Informe Sensor Capacitivo 4p289

SENSOR CAPACITIVO

INTRODUCCIÓN

1. DEFINICIÓN SE SENSOR CAPACITIVO. 2. FUNCIONAMIENTO DE SENSOR CAPACITIVO. 3. DIFERENCIA ENTRE SENSOR CAPACITIVO E INDUCTIVO. 4. APLICACIONES DE SENSOR CAPACITIVO. 4.1. 4.2. 4.3.

DETECCIÓN DE NIVEL. SENSOR DE HUMEDAD. DETECCIÓN DE POSICIÓN.

5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE SENSOR CAPACITIVO. 6. TABLA DE CONSTANTE DIELECTRICA. 7. SENSOR CAPACITIVOS BLINDADOS Y NO BLINDADOS. 8. SIMBOLOGÍA Y CLASES DE PROTECCIÓN DE SENSOR CAPACITIVO. 9. LOS PRINCIPALES SENSORES CAPACITIVOS. 9.1. 9.2. 9.3.

SENSOR DE CONDENSADOR VARIABLE. SENSOR DE CONDENSADOR DIFERENCIAL. SENSOR DE DIODOS DE CAPACIDAD VARIABLE.

INTRODUCCIÓN Los sensores capacitivos son un tipo de sensor eléctrico que reacciona ante variaciones en la capacidad de un capacitor. Por lo tanto pueden ser utilizados para medir cualquier parámetro que, al variar, modifique la capacidad de un capacitor. La variación en dicha capacidad, va a provocar un cambio en la corriente y las tensiones del circuito que tiene al Capacitor entre sus componentes. Entonces midiendo, por ejemplo, la tensión en bornes del capacitor, podemos ver como varía el parámetro que queríamos medir.

1. DEFINICIÓN SE SENSOR CAPACITIVO. Los sensores capacitivos se utilizan para la detección de una gran cantidad de materiales, la distancia de detección no es tan grande como en los sensores ópticos.

2. FUNCIONAMIENTO DE SENSOR CAPACITIVO. Los sensores capacitivos detectan los objetos (metales, no metales, líquidos o sólidos) creando un campo eléctrico que varía según la constante dieléctrica del objeto que se acerca al sensor. La capacitancia de la sonda de detección del sensor varia, también de acuerdo a la distancia y al tamaño del objeto. Es importante resaltar que los detectores capacitivos tienen un potenciómetro que permite cambiar los parámetros del oscilador de tal forma que se pueda ajustar la sensibilidad. La figura muestra un sensor capacitivo con todas sus partes.

3. DIFERENCIA ENTRE SENSOR CAPACITIVO E INDUCTIVO. El sensor capacitivo crea un campo eléctrico el cual al ser interrumpido cambia de estado, es por eso que puede detectar cualquier material sea o no sea magnético. El sensor inductivo sirve para detectar solo metales los cuales tienen propiedades magnéticas ya que este tipo de sensor produce un campo magnético el cual al ser interferido por el metal cambia su estado.

4. APLICACIONES DE SENSOR CAPACITIVO.

Estos sensores se emplean para la identificación de objetos, para funciones contadoras y para toda clase de control de nivel de carga de materiales sólidos o líquidos. También son utilizados para muchos dispositivos con pantalla táctil, como teléfonos móviles o computadoras ya que el sensor percibe la pequeña diferencia de potencial entre membranas de los dedos eléctricamente polarizados de una persona adulta. 4.1.

DETECCIÓN DE NIVEL. En esta aplicación, cuando un objeto (líquidos, granulados, metales, aislantes, etc.) penetra en el campo eléctrico que hay entre las placas sensor, varía el dieléctrico, variando consecuentemente el valor de capacidad.

4.2.

SENSOR DE HUMEDAD. El principio de funcionamiento de esta aplicación es similar a la anterior. En esta ocasión el dieléctrico, por ejemplo el aire, cambia su permitividad con respecto a la humedad del ambiente.

4.3.

DETECCIÓN DE POSICIÓN. Esta aplicación es básicamente un condensador variable, en el cual una de las placas es móvil, pudiendo de esta manera tener mayor o menor superficie efectiva entre las dos placas, variando también el valor de la capacidad, y también puede ser usado en industrias químicas, pero como sabemos este tipo de aplicación no suele ser lo correcto.

5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE SENSOR CAPACITIVO.

VENTAJAS 

  

Detectan objetos metálicos y no metálicos, así como líquidos y sólidos. Pueden ver a través de ciertos materiales. Son de estado sólido y tienen una larga vida útil. Disponen de muchas configuraciones de montaje.

DESVENTAJAS 





Distancia de detección corta (1 pulgada o menos) que varía en función del material detectado. Son muy sensibles a factores ambientales: La humedad en climas costeros o lluviosos puede afectar el resultado de la detección. No son selectivos con respecto al objeto detectado: es esencial controlar que es lo que se aproxima al sensor.

6. TABLA DE CONSTANTE DIELECTRICA.

La tabla muestra las constantes dieléctricas (abreviadas como DC) de varios materiales.

7. SENSOR CAPACITIVOS BLINDADOS Y NO BLINDADOS. Sensores Sin Blindaje.- No tienen banda metálica; no obstante, cuentan con una distancia de operación mayor y tienen la capacidad de sensar lateralmente:

Sensores Blindados.Incluyen una banda de metal que rodea al núcleo de ferrita y a la bobina. Esto ayuda a dirigir el campo electromagnético a la parte frontal del sensor.

