Sensores Capacitivos

Um sensor ou transdutor capacitivo é um condensador que exibe uma variação do valor nominal da capacidade em função de uma grandeza não elétrica. Uma vez que um condensador consiste basicamente num conjunto de duas placas condutoras separadas por um dielétrico, as variações no valor nominal da capacidade podem ser provocadas por redução da área frente a frente e da separação entre as placas, ou por variação da constante dielétrica do material.

Os sensores capacitivos permitem medir com grande precisão um grande número de grandezas físicas, tais como a posição, o deslocamento, a velocidade e a aceleração linear ou angular de um objeto; a unidade, a concentração de gases e o nível de líquidos ou sólidos; a força, o torque, a pressão e a temperatura; mas também detectar a proximidade de objetos, a presença de água e de pessoas, etc.

Os sensores capacitivos podem detectar objetos metálicos e não metálicos assim como produtos dentro de recipientes não metálicos. Estes sensores são usados geralmente na indústria de alimento e para verificar os níveis de fluidos e sólidos dentro de tanques. Os sensores capacitivos são mais sensíveis à flutuação da temperatura e da umidade do que o são os sensores indutivos, mas os sensores capacitivos não são tão precisos quanto os indutivos. A precisão pode variar de 10 a 15 por cento em sensores capacitivos.

Os sensores capacitivos operam baseados no princípio da capacidade eletrostática de maneira similar às placas de um capacitor. O oscilador e o elétrodo produzem um campo eletrostático (nota: o sensor indutivo produz um campo eletromagnético). O alvo (objeto a ser detectado) age como uma Segunda placa do capacitor. Um campo elétrico é produzido entre o alvo e o sensor. Como a amplitude da oscilação aumenta, há um aumento da tensão do circuito do oscilador, e o circuito de detecção responde mudando o estado do sensor (ligando-o). Um sensor capacitivo pode detectar quase qualquer tipo de objeto. A entrada do alvo (objeto) no campo eletrostático perturba o equilíbrio da corrente do circuito do sensor, causando a oscilação do circuito do elétrodo e mantém esta oscilação enquanto o alvo estiver dentro do campo.

As partes internas do sensor consistem em uma ponta capacitiva, um oscilador, um retificador de sinal, um circuito de filtragem e um circuito de saída.

- Na ausência de um alvo, o oscilador está inativo.
- A capacitância do circuito com a ponta de compensação é determinada pelo tamanho do alvo, sua constante dielétrica e distância até a ponta.
- Quanto maior o tamanho e a constante dielétrica de um alvo, mais este aumenta a capacitância. Quanto menor a distância entre a ponta e o alvo, maior a capacitância.


Sensores Capacitivos Blindados x Não-Blindados

Os sensores de proximidade capacitivos blindados são mais indicados para a detecção de materiais de constantes dielétricas baixas (difíceis de detectar), devido a seu campo eletrostático altamente concentrado. Isto permite que eles notem alvos que sensores não-blindados ignoram. Entretanto, isto também os torna mais suscetíveis à comutação falsa devido ao acúmulo de sujeira ou umidade na face ativa do sensor.

Os sensores blindados são construídos com uma faixa de metal ao redor do sensor. Isso ajuda a direcionar o campo eletrostático para frente do sensor e resulta em um campo mais concentrado.


As versões não-blindadas são equipadas com uma ponta de compensação que permite que o sensor ignore névoa úmida, poeira, pequenas quantidades de sujeira e pequenos respingos de óleo ou água que se acumulem no sensor. A ponta de compensação também torna o sensor resistente a variações da umidade ambiente. Versões não-blindadas são, portanto, uma melhor escolha para ambientes empoeirados e/ou úmidos.

As versões não-blindadas são também mais adequadas que as versões blindadas para uso com suportes plásticos para sensores, um acessório projetado para aplicações onde se faz a detecção de nível de líquido. O suporte é montado através de um furo num tanque e o sensor é inserido no receptáculo do suporte. O sensor detecta o líquido no tanque através da parede do suporte. Isto permite que o suporte sirva tanto para vedação do furo como para fixação do sensor.

Os sensores não blindados não possuem uma faixa de metal ao redor do sensor e conseqüentemente possuem um menor campo eletrostático concentrado. Muitos modelos não blindados são equipados com pontas de compensação, as quais fornecem aumento na estabilidade para o sensor. As pontas de compensação são discutidas posteriormente nessa seção.

Referências:

http://www.ufrgs.br/eng04030/Aulas/teoria/cap_07/senscapa.htm
http://s2i.das.ufsc.br/tikiwiki/apresentacoes/tecnicas-sensoreamento.pdf
http://www.engprod.ufjf.br/epd_automacao/EPD030_Sensores.pdf
http://www.ab.com/catalogs/C114-CA001A-PT-P/4capaive.pdf


Autores:
André de Lima Domingos
Emanoel Carlos de Souza Vitor