Sensores Capacitivos - Princípio de Funcionamento e Aplicações

Impresso por João Batista Email joaovieiraengenhariacivilgmailcom para uso pessoal e privado Este material pode ser protegido por direitos autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros 28082024 153901 CENTRO UNIVERSITÁRIO INTERNACIONAL UNINTER ESCOLA SUPERIOR POLITÉCNICA BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA DISCIPLINA DE MATERIAIS ELÉTRICOS ESTUDO DO PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO SENSOR CAPACITIVO ALUNO FERNANDO EMÍLIO CORADI PROFESSOR MAURO PORTO BELO HORIZONTE MG 2017 Impresso por João Batista Email joaovieiraengenhariacivilgmailcom para uso pessoal e privado Este material pode ser protegido por direitos autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros 28082024 153901 SUMÁRIO 1 INTRODUCAO 1 2 DESENVOLVIMENTO 2 21 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO2 211 PROCESSO DE CARGA E DESCARGA DE UM CAPACITOR3 22 TIPOS DE CAPACITORES5 23 TIPOS DE APLICAÇÕES DOS SENSORES CAPACITIVOS9 24 VANTAGENS DE UTILIZAR SENSORES CAPACITIVOS10 3 CONCLUSÕES 11 4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS12 Impresso por João Batista Email joaovieiraengenhariacivilgmailcom para uso pessoal e privado Este material pode ser protegido por direitos autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros 28082024 153901 1 1 INTRODUCAO Entre os componentes que figuram entre os mais utilizados dentro da eletrônica estão os capacitores que são capazes de armazenar energia na forma de campo elétrico no seu processo de carga liberando essa energia no processo de descarga Os sensores capacitivos são projetados para operar gerando um campo eletrostático e detectando mudanças neste campo que acontecem quando um alvo se aproxima da face ativa As partes internas do sensor consistem em uma ponta capacitiva um oscilador um retificador de sinal um circuito de filtragem e um circuito de saída Na ausência de um alvo em um sensor capacitivo digital o oscilador está inativo Quando o alvo se aproxima a capacitância do circuito é modificada e ao atingir um valor determinado ativa o oscilador que ativa o circuito de saída comutando seu estado Partindo do mesmo princípio que a capacitância de um capacitor sensor depende da distância entre duas placas do material dessas duas placas e do dielétrico entre elas temos o sensor capacitivo analógico onde se uma das placas for móvel podemos associar à sua posição um valor de capacitância que pode ser usado para processar informações sobre a distância em que ela se encontra São largamente utilizados para diversos fins tanto em aplicações de corrente contínua como temporizadores retificadores e em corrente alternada para correção do fator de potência filtros passivos entre outros Como os capacitores são usados basicamente para armazenar energia alguns cuidados devem ser tomados para garantir que trabalhem sempre dentro das suas especificações evitando sobreaquecimento que em alguns casos pode até causar a explosão do componente Figura 1 Exemplos de sensores capacitivos Impresso por João Batista Email joaovieiraengenhariacivilgmailcom para uso pessoal e privado Este material pode ser protegido por direitos autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros 28082024 153901 2 DESENVOLVIMENTO 21 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO Basicamente o capacitor consiste em 2 placas metálicas condutoras separadas por um isolante dielétrico sendo que esse dielétrico pode ser encarado como um material isolante qualquer que em alguns casos dá nome ao capacitor capacitores cerâmicos de mica de poliester etc Figura 2 Exemplos de capacitores comuns no mercado Todo capacitor tem um parâmetro denominado capacitância cuja unidade é o Farad F que determina quanta carga ele é capaz de armazenar Como 1 Farad 1F é considerada uma capacitância muito grande o mais comun é vermos componentes com subunidades do Farad como microFarad µF nanoFarad nF ou mesmo picoFarad pF A tendência é que quanto maior a capacitância maior as dimensões do capacitor aumentando também os cuidados em seu manuseio Há também uma tensão máxima impressa no capacitor essencial para garantir a isolação do dielétrico e manter o funcionamento do dispositivo Impresso por João Batista Email joaovieiraengenhariacivilgmailcom para uso pessoal e privado Este material pode ser protegido por direitos autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros 28082024 153901 Figura 3 Comparação de tamanho de diversos valores de capacitores eletrolíticos Outra característica importante dos capacitores é o seu processo de carga e descarga que garante que a energia acumulada seja descarregada um tempo depois em outra parte do circuito Figura 4 Simbologia de capacitores 211 PROCESSO DE CARGA E DESCARGA DE UM CAPACITOR Analisando em corrente contínua temos que um capacitor ligado a uma bateria tende a acumular cargas pelo efeito do campo elétrico A placa loga ao polo positivo acumula cargas positivas assim como a placa ligada ao polo negativo que acumula cargas negativas Essas cargas não chegam a se combinar graças ao isolante dielétrico que separa as placastambém chamadas de armaduras garantindo que o capacitor esteja em condições normais de Impresso por João Batista Email joaovieiraengenhariacivilgmailcom para uso pessoal e privado Este material pode ser protegido por direitos autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros 28082024 153901 funcionamento não se tornando em um curtocircuito e sim um acumulador de cargas A distância entre as placas também é determinante para o valor final da capacitância Figura 5 Funcionamento básico de um capacitor ligado a bateria