Atividade Prática de Materiais Elétricos

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER 
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA 
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
DISCIPLINA DE MATERIAIS ELÉTRICOS 
FUNDAMENTOS DA ENGENHARIA 
 
 
 
 
 
 
SENSOR CAPACITIVO 
 
 
 
 
 
 
 
ALUNO: ANDRÉ LUIZ DE MELO LIRIA – RU 1588228 
PROFESSOR: FREDERICO MARIANO AGUIAR 
 
 
 
 
 
 
 
 
SALTO - SP 
2017 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
RESUMO .............................................................................................................................. i 
1 INTRODUCAO ............................................................................................................ 1 
1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .............................................................................. 1 
1.2 OBJETIVOS .............................................................................................................. 2 
2 DESENVOLVIMENTO ............................................................................................... 2 
2.1 CONCEITO DE SENSOR CAPACITIVO .................................................................. 2 
2.2 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO ........................................................................ 3 
2.3 APLICAÇÕES ........................................................................................................... 4 
2.4 PRINCIPAIS VANTAGENS ..................................................................................... 5 
3 CONCLUSÃO .............................................................................................................. 5 
4 REFERÊNCIAS .......................................................................................................... 5 
 
 
 
 
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RESUMO 
 
Os sensores capacitivos são bastante dinâmicos, podem ser aplicados em várias situa-
ções onde há necessidade de detectar, de forma precisa, objetos ou materiais de natureza não 
metálica. Por meio deste documento teremos a oportunidade de verificar informações sobre o 
conceito, princípio de funcionamento, aplicações e principais vantagens dos Sensores Capaci-
tivos. 
 
Palavras-chave: Sensor, Transdutor, Capacitivo. 
 
Abstract: The capacitive sensors are very dynamic and they can be applied in several situations 
where objects or materials of a non-metallic nature need to be accurately detected Through this 
document it will be possible to verify information about the concept, applications and main 
advantages of the Capacitive Sensors. 
 
Keywords: Sensor, Transducer, Capacitive. 
 
 
 
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1 INTRODUCAO 
Em vários projetos desenvolvidos nas áreas de Mecatrônica, Robótica e Eletroeletrônica o 
uso de sensores é amplamente aplicado. Através de sensores, podemos fazer a leitura de deter-
minadas características do ambiente, tais como a presença de um obstáculo no caminho de um 
robô, a temperatura de um motor ou o fato de uma porta estar fechada ou não e responder de 
acordo com elas, ou seja, criar um sistema capaz de interagir com o ambiente. 
Nesse relatório, será apresentado o sensor do tipo capacitivo, detalhando o seu funciona-
mento, os modelos disponíveis, as aplicações a que eles são geralmente destinados e suas prin-
cipais vantagens. 
1.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
Literalmente, podemos definir a palavra sensor como “aquilo que sente”. Na eletrônica, 
um sensor e 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 distân-
cia de um carro até algum obstáculo próximo ou até mesmo eventos distantes do nosso cotidi-
ano, como a detecção de partículas subatômicas e radiações cósmicas. 
Os sensores podem ser classificados como um tipo de transdutor. Um transdutor e um com-
ponente que transforma um tipo de energia em outro. Um motor, por exemplo, e 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 especifico, que transforma algum tipo de energia (luz, calor, 
movimento) em energia elétrica, utilizada para a leitura de alguma condição ou característica 
do ambiente. 
O desenvolvimento de sensores e a sua aplicação trouxe como consequência inúmeras van-
tagens ou comodidades para a vida moderna. Desde a possibilidade de aumentar a eficiência no 
funcionamento de um motor ou de uma linha de produção, realizar uma pesquisa cientifica com 
maior precisão e em menor tempo, até o fato de poder estacionar o carro sem o perigo de bate-
lo ou de ter a segurança de que qualquer tentativa de furto de sua casa poderá ser frustrada, tais 
são as vantagens oferecidas pelo uso de sensores. 
 
 
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1.2 OBJETIVOS 
Este relatório tem por objetivo: 
a. Definir o conceito de Sensor Capacitivo 
b. Mostrar o princípio de funcionamento 
c. Citar aplicações que utilizam o Sensor Capacitivo 
d. Enumerar as principais vantagens do Sensor Capacitivo 
2 DESENVOLVIMENTO 
2.1 CONCEITO DE SENSOR CAPACITIVO 
Sensores ou transdutores capacitivos são componentes com funcionamento baseado nos 
princípios básicos do capacitor. Para facilitar o estudo acerca de sensores capacitivos é impor-
tante conhecer o conceito básico do capacitor, conhecido também como condensador. 
O capacitor é um componente capaz de armazenar corrente potencial elétrica e resistên-
cia elétrica. Geralmente composto por placas condutoras separadas por um material isolante 
chamado dielétrico. O processo de armazenamento da carga elétrica consiste em retirar elétrons 
de uma placa e transferir para outra. Esta movimentação dos elétrons é igual à energia potencial 
elétrica armazenada no capacitor devido à diferença de potencial entre as placas. A razão entre 
a diferença de potencial entre as placas do capacitor e a carga armazenada em cada uma das 
placas determina o valor de capacitância do capacitor. A capacitância é diretamente proporcio-
nal à área das placas e da constante dielétrica do material isolante e inversamente proporcional 
à distância entre as placas. Essa capacitância será constante se a geométrica do sistema não 
alterar. 
A diferença básica entre um sensor capacitivo e um capacitor convencional está na 
forma como suas placas estão dispostas. Nos capacitores as placas são dispostas uma sobre a 
outra e nos sensores capacitivos uma ao lado da outra. Nos sensores capacitivos o dielétrico é 
o ar, que tem constante dielétrica igual a 1. Assim quando algum objeto, com constante dielé-
trica maior do que 1, é aproximado da zona de atuação do sensor o valor da capacitância sofre 
variação 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. 
 
