CARACTERIZACIÓN Y ACONDICIONAMIENTO DE SENSORES CAPACITIVOS.

...

[pic 2]

Ecuación 1. Capacidad de un condensador de placas planas paralelas separadas

Donde:

A = Es el área de las placas.

D = Es la separación de las placas.

ε = La permitividad del dieléctrico.

Si A viene dada en m2, d en m y ε en F/m la capacidad viene dada en Faradios.

Se define también la permitividad relativa εr como la relación entre la permitidad del material respecto a la del vacío como se indica:

[pic 3]

Ecuación 2. Relación de la permitividad del material con respecto al vacío

Donde:

ε = Es la permitidad del dieléctrico.

εo = Es la permitidad del vacío que tiene un valor de 8.85 pF/m. La del aire se asume de igual valor.

La siguiente gráfica muestra un condensador CAB de placas planas paralelas el cual tiene dos dieléctricos ε1 y ε2 con lo que se forman dos condensadores entre A y B, y la capacidad CAB varía en función de x.

[pic 4]

[pic 5]

La capacidad de este condensador se determina teniendo en cuenta que se puede considerar que consta de dos condensadores colocados en paralelo cada uno con dieléctrico diferente. Esta misma distribución es la que se va a utilizar para determinar el nivel de un material en un depósito.

[pic 6]

H

h

εo

ε1

C

Ilustración 3. Depósito al cual se mide la altura y por ende el volumen del material almacenado. El sensor utilizado es un condensador variable al variar el dieléctrico con permitividades diferentes

LOS SENSORES CAPACITIVOS PERMITEN LA DETECCIÓN

- Directa:

- Movimiento.

- Composición química.

- Campo eléctrico.

- Indirecta:

- Presión.

- Aceleración.

- Nivel de un fluido nivel de un fluido.

- Composición de un fluido

CONFIGURACION CILINDRICA (COAXIAL)

La capacidad C depende de los radios interno r1 y externo r2 de las dos placas del condensador, de la altura de las mismas y de la constante dieléctrica ε del material aislante colocado entre ellas, y su valor se obtiene mediante la expresión:

[pic 7]

Ecuación 3. Calculo de la capacitancia en un capacitor cilíndrico

[pic 8]

Ilustración 4. Capacitor cilíndrico (coaxial)

CONFIGURACION DIFERENCIAL

Está formado por tres placas planas paralelas. En general, las placas exteriores suelen ser fijas y la placa central móvil, en respuesta a la variable a detectar. A pesar de que C1 y C2 no son lineales, se logra obtener una salida lineal realizando una medida diferencial y con una sensibilidad mayor que en el caso del condensador simple.

[pic 9]

Ilustración 5. Ecuación y representación de un capacitor diferencial.

-

PROCEDIMIENTO

- Construir los condensadores, con láminas y tubos de aluminio respectivamente para el condensador diferencial y el condensador cilíndrico, también llamado coaxial.

- El condensador cilíndrico debe llevar como base una lámina de material no conductor y dos tubos cilíndricos de aluminio, de 10 cm de altura cada uno, con diferente radio, los cilindros deben estar ubicados con el mismo centro.

- El condensador de placas diferenciales debe llevar 3 láminas de 10x10 cm cada una en aluminio equidistantes por 1 cm las res placas deben ser removibles en una caja de madera.

- A continuación se debe realizar el cálculo de la capacitancia de cada capacitor.

- Caracterización del condensador de placas paralelas.

- En la práctica de laboratorio se debe medir la capacitancia de cada uno de los capacitores con un multímetro del que mida una capacitancia del orden de los 200pF, con las indicaciones y ayuda del profesor, las mediciones deben corresponder con los cálculos teóricos.

- Averiguar el coeficiente dieléctrico del arroz que se va a utilizar para la práctica.

- Indicar cada centímetro en el capacitor, para medir el arroz, pesarlo y obtener así el gramaje de cada centímetro de arroz.

- Realizar la parte teórica del diseño del circuito que represente la función solicitada.

- Acondicionamiento del condensador fabricado

- Digitalización de la información obtenida desde el depósito.

-

CALCULOS Y RESULTADOS

CALCULO DE LAS CAPACITANCIAS

- Capacitor Cilíndrico:

[pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

[pic 13]

[pic 14]

[pic 15]

[pic 16]

[pic 17]

[pic 18]

- Capacitor Diferencial:

[pic 19]

[pic 20]

[pic