O que é um sensor capacitivo?

Como alguns outros tipos de sensores (por exemplo, sensores indutivos), os sensores capacitivos funcionam sem contato físico com o objeto em estudo. Em outras palavras, esses tipos de sensores são dispositivos sem contato. Com a ajuda deles, materiais eletricamente condutivos e não condutivos podem ser detectados. Devido a essa propriedade, sensores capacitivos podem ser usados ​​em locais onde, por exemplo, sensores indutivos não são aplicáveis.

O que é um sensor capacitivo, seu dispositivo e modo de operação

Esse tipo de sensor não é muito complexo como dispositivo e geralmente consiste em:

Conchas

O estojo permite reunir todos os elementos em um. Além disso, fornece proteção confiável de elementos contra fatores externos que podem afetar sua eficácia. A carcaça do sensor capacitivo é geralmente feita de latão ou poliamida.

Conector

Esta é uma resina especial que protege os elementos sensores da umidade ou de outras substâncias nocivas.

Gatilho

O gatilho cria a potência necessária do sinal de comutação e o valor da histerese (esta é a diferença na distância antes de ligar).

LEDs

Os LEDs fornecem uma configuração rápida e indicam a posição do comutador.

Amplificador

Melhora a saída para o valor desejado.

Demodulador

O desmodulador altera as oscilações de alta frequência até a tensão mudar.

Gerador

Ele cria um campo elétrico que atua no objeto.

eletrodos

A superfície de trabalho de um sensor capacitivo é geralmente dois eletrodos que atuam como placas de capacitores conectadas ao circuito de feedback do gerador. Ele, por sua vez, está configurado para mudar seu poder à medida que se aproxima do objeto controlado.

Como resultado dessas oscilações, quando o sensor se aproxima do objeto, o gerador gera uma amplitude crescente, que é processada e cria um sinal de saída.

Sensores capacitivos são acionados por objetos eletricamente condutivos e dielétricos. À medida que o objeto condutor se aproxima, a distância de resposta se torna muito maior do que quando os objetos de teste são dielétricos (a distância da reação depende da constante dielétrica).

Usar
O uso de sensores desse tipo é extremamente grande e diversificado. Eles são amplamente utilizados em sistemas de controle de processos industriais em quase todas as indústrias.

São utilizados em sensores de estacionamento automotivo e no controle do enchimento de tanques com substâncias líquidas, a granel e gasosas, para disjuntores em linhas automáticas, para centros de máquinas, máquinas, transportadores, sistemas de alarme e outros.

Tipos de sensores capacitivos e sua aplicação

Sensores de proximidade

Atualmente, um dos sensores capacitivos mais comumente usados ​​são os sensores de proximidade, que, além de extremamente confiáveis, possuem uma ampla gama de vantagens.

Sensores desse tipo são usados ​​em quase todas as áreas, pois possuem um custo bastante razoável. Eles são usados ​​para controlar o nível de enchimento de vários contêineres, controlar a tensão, para sinalizar em caso de problemas nas linhas de produção e outros.

Sensores capacitivos para movimentos angulares e lineares

Sensores desse tipo são usados ​​em setores como engenharia, energia, transporte, construção e outros.

Inclinômetros

Os inclinômetros capacitivos são usados ​​em plataformas de petróleo em sistemas de nivelamento, para determinar a deformação de suportes, para monitorar e controlar a inclinação de estradas e ferrovias durante sua construção, para determinar a qualidade de carros, navios, elevadores, equipamentos de elevação, máquinas agrícolas para determinar o deslocamento angular de objetos rotativos, como eixos, engrenagens e mecanismos, estacionários e móveis.

Sensores de nível capacitivo

Sensores deste tipo são utilizados em sistemas de monitoramento, regulação e controle de processos nas indústrias alimentícia, farmacêutica, química e de petróleo.

Eles são extremamente eficazes ao trabalhar com líquidos, materiais a granel, substâncias viscosas condutoras e não condutoras, bem como em condições de trabalho severas em salas ou locais onde se acumula poeira ou condensação.

Os sensores capacitivos são amplamente utilizados em indústrias onde são necessárias medições precisas da pressão total, espessura de materiais dielétricos, umidade, deformações lineares e angulares e outras.

Classificação de sensores capacitivos pelo método de sua implementação

Todos os tipos de sensores capacitivos podem ser divididos em dois grupos: sensores com um e dois recipientes. Estes últimos são divididos em diferencial e semi-diferencial.

Sensores com uma capacitância têm um design simples e são capacitores com capacitância variável. Esse tipo de sensor possui várias desvantagens que incluem influências ambientais significativas, como umidade e temperatura.

A desvantagem dos sensores com um design diferencial é que eles diferem dos sensores com uma capacitância, enquanto os diferenciais têm pelo menos três fios de conexão entre o sensor e o dispositivo de medição para neutralizar os efeitos negativos da umidade e da temperatura.

No entanto, devido a essa pequena desvantagem, os sensores diferenciais aumentam significativamente sua precisão e estabilidade e, assim, expandem seu escopo.

Prós de sensores capacitivos
Comparados aos sensores ópticos, indutivos e piezoelétricos competitivos, os sensores capacitivos têm muitas vantagens, incluindo:

• facilidade de produção - são utilizados materiais baratos para a fabricação de sensores capacitivos, o que afeta o preço final do produto;
• pequeno tamanho e peso;
• Baixo consumo de energia;
• alto grau de sensibilidade;
• sem contato (eles não precisam estar perto do objeto de estudo;
• longa vida útil;

Adaptação simples do design do sensor a várias tarefas e medições.

Contras:
Algumas das maiores desvantagens dos sensores capacitivos são:

• um coeficiente de conversão (transmissão) relativamente pequeno;
• a necessidade de trabalhar em uma frequência acima de 50 Hz;
• poeira e umidade podem afetar o desempenho e o sensor pode detectar medições incorretas;
• sensibilidade à temperatura.

Os sensores capacitivos são simples de implementar, o que permite criar um design durável e confiável. Os parâmetros do capacitor dependem apenas de suas características e não dependem das propriedades dos materiais utilizados, se selecionados corretamente.

O problema de sua sensibilidade à temperatura pode ser resolvido escolhendo o material apropriado para as placas e o isolamento adequado para sua fixação. Resta apenas melhorar sua proteção contra os efeitos nocivos da poeira, umidade e radiação de íons, e esse tipo de sensor terá uma gama ainda maior de aplicações.

E finalmente, podemos resumir ...

Os sensores capacitivos usam muito pouca força mecânica necessária para mover a parte móvel, ajustar a saída do sistema e operar com alta precisão. Tudo isso torna esses sensores indispensáveis ​​para a medição precisa de elementos condutores e não condutores.

Perguntas e Respostas:

Quais são os sensores capacitivos? Capacitivo simples, capacitivo duplo. Por sua vez, são divididos em: lineares, angulares, inclinômetros, sensores de nível, transdutores de pressão.

Para que se destinam os sensores capacitivos e como funcionam? Em tais sensores, o parâmetro medido muda, devido ao qual a resistência muda. Esses sensores são usados ​​para converter valores de umidade, pressão, força mecânica, etc.

Como funciona um sensor de nível capacitivo? Em tal sensor, devido a uma mudança no nível medido, a capacitância do capacitor também muda (ela é formada pela sonda e pelas paredes do reservatório - quanto mais líquido no reservatório, maior a capacidade).