com acúmulo de cargas nas placas condutoras paralelas Enquanto conectado na bateria o capacitor passa pelo processo de carga Utilizase uma resistência em série com o capacitor para controlar seu tempo de carga dependente da constante T equacionada abaixo T R x C Onde T é a constante de carga dada em segundos R a resistência em série dada em Ohms e C a capacitância em Farads O processo de descarga é análogo ou seja obedece o mesmo equacionamentoVeja abaixo um exemplo simples de carga e descarga de capacitores Com a chave na posição abaixo verificamos o processo de carga já que temos uma corrente fluindo da bateria para o capacitor limitada pelo resistor Re nesse caso com constante de carga T 1s Figura 6 Processo de carga de um capacitor Impresso por João Batista Email joaovieiraengenhariacivilgmailcom para uso pessoal e privado Este material pode ser protegido por direitos autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros 28082024 153901 Com o capacitor já carregado trocase a posição da chave e o capacitor se desconecta da bateria passandose a descarregar no resistor de 10 k Ω Figura 7 Processo de descarga de um capacitor Há uma curva característica que descreve a carga e descarga de um capacitor ilustrando também o significado da constante de carga Figura 8 Curva característica de carga e descarga de um capacitor Verificase pelo gráfico que o capacitor carrega mais rapidamente até a constante de carga T corresponde a 63 da carga Depois dessa marca vemos que demora mais tempo para completar a capacidade máxima de carga do dispositivo Para uma carga total estimase um tempo de 5XT ou seja para o exemplo anterior o tempo total de carga é 5 segundos 22 TIPOS DE CAPACITORES CAPACITOR CERÂMICO Impresso por João Batista Email joaovieiraengenhariacivilgmailcom para uso pessoal e privado Este material pode ser protegido por direitos autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros 28082024 153901 São capacitores apolares cujo dielétrico é feito de cerâmica Geralmente possuem um encapsulamento de esfera achatada Como tratamse em sua maioria de capacitores muito pequenos usase com uma codificação especial para obter seu valor nominal de capacitância Figura 9 Interior de um capacitor cerâmico Um capacitor cerâmico tem 3 algarismos na sua carcaça sendo os dois primeiros significativos e o último um multiplicador de base 10 Para obter o valor do capacitor considerase os dois primeiros algarismos e acrescentase tantos zeros quanto forem indicados no terceiro algarismo No exemplo abaixo temos 12000 pF ou seja 12 nF de capacitância Figura 10 Representação de um capacitor cerâmico CAPACITORES DE POLIÉSTER São também apolares geralmente maiores que os de cerâmica e com a capacitância já impressa na resina externa Impresso por João Batista Email joaovieiraengenhariacivilgmailcom para uso pessoal e privado Este material pode ser protegido por direitos autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros 28082024 153901 Figura 11 Exemplos de capacitores de poliéster No entanto há também fabricantes que optam pelo código de cores semelhante ao usado em resistores convencionais Figura 12 Tabela de cores de capacitores de poliéster CAPACITOR ELETROLÍTICO Usado em circuitos de corrente contínua o capacitor eletrolítico é polarizado ou seja há um terminal específico para o positivo e outro para o negativo dentro do circuito Nesse tipo de capacitor as informações mais importante estão impressas na capa plástica que envolve o dispositivo A faixa de cor diferenciada indica o terminal negativo do capacitor Inverter essa polarização pode ser perigoso já que o capacitor corre o risco de sofre danos e até explodir mesmo em condições que seriam adequadas para seu funcionamento na polarização correta Impresso por João Batista Email joaovieiraengenhariacivilgmailcom para uso pessoal e privado Este material pode ser protegido por direitos autorais e não pode ser reproduzido ou repassado para terceiros 28082024 153901 Figura 13 Exemplo de capacitor eletrolítico O aspectro construtivo desse capacitor segue o modelo de camadas metálicas isoladas com dielétrico feito dessa vez em forma de espiral no interior do dispositivo Figura 14 Aspectro construtivo do capacitor eletrolítico Polarizar corretamente o capacitor é essencial para garantir seu funcionamento Em caso de sobreaquecimento o capacitor vai inflar sua parte superior que é chanfrada para aliviar a pressão interna Em casos mais graves ocorre a explosão desse chanfro podendo causar acidentes Abaixo é possível observar a diferença entre um capacitor normal à esquerda e um comprometido à direita onde é possível observar o chanfro de segurança inflado por condições impróprias de trabalho der Schwierigkeitsgrad zwischen leicht und schwer variiert je nach Übung zwischen 2 und 5 Sternen 17 Wie setzen Sie sich über Ihre Grenzen hinweg 18 Wie achten Sie auf sich selbst Espressi 9 Gloriakaffee kaffebohnen Glas 210g EspressoLeidenschaft und Innovationsgeist steckt im Herzen der Kaffeerösterei GLORIA Mit den PremiumKaffeebohnen entführen Sie Ihre Gäste auf einen kulinarischen Kaffeeausflug und bieten ihnen höchsten Kaffeegenuss wwwgloriakaffeede wwwgloriade Mit freundlicher Unterstützung von UNIVERSITÄT WIEN Fachbereich Sportwissenschaften Institut für Training und Sportinformatik am Zentrum für Sportwissenschaftliche Forschung MARKENPARTNER DES ÖSTM 2021 UND ÖSTM 2022 Newsletter zur Nationalen cupabfrage zum österreichischen Staatsmeisterschaften im Cross Country Marathon 2022 Platz 4 Alfred Neulinger 1031 Fridolin Lungowitz Platz 2 Alexander Pollierer 101000 Platz 1 Michaeler Robert 100511 Platz 3 Birgit Lantschner 101500 Platz 5 Alexander Stöger 103000