Princípio de funcionamento do sensor capacitivo

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Princípio de funcionamento do sensor capacitivo
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Resumo: O capacitor é um componente capaz de armazenar energia potencial elétrica e carga elétrica. Sensores capacitivos podem ser utilizados nos mais variados tipos processos, são capazes de monitorar e detectar a presença de pós, concentração de gases, objetos e produtos de natureza orgânica e mineral, metais e não metais, sólidos e líquidos, mesmo quando totalmente submersos no produto. O avanço da tecnologia tem favorecido a utilização das técnicas de sensoriamento capacitivo aumentando ainda mais as possibilidades de aplicações.
Palavras chave: Sensores, capacitância, composição.
 
 DESENVOLVIMENTO SE SEGUE: 
 
1- Princípio de funcionamento? 
2 - Quais tipos de objetos ou meios os sensores capacitivos são capazes de detectar? 
3 - Tipos de aplicações dos sensores capacitivos? 
 4 - Vantagens de utilizar o sensor capacitivo?
Introdução
Introdução 
 
 
De modo literal, podemos descrever a palavra sensor como “aquilo que sente”. Na eletrônica, um sensor é conhecido como qualquer componente ou circuito eletrônico que permita a análise de uma determinada condição do ambiente, podendo ela ser algo simples como temperatura ou luminosidade; uma medida um pouco mais complexa como a rotação de um motor ou a distância de um carro até algum obstáculo próximo ou até mesmo eventos distantes do nosso cotidiano, como a detecção de partículas subatômicas e radiações cósmicas. Hoje em dia existe uma grande diversidade de aplicações que utilizam sensores capacitivos, de forma discreta ou integrada. Por exemplo, são bastante comuns os sensores capacitivos de pressão, (caso dos microfones), de aceleração, de fluxo de gases ou líquidos, de umidade, de compostos químicos como o monóxido de carbono, dióxido de carbono, azoto, de temperatura, de vácuo, de nível de líquidos, de força, de deslocamento, etc., uns detectando as variações na espessura do dielétrico, outros na constante dielétrica. A detecção da variação da capacidade é geralmente efetuada 
através da medição da carga acumulada, por exemplo através da aplicação de uma tensão constante, ou então indiretamente através da variação da frequência de oscilação ou da forma de onda à saída de um circuito, do qual o sensor é parte integrante. Os sensores podem ser classificados como um tipo de transdutor. Um transdutor é um componente que transforma um tipo de energia em outro. Um motor, por exemplo, é um tipo de transdutor, pois converte energia química ou elétrica em energia mecânica. Um alto-falante também é um transdutor, já que ele transforma energia elétrica em som. Porém, um sensor pode ser definido como um transdutor específico, que transforma algum tipo de energia (luz, calor, movimento) em energia elétrica, utilizada para a leitura de alguma condição ou característica do ambiente. 
Desenvolvimento
 
