)所示電容變換器是圖1(b)所示電容器的變種。采用這種鋸齒形電極的目的在于提高傳感器的靈敏�。若鋸齒�(shù)為n,尺寸如�1(b)所示不�,當(dāng)�(yùn)�(dòng)齒相�(duì)于固定齒移動(dòng)一�(gè)位移x�(shí),則可得�



  比較式(2)和式(3)可�(jiàn),靈敏度提高了n倍�

  2.2改變介質(zhì)介電常數(shù)的電容傳感器

  �2�2種改變介�(zhì)介電常數(shù)的電容式傳感器的原理�。圖2(a)常用�(lái)檢測(cè)液位的高�,圖2(b)常用�(lái)檢測(cè)片狀材料的厚度和介電常數(shù)�

  �2(a)中由圓筒1和圓�2�(gòu)成電容器兩極,假定部分浸入被�(cè)量液體中(液體應(yīng)不能�(dǎo)電,若能�(dǎo)�,則電極需作絕緣處理)。這樣,極板間的介�(zhì)�2部分組成:空氣介�(zhì)和液體介�(zhì),由此而形成的電容式料位傳感器,由于液體介�(zhì)的液面發(fā)生變�,從而導(dǎo)致電容器的電容C也發(fā)生變�。這種方法�(cè)量的精度很高,且不受周圍�(huán)境的影響??傠娙軨由液體介�(zhì)部分電容C1和空氣介�(zhì)部分電容C2兩部分組成:


  x � 電容器浸入液體中的深��
  R � 同心圓電極的外半徑;
  r � 同心圓電極的�(nèi)半徑�
  ε1 � 被測(cè)液體的介電常�(shù)�
  ε2 � 空氣的介電常�(shù)�
  �(dāng)容器的尺寸和被測(cè)介質(zhì)確定�,則h,R,r,�1和�2均為常數(shù),令�


  這說(shuō)�,電容量C的大小與電容器浸入液體的深度x成正��

  �2(b)是在一�(gè)固定電容器的極板之間放入被測(cè)片狀材料,則他的電容量為�

  式中:S � 電容器的遮蓋面積�
  d1 � 被測(cè)物體上側(cè)至電極之間的距離�
  d2 � 被測(cè)物體的厚��
  d3 � 被測(cè)物體下側(cè)至電極之間的距離�
  ε1 � 被測(cè)物體上側(cè)至電極之間介�(zhì)的介電常�(shù)�
  ε2 � 被測(cè)物體的介電常�(shù)�
  ε3 � 被測(cè)物體下側(cè)至電極之間介�(zhì)的介電常�(shù)�

  由于d1+d3=d-d2,且�(dāng)ε1=�3�(shí),式�5)還可寫為:

  式中d � 兩極板之間的距離�

  顯然,在電容器極板的遮蓋面積S,兩極板之間的距離d,被�(cè)物體上下�(cè)至電極之間介�(zhì)的介電常�(shù)ε1和�3確定�(shí),電容量的大小就和被�(cè)材料的厚度d2及介電常�(shù)ε2有關(guān)。如被測(cè)材料介電常數(shù)ε2已知,就可以�(cè)量等厚教材料的厚度d2;或者被�(cè)材料的厚度d2已知,就可測(cè)量其介電常數(shù)ε2。這就是電容式�(cè)厚儀和電容式介電常數(shù)�(cè)�?jī)x的工作原��

  3改變極板間距離的電容傳感�

  �3是這類傳感器的原理�,圖3(a)�2塊極板構(gòu)�,其中極�2為固定極�,極�1為與被測(cè)物體相連的活動(dòng)極板,可上下移動(dòng)。當(dāng)極板間的遮蓋面積為S,極板間介質(zhì)的介電常�(shù)為�,初始極板間距為d0�(shí),則初始電容C0為:


  �(dāng)活動(dòng)極板1在被�(cè)物體的作用下向固定極�2位移Δd �(shí),此�(shí)電容C為:

  �(dāng)電容器的活動(dòng)極板1移動(dòng)極小�(shí),即Δd<0�(shí),上式按泰勒�(jí)�(shù)展開為:


  這時(shí)電容器的變化量ΔC才近似地和位移Δd成正�。其相對(duì)非線性誤差為�

  顯然,這種單邊活動(dòng)的電容傳感器隨著�(cè)量范圍的增大,相�(yīng)的誤差也增大。在�(shí)際應(yīng)用中,為了提高這類傳感器靈敏度、提高測(cè)量范圍和減小非線性誤�,常做成差動(dòng)式電容器及互感器電橋組合�(jié)�(gòu),如�3(b)所�。兩邊是固定的電極板1�2,中間由彈簧片支承的活動(dòng)極板3�2�(gè)固定極板與互感器兩端及交�電源U相連接,活�(dòng)極板連接端子和互感器中間抽頭端子為傳感器的輸出端,該輸出端電壓ΔU隨著活動(dòng)極板�(yùn)�(dòng)而變化。若活動(dòng)極板的初始位置距2�(gè)固定極板的距離均為d0,則固定極板1和活�(dòng)極板3之間 ,固�2和活�(dòng)極板3之間的初始電容相�,若令其為C0。當(dāng)活動(dòng)極板3在被�(cè)物體作用下向固定極板2移動(dòng)Δd�(shí),則位于中間的活�(dòng)極板到兩�(cè)的固定極板的距離分別為:

  由上述推�(dǎo)可知,活�(dòng)極板�2�(gè)固定極板�(gòu)成電容分別為�

  �(dāng)他們做成差�(dòng)式電容器及互感器電橋組合�(jié)�(gòu)�(shí),其等效電容為:

  
  雖然電容的變化量仍舊和位移Δd成非線性關(guān)�,但是消除了�(jí)�(shù)中的偶次�(xiàng),使線性得到改�。當(dāng)�(shí)(在微小量檢�(cè)�,如線膨脹測(cè)量等,一般都能滿足這�(gè)條件�,略去高次項(xiàng),得�

  比較式(9)和式(7)可�(jiàn),靈敏度提高�1��
  比較式(10)和式(8)可�(jiàn),在1�(shí),非線性誤差將大大下降�

�(yōu)�(diǎn)

  �(duì)于上述這些力學(xué)�,尤其是緩慢變化或微小量的測(cè)�,一般來(lái)�(shuō)采用電容式傳感器�(jìn)行檢�(cè)比較適宜,主要是這類傳感器具有以下突出優(yōu)�(diǎn)�

  (1)�(cè)量范圍大

  其相�(duì)變化率可超過(guò)100[%]�

  (2)靈敏度高

  如用比率變壓器電橋測(cè)�,相�(duì)變化量可�(dá)10-7�(shù)量級(jí)�

  (3)�(dòng)�(tài)響應(yīng)�

  因其可動(dòng)�(zhì)量小,固有頻率高,高頻特性既適宜�(dòng)�(tài)�(cè)�,也可靜�(tài)�(cè)量;

  (4)�(wěn)定性好

  由于電容器極板多為金屬材�,極板間襯物多為�(wú)�(jī)材料,如空氣、玻�、陶�、石英等;因此可以在高溫、低溫強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)輻射下長(zhǎng)期工�,尤其是解決高溫高壓�(huán)境下的檢�(cè)難題�

  油液的污染形式通常是金屬磨�、氧化物、油�、結(jié)�、水�、沉淀物、燃油以及氫、氯、熱、電、空氣等造成的污染。油液污染后其物理或化學(xué)性能都會(huì)生變�,根�(jù)介電常數(shù)的變�,便可綜合測(cè)定在用油的總體污染程度和�(zhì)��

