Atividade Prática Materiais Elétricos

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER 
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA 
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
DISCIPLINA DE MATERIAIS ELÉTRICOS – FUNDAMENTOS DA 
ENGENHARIA 
 
 
 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO SENSOR CAPACITIVO 
 
 
 
 
LUCIANO BARBOSA MOREIRA 
PROF. FREDERICO MARIANO AGUIAR 
 
 
 
 
 
 
 
 
ASSIS - SP 
2017 
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SUMÁRIO 
 
 
RESUMO ............................................................................................................................. 2 
1 INTRODUCAO ............................................................................................................ 3 
1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .............................................................................. 4 
2 METODOLOGIA ........................................................................................................ 4 
3 RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................................ 6 
 3.1 VANTAGENS ........................................................................................................... 7 
4 CONCLUSÕES ......................................................................................................... ...7 
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................ 8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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RESUMO 
 
 
 
 
 
Sensores ou transdutores capacitivos são componentes com funcionamento 
baseado nos princípios básicos do capacitor. A diferença básica está na forma como as 
placas estão dispostas, tendo o ar como dielétrico. Quando algum objeto é aproximado 
do sensor ocorre variação de capacitância e o sistema de controle passa atuar em razão 
desta variação. Sua aplicação está voltada para monitorar objetos não metálicos, 
podendo ser utilizado nas mais diversas aplicações da área eletroeletrônica. 
 
Palavra-chave: Sensor Capacitivo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1 - INTRODUCAO 
 
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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.1 - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
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 a área “A” das placas. E é inversamente proporcional à 
distância “D” entre as superfícies. 
 
 
2 - METODOLOGIA 
 
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 d e 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. 
 
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A aplicação do LDR mais conhecida 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 1kΩ. 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.6 
 
 
 
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 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. 
 
3 – RESULTADOS 
 
 
Os sensores capacitivos são largamente utilizados para a detecção de objetos 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 cor. 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, mesmo que mergulhados totalmente no 
produto. Mesmo para outros fins de detecção, tais como 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. 
 
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3.1 - VANTAGENS 
 
Existem muitas vantagens na sua utilização, porém as principais são: 
1. Funcionam em quaisquer condições de ambiente 
2. Acionamento sem contato físico (existe uma 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. 
 
 
Vários são os sensores: 
 
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 
 
 
 
4 - 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, 
indústrias 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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5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
https://www.citisystems.com.br/sensor-capacitivo/ 
www.ebah.com.br/content/ABAAAesvUAC/sensores-capacitivos 
www.mecaweb.com.br/eletronica/content/e_sensor_capacitivo 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Sensores_capacitivos