Funcionamento e construção do Sensor capacitivo
Antes de entender o funcionamento de um Sensor capacitivo, são necessárias algumas definições. Capacitância é a capacidade de um material de armazenar carga elétrica. No campo da eletrônica, este princípio é geralmente associado ao dispositivo armazenador de energia chamado capacitor. 
Para melhor entendimento, considere um capacitor de placas paralelas. Este tipo de capacitor possui duas placas de material condutor posicionadas paralelamente e, entre elas, existe um material isolante (dielétrico). O valor da capacitância mútua é proporcional ao índice de 
permissividade do material dielétrico, que é uma propriedade do material, e à área “A” das placas. E é inversamente proporcional à distância “D” entre as superfícies. O Sensor capacitivo opera de forma similar ao capacitor. No entanto a capacitância do sensor é variável de acordo com a distância entre a superfície de leitura do sensor e o material a ser detectado. Também podem ocorrer mudanças na capacitância do sensor pela captação de material condutivo ou dielétrico. A alteração da capacitância por fim representa uma variação no sinal elétrico emitido pelo dispositivo. 
Por exemplo, quando um LDR, um dispositivo cuja resistência varia de acordo com a luminosidade, é submetido a uma luz cada vez mais intensa, pode-se verificar que sua resistência diminuirá gradativamente. Utilizando um circuito divisor de tensão, podemos fazer com que através dessa variação da resistência, haja uma variação na tensão.
A aplicação mais conhecida do LDR é, sem dúvida, na iluminação pública, onde ele é 
A aplicação mais conhecida do LDR é sem dúvida, na iluminação pública, onde ele é utilizado para que, de acordo com a claridade do ambiente, sejam acionadas ou desligadas as lâmpadas automaticamente, sem que haja a necessidade de alguém para controlá-las. Os LDRs são também utilizados em câmeras para medir o nível de luz do ambiente, permitindo assim o controle do tempo de exposição para a captura de uma boa imagem. Utilizações menos usuais desses componentes foram em mísseis que seguem o calor emanado pelos aviões e em detectores de radiação infravermelha para pesquisas astronômicas. 
O LDR não tem pinagem, ou seja, podemos ligar seus terminais de qualquer forma. Ele é representado em esquemas eletrônicos com o seguinte símbolo. 
 
 
Os LDRs são compostos por sulfeto de cádmio (CdS), um material semicondutor, que é disposto num traçado onduloso na superfície do componente. Esse material tem a propriedade de diminuir sua resistência à passagem da corrente elétrica quando a luminosidade sobre ele aumenta. Com o auxílio de um multímetro, podemos verificar facilmente como ocorre esse fato. Num ambiente escuro, sua resistência será alta, podendo chegar a valores altos, próximos ou até superiores a 1MΩ. Mas se aumentarmos gradativamente a intensidade da luz que incide sobre ele, podemos verificar que sua resistência cairá, podendo chegar a valores próximos de 1 kΩ. Esses valores, no entanto, dependem de vários fatores, como o componente utilizado, a quantidade de luz no ambiente e o próprio multímetro. Já os sensores digitais baseiam-se em níveis de tensão bem definidos. Tais níveis de tensão podem ser descritos como Alto (High) ou Baixo (Low), ou simplesmente “1” e “0”. Ou seja, esses sensores utilizam lógica binária, que é a base do funcionamento dos sistemas digitais. Ao contrário de um sensor analógico, onde os valores possíveis são teoricamente infinitos, um sensor digital poderá apenas alternar entre certos estados bem definidos, não sendo possível haver um valor intermediário entre eles. Existem, porém, sensores digitais mais complexos. Enquanto que um sensor digital simples apenas indica se está acionado ou não, os modelos mais complexos podem alternar entre várias respostas distintas respondendo de forma mais elaborada, enviando valores binários mais complexos. Eles comunicam-se com outros sistemas de forma mais complexa, podendo enviar informações como temperatura ou aceleração, por exemplo.
Utilização
Os sensores capacitivos são largamente utilizados para a detecção de objeto de natureza metálica ou não, tais como: Madeira, papelão, cerâmica, vidro, plástico, alumínio, laminados ou granulados, pós de natureza mineral como talco, cimento, argila e etc. 
Os líquidos de maneira geral são ótimos atuadores para os sensores capacitivos, não importando se são condutivos ou não, a viscosidade ou c or. Desta forma excelentes sistemas para controle de níveis máximos e mínimos de líquidos ou sólidos são obtidos com a instalação de um ou dois sensores, m esmo que mergulhados totalmente no produto. 
Mesmo para outros fins de detecção, tais com o contagem de garrafas, caixas, pacotes ou peças, o sensor capacitivo dotado de ajuste de sensibilidade é extremamente versátil, resolvendo problemas de automação, de difícil solução com sistemas convencionais.
Veja abaixo alguns tipos de aplicações:
·        Controle de nível;
·        Detectar o conteúdo de caixas em linha de produção;
·        Controle do nívelde grãos em silos;
·        Monitorar a concentração do pó de arroz em silos;
·        Contagem de garrafas, cheias ou vazias, em linha de produção;
·        Identificar falha no envaze de produtos embalados em frascos de plástico;
·        Medidores de posicionamento com alta precisão;
·        Medidores de espessura;
·        Identificar a composição de materiais com base na permissividade;
·        Identificar posicionamento de fim de curso;
·        Contadores em linhas de produção;
·        Medição de umidade relativa;
·        Analise de óleo mineral, de soja, entre outros;
·        Sensores de pressão (utilizado na fabricação de microfones) e
·        Monitoramento da concentração de gases.
O avanço da tecnologia tem favorecido a utilização das técnicas de sensoriamento capacitivo aumentando ainda mais as possibilidades de aplicações e nos mais variados produtos, como exemplo, telas e painéis táteis facilmente identificados em televisores, monitores de vídeo, computadores, tablets e smartphones.
Vantagens
Existem muitas vantagens na sua utilização, porém as principais são: 
1. Funcionam em quaisquer condições de ambiente (vide especificações do fabricante). 
2. Acionamento sem contato físico (existe um a distância mínima entre o sensor e o dispositivo a ser detectado que é suficiente para comutá -lo). 
3. Chaveamento eletrônico totalmente em estado sólido. 
4. Alta durabilidade. 
5. Manutenção praticamente inexistente. 
6. Alta velocidade de comutação. 
7.  Detectam objetos e materiais líquidos, sólidos, gasosos, metais e não metais;
8.  Capazes de detectar materiais ou objetos através de outros;
9. Detectam objetos com dimensões reduzidas;
10. Possui diversas configurações que facilitam a montagem;
11. Alta resolução e precisão na diferenciação dos materiais;
12. Acionamento sem contato físico;
13. Excelente MTBF.
Vários são os sensores:
 