�(yīng)�

  �(guò)�,由于被認(rèn)為具有難以控�、不易讀�、易于老化和溫度要求嚴(yán)格等特點(diǎn),電容傳感器很少用于汽車電子之�。但另一方面,它們也具有生產(chǎn)成本較低、外形適�(yīng)�(jiǎn)�、功耗低等特�,從而推�(dòng)了它們的�(yīng)�。如�,一種新型測(cè)量技�(shù)的出�(xiàn),使得汽車中電容傳感器的應(yīng)用數(shù)量大幅增�(zhǎng)壓力變送器�

  宏觀上講,電容傳感器通常是通過(guò)將電容轉(zhuǎn)換成電壓、時(shí)間或者頻率等另一種物理變量來(lái)�(jìn)行分析。而在微觀�,電容傳感器已�(jīng)�(zhǎng)期用于汽車之�;微機(jī)械加速度傳感器就是基于這�(gè)原理�(shè)�(jì)�。這些�(jīng)常用�(lái)檢測(cè)電荷�(zhuǎn)��

  一種用于探�(cè)電容的新方法采用改�(jìn)后的Σ-Δ�(zhuǎn)換器的輸入級(jí)�(lái)檢測(cè)出未知的電容,并將其轉(zhuǎn)換成�(shù)字信�(hào)。這種方法使用了電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC),在本文中要與幾�(gè)可以用于汽車的電容傳感器原理一起闡述說(shuō)��

  以前的電容分析系�(tǒng)要求�(cè)量的電容比較�,以及接觸�(shí)電容值的變化很大。對(duì)傳感器制造商�(lái)�(shuō),需要足夠大的變化經(jīng)常會(huì)帶來(lái)�(wèn)�,而在較小的電容傳感器卻不�(huì)出現(xiàn)。例�,典型�150pF濕度傳感器不僅相�(dāng)昂貴(�?yàn)楸容^�),還容易出�(cuò),且長(zhǎng)�(shí)間的�(wěn)定性也較差�

  電容器的電容可以根據(jù)它的�(jié)�(gòu)�(lái)�(jì)算:C=εoεrA/d

  其中,εo是真空介電常�(shù),εr是材料的介電常數(shù),A是所用的�(dǎo)板面�,d則是兩�(gè)電極之間的距雀除少數(shù)例外(如壓力傳感器),所有電容傳感器都是利用�(dǎo)板表面或電介�(zhì)的變化來(lái)�(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�(dǎo)板面�(幾何)變化�(如液位傳感器或位移傳感器);另一類是依賴εr變化��

  濕度傳感器是電介�(zhì)傳感器的�(jīng)典例�,使用濕度敏感聚合物層作為電介�(zhì)。隨著濕度的增加,堆積越來(lái)越多的水分子,因此εr增大。傳感器檢測(cè)液體的純�,�(shí)�(zhì)由兩塊固定的�(dǎo)板構(gòu)�,液體自身形成電介�(zhì)。必需的液體特性根�(jù)�(jīng)�(yàn)�(lái)確定。溫度起�?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�,通常需要最�(fù)雜的�(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�(gè)�(dǎo)體。中間媒介電介質(zhì)的值非常小。如果一�(gè)物體,例如�,移動(dòng)到電容器的電子區(qū)�,它就改變電容。人體的組成超過(guò)90[%]�,因而電介質(zhì)的值非常大�

  遙控開關(guān)非常容易制�,因而使得諸如無(wú)鑰匙�(diǎn)火或?qū)﹄妱?dòng)窗的箝位保護(hù)之類的應(yīng)用成為可�。無(wú)鑰匙汽車一�(gè)重要的必要條件是盡可能使輸入電流--�(biāo)�(zhǔn)情況是低�100A。多年以�(lái)制造商已經(jīng)將�-Δ�(zhuǎn)換器�(jìn)行優(yōu)�,因此已有一些適合的體系�(jié)�(gòu)�

  雨水傳感器可以用一�(gè)類似的方法來(lái)�(shí)�(xiàn)。它們易于制�,性價(jià)比較�,而且尺寸也可以是一�(xiàng)�(yōu)�(shì)。然�,基于水滴光學(xué)折射的傳�(tǒng)雨水傳感器在擋風(fēng)玻璃只有一�(gè)非常小活�(dòng)區(qū)�,這就降低了系�(tǒng)靈敏�,�(dǎo)致重�(fù)出現(xiàn)干擦和沒(méi)有擦到的�(wèn)題壓力傳感器�

