一种无电容元件的电容式传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种无电容元件的电容式传感器，属于传感器技术领域。它解决了现有电容式感应器在相同硬件条件下因电容容值个体之间存在误差、电容元件的电容值随着温度改变而不断变化导致感应器灵敏度不稳定的技术问题。本无电容元件的电容式传感器包括分别紧贴固定于基板顶面和底面的第一铜片和第二铜片，第一铜片的上侧面紧贴设置于非导体触发件的下侧面；第一铜片和第二铜片分别与芯片电连接。本电容式传感器在减少对元件(即电容)依赖的同时，获得了更好稳定的感应精度，这个感应精度不会受应用环境不同而产生改变，永远保持一致性，稳定性强。

A Capacitance Sensor without Capacitance Element

【技术实现步骤摘要】
一种无电容元件的电容式传感器
本专利技术属于传感器
，特指一种无电容元件的电容式传感器。
技术介绍
目前，传统的电容式感应器是在其他硬件相同的情况下通过电路上电容元件的电容值来设定感应灵敏度(感应距离)。但这类电容式感应器在相同硬件条件下还会存在两个不可改善的缺陷：1、电容容值个体之间存在误差；2、同一个电容元件的电容值会随着温度改变而不断变化，无法在相同硬件条件下做到在各种温度条件下保持感应灵敏度(感应距离)一致。从而导致电容式感应器必定存在一定比例的不感应或长感应的问题，而且这个问题属于不可改善的范畴。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种不受温度影响、稳定性和精度更高的电容式传感器。本专利技术的目的是这样实现的：一种无电容元件的电容式传感器，其特征在于，包括分别紧贴固定于基板顶面和底面的第一铜片和第二铜片，所述第一铜片的体积大于、等于或小于所述第二铜片的体积，第一铜片的上侧面紧贴设置于非导体触发件的下侧面，所述第一铜片和第二铜片分别与芯片电连接。本电容式传感器中，非导体触发件由非导体介质制成，第一铜片和第二铜片设置的顶面和底面是相对而言的，只要第一铜片与非导体触发件紧贴装配即可，使用时可以用手指或类似接地的导体隔着非导体触发件来触发；本专利技术通过基板上的第一铜片和第二铜片体积的比例或者第一铜片以及第二铜片和触发点的距离来调节灵敏度(感应距离)，无须通过电路上增加电容元件的方式即可实现感应功能，其感应灵敏度(感应距离)不受温度的影响，精度和稳定性更高，该电容式感应器可广泛应用于智能马桶座圈的着座感应，饮水机等产品的液位感应及其他传统电容式触控感应器应用的领域。在上述的一种无电容元件的电容式传感器中，所述第一铜片的厚度与第二铜片的厚度相同，并且第一铜片的面积大于、等于或小于所述第二铜片的面积。在上述的一种无电容元件的电容式传感器中，所述电容式传感器包括由非导体材料制成的壳体，所述基板、第一铜片和第二铜片设于所述壳体内，并且所述第一铜片的上侧面紧贴固定于壳体上端的内侧面。通过密封壳体的设计能够避免外界空气中的湿度/成分/气压的改变导致与生产时第一铜片和第二铜片接触的空气的介电常数发生改变，确保壳体内的空气介电常数不会受外界环境的影响，隔绝水汽，有利于保持本电容式传感器的稳定性，提高本电容式传感器的精度。在上述的一种无电容元件的电容式传感器中，所述壳体内填充满干燥空气或其他接近或大于空气介电常数的物质。在上述的一种无电容元件的电容式传感器中，所述芯片的两个引脚分别通过电线与第一铜片和第二铜片电连接，当第一铜片的电容值大于第二铜片的电容值时，芯片输出高电频；当第一铜片的电容值小于第二铜片的电容值时，芯片输出低电频。上述第一铜片的电容值＝ε·Sa/da；第二铜片的电容值＝ε·Sb/db；其中，ε:材料介电常数；Sa:第一铜片的面积；da:第一铜片到触发点的距离；Sb:第二铜片的面积；db:第二铜片到触发点的距离。在上述的一种无电容元件的电容式传感器中，所述壳体包括上盖和底壳，所述上盖和底壳围成封闭的容置腔，所述基板、第一铜片和第二铜片设于所述容置腔内，所述第一铜片的上侧面紧贴固定于上盖的内侧面，所述基板上连接有电线，所述电线从上盖和底壳的连接处伸出并与成型后的壳体密封连接。作为另一种方案，所述壳体包括能够密封固定的上盖和底壳，所述基板设于上盖和底壳之间，所述第一铜片的上侧面紧贴固定于上盖的内侧面，所述底壳上设置有将基板下侧的空间分隔成左腔室、中腔室和右腔室的两块隔板，两块所述隔板的上端均与基板的下侧面密封连接，底壳、基板和两块隔板围成了封闭的中腔室，所述第二铜片设于中腔室内，所述底壳上设置有与右腔室连通的开口。作为另一种方案，所述壳体包括下端开口的上盖，所述第一铜片、基板和第二铜片从上到下依次设置，所述第一铜片的上侧面紧贴于上盖的下侧面，所述第一铜片、基板和第二铜片通过介电常数大于空气的绝缘凝胶浇铸定于上盖上。在上述的一种无电容元件的电容式传感器中，所述非导体触发件由至少一层非导体材料层构成。其工作原理如下：从电容角度来说，C＝ε·S/d(ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离)在本实施例中：C0＝ε0·S0/d0；(其中，C0为第一铜片的电容值，S0为第一铜片的面积，d0为第一铜片厚度)C1＝ε1·S1/d1；(其中，C1为与第一铜片相接的上盖的电容值，S1为上盖与第一铜片相连的面积，d1为上盖的厚度)C2＝ε2·S2/d2；(其中，C2为非导体触发件的电容值，S2为非导体触发件与第一铜片相对应的面积，d2为非导体触发件的厚度)C3＝ε3·S3/d3；(其中，C3为空气的电容值，S3为与第一铜片相对应空气的面积，未触发时d3＝∞)通过多电容串联公式1/C＝1/C1+1/C2+·+1/Cn可得：未触发时第一铜片上串联总电容值为：1/C＝1/C0+1/C1+1/C2+1/C3，触发时第一铜片上的串联总电容值为：1/C＝1/C0+1/C1+1/C2。同理第二铜片上的总电容值始终保持恒定，芯片通过检测比较第一铜片和第二铜皮的总电容值的变化来判断有无触发。(目前这类传感器都是通过连接电容元器来形成有效触发也就是控制灵敏度，但电容元件的电容值会随温度发生改变，这就会造成感应器不感应或误动作的发生了，现在采用本案中的第二铜片来代替电容元器件就不会出现容值变化而造成传感器的失效或误动作的发生了。)从电场和电荷的角度来说，由于第一铜片与第二铜片通过电线与芯片的引脚相连，当芯片工作时，第一铜片和第二铜片由于接电其表面会形成电场，正常情况下由于第一铜片的面积大于第二铜片的面积，第一铜片的电容值是大于第二铜片的电容值的，输出高电频，芯片未被触发；当手指或类似接地的导体隔着非导体触发件来触发的时候，就会破坏第一铜片表面形成的电场，部分电荷会流失，相当于第一铜片往外放电，从而导致第一铜片的电容值减少，而第二铜片由于距离较远，其电荷流失量较少，电容值几乎不变，当第一铜片的电容值减少到低于第二铜片的电容值时，输出低电频，芯片被触发；触发过程中，需要手指或类似接地的导体与非导体触发件有较大的接触面积，进一步的，如果非导体触发件较厚的时候，手指隔着非导体触发件进行触发的时候，由于距离过大，电荷流失较少，可能会发生被触碰也不会感应的情况，这时候就需要增大第一铜片的面积，提高其电场强度，使得即使隔着较厚的非导体触发件也会有较多的电荷流失，从而使第一铜片的电容减少值能够被芯片检测出来，从而提高本电容式传感器的感应灵敏度，当然，改变第一铜片面积时，第二铜片的面积也要做适应性的改变；同理，当非导体触发件的厚度较小时，也可以适应性的减少第一铜片和第二铜片的面积来降低感应灵敏度；综上，本电容式传感器可以根据需要通过调整非导体触发件的厚度以及第一铜片和第二铜片的面积来调整感应灵敏度。本专利技术相比现有技术突出且有益的技术效果是：本专利技术的电容式温度传感器在减少对元件(即电容)依赖的同时，获得了更好的感应精度，这个感应精度不会受应用环境不同而产生改变，永远保持一致性，稳定性强。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图。图2是本专利技术的侧视结构图。图3是本专利技术的壳体的结构示意图。图4是本专利技术的壳体的另一种实施方式的结构示意图。图5是本专利技术的多电容串本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无电容元件的电容式传感器，其特征在于，包括分别紧贴固定基板(1)顶面和底面的第一铜片(2)和第二铜片(3)，第一铜片(2)的上侧面紧贴设置于非导体触发件(4)的下侧面,所述第一铜片(2)和第二铜片(3)分别与芯片电连接。

