為了清楚地了解其工作過程，首先我們看積分器的輸入,，經(jīng)過長時間間隔后,，該值必須保持為零。短時間微小的階躍信號會轉(zhuǎn)變成斜坡信號,。通過將基準支路的輸出提高到與輸入支路的值相同來達到零平均值,，反過來這還受到比較器輸出的影響。這將參考點轉(zhuǎn)變成具有邏輯1的并聯(lián)電容,。

　　電容充電然后反過來提供給積分器,，這樣積分器得到一個負的參考電壓。因此輸入端的高壓導致大量邏輯部分,，它們反過來頻繁地運用（負）參考電壓,。密度通過下面的數(shù)字濾波轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字化的數(shù)值。經(jīng)典的Σ-Δ轉(zhuǎn)換器將未知的電壓與已知的電壓相比較,，即采用兩個已知的電容（通常相等）來作此比較,。

　　事實上是對電荷進行比較，因此電容可以用公式Q=C＊V來比較,，如果兩個電壓都已知（在此取相同的電壓值）,。同步電壓信號也必須提供給輸入支路，,。

　　這種方法帶來了很多好處,。由于與Σ-Δ轉(zhuǎn)換器的關系密切，其眾所周知的特性可以改進并采納,，這些特性包括高噪聲抑制,、低頻時的高分辨率，以及能經(jīng)濟有效地實現(xiàn)高精確度,。Σ-Δ轉(zhuǎn)換器,，幾乎沒有例外,，具有一個相似的輸入結(jié)構，因此不同的特別結(jié)構可以適用于特殊的測量任務,，例如極低的電流輸入、最大準確性或者更高的截止頻率,。

　　可以清楚看到更多的優(yōu)點,。寄生電容在最初的近似值中不扮演任何角色。一個在節(jié)點A趨向于零的寄生電容具有零電位,。節(jié)點B不為零,，但是它由一個確定的低阻抗電位充電，因此在該節(jié)點的寄生電容將充電到一個平均值而不影響測量結(jié)果,。節(jié)點A到B的寄生電容總是與測量元件并聯(lián),，并且通常會出現(xiàn)一個偏移量。

　　現(xiàn)有的電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器能提供非常好的性能,。例如ADI的AD7745可達到24位分辨率和16位精度,。

　　電容式傳感器

　　以前的電容分析系統(tǒng)要求測量的電容比較大，以及接觸時電容值的變化很大,。對傳感器制造商來說,，需要足夠大的變化經(jīng)常會帶來問題，而在較小的電容傳感器卻不會出現(xiàn),。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,，且長時間的穩(wěn)定性也較差,。

　　電容器的電容可以根據(jù)它的結(jié)構來計算：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是所用的導板面積，d則是兩個電極之間的距離,。除少數(shù)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)的變化來測量電容的改變。大多數(shù)傳感器可以被劃分成兩類：一類是導板面積（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(jù)經(jīng)驗來確定（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。測量電介質(zhì)變化的簡單的接近傳感器,，通常需要最復雜的測量電子學,。

　　在許多情況下，接近傳感器在印制電路板包括兩個導體,。中間媒介電介質(zhì)的值非常?。ń咏?）。如果一個物體,，例如手,，移動到電容器的電子區(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）。

　　遙控開關非常容易制造,，因而使得諸如無鑰匙點火或?qū)﹄妱哟暗捏槲槐Ｗo之類的應用成為可能,。無鑰匙汽車一個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。多年以來制造商已經(jīng)將Σ-Δ轉(zhuǎn)換器進行優(yōu)化,，因此已有一些適合的體系結(jié)構,。

　　雨水傳感器可以用一個類似的方法來實現(xiàn)。它們易于制造,，性價比較高,，而且尺寸也可以是一項優(yōu)勢。然而,，基于水滴光學折射的傳統(tǒng)雨水傳感器在擋風玻璃只有一個非常小活動區(qū)域,，這就降低了系統(tǒng)靈敏度，導致重復出現(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,。設想兩個電極中的一個附著在芯片上，另一個附著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用。

　　在一個液位傳感器中,，一對固定的導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體。第二對導板附著在底部,，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,，都證實了Σ-Δ技術是非常令人滿意的。許多情況下,，無論如何數(shù)字濾波器都是必要的,，它們可以用來實現(xiàn)必需的動態(tài)特性。 例如,，在液壓傳感器中需要非常長的時間常數(shù),，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）。

　　采用DDS技術的可選方法

　　這種技術按照一個完全不同的,、略微更復雜一些的方式來工作,。另一方面，它可以用于測量復阻抗,，包括電感,、阻抗/電容或者阻抗/電感傳感器等。在這種情況下,，傳感器由一個已知的非常精確的頻率來激發(fā),。在此，直接數(shù)字式頻率合成（DDS）技術非常適用,。

　　這里,，傳感器的反應通過快速的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和快速的傅立葉分析記錄下來。采用DDS方法,，初始的相位在任何時候都可精確地獲知,。用同樣的方法，對其他頻率的反應也可以測量出來,。阻抗的實部和虛部可以據(jù)此計算出,，并且通過數(shù)字總線輸出。完全掃描僅需要幾百毫秒,。此圖對該方法進行了說明,。

　　該網(wǎng)絡分析儀電路可以用于電容和電感傳感器,，同樣也可用于記錄運動或測量液體黏度的傳感器，例如引擎或潤滑油,。

　　小結(jié)：

　　電容傳感器正在汽車中迎來新生,。新的方法在壓力、液位,、濕度,、雨和接近傳感器中已經(jīng)證明獲得了初步成功。采用Σ-Δ技術能夠?qū)Σ煌膭討B(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設備已經(jīng)用于幾種汽車應用，在許多其他領域的應用正在增加,。