👹 El SENSOR de DESPLAZAMIENTO con elemento CAPACITIVO

Sensor de proximidad Siemens

👊 La capacitancia C de un condensador de placas paralelas está dada por:

donde Er es la constante de permitividad relativa del material dieléctrico que está entre las placas, Eo es una constante conocida como constante dieléctrica de espacio libre, A es el área de traslape de dos placas y d es la separación entre las placas. Los sensores capacitivos para monitorear desplazamientos lineales pueden tener formas como las mostradas en la siguiente imagen 👇. 

Formas que puede adoptar el sensor capacitivo

👊 En (a) una de las placas se mueve debido al desplazamiento, con la consecuente separación de las placas; en (b) el desplazamiento modifica el área de traslape; en (c) el desplazamiento modifica la porción de dieléctrico que se encuentra entre las placas.

👉 En un desplazamiento que cambia la separación de las placas (imagen anterior apartado a), si la separación d aumenta en un desplazamiento x, la capacitancia se convierte en:

Por lo tanto, el cambio en la capacitancia incremento de C expresada como fracción de la capacitancia inicial está dado por:

💢 Así, la relación entre el cambio en la capacitancia incremento de C y el desplazamiento x es no lineal; esta no linealidad se puede eliminar utilizando lo que se conoce como sensor de desplazamiento asimétrico ( siguiente figura 👇 apartado a) ). 

Sensor de desplazamiento asimétrico

La imagen anterior 👆 muestra cómo se puede llevar esto a la práctica. Este sensor cuenta con tres placas: el par superior forma un capacitor y el inferior otro. El desplazamiento mueve la placa central que está en medio de las otras dos placas. El resultado, por ejemplo, de mover la placa central hacia abajo es aumentar la separación entre las placas del capacitor superior y disminuir la separación en el capacitor inferior. Así, se tiene:

💣 Si C1 es uno de los brazos de un puente de ca y C2 es el otro, el voltaje de desequilibrio es proporcional a x. Este tipo de sensores en general se utiliza para monitorear desplazamientos desde unos cuantos hasta cientos de milímetros. La no linealidad y la histéresis son casi igual a +- 0.01% del intervalo completo.

Una forma de sensor de proximidad capacitivo consta de una sola placa de prueba del capacitor y la otra placa viene a ser el objeto, que debe ser metálico y estar aterrizado, como podemos ver en la siguiente imagen 👇. 

Sensor de proximidad capacitivo

💥 Conforme el objeto se aproxima, la "separación entre las placas" también se modifica, la cual resulta significativa y detectable cuando el objeto está cerca de la placa de prueba.

Escrito por Archie Tecnology