Neues Messverfahren umgeht die Nachteile kapazitiver Sensoren
Renaissance kapazitiver Sensoren im Auto
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Kapazitive Sensoren
Frühere Auswertesysteme benötigen eine vergleichsweise große Kapazität zur Auswertung. Nur ein Sensor mit großer Kapazität hatte einen ausreichenden Hub, der dann verarbeitet werden konnte. Oftmals stellt diese Anforderung eines genügend großen Hubs die Sensorhersteller ihrerseits vor Probleme, die mit Sensoren kleinerer Kapazität gar nicht auftreten würden. Feuchtesensoren beispielsweise werden nicht nur deutlich teurer, weil größer, sondern auch weit fehleranfälliger und weniger langzeitstabil, wenn die Kapazität auf Werte um 150 pF angehoben wird.
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Dielektrika-Sensoren
Klassische Beispiele hierfür sind Feuchtesensoren, bei denen das Dielektrikum durch eine feuchtigkeitsempfindliche Polymerschicht realisiert wird. Bei zunehmender Feuchte lagern sich mehr und mehr Wassermoleküle ein und vergrößern damit das εr. Sensoren, die die Reinheit einer Flüssigkeit (z.B. Öl oder Treibstoff) ermitteln, bestehen im Wesentlichen aus zwei festen Platten, die die Flüssigkeit selbst als Dielektrikum nutzen. Empirisch werden die gewünschten Eigenschaften der Flüssigkeit ermittelt – z.B. erhöht Wasser in Öl oder Treibstoff das εr – wobei die Temperatur hierbei eine entscheidende Rolle spielt und zuverlässig mit erfasst werden muss.
Der einfachste Sensor, der Veränderungen des Dielektrikums ermittelt, ist gleichzeitig der anspruchsvollste an die Messelektronik: der Näherungssensor. Der Sensor selbst besteht in den meisten Fällen nur aus zwei Leiterbahnen auf einer Leiterplatte (Bild 3). Das Medium dazwischen hat eine sehr geringe relative Dielektrizität von nahezu 1. Taucht nun in das elektrische Feld dieses Kondensators ein Gegenstand hoher Dielektrizität, z.B. eine Hand – der Mensch besteht zu über 90 % aus Wasser, und dies hat aufgrund seiner Dipolwirkung einen sehr hohen εr-Wert von ca. 50 –, so verändert sich die Kapazität.
Damit lassen sich Anwendungen realisieren wie z.B. das schlüssellose Auto oder der Einklemmschutz für elektrische Fensterheber. Auch kontaktlose Schalter sind damit einfach zu realisieren. Eine zentrale Forderung für die Anwendung „schlüsselloses Auto“ ist eine möglichst geringe Stromaufnahme. Man spricht von unter 100 µA. Sigma-Delta-ADUs sind seit Jahren im Industriebereich darauf hin optimiert worden; entsprechende Architekturen stehen also zur Verfügung. Ein Regensensor kann ähnlich realisiert werden. Der Sensor ist einfach und kostengünstig herzustellen, und hier kann Größe ein Vorteil sein. Herkömmliche Regensensoren, die auf der optischen Brechung von Wassertropfen basieren, müssen systembedingt sehr klein sein. Damit verringert sich aber auch die aktive Fläche, über die auf der Windschutzscheibe integriert wird. Bei geringem Niederschlag führt das immer wieder zu Problemen.
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