【技术特征摘要】
2018.05.11 CN 20182070634711.一种无电容元件的电容式传感器，其特征在于，包括分别紧贴固定基板(1)顶面和底面的第一铜片(2)和第二铜片(3)，第一铜片(2)的上侧面紧贴设置于非导体触发件(4)的下侧面,所述第一铜片(2)和第二铜片(3)分别与芯片电连接。2.根据权利要求1所述的一种无电容元件的电容式传感器，其特征在于：所述第一铜片(2)的厚度与第二铜片(3)的厚度相同。3.根据权利要求1所述的一种无电容元件的电容式传感器，其特征在于：所述电容式传感器包括由非导体材料制成的壳体(5)，所述基板(1)、第一铜片(2)和第二铜片(3)设于所述壳体(5)内，并且所述第一铜片(2)的上侧面紧贴固定于壳体(5)上端的内侧面。4.根据权利要求3所述的一种无电容元件的电容式传感器，其特征在于：所述壳体(5)内填充满干燥的空气(6)或其他接近或大于空气(6)介电常数的非导体物质。5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种无电容元件的电容式传感器，本案以第一铜片体积大于第二铜片体积为例子说明其特征在于：所述芯片的两个引脚分别通过电线(9)与第一铜片(2)和第二铜片(3)电连接，当第一铜片(2)的电容值小于第二铜片(3)的电容值时，芯片输出高电频；当第一铜片(2)的电容值大于第二铜片(3)的电容值时，芯片输出低电频。6.根据权利要求3或4所述的一种无电容元件的电容式传感器，其特征在于：所述壳体(5)包括上盖(7)和底壳(...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓，
申请(专利权)人：陈晓，
类型：发明
国别省市：浙江,33