在汽車中的應(yīng)�

  �(guò)�,由于被認(rèn)為具有難以控�、不易讀�、易于老化和溫度要求嚴(yán)格等特點(diǎn),電容傳感器很少用于汽車電子之�。但另一方面,它們也具有生產(chǎn)成本較低、外形適�(yīng)�(jiǎn)�、功耗低等特�,從而推�(dòng)了它們的�(yīng)�。如�,一種新型測(cè)量技�(shù)的出�(xiàn),使得汽車中電容傳感器的應(yīng)用數(shù)量大幅增�(zhǎng)�

  宏觀上講,電容傳感器通常是通過(guò)將電容轉(zhuǎn)換成電壓、時(shí)間或者頻率等另一種物理變量來(lái)�(jìn)行分�。而在微觀�,電容傳感器已�(jīng)�(zhǎng)期用于汽車之�;微機(jī)械加速度傳感器就是基于這�(gè)原理�(shè)�(jì)�。這些�(jīng)常用�(lái)檢測(cè)電荷�(zhuǎn)��

  一種用于探�(cè)電容的新方法采用改�(jìn)后的Σ-Δ�(zhuǎn)換器的輸入級(jí)�(lái)檢測(cè)出未知的電容,并將其轉(zhuǎn)換成�(shù)字信�(hào)。這種方法使用了電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC),在本文中要與幾�(gè)可以用于汽車的電容傳感器原理一起闡述說(shuō)�。文末也�(huì)概要�(shuō)明另一種可選方��

  電容�(shù)字轉(zhuǎn)換器

  要形象描述CDC,我們必須對(duì)Σ-Δ�(zhuǎn)換器原理作一番介�。圖1是�-Δ�(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)圖�

  為了清楚地了解其工作�(guò)�,首先我們看積分器的輸入,�(jīng)�(guò)�(zhǎng)�(shí)間間隔后,該值必須保持為�。短�(shí)間微小的階躍信號(hào)�(huì)�(zhuǎn)變成斜坡信號(hào)。通過(guò)將基�(zhǔn)支路的輸出提高到與輸入支路的值相同來(lái)�(dá)到零平均�,反過(guò)�(lái)這還受到比較器輸出的影響。這將參考點(diǎn)�(zhuǎn)變成具有邏輯1的并�(lián)電容�

  電容充電然后反過(guò)�(lái)提供給積分器,這樣積分器得到一�(gè)�(fù)的參考電壓。因此輸入端的高壓導(dǎo)致大量邏輯部�,它們反�(guò)�(lái)頻繁地運(yùn)�(�(fù))參考電�。密度通過(guò)下面的數(shù)字濾波轉(zhuǎn)換成一�(gè)�(shù)字化的數(shù)�。經(jīng)典的Σ-Δ�(zhuǎn)換器將未知的電壓與已知的電壓相比�,即采用兩�(gè)已知的電�(通常相等)�(lái)作此比較�

  事實(shí)上是�(duì)電荷�(jìn)行比�,因此電容可以用公式Q=C*V�(lái)比較,如果兩�(gè)電壓都已�(在此取相同的電壓�)。同步電壓信�(hào)也必須提供給輸入支路,�2顯示的是電容�(shù)字轉(zhuǎn)換器�

  這種方法帶來(lái)了很多好�。由于與Σ-Δ�(zhuǎn)換器的關(guān)系密�,其眾所周知的特性可以改�(jìn)并采�,這些特性包括高噪聲抑制、低頻時(shí)的高分辨�,以及能經(jīng)�(jì)有效地實(shí)�(xiàn)高精確度。�-Δ�(zhuǎn)換器,幾乎�(méi)有例�,具有一�(gè)相似的輸入結(jié)�(gòu),因此不同的特別結(jié)�(gòu)可以適用于特殊的�(cè)量任�(wù),例如極低的電流輸入、準(zhǔn)確性或者更高的截止頻率�

