电容式传感器灵敏度 电容传感器提高灵敏度的调整方法
电容传感器提高灵敏度的调整方法
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关键词：电容传感器、电位器
电容传感器不仅能够检测金属，还能检测塑料、玻璃、水、油等物质。它的特点是：灵敏度高，适用微输入测量；有较高的测量精度，误差小；有较高的固有频率，动态响应特性好；可使用于高温、低温等恶劣环境下。
电容传感器不宜使用在高频电场（高频淬火机床、焊接机、超声波发生器等）附近，以免发生误动作。
电容传感器实际是可变的电容器，即C=εS/δ。
ε：极板间介质的介电系数
S：极板间相对有效面积
δ：极板间的距离
三种变量决定了电容传感器有三种类型：变介电式 、变面积式 和变间隙式 。
为适合不同检测体的检测。特别是非金属较低的介质，对于变面积式 和变间隙式 的电容传感器。其检测距离范围做得较宽（1m~250mm）。为便于用户调整使用，通常在传感器上设置了一个多圈（10）电位器。因此，在安装时有必须进行调整，以达到最佳响应速度、特性及检测精度。
下面以圆柱形电容传感器为例，说明安装时怎样进行调整。
调整电容传感器后面的多圈（10）电位器。顺时针旋转，检测距离增大，反之检测距离减小。
电容传感器常开型调整方法： 在检测体接近状态下，如果此时电容传感器指示灯亮，说明安装距离太近或者电容传感器出厂时感应距离调整太远有关。这时应缓慢地逆时针调整电位器（缩短感应距离），在电容传感器指示灯熄灭后停止调整。然后顺时针（增加感应距离）调整电位器，在使电容传感器指示灯亮起来。离开检测体后，电容传感器指示灯亮应熄灭，否则缓慢地逆时针调整电位器，使其熄灭。
电容传感器常闭型调整方法同上。
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北京航空航天大学提出制作高灵敏度电容传感器新方法
基于新方法的传感器可用于脉搏监测。北京航空航天大学供图
近日，北京航空航天大学教授单光存团队提出了一种利用叉指电极制备基于二维材料MXene/聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的高性能电容式柔性压力传感器的新方法，通过选择合适的叉指电极数目和优化MXene/PVP滤纸膜的介电层，可以提高电容传感器的灵敏度。该传感器可用于各种压力监测，如手指按压、手腕脉搏、呼吸等。相关研究成果发表于《微系统与纳米工程》。
MXenes具有高金属导电性、亲水性和较大的比表面积，被认为是一种革命性2D材料。其在外界压力作用下，内部层状结构之间的距离发生极大变化，因此具有较高的灵敏度。
单光存团队提出利用叉指电极制备基于MXene/PVP的高性能电容式柔性压力传感器的新方法，可以使基于MXene/PVP的电容传感器具有高灵敏度、低检测限、宽传感范围、快速响应和恢复时间以及10000次循环的机械稳定性。基于MXene和PVP的压力传感器由4层结构组成，分别是覆铜的PET薄膜、MXene、PVP复合薄膜和绝缘胶带。
由于传感器具有较宽的检测范围，而且在较小外界压力作用下具有较高的灵敏度，因此，研究人员将其应用于人类肢体活动和生理状态等的监测中，结果表明输出信号与人体活动高度同步。这些优异的性能使基于MXene/PVP的电容传感器能够应用于柔性可穿戴技术中。
该研究提供了一种利用叉指电极制作高灵敏度电容传感器的新方法，在柔性电子和可穿戴健康监测中有着广阔的应用前景。（见习记者田瑞颖）
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41378-021-00327-1
来源： 中国科学报
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