Transductor capacitivo

<p>Definici贸n: El transductor capacitivo se utiliza para medir el desplazamiento, la presi贸n y otras cantidades f铆sicas. Es un transductor pasivo, lo que significa que requiere alimentaci贸n externa para su funcionamiento. El transductor capacitivo funciona seg煤n el principio de capacitancias variables. La capacitancia del transductor capacitivo cambia debido a muchas razones, como la superposici贸n de placas, el cambio en la distancia entre las placas y la constante diel茅ctrica.

El transductor capacitivo contiene dos placas met谩licas paralelas. Estas placas est谩n separadas por el medio diel茅ctrico que puede ser aire, material, gas o l铆quido. En el condensador normal, la distancia entre las placas es fija, pero en el transductor capacitivo, la distancia entre ellas var铆a.

El transductor capacitivo utiliza la cantidad el茅ctrica de capacitancia para convertir el movimiento mec谩nico en una se帽al el茅ctrica. La cantidad de entrada provoca el cambio de la capacitancia que se mide directamente por el transductor capacitivo.

Los condensadores miden tanto los cambios est谩ticos como los din谩micos. El desplazamiento tambi茅n se mide directamente conectando los dispositivos medibles a la placa m贸vil del condensador. Funciona con los modos de contacto y sin contacto.

Índice de contenidos

Principio de funcionamiento

Las siguientes ecuaciones expresan la capacitancia entre las placas de un capacitorecuaci贸n capacitiva-1

Donde A 鈥 谩rea superpuesta de las placas en m2
d – la distancia entre dos placas en metros
蔚 鈥 permitividad del medio en F/m
蔚r 鈥 permitividad relativa
蔚0 鈥 la permitividad del espacio libre

El diagrama esquem谩tico de un transductor capacitivo de placas paralelas se muestra en la siguiente figura. transductor capacitivo

El cambio en la capacitancia ocurre debido a las variables f铆sicas como el desplazamiento, la fuerza, la presi贸n, etc. La capacitancia del transductor tambi茅n cambia por la variaci贸n en su constante diel茅ctrica que generalmente se debe a la medici贸n del nivel de l铆quido o gas.

La capacitancia del transductor se mide con el circuito puente. La impedancia de salida del transductor se da como transductor-capacitivo-2

Donde, C – capacitancia
f 鈥 frecuencia de excitaci贸n en Hz.

El transductor capacitivo se utiliza principalmente para medir el desplazamiento lineal. El transductor capacitivo utiliza los siguientes tres efectos.

  1. La variaci贸n en la capacitancia del transductor se debe a la superposici贸n de las placas del capacitor.
  2. El cambio en la capacitancia se debe al cambio en las distancias entre las placas.
  3. La capacitancia cambia debido a la constante diel茅ctrica.

Los siguientes m茅todos se utilizan para medir el desplazamiento.

1. Un transductor que usa el cambio en el 脕rea de las Placas 鈥 La siguiente ecuaci贸n muestra que la capacitancia es directamente proporcional al 谩rea de las placas. La capacitancia cambia de manera correspondiente con el cambio en la posici贸n de las placas.

transductor-capacitivo-con-desplazamiento

Los transductores capacitivos se utilizan para medir el gran desplazamiento de aproximadamente 1 mm a varios cm. El 谩rea del transductor capacitivo cambia linealmente con la capacitancia y el desplazamiento. Inicialmente, la no linealidad ocurre en el sistema debido a los bordes. De lo contrario, da la respuesta lineal.

La capacitancia de las placas paralelas se da como transductor-capacitivo-ecuacion-4

donde x 鈥 la longitud de la parte superpuesta de las placas
蠅 鈥 el ancho de la parte superpuesta de las placas.

La sensibilidad del desplazamiento es constante, y por lo tanto da la relaci贸n lineal entre la capacitancia y el desplazamiento.transductor-capacitivo-5

El transductor capacitivo se utiliza para medir el desplazamiento angular. Se mide por las placas m贸viles que se muestran a continuaci贸n. Una de las placas del transductor es fija y la otra es m贸vil.transductor capacitivo angular

El diagrama fasorial del transductor se muestra en la siguiente figura.

transductor capacitivoEl movimiento angular cambia la capacitancia de los transductores. La capacitancia entre ellos es m谩xima cuando estas placas se superponen entre s铆. El valor m谩ximo de la capacitancia se expresa como transductor-capacitivo-ecuacion-7

La capacitancia en el 谩ngulo 胃 se expresa como,capacitvie-transductor-ecuaci贸n-8

胃 鈥 desplazamiento angular en radianes. La sensibilidad para el cambio en la capacitancia se da como transductor-capacitivo-ecuacion-9

Los 180掳 es el valor m谩ximo del desplazamiento angular del condensador.

2. El transductor utilizando el cambio de distancia entre las placas. 鈥 La capacitancia del transductor es inversamente proporcional a la distancia entre las placas. La placa del transductor es fija y la otra es m贸vil. El desplazamiento que se va a medir se relaciona con las placas m贸viles.transductor capacitivo de desplazamiento

La capacitancia es inversamente proporcional a la distancia por la cual el capacitor muestra la respuesta no lineal. Este tipo de transductor se utiliza para medir el peque帽o desplazamiento. El diagrama fasorial del condensador se muestra en la siguiente figura. transductor-capacitivo-3

La sensibilidad del transductor no es constante y var铆a de un lugar a otro.

Ventaja del transductor capacitivo

Las siguientes son las principales ventajas de los transductores capacitivos.

  1. Requiere una fuerza externa para su funcionamiento y, por lo tanto, muy 煤til para sistemas peque帽os.
  2. El transductor capacitivo es muy sensible.
  3. Da una buena respuesta de frecuencia por lo que se utiliza para el estudio din谩mico.
  4. El transductor tiene una alta impedancia de entrada, por lo que tienen un peque帽o efecto de carga.
  5. Requiere peque帽a potencia de salida para su funcionamiento.

Desventajas del transductor capacitivo

Las principales desventajas del transductor son las siguientes.

  1. Las partes met谩licas de los transductores requieren aislamiento.
  2. El marco del capacitor requiere conexi贸n a tierra para reducir el efecto del campo magn茅tico errante.
  3. A veces, el transductor muestra comportamientos no lineales debido al efecto de borde que se controla mediante el uso del anillo de protecci贸n.
  4. El cable que se conecta a trav茅s del transductor provoca un error.

Usos del transductor capacitivo

Los siguientes son los usos del transductor capacitivo.

  1. El transductor capacitivo se utiliza para medir el desplazamiento lineal y angular. Es extremadamente sensible y se utiliza para la medici贸n de distancias muy peque帽as.
  2. Se utiliza para la medida de la fuerza y 鈥嬧媝resiones. La fuerza o presi贸n que se va a medir se convierte primero en un desplazamiento, y luego el desplazamiento cambia las capacitancias del transductor.
  3. Se utiliza como transductor de presi贸n en algunos casos, donde la constante diel茅ctrica del transductor cambia con la presi贸n.
  4. La humedad en los gases se mide a trav茅s del transductor capacitivo.
  5. El transductor utiliza el modificador mec谩nico para medir el volumen, la densidad, el peso, etc.

La precisi贸n del transductor depende de la variaci贸n de temperatura al nivel alto.

Dejar un comentario