Sabes todo acerca del Sensores de presión capacitivos pues aquí te mostramos todo lo que deseas saber para que puedas entender como funciona el sensor de capacitancia.
¿Qué son los sensores de presión capacitivos?
Los sensores de presión capacitivos miden la presión al detectar cambios en la capacitancia eléctrica causados por el movimiento de un diafragma.
Principio de funcionamiento
Un condensador consta de dos placas conductoras paralelas separadas por un pequeño espacio. La capacitancia se define por:

dónde:
εr es la constante dieléctrica del material entre las placas (esto es 1 para un vacío)ε0 es la constante eléctrica (igual a 8.854x1012 F / m),A es el área de las placasd es la distancia entre las placas
Cambiar cualquiera de las variables causará un cambio correspondiente en la capacitancia. El más fácil de controlar es el espaciado. Esto se puede hacer convirtiendo una o ambas placas en un diafragma que se desvía por los cambios de presión.
Típicamente, un electrodo es un diafragma sensible a la presión y el otro es fijo. Un ejemplo de un sensor de presión capacitivo se muestra a la derecha.
Una manera fácil de medir el cambio en la capacitancia es hacerlo parte de un circuito sintonizado, que generalmente consiste en el sensor capacitivo más un inductor. Esto puede cambiar la frecuencia de un oscilador o el acoplamiento de CA de un circuito resonante.
Construcción
El diafragma se puede construir a partir de una variedad de materiales, como plástico, vidrio, silicio o cerámica, para adaptarse a diferentes aplicaciones.
La capacidad del sensor es típicamente de alrededor de 50 a 100 pF, con el cambio en unos pocos picofaradios.
La rigidez y resistencia del material se puede elegir para proporcionar una gama de sensibilidades y presiones de funcionamiento. Para obtener una señal grande, el sensor puede necesitar ser bastante grande, lo que puede limitar el rango de frecuencia de operación. Sin embargo, los diafragmas más pequeños son más sensibles y tienen un tiempo de respuesta más rápido.
Un diafragma delgado y grande puede ser sensible al ruido de la vibración (después de todo, el mismo principio básico se usa para fabricar micrófonos de condensador) particularmente a bajas presiones.
Los diafragmas más gruesos se utilizan en sensores de alta presión y para garantizar la resistencia mecánica. Los sensores con una presión de escala completa de hasta 5,000 psi se pueden construir fácilmente controlando el grosor del diafragma.

Una sección transversal de la construcción del sensor capacitivo.
Al elegir materiales para las placas de condensadores variables que tienen un bajo coeficiente de expansión térmica, es posible hacer sensores con muy baja sensibilidad al cambio de temperatura. La estructura también debe tener baja histéresis para garantizar la precisión y la repetibilidad de las mediciones.
Debido a que el diafragma en sí es el elemento sensor, no hay problemas con los componentes adicionales que se unen al diafragma, por lo que los sensores capacitivos pueden funcionar a temperaturas más altas que otros tipos de sensores.
Los sensores de presión capacitivos también se pueden construir directamente en un chip de silicio con las mismas técnicas de fabricación que se utilizan en la fabricación de dispositivos electrónicos semiconductores (ver diagrama a la izquierda). Esto permite construir elementos sensores muy pequeños y combinarlos con la electrónica para el acondicionamiento de señales y la generación de informes. Los sensores de presión que utilizan sistemas mecánicos microelectrónicos (MEMS) se describen con más detalle en el capítulo 6.4 .
Función
El cambio en la capacitancia se puede medir conectando el sensor en un circuito dependiente de la frecuencia, como un oscilador o un circuito de tanque con diafragma LC. En ambos casos, la frecuencia resonante del circuito cambiará a medida que la capacitancia cambie con la presión.
Un oscilador requiere algunos componentes electrónicos adicionales y una fuente de alimentación. Un circuito LC resonante puede usarse como un sensor pasivo, sin su propia fuente de energía.
La constante dieléctrica del material entre las placas puede cambiar con la presión o la temperatura y esto también puede ser una fuente de errores. La permitividad relativa del aire y de la mayoría de los otros gases aumenta con la presión, por lo que esto aumentará ligeramente el cambio de capacitancia con la presión. Los sensores de presión absoluta, que tienen un vacío entre las placas, se comportan idealmente a este respecto.

Se puede construir un sensor más lineal utilizando el 'modo táctil' donde el diafragma hace contacto con la placa opuesta (con una capa aislante delgada en el medio) en todo el rango de funcionamiento normal (como se muestra a la derecha). La geometría de esta estructura da como resultado una señal de salida más lineal.
Este tipo de sensor también es más robusto y capaz de hacer frente a una sobrepresión mayor. Esto lo hace más adecuado para entornos industriales a distancia. Sin embargo, esta estructura es más propensa a la histéresis debido a la fricción entre las dos superficies.
Diseño

Una antena externa en algunos sensores pasivos para estimular el circuito sintonizado.
La electrónica para medir y acondicionar la señal debe colocarse cerca del elemento sensor para minimizar el efecto de la capacitancia parásita.
Debido a que pueden incorporarse como componentes en circuitos sintonizados de alta frecuencia, los sensores capacitivos son muy adecuados para la medición inalámbrica.
En el caso de sensores pasivos, se puede usar una antena externa para proporcionar una señal para estimular el circuito sintonizado y así medir el cambio en la frecuencia de resonancia (ver diagrama a la izquierda). Esto los hace adecuados para dispositivos médicos que necesitan ser implantados.
Alternativamente, para un sensor activo, la frecuencia generada por el oscilador puede ser captada por una antena.
Aplicaciones
Los sensores de presión capacitivos a menudo se usan para medir presiones de gas o líquido en motores a reacción, neumáticos de automóviles, el cuerpo humano y muchos otros lugares. Pero también se pueden usar como sensores táctiles en dispositivos portátiles o para medir la presión aplicada a un interruptor o teclado.
Son particularmente versátiles, en parte debido a su simplicidad mecánica, por lo que pueden usarse en entornos exigentes. Los sensores capacitivos se pueden usar para mediciones de presión absoluta, manométrica, relativa o diferencial.
Ventajas y desventajas
Los sensores de presión capacitivos tienen varias ventajas sobre otros tipos de sensores de presión.
Pueden tener un consumo de energía muy bajo porque no hay corriente continua a través del elemento sensor. La corriente solo fluye cuando se pasa una señal a través del circuito para medir la capacitancia. Los sensores pasivos, donde un lector externo proporciona una señal al circuito, no requieren una fuente de alimentación; estos atributos los hacen ideales para aplicaciones de baja potencia, como sensores remotos o IoT.
Los sensores son mecánicamente simples, por lo que pueden hacerse resistentes con una salida estable, lo que los hace adecuados para su uso en entornos hostiles. Los sensores capacitivos suelen ser tolerantes a las condiciones de sobrepresión temporal.
Tienen baja histéresis con buena repetibilidad y no son muy sensibles a los cambios de temperatura.
Por otro lado, los sensores capacitivos tienen salida no lineal, aunque esto puede reducirse en dispositivos de modo táctil. Sin embargo, esto puede tener el costo de una histéresis mayor.
Finalmente, se requiere un diseño de circuito cuidadoso para la electrónica de la interfaz debido a la alta impedancia de salida del sensor y para minimizar los efectos de la capacitancia parásita.
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