Qué es el transductor capacitivo: funcionamiento y sus aplicaciones

Qué es el transductor capacitivo: funcionamiento y sus aplicaciones

Energía, no podemos destruirla, pero podemos cambiar la energía de una forma a otra. En algunas situaciones, necesitamos recibir ayuda de una forma de energía para cambiarla a otra. Por tanto, el proceso de conversión de energía se puede realizar utilizando ' Transductores ”. Hay varios tipos de transductores como transductores de presión, piezoeléctrico transductores, transductores ultrasónicos, transductores de temperatura, transductores capacitivos, etc. En este artículo vamos a conocer qué es un transductor capacitivo, su principio de funcionamiento, diagrama de circuito, tipos y sus aplicaciones, ventajas y desventajas.



¿Qué es un transductor capacitivo?

Los transductores se clasifican en dos tipos, como transductores activos y transductores pasivos. Los transductores activos son un tipo de transductores que no requieren ningún tipo de energía para su funcionamiento. Mientras que el transductor pasivo requiere alimentación externa para su funcionamiento en el proceso de conversión de energía. Estos transductores se han incluido en transductores pasivos.


La definición de transductor capacitivo es medir el desplazamiento (la distancia que cubre), la presión y otras cantidades físicas, estos transductores son los preferidos. En estos transductores, la capacitancia entre las placas varía debido a la distancia entre las placas, superposición de placas, debido al cambio de medio dieléctrico, etc.





Principio de funcionamiento del transductor capacitivo

El diagrama anterior indica el transductor capacitivo. los principio de funcionamiento de un transductor capacitivo es capacitancia variable. Según su estructura, estos tienen dos placas metálicas paralelas que mantienen la distancia entre ellos. Entre ellos, se puede llenar un medio dieléctrico (como aire). Entonces, la distancia entre estas dos placas de metal y las posiciones de las placas pueden cambiar la capacitancia. Entonces, la capacitancia variable es el principio de estos transductores. La diferencia básica entre los condensadores normales y los transductores capacitivos es, el condensador las placas son constantes en normal condensadores en donde estos transductores, placas de condensadores son la condición móvil.

transductor capacitivo

transductor capacitivo



La capacitancia del condensador variable se puede medir mediante esta fórmula.

Fórmula de transductor capacitivo

Fórmula de transductor capacitivo

En esta fórmula:


C indica la capacitancia de la capacitancia variable
εo indica la permitividad del espacio libre
εr indica la permitividad relativa
A indica el área de las placas
D indica la distancia entre las placas

Entonces, de acuerdo con la fórmula, el valor de capacitancia variable depende de cuatro parámetros importantes. Son la distancia entre las placas del condensador variable, ocupando el área de las placas, la permitividad del espacio libre, la permitividad relativa y el material dieléctrico. Estos parámetros pueden variar el valor de capacitancia del capacitor variable.

  • El cambio en la constante dieléctrica puede variar la capacitancia de este transductor.
  • El área de las placas de estos transductores puede variar su valor de capacitancia.
  • La distancia entre las placas puede variar el valor de capacitancia de los transductores. Este método es el más utilizado. En este método, el medio dieléctrico y el área de las placas se mantienen constantes. Cuando las placas se mueven, la distancia varía y esto da como resultado el cambio de la capacitancia del transductor capacitivo.

Estos tres métodos anteriores se utilizan para cambiar el valor de capacitancia de este transductor.

Diagrama de circuito capacitivo

El diagrama de circuito anterior indica el diagrama de circuito equivalente de un transductor capacitivo. La diferencia entre el capacitor variable y el capacitor normal es que la capacitancia del capacitor variable varía mientras que en un capacitor normal, el valor de capacitancia es fijo y no se puede cambiar.

diagrama-circuito-transductor-capacitivo

diagrama-circuito-transductor-capacitivo

Tipos de transductor capacitivo

Según la estructura del transductor capacitivo, son cuatro tipos que se comentan a continuación. Son

  • Capacitancia de placas paralelas con placas rectangulares.
  • Transductor de condensador cilíndrico.
  • Placas paralelas semicirculares.
  • Cambio de dieléctrico entre placas paralelas.