Sensores de presença
 
• chaves de fim de curso 
• sensores ópticos 
• sensores ultra-sônicos 
• sensores magnéticos 
• sensores indutivos 
• sensores capacitivos 
Sensores de deslocamento e velocidade
• potenciômetros 
• LVDTs 
• transformadores rotativos 
• encoders 
• tacômetros ou tacogeradores 
• extensômetros (strain gauges) 
 
Sensores de proximidade
 
• sensores indutivos 
• sensores capacitivos 
 
Sensores de aceleração
 
• sensores piezoelétricos (acelerômetros)
 
Sensores de força, torque e pressão
 
• extensômetros (strain gauges) 
• sensores piezoelétricos 
Sensores de temperatura
 
• termo-resistores 
• termistores 
 
Sensores de vazão
 
• tubo de Pitot 
• anemômetros 
• termopares 
• pirômetros 
 
Sensores de campo magnético
 
• sensores de efeito Hall PH Humidade Oxigênio 
 
Conclusão
 
Os sensores capacitivos são encontrados numa infinidade de aplicações práticas. Podemos utilizá-los no sensoriamento direto de presença, movimento, composição química, campo elétrico, etc. De forma indireta podemos utilizá-los no sensoriamento de qualquer grandeza que possa ser convertida em movimento ou em constante dielétrica. 
É largamente empregado na indústria em: Máquinas operatrizes, Injetoras de plástico, Máquinas para madeira, Máquinas de embalagem, Linhas transportadoras, Industriais automobilística, Indústria de frascos de vidro, indústria de medicamentos e etc.; e para a solução de problemas gerais de automatização. A utilização de sensores é algo essencial no mundo moderno. Seja para controlar processos industriais, monitorar condições climáticas e ambientais ou simplesmente facilitar procedimentos da vida cotidiana, podemos encontrá-los em diversas situações. 
A utilização de sensores é algo muito interessante, pois possibilita que circuitos eletrônicos tenham contato com o ambiente em que se encontram e realizem ações de acordo com determinadas informações provenientes dos sensores.
	
 
 
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