Capacitivos

εo= constante dieléctrica del vacío INTRODUCCION Un condensador esta formado por dos placas y un dieléctrico, donde: Capacitivos la capacidad C es función de la geometría del conductor, el material del dieléctrico. Por ejemplo, para un condensador de placas planas y paralelas se tiene: εo= constante dieléctrica del vacío

–Detección de pequeños desplazamientos (hasta 10-10 mm) INTRODUCCION Detectan la variación de la capacidad de un condensador en respuesta a la variación de alguna magnitud física: –Detección de pequeños desplazamientos (hasta 10-10 mm) – Fácilmente integrables en silicio. – Muy estables en entornos hostiles. – Bajo consumo. Aplicaciones: • Detectores de presencia • Medidas de desplazamiento, presión, nivel y aceleración (integrados en Silicio) Capacitivos

Geometrías Básicas Capacitivos

Condensador de Placas Planas Paralelas Capacitivos

Alimentación en Alterna Señal Modulada en Amplitud ACONDICIONAMIENTO Divisores de Tensión Puentes de Impedancia Alimentación en Alterna Señal Modulada en Amplitud Detección del valor pico Detección del valor eficaz Obtención del valor medio después de rectificar… Capacitivos

ACONDICIONAMIENTO Por división de tensión: Capacitivos Si Zp=Zo Es no lineal

C1 variable, C2 referencia → vo es lineal con A Amplificador de Alterna Capacitivos C1 variable, C2 referencia → vo es lineal con A C2 variable, C1 referencia → vo es lineal con x

Amplificador de Alterna La solución más directa es emplear cómo circuito básico de medida de la capacitancia el amplificador de alterna de la figura. Éste acondicionamiento puede utilizarse para obtener una salida lineal con la variación del área de las placas o con la distancia de separación entre ellas. En el primer caso C1 es la capacitancia que experimenta la variación del área de las placas y C2 una capacitancia de referencia. Capacitivos En el segundo caso C1 es el condensador de referencia y C2 el que varía la distancia entre placas. La resistencia paralelo R permite la circulación de las corrientes de polarización del operacional. El valor de esta resistencia no es critico; debe ser suficientemente alta para poder considerarla infinita al obtener la expresión de salida Vs. En la practica su valor debe ser del orden de 100 veces Z2

Si C1 y C2 son condensadores diferenciales: Puente de Alterna Capacitivos Si C1 y C2 son condensadores diferenciales: Los cambios en la capacitancia de los sensores capacitivos pueden ser medidos empleando puentes de alterna. Estos puentes son, cómo veremos, especialmente atractivos en el caso del condensador diferencial.

La figura muestra el caso de un puente en el que se disponen los condensadores C1 y C2 en ramas adyacentes, estando ocupadas las otras dos ramas por resistencias de igual valor. Capacitivos Si la salida del puente se detecta con un circuito de alta impedancia de entrada (mediante un amplificador de instrumentación), la relación entre la salida del puente y el desplazamiento es lineal. La estructura en puente aporta una ventaja adicional, ya que cualquier cambio que se produzca de forma simultánea en las ramas adyacentes (por ejemplo, interferencias externas, derivas térmicas, etc.) se cancela.

Puente de Alterna con Transformador Capacitivos C1 y C2 son condensadores diferenciales. Se elimina las capacidades parásitas de las resistencias.

INTERFERENCIAS Las interferencias capacitivas consiste en que entre cada conductor existen condensadores parásitos. Una solución en este caso es apantallar el cable para llevar todos los posibles contactos a tierra. Capacitivos

Oscilador de Frecuencia Variable En muchas ocasiones el sensor capacitivo forma parte de un circuito oscilador, en el que las variaciones en la capacitancia provocan una variación en la frecuencia de oscilación. Existen diferentes soluciones para implementar el circuito oscilador. Capacitivos La figura muestra un oscilador RC, con ciclo de trabajo del 50%, a base del CI 555 en su versión CMOS de bajo consumo.

Detector de proximidad Los sensores de proximidad capacitivos se basan en los cambios del campo eléctrico entre placas que genera la cercanía de cualquier objeto. Capacitivos El detector crea un campo eléctrico La entrada de un objeto altera el campo provocando la detección.

Detector de proximidad Detectan la presencia de objetos próximos, tanto metálicos como no metálicos. Capacitivos

Estructura Interna Capacitivos La superficie de sensado del sensor esta formada por dos electrodos concéntricos de metal de un capacitor. Cuando un objeto se aproxima a la superficie de sensado y éste entra al campo electrostático de los electrodos, cambia la capacitancia en un circuito oscilador. Esto hace que el oscilador empiece a oscilar. El circuito disparador lee la amplitud de la Oscilación y cuando llega a cierto valor la salida cambia. Cualquier material con una εr>2 será detectado.

Objetivo Estándar y Constante dieléctrica Capacitivos La grafica muestra la relación de las constantes dieléctricas de un objetivo y la habilidad del sensor de detectar el material basado en la distancia nominal de sensado.

Tabla de Constantes dieléctricas para algunos materiales Capacitivos

Ejemplo de Constante Dieléctrica Si un sensor capacitivo tiene una distancia de sensado nominal de 10mm y el objetivo es alcohol, la distancia efectiva de sensado es aproximadamente el 85% de la distancia nominal, es decir 8.5mm. Capacitivos

Ventajas: – Detección de sólidos o líquidos, con o sin metal. – Pueden “ver” a través de ciertos materiales (cajas). – Larga vida útil ya que no tiene desgaste. – Muchas configuraciones de montaje Capacitivos Desventajas: – Distancia de sensibilidad muy corta (2,5cm o menos), variando en función del material del objeto a detectar. – Muy sensible a factores ambientales (la humedad puede afectar a su salida).

Algunos ejemplos de aplicación. Control de nivel de llenado de sólidos en un recipiente. Capacitivos Detección de fluidos en contenedores tal como leche en potes de cartón. Detección a través de barreras como el Plástico.

Aplicaciones