  如果我們仔�(xì)地審視圖2,可以清楚看到更多的優(yōu)�(diǎn)。寄生電容在最初的近似值中不扮演任何角色。一�(gè)在節(jié)�(diǎn)A趨向于零的寄生電容具有零電位。節(jié)�(diǎn)B不為�,但是它由一�(gè)確定的低阻抗電位充電,因此在該節(jié)�(diǎn)的寄生電容將充電到一�(gè)平均值而不影響�(cè)量結(jié)�。節(jié)�(diǎn)A到B的寄生電容總是與�(cè)量元件并�(lián),并且通常�(huì)出現(xiàn)一�(gè)偏移��

  �(xiàn)有的電容�(shù)字轉(zhuǎn)換器能提供非常好的性能。例如ADI的AD7745可達(dá)�24位分辨率�16位精��

Σ-Δ轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)圖
  �1:�-Δ�(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)�

電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器
  �2:電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器

  電容式傳感器

  以前的電容分析系�(tǒng)要求�(cè)量的電容比較�,以及接觸�(shí)電容值的變化很大。對(duì)傳感器制造商�(lái)�(shuō),需要足夠大的變化經(jīng)常會(huì)帶來(lái)�(wèn)�,而在較小的電容傳感器卻不�(huì)出現(xiàn)。例�,典型�150pF濕度傳感器不僅相�(dāng)昂貴(�?yàn)楸容^�),還容易出�(cuò),且長(zhǎng)�(shí)間的�(wěn)定性也較差�

  電容器的電容可以根據(jù)它的�(jié)�(gòu)�(lái)�(jì)算:C=εoεrA/d

  其中,εo是真空介電常�(shù),εr是材料的介電常數(shù),A是所用的�(dǎo)板面�,d則是兩�(gè)電極之間的距�。除少數(shù)例外(如壓力傳感器),所有電容傳感器都是利用�(dǎo)板表面或電介�(zhì)的變化來(lái)�(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�(dǎo)板面�(幾何)變化�(如液位傳感器或位移傳感器);另一類是依賴εr變化�(如接近傳感器或濕度傳感器)�

  濕度傳感器是電介�(zhì)傳感器的�(jīng)典例�,使用濕度敏感聚合物層作為電介�(zhì)。隨著濕度的增加,堆積越來(lái)越多的水分子,因此εr增大。傳感器檢測(cè)液體(如油或燃�)的純�,�(shí)�(zhì)由兩塊固定的�(dǎo)板構(gòu)�,液體自身形成電介�(zhì)。必需的液體特性根�(jù)�(jīng)�(yàn)�(lái)確定(例如:油或燃料中增加的水�)。溫度起�?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�,通常需要最�(fù)雜的�(cè)量電子學(xué)�


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      在許多情況下,接近傳感器在印制電路板包括兩�(gè)�(dǎo)�。中間媒介電介質(zhì)的值非常小(接近1)。如果一�(gè)物體,例如�,移動(dòng)到電容器的電子區(qū)�,它就改變電容。人體的組成超過(guò)90[%]�,因而電介質(zhì)的值非常大(�50)�

  遙控開關(guān)非常容易制�,因而使得諸如無(wú)鑰匙�(diǎn)火或?qū)﹄妱?dòng)窗的箝位保護(hù)之類的應(yīng)用成為可�。無(wú)鑰匙汽車一�(gè)重要的必要條件是盡可能使輸入電流——標(biāo)�(zhǔn)情況是低�100A。多年以�(lái)制造商已經(jīng)將�-Δ�(zhuǎn)換器�(jìn)行優(yōu)�,因此已有一些適合的體系�(jié)�(gòu)�

  雨水傳感器可以用一�(gè)類似的方法來(lái)�(shí)�(xiàn)。它們易于制�,性價(jià)比較�,而且尺寸也可以是一�(xiàng)�(yōu)�(shì)。然�,基于水滴光學(xué)折射的傳�(tǒng)雨水傳感器在擋風(fēng)玻璃只有一�(gè)非常小活�(dòng)區(qū)�,這就降低了系�(tǒng)靈敏�,�(dǎo)致重�(fù)出現(xiàn)干擦和沒(méi)有擦到的�(wèn)��

  幾何變化傳感�

  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�(dǎo)板之間的電介�(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�(dǎo)板有彈�,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)�,溫度傳感器需要考慮改變的幾何形狀。設(shè)想兩�(gè)電極中的一�(gè)附著在芯片上,另一�(gè)附著在由金屬或陶瓷構(gòu)成的支架�,因此支架自己作為傳感�。以陶瓷為例,能夠承受非常高的壓力和侵入的媒介。與�(jīng)典的惠斯通電橋相比較,電容壓力傳感器的主要�(yōu)�(diǎn)是對(duì)輸入電流的要求更�,使得他們特別適合于諸如輪胎壓力控制之類的應(yīng)��

  在一�(gè)液位傳感器中,一�(duì)固定的導(dǎo)板浸�(méi)在要�(cè)量的液體中。制造商能夠以非常低的成本制造出印制�(dǎo)�。第二對(duì)�(dǎo)板附著在底部,可以檢測(cè)出由于溫度或其他影響�(dǎo)致的電介�(zhì)變化,如下圖所��

  在所有方法中,都證�(shí)了�-Δ技�(shù)是非常令人滿意的。許多情況下,�(wú)論如何數(shù)字濾波器都是必要�,它們可以用�(lái)�(shí)�(xiàn)必需的動(dòng)�(tài)特性。例�,在液壓傳感器中需要非常長(zhǎng)的時(shí)間常�(shù),而接近傳感器必須適應(yīng)變化了的四周�(huán)�(如濕度傳感器要適�(yīng)雨或�)�

  采用DDS技�(shù)的可選方�

  這種技�(shù)按照一�(gè)完全不同的、略微更�(fù)雜一些的方式�(lái)工作。另一方面,它可以用于測(cè)量復(fù)阻抗,包括電感、阻�/電容或者阻�/電感傳感器等。在這種情況�,傳感器由一�(gè)已知的非常精確的頻率�(lái)激�(fā)。在�,直接�(shù)字式頻率合成(DDS)技�(shù)非常適用�

用DDS方法計(jì)算阻抗的實(shí)部和虛部
  �6:用DDS方法�(jì)算阻抗的�(shí)部和虛部

  這里,傳感器的反應(yīng)通過(guò)快速的模數(shù)�(zhuǎn)換器和快速的傅立葉分析記錄下�(lái)。采用DDS方法,初始的相位在任何�(shí)候都可精確地獲知。用同樣的方�,�(duì)其他頻率的反�(yīng)也可以測(cè)量出�(lái)。阻抗的�(shí)部和虛部可以�(jù)此計(jì)算出,并且通過(guò)�(shù)字總線輸�。完全掃描僅需要幾百毫秒。此圖對(duì)該方法�(jìn)行了�(shuō)��

  該網(wǎng)�(luò)分析儀電路可以用于電容和電感傳感器,同樣也可用于記錄�(yùn)�(dòng)或測(cè)量液體黏度的傳感�,例如引擎或潤(rùn)滑油�

  小結(jié)

  電容傳感器正在汽車中迎來(lái)新生。新的方法在壓力、液�、濕度、雨和接近傳感器中已�(jīng)證明獲得了初步成�。采用�-Δ技�(shù)能夠?qū)Σ煌�?dòng)�(tài)和精度需求提供靈活的解決方案,并且使傳感器系統(tǒng)具有及其低的電源要求。CDC�(shè)備已�(jīng)用于幾種汽車�(yīng)�,在許多其他領(lǐng)域的�(yīng)用正在增��

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