Capacitancia de placa paralela con placas rectangulares

Esto también se llama transductor capacitivo de tipo plano. En este tipo de transductor, una placa está fija y la otra placa se puede mover. Mediante esta variación, se puede variar la distancia do el área A. Esto da como resultado el valor de capacitancia de este transductor.

transductor capacitivo de tipo plano

transductor capacitivo de tipo plano

Si el área A varía y el valor de capacitancia C sería cuando las placas tienen la distancia de x, entonces

C = ε (A-wx) / d

Transductor capacitivo cilíndrico

transductor-capacitivo-ciclico

transductor capacitivo cilíndrico

Considerando que la longitud del cilindro debe ser L, entonces la capacitancia

ecuación-cilíndrica-capacitiva

ecuación-cilíndrica-capacitiva

Transductor capacitivo semicircular

Este tipo proporcionará el valor de capacitancia más alto cuando las dos placas capacitivas se superponen entre sí. Son preferibles cuando el circuito requiere la máxima capacitancia.

diagrama-de-placas-paralelas-circulares

diagrama circular de placas paralelas

En este tipo de transductor capacitivo, área A = πr ^ 2/2 y la capacitancia C = ε πr ^ 2 / 2d

Cambio de medio dieléctrico entre placas paralelas

Cuando el medio dieléctrico varía entre las dos placas paralelas de este transductor, también varía la capacitancia del transductor.

Por lo tanto, capacitancia C = εo (ε1 * L1 * w + ε2 * L2 * w) / d

Aquí, L1 y L2 indican la longitud de la 1ª y la 2ª placa.

W indica el ancho de la placa

D indica la distancia entre las placas

Ventajas

los ventajas del transductor capacitivo se analizan a continuación. Son

  • Estos transductores ofrecen una alta impedancia de entrada. Por tanto, el valor de los efectos de carga será demasiado bajo.
  • La respuesta de frecuencia de estos transductores es extremadamente alta.
  • Estos transductores son muy sensibles.
  • Estos consumen poca energía para funcionar. Entonces, estos transductores se denominan dispositivos de bajo consumo de energía.
  • La alta resolución puede ser posible utilizando estos transductores.

Desventajas

Hay algunos desventajas de un transductor capacitivo están enlistados debajo. Son

  • Tiene una impedancia de salida alta. Debido a este alto valor de impedancia de salida, se necesita un circuito complicado para medir la salida. Y el circuito de salida debe ser potente para mantener este inmenso valor de alto rendimiento.
  • Estos transductores exhiben comportamientos no lineales debido a los efectos de borde.
  • Estos dependen de la temperatura. El valor de la temperatura externa puede afectar este valor de capacitancia del transductor.

Aplicaciones

Las aplicaciones del transductor capacitivo son

  • Este transductor tiene una amplia gama de aplicaciones para determinar cantidades como temperatura, desplazamiento y presión, etc. Las aplicaciones de transductores capacitivos se enumeran a continuación.
  • Estos transductores tienen aplicaciones en el campo del desplazamiento lineal y angular con el factor de sensibilidad.
  • Una de las mejores aplicaciones de este transductor es encontrar el nivel de humedad. A medida que cambia el valor de humedad, también cambia el valor de capacitancia de este transductor. Con este valor, podemos medir el cambio de humedad.
  • El transductor de presión de capacitancia variable es aplicable para encontrar las variaciones de presión utilizando la capacitancia variable.

Por lo tanto, capacitivo transductores son útiles para convertir una forma de energía en otra forma de energía tomando el cambio en el valor de capacitancia. Estos son los transductores pasivos porque esto requiere energía externa para operarlos. Y con la ayuda de estos transductores, podemos medir la presión, temperatura y desplazamiento, etc.