Atividade Prática Materiais Elétricos FUNCIONAMENTO DO SENSOR CAPACITIVO

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CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER
ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
DISCIPLINA DE Métodos Numéricos Aplicados 
princípio de funcionamento do sensor capacitivo
Aluno
professor 
RIO de janeiro – rj
2017
SUMÁRIO
RESUMO	i
1	INTRODUCAO	1
2	DESENVOLVIMENTO	2
2.1	PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO	2
2.2	tipos de objetos ou meios detectados pelos sensores capacitivos	3
2.3	tipos de aplicações dos sensores capacitivos	4
2.4	Vantagens de utilização dos sensores capacitivos	5
3	CONCLUSão	5
4	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	6
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.
INTRODUCAO 
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.
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
PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO
Para facilitar o estudo acerca de sensores capacitivos é importante conhecer o conceito básico do capacitor, conhecido também como condensador. O capacitor é um componente capaz de armazenar corrente potencial elétrica e resistência 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 proporcional 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 dielétrica maior do que 1, é aproximado da zona de atuação do sensor o valor da capacitância sofre alteração.
O princípio de funcionamento dos sensores capacitivos baseia-se na variação de capacitância de um elemento sensor para determinar a frequência de um oscilador, circuito ressonante, no circuito de controle que processa a variação da frequência acionando um circuito de comutação, suficiente para acionar circuitos externos ao sensor, podendo ser facilmente integrado a controladores lógicos programáveis (CLP) ou até mesmo a pequenos controladores.
Estes sensores são fabricados com alta tecnologia e técnicas avançadas, permitindo que todo conjunto eletrônico seja acomodado em um invólucro plástico ou metálico e encapsulado em resina de alta densidade para tornar-se um sensor resistente às condições mais severas de utilização.
tipos de objetos ou meios detectados pelos sensores capacitivos
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. 
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 d e ajuste de sensibilidade é extremamente versátil, resolvendo problemas de automação, de difícil solução com sistemas convencionais. 
De modo geral um sensor capacitivo pode ser utilizado para detectar materiais diferentes, 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.
Mesmo para outros fins de detecção, tais com o contagem de garrafas, caixas, pacotes ou peças, o sensor capacitivo dotado d e ajuste de sensibilidade é extremamente versátil, resolvendo problemas de automação, de difícil solução com sistemas convencionais. 
tipos de aplicações dos sensores capacitivos 
Os sensores capacitivos são bastante dinâmicos, podem ser aplicados em várias situações onde há necessidade de detectar, de forma precisa, objetos ou materiais de natureza não metálica. Veja alguns tipos de aplicações:
· Controle de nível;
· Detectar o conteúdo de caixas em linha de produção;
· Controle do nível de grãos em silos;
· Monitorar a concentração do pó de arrozem 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 de utilização dos sensores capacitivos
Entre as vantagens de utilizar sensores capacitivos, destacam-se as seguintes:
· Detectam objetos e materiais líquidos, sólidos, gasosos, metais e não metais;
· Capazes de detectar materiais ou objetos através de outros;
· Detectam objetos com dimensões reduzidas;
· Possui diversas configurações que facilitam a montagem;
· Alta resolução e precisão na diferenciação dos materiais;
· Acionamento sem contato físico;
· Chaveamento em estado sólido, que aumenta a durabilidade;
· Alta velocidade de resposta;
· Excelente MTBF.
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 BIBLIOGRÁFICAS
Young, Hugh D.; Freedman, Roger A. Física III: eletromagnetismo. 12. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2009.
Nilson, James W.; Susan A. Riedel. Circuitos elétricos. 10 ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2015.
Rosário, João Maurício; Princípios de mecatrônica. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005.
Halliday, David.; Walker, Jearl.; Fundamentos de física: eletromagnetismo. Rio de Janeiro: LTC, 2009.
Mizuguchi, Jaime.; Sensores capacitivos por efeito de campo de borda aplicados à quantificação do molhamento foliar e da água presente no solo. Dissertação de Mestrado. Londrina: Universidade Estadual de Londrina, 2014.
Paiter, Leandro.; Sensor para análise das características físico-químicas de óleo de soja por meio da constante dielétrica. Dissertação de Mestrado. Ponta Grossa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 2015.
https://www.citisystems.com.br/sensorcapacitivo/ 
http://www.ufrgs.br/eng04030/Aulas/teoria/cap_07/senscapa.htm
http://www.mecatronica.eesc.usp.br/wiki/upload/2/2b/SEM0539_AulaLab1.pdf 
http://www.mecaweb.com.br/eletronica/content/e_sensor_capacitivo 
http://www.cargill.com.br/pt/produtos-servicos/industrial/especialidades-industriais/fluido-dieletrico/index.jsp
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/5849-como-funcionam-os-sensores-capacitivos-art761