sensor capacitivo atividade pratica

Prévia do material em texto

CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
DISCIPLINA DE MATERIAIS ELETRICOS – FUNDAMENTOS DA ENGENHARIA
 SENSOR CAPACITIVO
FREDERICO M.AGUIAR
xxxxxxxxxxxxxxxx
2017
 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 fu ncionamento de um Sensor capacitivo, são nece ssárias 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 p lacas de m aterial condutor p osicionadas paralelamente e, entre elas, existe um material isolante (dielé trico). O valor da capacitância mútua é proporcional ao índice de permissividade do m aterial dielétrico, que é uma propriedade do material, e à área “A” das placa s. E é inversamente proporcional à distância “D” entre as superfícies. O Sensor capacitivo opera de forma similar ao capacitor. No entanto a capacitância dosensor é variável de acordo com a distância entre a superfície de leitura do sensor e o material a ser detectado. Também podem oc orrer mudanças na capacitância do sensor pela captação d e m aterial co ndutivo ou dielétrico. A alteração da capacitância p or f im 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 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 1 MΩ. 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 multímet ro. 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.
Um par óptico, constituído por um emissor e receptor de infravermelho, é um exemplo de um sensor digital simples, onde apenas dois estados são possíveis. Se o feixe de infravermelho atinge o receptor, teremos um nível de tensão baixo. Quando algo bloqueia o caminho do feixe, temos um nível de tensão alto. Não há um nível de tensão intermediário entre ambos. 
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 distintos 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 capacit ivos são largam ente utilizados para a d etecção de objetos de natureza m etálica ou não, tais como: Made ira, papelão, cerâm ica, vidro, plást ico, alumínio, lam inados ou granulad os, pós de n atureza m ineral como talco, cim ento, argila e etc. Os líquidos de m aneira geral são ótim os atuadores para os s ensores capacit ivos, n ão importando se são condutivos ou não , a viscosidade ou c or. Desta forma exc elentes sistemas para controle de ní veis máx imos e mínimos de líquidos ou sólidos são o btidos com a instalaçã o de um ou dois sensores, m esmo que mergulhados totalmente no produt o. Mesmo para outros f ins de detecção, ta is com o contagem de garraf as, caixas, pacotes ou peças, o sensor capacitivo dotado d e ajuste de s ensibilidade é ex tremam ente versátil, resolvendo problem as de automação, de d ifícil solução com sistem as convencionais. 
 
Vantagens 
 
Existem m uitas vantagens na sua utilizaçã o, porém as principais são: 
 
1. Funcionam em quaisquer condições de am biente (vide es pecif icações do fabrican te). 
2. Acionamento sem contato físico (existe um a distância m ínima entre o sensor e o dispositivo a 
ser detectado que é suf iciente para com utá -lo). 
3. Chaveamento eletr ônico totalm ente em estado sólido. 
4. Alta durabilidade. 
5. Manutenção prat icamenteinexisten te. 
6. Alta velocidade de com utação. 
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 e oxigenio. 
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, Industrias 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.
Referências: 
 
 
http://www.maxwellbohr.com.br/downloads/robotica/mec1000_kdr5000/tutorial_eletronica_-_aplicacoes_e_funcionamento_de_sensores.pdf 
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAei20AE/transdutores2?part=2 
http://www.mecatronica.eesc.usp.br/wiki/upload/2/2b/SEM0539_AulaLab1.pdf 
http://www.mecaweb.com.br/eletronica/content/e_sensor_capacitivo 
https://www.citisystems.com.br/sensor-capacitivo/ 
http://www.univasf.edu.br/~joseamerico.moura/index_arquivos/Instrument20151/Instrument_Aula_Sensores_20151.pdf 
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/eletronica/52-artigos-diversos/4359-art1174