Sensores Digitais - Capacitivos

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English version - Versão em Inglês

Continuando com as informações sobre sensores digitais, será abordado a seguir o sensor do tipo capacitivo.



Sensor capacitivo

Diferentemente do sensor indutivo, que funciona com base na formação de um campo eletromagnético e é usado para detecção de peças ou partes metálicas, o capacitivo funciona segundo um campo elétrico e é ideal para detectar materiais isolantes (líquidos, plásticos, vidros, entre outros).

Para se entender melhor seu princípio de funcionamento, devem ser relembrados alguns conceitos básicos sobre os capacitores.

A capacidade de armazenar cargas de um capacitor pode ser expressa pela fórmula:

Onde:

e - constante dielétrica ou permissividade do meio

S – área das placas do capacitor

d – distância entre as placas

Conclui-se, então, que a capacitância de um capacitor é diretamente proporcional a área formada entre as placas e a constante dielétrica, e inversamente à distância entre elas.

Como referência temos o ar como constante dielétrica, sendo e0 = 1. É bom lembrar que este valor é uma referência, e que dizer que "1" é igual a 8,9 x 10 ^-12F/m (Faraday/metro).

A seguir, temos uma tabela (1) para o valor de e dos materiais mais comuns. Quando atribui-se 2 à madeira, por exemplo, significa que, fisicamente, ela apresenta 17,8 x 10 ^-12F/m (2 x eo).

Material	er	Material	er	Material	er	Material	er
Álcool	25,8	Vácuo, ar	1	PVC	2,9	Madeira	2
Ar	1	Papel	2,3	Cristal de quartzo	3,7	Vidro	5
Araldite	3,6	Petróleo	2,2	Areia de silício	4,5	Óleo de trafos	2,2
Baquelite	3,6	Plexiglás	3,2	Polietileno	2,3	Porcelana	4,4
Isol. cabo	2,5	Poliamida	5	Teflon	2	Papel parafinado	4
Celulóide	3	Polipropileno	2,3	Aguarrás	2,2	Mica	6
Vidro	5	Polistirol	3	Água	80	Mármore	8

Tabela 1 – Constante dielétrica de alguns materiais

A detecção do objeto neste tipo de sensor ocorre segundo uma variação da capacitância. Conforme descrito anteriormente, a capacitância depende depende de três variáveis, mas, no sensor capacitivo, duas delas já são fixadas e determinadas na concepção do dispositivo (S e d).

A Figura 1 mostra que a diferença fundamental entre o sensor capacitivo e o capacitor convencional é que as placas não estão uma de frente para a outra, mas sim uma ao lado da outra. A área e a distância entre elas é fixa, e como as placas estão dispostas segundo esta geometria, a capacitância do elemento na ausência de um material dielétrico pode ser considerada desprezível.

Quando um objeto dielétrico se aproxima da face sensora, entra no campo elétrico e causa uma mudança na capacitância do conjunto.

Este fenômeno produz uma oscilação com uma amplitude tal que seja detectada por um circuito eletrônico e convertida em um comando para a comutação do estado da saída (0 para 1 ou 1 para 0) (Figura 2).

Figura 1 – Placas do capacitor utilizado no sensor capacitivo

Figura 2 – Ilustração de um objeto dielétrico entrando no campo elétrico formado no sensor

Resumindo, o sensor capacitivo funciona de acordo com a variação das características elétricas do meio, parâmetro este que variará de acordo com a constante dielétrica do material a ser detectado, de maneira que esta alteração de características elétricas (capacitância) aciona um comando de chaveamento na saída.