Sensores
Capacitivos
Jaime Benavides Oscar Alvarez Jaime Flores Carlos Monroy Gilberto Vargas
Sensores Capacitivos
Un sensor capacitivo es un tipo de sensor eléctrico el
cual reacciona ante metales y no metales.
Los sensores capacitivos son interruptores electrónicos
que trabajan sin contacto. Estos sensores aprovechan
el efecto que tienen los materiales como el papel,
vidrio, plástico, aceite, agua, así como de los metales,
de aumentar la capacidad del sensor cuando se
Funcionamiento
Los sensores capacitivos constan de un
condensador que genera un campo eléctrico. Este condensador forma parte de un circuito resonador, de manera que cuando un objeto se acerca a este campo, la capacidad aumenta y el circuito empieza a resonar
Un condensador en su forma tradicional se
compone de dos placas de electrodo y un dieléctrico, un medio no conductivo, o bien, sólo de conductibilidad débil.
La capacidad C = ε (A/d) A= Superficie
d= distancia
ε = la constante dieléctrica ε = (ε0 × εr).
ε0= constante dieléctrica absoluta del vacío. εr= es la constante dieléctrica del material
Los elementos de trabajo del sensor son:
sonda capacitiva de
detección
un oscilador
un rectificador de señal
un circuito de filtrado
Entre un electrodo "activo" y uno puesto a tierra , se crea un campo electrostático disperso. Para
contrarrestar las influencias que pueda ocasionar la humedad, se suele disponer un tercer electrodo
Capacitancia del Sensor
La capacitancia de la sonda de detección
viene condicionada por el tamaño del objeto
a detectar, por la constante dieléctrica y por
la distancia de este al sensor. A mayor
tamaño y mayor constante dieléctrica de un
objeto, mayor el incremento de la
capacitancia. A menor distancia entre el
objeto y sensor, mayor el incremento de
capacitancia de la sonda por parte del
objeto.
Oscilador
En ausencia de objetos el oscilador se
encuentra inactivo. Cuando se aproxima
un objeto, el oscilador aumenta la
capacitancia del condensador que hace
de detector. Al superar la capacitancia
un umbral predeterminado se activa el
oscilador, el cual dispara el circuito de
salida para que cambie entre encendido
y apagado.
Rectificador de señal y circuito
de disparo
Si un objeto o un medio irrumpen en la zona activa de conmutación, la capacitancia del circuito resonante se altera. Al aumentar la capacidad, la corriente en el circuito oscilador también aumenta. El rectificador simplemente convierte la señal alterna en continua. Cuando esta señal alcance un determinado valor,
actuara el circuito disparador que controla si a señal proveniente del rectificador corresponde al nivel de referencia necesario para conmutar el dispositivo de salida.
Identificación de Materiales
Para el sensado de materiales de alta
constante dieléctrica (agua, metales,
aceite, combustible, azúcar, papel), no es
necesario el contacto físico de los
materiales con el sensor. Para los
materiales plásticos y de baja densidad es
necesario realizar un ajuste cuidadoso, ya
que al ser materiales de baja constante
dieléctrica, son de difícil detección.
Objetivo Estándar y la
constante dieléctrica
Los objetivos estándar son especificado
para cada sensor capacitivo.
El objetivo estándar se define
normalmente como metal o agua.
Mientras más grande es la constante
dieléctrica de un material es más fácil de
detectar.
La gráfica 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 (Sr)
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 de 85% de la distancia nominal, o sea 8.5mm
Límites de la
Sensibilidad.-
El valor límite reproducible del cambio de
capacidad es de 0.1 pF, es por eso que los
sensores capacitivos no tienen
dimensiones tan pequeñas como los
inductivos. El sensor capacitivo debe tener
por lo menos una superficie de 1 cm^2.
Aplicaciones
Estos sensores se emplean para la identificación de objetos, para funciones contadoras y para toda clase de controles 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.
Se denomina dieléctrico al material mal conductor de electricidad, por lo que puede ser utilizado como aislante eléctrico, y además si es sometido a un campo eléctrico externo, puede establecerse en él un campo eléctrico interno, a diferencia de los materiales aislantes con los que suelen
Pantallas Capacitivas
-Capa conductiva uniforme sobre el vidrio (óxido de indio yestaño, que conduce una corriente eléctrica a través del sensor.
-En las esquinas se aplica un voltaje y se adquiere una carga eléctrica
-Cuando el sensor cambia de capacitancia los circuitos en cada esquina miden la distorsión de la capacitancia en
comparación a la onda senoidal de referencia y manda los datos a un controlador
-El cuerpo humano tiene capacitancia
-Al tocar la pantalla hay una variación o distorsión en la capacitancia captada por el sensor.
-Esta variación depende el punto donde toquemos la pantalla (si la tocamos al centro la variación de la carga sera la misma en las cuatro esquinas
Aplicaciones
Sensor de humedad
En esta ocasión el dieléctrico, por ejemplo el aire, cambia su
permitividad con respecto a la humedad del ambiente. El sensor puede detectar estos cambios y producir una señal.
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 capacitancia
Permitividad(Constante Dialectrica): es una constante física que describe como un campo eléctrico afecta y es afectado por un medio. Gracias a esto se puede variar la capacitancia.
Aplicaciones
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
Ventajas y Desventajas
Ventajas.-Detecta prácticamente todos los materiales.
Buena confiabilidad, no produce el efecto de rebote, no tienen
desgaste en los contactos.
Mayor velocidad de accionamiento que la de los sensores inductivos. La suciedad no tienen gran influencia.
Sin contacto
Indicador de funcionamiento LED
Detección de objetos a través de determinados materiales no
metálicos
Desventajas.- Más caros que los sensores inductivos.
No poseen una distancia de detección tan grande como los sensores
Normativa
NEMA
TIPO 1: Propósito general. Envolvente destinada a prevenir de contactos accidentales con los aparatos.
TIPO 2: Hermético a gotas. Previene contra contactos 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
contactos 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 ; éste se compone de dos dígitos:
El primero indica la protección contra sólidos. El segundo indica la protección contra el agua.