8. SIMBOLOGÍA Y CLASES DE PROTECCIÓN DE SENSOR CAPACITIVO. SIMBOLOGIA SENSORES DE 2 HILOS.

SENSORES DE 3 HILOS.

SENSORES DE 4 HILOS.

PROTECCIÓN DE CAPACITIVO

SENSOR

Normativa La normativa a la que se ajustan los sensores capacitivos es la misma que los sensores inductivos. Las normas referentes a los tipos o grados de protección son: NEMA

:



TIPO 1: Propósito general. Envolvente destinada a prevenir de os accidentales con los aparatos.



TIPO 2: Hermético a gotas. Previene contra os accidentales que pueden producirse por condensación de gotas o salpicaduras.



TIPO 3: Resistencia a la intemperie. Para instalación en el exterior.



TIPO 3R: Hermético a la lluvia.



TIPO 4: Hermético al agua. Protege contra chorro de agua.



TIPO 5: Hermético al polvo.



TIPO 6: Sumergible en condiciones especificadas de presión y tiempo.



TIPO 7: Para emplazamientos peligrosos Clase I. El circuito de ruptura de corriente actúa al aire.



TIPO 8: Para emplazamientos peligrosos Clase I. Los aparatos están sumergidos en aceite.



TIPO 9: Para emplazamientos peligroso Clase II y funcionamiento intermitente.



TIPO 10: A prueba de explosión.



TIPO 11: Resistente a ácidos o gases.



TIPO 12: Protección contra polvo, hilos, fibras, hojas, rebose de aceite sobrante o refrigerante.



TIPO 13: Protección contra polvo. Protege de os accidentales y de que su operación normal no se interfiera por la entrada de polvo

DIN

:

La norma DIN 40 050 establece la grado de protección IP; éste se compone de dos dígitos: 

El primero indica la protección contra sólidos.



El segundo indica la protección contra el agua.

9.

LOS PRINCIPALES SENSORES CAPACITIVOS. 9.1.

SENSOR DE CONDENSADOR VARIABLE. 9.1.1. CONDENSADORES DE PLACAS PLANAS PARALELAS

La capacidad C depende del área A de las placas, de la distancia d entre ellas y de la constante dieléctrica ε (permitividad) del aislante, y viene dada por la expresión:

en la cual εo = 8,85 pF/m es la permitividad del vacío. La impedancia Z del condensador es:

Según se mida la impedancia o la itancia y en función del parámetro que se modifica, los sensores de condensador plano son o no lineales. Si se mide la itancia (proporcional a la capacidad C) se obtiene: - Un sensor no lineal si se hace variar la distancia x entre las placas. - Un sensor lineal si se modifica el área A de las placas. - Un sensor lineal si se modifica la constante dieléctrica ε.

Es usual que existan condensadores con dos o más dieléctricos:

La εr del aire se considera igual que la del vacío “1”. La εr del agua pura varía con la temperatura y su valor es: εr = 88 a 0ºC y εr = 55,33 a 100ºC. Dicha diferencia se puede utilizar para medir el nivel de agua de un depósito, el grado de humedad o la temperatura ambiental. Si el dieléctrico es un material ferroeléctrico y su temperatura es superior a la temperatura de Curie, la εr es proporcional al recíproco de la temperatura, de acuerdo con la expresión:

en la cual T es la temperatura del dieléctrico, Tc es la temperatura de Curie y k es una constante. En este caso, la variación de la temperatura produce un cambio de la capacidad del condensador 9.1.2. CONDENSADORES CILINDRICOS (COAXIALES). La capacidad C depende de los radios interno r1 y externo r2 de las dos placas del condensador, de la altura de las mismas y de la constante dieléctrica ε del material aislante colocado entre ellas, y su valor se obtiene mediante la expresión:

El empleo como sensor de un condensador variable tiene algunas limitaciones: 1ª limitación: No siempre se pueden despreciar los efectos de los bordes. 2ª Limitación: El aislamiento entre las placas debe ser elevado y constante 3ª Limitación: Existencia de interferencias capacitivas debido a que solo se puede poner a masa una de las dos placas. 4ª Limitación: Apantallamiento de los cables 5ª Limitación: La posición relativa entre los conductores del cable y el dieléctrico

9.2.

SENSORES DE CONDENSADOR VARIABLE DIFERENCIAL.

Un condensador diferencial está formado por dos placas metálicas fijas entre las que se puede desplazar paralelamente otra placa de tal modo que forman dos condensadores variables que experimentan el mismo cambio de su capacidad pero en sentidos opuestos. Mediante un circuito de acondicionamiento adecuado que proporcione una tensión de salida en función de la diferencia de capacidades se obtiene una salida lineal y un aumento de la sensibilidad.

9.3.

SENSOR DE DIODOS DE CAPACIDAD VARIABLE

FUNDAMENTO. La unión P- N se comporta como un condensador de placas planas paralelas separadas por la zona de transición, cuando se la polariza inversamente. La anchura de la zona de transición depende del valor de la tensión inversa que se aplica a la unión. Se modifica de esta forma la capacidad del condensador. Los diodos que utilizan este principio se denominan varactores y se les conoce también por su denominación inglesa de Varicap (VARIable CAPacitor). Este tipo de sensor se utiliza para desarrollar equipos de radio de sintonía automática mediante un microcontrolador.