 
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2.2 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO 
O princípio de funcionamento dos sensores capacitivos, baseia-se no princípio da mu-
dança de frequência de oscilação de um circuito ressonante com a alteração do valor de capa-
citância formada pela placa sensível e o ambiente, devido à aproximação de um corpo qualquer. 
Esta capacitância pode ser alterada, praticamente por qualquer objeto que aproxime-se do 
campo de atuação do sensor. 
A mudança de frequência ocasionada pela alteração da capacitância da placa sensível, é 
enviada a um circuito detector que transforma a variação da frequência em nível de tensão. O 
circuito trigger, trata de receber o sinal de tensão gerado no detector e transformá-lo em onda 
quadrada adequadaa excitar um circuito de comutação, o que já é o suficiente para acionar 
circuitos externos. 
 
As modificações do comportamento do oscilador são interpretadas pelo trigger de modo 
a obter uma saída de sinais ALTO-BAIXO, ou seja, uma onda quadrada, capaz de excitar um 
circuito de potência, tal como um transistor, obtendo assim uma chave liga-desliga em estado 
sólido, com condições de efetuar um chaveamento sobre bobinas de reles, pequenos contatores, 
ou mesmo circuitos lógicos 
Todo esse conjunto eletrônico é montado em forma bastante moderna utilizando técni-
cas avançadas, o qual é alojado em invólucros de plástico ou metálicos e encapsulados com 
resina de alta densidade, formando um bloco sólido à prova d'água, vibrações e intempéries, 
podem ser de corrente alternada (AC), corrente continua (DC), com saídas normalmente aberta 
(NA), normalmente fechadas (NF), ou mesmo a transistor NPN ou PNP facilmente integrado a 
controladores lógico programáveis (CLP). 
 
 
 
 
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2.3 APLICAÇÕES 
Sensores capacitivos podem ser utilizados nos mais variados tipos processos, são capa-
zes 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. 
De modo geral um sensor capacitivo pode ser utilizado para detectar materiais diferen-
tes, por exemplo, um sólido ou um líquido sendo necessária apenas a calibração do sensor de 
acordo com o material a ser detectado. A calibração é realizada por meio de ajuste no circuito 
de controle para que possa atuar conforme a frequência determinada na aproximação do objeto 
ao campo de atuação do sensor. 
Os sensores capacitivos são bastante dinâmicos, podem ser aplicados em várias situa-
ções onde há necessidade de detectar, de forma precisa, objetos ou materiais de natureza não 
metálica. Segue abaixo os principais tipos de aplicações: 
a. Controle de nível; 
b. Detectar o conteúdo de caixas em linha de produção; 
c. Controle do nível de grãos em silos; 
d. Monitorar a concentração do pó de arroz em silos; 
e. Contagem de garrafas, cheias ou vazias, em linha de produção; 
f. Identificar falha no envaze de produtos embalados em frascos de plástico; 
g. Medidores de posicionamento com alta precisão; 
h. Medidores de espessura; 
i. Identificar a composição de materiais com base na permissividade; 
j. Identificar posicionamento de fim de curso; 
k. Contadores em linhas de produção; 
l. Medição de umidade relativa; 
m. Analise de óleo mineral, de soja, entre outros; 
n. Sensores de pressão (utilizado na fabricação de microfones); 
o. Monitoramento da concentração de gases. 
 
 
 
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2.4 PRINCIPAIS VANTAGENS 
Existem muitas vantagens na sua utilização, porém as principais são: 
a. Funcionam em quaisquer condições de ambiente (vide especificações do fabri-
cante); 
b. Acionamento sem contato físico (existe uma distância mínima entre o sensor e o 
dispositivo a ser detectado que é suficiente para comutá-lo); 
c. Chaveamento eletrônico totalmente em estado sólido; 
d. Alta durabilidade; 
e. Manutenção praticamente inexistente; 
f. Alta velocidade de comutação; 
g. Alta resolução e precisão na diferenciação dos materiais; 
H. Capazes de detectar materiais ou objetos através de outros; 
3 CONCLUSÃO 
Podemos concluir que os Sensores Capacitivos são largamente utilizados para a detec-
ção de objetos de natureza metálica ou não, tais como: madeira, papelão, cerâmica, vidro, plás-
tico, alumínio, laminados ou granulados, pós de natureza mineral como talco, cimento, argila, 
etc. Mesmo para outros fins de detecção, tais como contagem de garrafas, caixas, pacotes ou 
peças, o sensor capacitivo é extremamente versátil, resolvendo problemas de automação, de 
difícil solução com sistemas convencionais. 
 
O avanço da tecnologia tem favorecido a utilização das técnicas de sensoriamento ca-
pacitivo aumentando ainda mais as possibilidades de aplicações e nos mais variados produtos, 
como exemplo, telas e painéis táteis facilmente identificados em televisores, monitores de ví-
deo, computadores, tablets e smartphones. 
4 REFERÊNCIAS 
Mecaweb Education Site (http://www.mecaweb.com.br/eletronica/content/e_sen-
sor_capacitivo); 
Wikipédia, a enciclopédia livre (https://pt.wikipedia.org/wiki/Sensores_capacitivos) 
Tutorial Aplicações, Funcionamento e Utilização de Sensores (Maxwell Bohr Instru-
mentação Eletrônica).