Capacitivos e Inductivos

Ing.Yamid Garzón MsC

Sensores y Actuadores.

SENSORES CAPACITIVOS




Los sensores capacitivos están basados en la variación de la
capacidad entre dos o mas conductores entre los que se
encuentra un dieléctrico, en respuesta de alguna magnitud
física.
Las aplicaciones mas conocidas están asociadas a movimiento
lineal y angular se emplean para la medida de:
Humedad
PresiónNivel
Aceleración

SENSORES CAPACITIVOS

EYG

CARACTERÍSTICAS QUE PRESENTAN






Permiten detectar muy pequeños desplazamientos
(hasta 1010mm)
Son fácilmente integrables en un chip de silicio.
No se ven afectados por la temperatura o el alineamiento
mecánico.
Son muy estables en entornos hostiles.
Tiene muy bajo consumo.

Sin embargo necesitan circuitos deacondicionamiento especializados, existen
creencia que no son lineales y que no operan en ambiente húmedos.

SENSORES CAPACITIVOS

EYG

SENSORES CAPACITIVOS
Un condensador eléctrico consiste en dos
conductores separados por un dieléctrico
(sólido, liquido o gaseoso), o el vació.


CONDENSADOR SIMPLE



CONDENSADOR DIFERENCIAL.



CONDENSADOR CILINDRICO
SENSORES CAPACITIVOS

EYGSENSORES CAPACITIVOS


La capacidad es la relación de magnitud de carga q
y un voltaje V o diferencia de potencial entre los
conductores.



Esta capacidad depende de la disposición
geométrica de los conductores y del material,
dieléctrico, dispuesto entre ellos.

SENSORES CAPACITIVOS

EYG

CONDENSADOR SIMPLE

Dieléctrico

ε ≈ εoεr = Permitividad del dieléctrico o constantedieléctrica

d

A

ε o = 8.854pF/m (constante dieléctrica del vació)

εr =

Permitividad relativa (1 para el vacio)

A= area de cada placa (m )
2

εA
C=
d

d = distancia entre placas (m)

SENSORES CAPACITIVOS

EYG

CONDENSADOR PLANO SIMPLE
Distancia entre placas variables

Área Variable

Dieléctrico Variable
l

placa
fija

x

placa
móvil

w

A

A

x1

d

d

2

x

Cx 

A
x

Cx 


A - wx
d

 w
Cx  o 2l - 2 - 1 x
d

Función de transferencia

c

c

c

 o1wl

 o 2 wl

d

d

x

A/ w

x

SENSORES CAPACITIVOS

l
EYG

x

CONDENSADOR DIFERENCIAL.
d-x

1

d+x

2

3

x
d

C1 =

εA
d- x

d

εA
C2 =
d+x

C1= Capacidad entre la placa fija 1 y la móvil 3C2= Capacidad entre la placa fija 2 y la móvil 3

SENSORES CAPACITIVOS

EYG

CONDENSADOR EN PLANO DIFERENCIAL
C2

C1

C1 =
C2 =

x
d-x

εA
d-x
εA
d+x

C1 - C2 

2A
x
d2

A partir de la medida
diferencial se obtiene
una alta sensibilidad y
una salida lineal

d+x

1


C1  w  x0 - x 
d

2
x0

x0

x
3


C2  w  x0  x 
d

C1 - C2  -2
x
d

Aplicaciones micrómetros,
acelerómetros y inclinómetros
SENSORES CAPACITIVOS

EYG

CONDENSADOR CILINDRICO
r2
r1

h

h = altura
2π= Radio
Ln = logaritmo natural.

Aplicaciones Nivel

C=

2πεh
r2
ln
r1

sondas sumergibles y tanque
de deposito

SENSORES CAPACITIVOS

EYG

Otras formas
CONDENSADOR VARIABLE

a= anchura en direccion
perpendicular alpapel

SENSORES CAPACITIVOS

EYG

Otras formas
CONDENSADOR VARIABLE

SENSORES CAPACITIVOS

EYG

ACONDICIONAMIENTO
DE LA SEÑAL.
ACONDICIONAMIENTO DE LA SEÑAL

Amplificador de alterna
Puentes de Alterna
Oscilador de frecuencia
Variable
Circuitos de capacidad
Conmutada
SENSORES CAPACITIVOS

EYG

AMPLIFICADOR DE ALTERNA
R
C2

 Tensión de salida
proporcional

C1

VVo  -V 

Vo

C1
C2

 La amplificación se utiliza para obtener una salida lineal con la variación
de las placas o con la distancia de separación entre ellas.

SENSORES CAPACITIVOS

EYG

PUENTES DE ALTERNA

R2
C1
R1

Vo

V

N=1

 Tensión en los
extremos del puente

C2

Vo 
 Medir condensadores a través de puentes de alterna
utilizando un transformador...