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电容传感器原理

作者:管理员 发表时间:2016-12-30 13:48:29 阅读: 22
过去,由于被认为具有难以控制、不易读取、易于老化和温度要求严格等特点,电容传感器很少用于汽车电子之中。但另一方面,它们也具有生产成本较低、外形适应简单、功耗低等特性,从而推动了它们的应用。如今,一种新型测量技术的出现,使得汽车中电容传感器的应用数量大幅增长称重传感器

  宏观上讲,电容传感器通常是通过将电容转换成电压、时间或者频率等另一种物理变量来进行分析。而在微观上,电容传感器已经长期用于汽车之中;微机械加速度传感器就是基于这个原理设计的。这些经常用来检测电荷转移。

  一种用于探测电容的新方法采用改进后的Σ-Δ转换器的输入级来检测出未知的电容,并将其转换成数字信号。这种方法使用了电容数字转换器(CDC),在本文中要与几个可以用于汽车的电容传感器原理一起阐述说明角度传感器

以前的电容分析系统要求测量的电容比较大,以及接触时电容值的变化很大。对传感器制造商来说,需要足够大的变化经常会带来问题,而在较小的电容传感器却不会出现。例如,典型的150pF湿度传感器不仅相当昂贵(因为比较大),还容易出错,且长时间的稳定性也较差。

  电容器的电容可以根据它的结构来计算:C=εoεrA/d

  其中,εo是真空介电常数,εr是材料的介电常数,A是所用的导板面积,d则是两个电极之间的距离。除少数例外(如压力传感器),所有电容传感器都是利用导板表面或电介质的变化来测量电容的改变。大多数传感器可以被划分成两类:一类是导板面积(几何)变化的(如液位传感器或位移传感器);另一类是依赖εr变化的。

  湿度传感器是电介质传感器的经典例子,使用湿度敏感聚合物层作为电介质。随着湿度的增加,堆积越来越多的水分子,因此εr增大。传感器检测液体的纯度,实质由两块固定的导板构成,液体自身形成电介质。必需的液体特性根据经验来确定。温度起到决定性的作用,也必须可靠地确定。测量电介质变化的简单的接近传感器,通常需要最复杂的测量电子学拉绳位移传感器

在许多情况下,接近传感器在印制电路板包括两个导体。中间媒介电介质的值非常小。如果一个物体,例如手,移动到电容器的电子区域,它就改变电容。人体的组成超过90%水,因而电介质的值非常大。

  遥控开关非常容易制造,因而使得诸如无钥匙点火或对电动窗的箝位保护之类的应用成为可能。无钥匙汽车一个重要的必要条件是尽可能使输入电流最低--标准情况是低于100A。多年以来制造商已经将Σ-Δ转换器进行优化,因此已有一些适合的体系结构。

  雨水传感器可以用一个类似的方法来实现。它们易于制造,性价比较高,而且尺寸也可以是一项优势。然而,基于水滴光学折射的传统雨水传感器在挡风玻璃只有一个非常小活动区域,这就降低了系统灵敏度,导致重复出现干擦和没有擦到的问题压力传感器