Sensor de nivel capacitivo

DESARROLLO DE SENSORES CAPACITIVOS DE BAJO COSTE PARA LABORATORIOS DOCENTES
C. QUINTÁNS1,2, J. MARCOS1 Y J. FARIÑA1 Departamento de Tecnología Electrónica. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial. Universidad de Vigo. España. 2 Departamento de Ingeniería Eléctrica Electrónica y de Control. Universidad Nacional de Educación a Distancia. Centro Asociado de Pontevedra. España.
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Eneste trabajo se presenta una forma de obtener sensores capacitivos didácticos, y sus circuitos de acondicionamiento, que sean de bajo coste, muestren el principio físico con claridad y sean fáciles de manejar por los alumnos. Se han desarrollado diversos sensores capacitivos para medida de nivel de agua y de aceite utilizando materiales reciclados de uso común que resultan familiares para losalumnos. Los alumnos han caracterizado estos sensores y han realizado dos acondicionamientos sencillos de primer orden, uno pasivo y otro activo. En los cursos 2006-2007 y 2007-2008 se han utilizado estos sensores de forma experimental en el Laboratorio de Sensores y Acondicionadores.

1. Introducción
La formación en instrumentación y medida de los alumnos de las escuelas de ingeniería presentagrandes dificultades operativas, económicas y de tiempo. Gracias al avance de la Microelectrónica se ha conseguido en los últimos años que la parte de adquisición de datos [1] sea más económica, de mejores prestaciones [2] y más fáciles de utilizar [3] por los alumnos. En lo que respecta a los sensores [4] el avance también ha sido espectacular, se han conseguido sensores más inteligentes, más precisosy más funcionales. Sin embargo, desde un punto de vista didáctico, este avance ha significado un retroceso, ya que éstos siguen siendo caros, poco accesibles y difíciles de incluir en maquetas robustas y didácticas que reproduzcan los procesos. Esta problemática lleva a que el personal docente encargado de los laboratorios de sensores y acondicionadores realice un esfuerzo constante paraconseguir acercar, de la forma más amigable posible, el estudio de los sensores a los alumnos. Por tanto, el objetivo principal es la obtención de sensores didácticos, y sus circuitos de acondicionamiento, que sean de bajo coste, muestren el principio físico con claridad y sean fáciles de manejar por los alumnos. En este trabajo se presenta un conjunto de sensores capacitivos construidos utilizandomateriales reciclados de uso común que resultan familiares para los alumnos. Se han desarrollado dos tipos de condensadores para medida de nivel. El primer tipo son condensadores planos que se construyen aprovechando la caja de un CD (Disco Compacto) a cuyas caras interiores se pegan las placas, que están hechas con papel de aluminio plastificado. El segundo tipo es un condensador cilíndrico construidocon dos segmentos de tubería de cobre de diámetros diferentes y que se montan de forma coaxial. Para su utilización, dichos sensores se han ubicado en unas maquetas ya existentes, pero su utilización en maquetas caseras de bajo coste es inmediata, mediante la utilización de cualquier recipiente en el que se pueda introducir el condensador desarrollado. Con los condensadores planos basados en CDsse han realizado medidas de nivel de agua y con el cilíndrico se han realizado medidas de nivel de aceite. Los alumnos han caracterizado cuatro sensores diferentes y han realizado dos acondicionamientos sencillos de

primer orden, uno activo y otro pasivo. En el siguiente apartado se describen los sensores construidos y su caracterización según la metodología docente seguida.

2. Metodologíadocente para la caracterización de los sensores desarrollados
De acuerdo a la geometría del condensador que forma el sensor primario se desarrollaron dos tipos distintos de sensores capacitivos que son: condensador de placas planas y de placas cilíndricas. Las variaciones en la variable física, en este caso el nivel de un líquido, provocan un cambio en el material del dieléctrico, de forma que...