Qué es un transductor capacitivo: funcionamiento y sus aplicaciones

Energía, no podemos destruirla, pero podemos cambiar la energía de una forma a otra. En algunas situaciones, tenemos que tomar la ayuda de una forma de energía para transformarla en otra forma. Por lo tanto, el proceso de conversión de energía se puede realizar utilizando «transductores». Existen diferentes tipos de transductores como transductores de presión, transductores piezoeléctricos, 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 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 fuente de alimentación para su funcionamiento. Mientras que el transductor pasivo requiere de una fuente de alimentación externa para su funcionamiento en el proceso de conversión de energía. Estos transductores se clasifican en transductores pasivos.

La definición de transductor capacitivo es para medir el desplazamiento (la distancia que cubre), la presión y varias 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, cambio de medio dieléctrico, etc.

Principio de funcionamiento del transductor capacitivo

El diagrama de arriba muestra el transductor capacitivo. los principio de funcionamiento de un transductor capacitivo es una capacidad variable. Según su estructura, estos cuentan con dos placas metálicas paralelas que mantienen la distancia entre ellos. Entre ellos, se puede llenar un medio dieléctrico (como el aire). Así, la distancia entre estas dos placas de metal y las posiciones de las placas pueden modificar la capacitancia. Así, la capacitancia variable es el principio de estos transductores. La diferencia básica entre los condensadores normales y los transductores capacitivos es que las placas del condensador son constantes en los condensadores normales en los que estos transductores, las placas del condensador, son la condición de movimiento.

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transductor capacitivo

La capacitancia del capacitor variable se puede medir con esta fórmula.

Fórmula del transductor capacitivo
Fórmula del transductor capacitivo

En esta fórmula:

C indica la capacidad de la capacidad variable
εo indica la permitividad del espacio libre
εr indica la permitividad relativa
A indica la superficie de las placas.
D indica la distancia entre las placas

Entonces, según la fórmula, el valor de la capacitancia variable depende de cuatro parámetros importantes. Estos son la distancia entre las placas del capacitor variable, el área ocupada por 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.

  • Cambiar la constante dieléctrica puede causar que la capacitancia de este transductor varíe.
  • La superficie de las placas de estos transductores puede hacer 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. A medida que las placas se mueven, la distancia varía, lo que hace que cambie 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 muestra 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 el capacitor normal el valor de la capacitancia es fijo y no se puede cambiar.

diagrama de circuito transductor capacitivo
diagrama de circuito transductor capacitivo

Tipos de transductor capacitivo

De acuerdo con la estructura del transductor capacitivo, estos son cuatro tipos que se analizan a continuación. Ellas son

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

Esto también se llama un tipo plano de transductor capacitivo. En este tipo de transductor, una placa es fija y la otra placa se puede mover. Mediante esta variación, se puede variar la distancia d o 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 la capacitancia C sería cuando las placas tienen la distancia de x, entonces

C= ε(A-wx)/d

Transductor capacitivo cilíndrico

transductor capacitivo cilíndrico
transductor capacitivo cilíndrico

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

ecuación cilíndrica capacitiva
ecuación de capacitancia cilíndrica

Transductor capacitivo semicircular

Este tipo proporcionará el valor de capacitancia más alto cuando las dos placas capacitivas se superpongan. Estos son los preferidos cuando el circuito requiere la máxima capacidad.

Diagrama circular de placas paralelas
Diagrama circular de placas paralelas

En este tipo de transductor capacitivo, el área A = πr^2/2 y la capacidad C=επr^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.

Entonces capacidad C= εo (ε1*L1*w + ε2*L2*w)/d

Aquí, L1 y L2 indican la longitud de las placas 1 y 2.

W indica el ancho de la placa

D indica la distancia entre las placas

Ventajas

los ventajas de los transductores capacitivos se discuten a continuación. Ellas son

  • Estos transductores ofrecen una alta impedancia de entrada. Por lo 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. Por lo tanto, estos transductores se denominan dispositivos de bajo consumo de energía.
  • La alta resolución puede ser posible utilizando estos transductores.
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Desventajas

hace un poco desventajas de un transductor capacitivo están enlistados debajo. Ellas son

  • Tiene una alta impedancia de salida. Debido a este alto valor de impedancia de salida, se requiere un circuito complicado para medir la salida. Y el circuito de salida debe ser potente para mantener este valor de salida inmensamente alto.
  • Estos transductores exhiben comportamientos no lineales debido a 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 de transductores capacitivos son

  • Este transductor tiene una amplia gama de aplicaciones para determinar magnitudes 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. Cuando el valor de la humedad cambia, el valor de la capacitancia de este transductor también cambia. Por este valor, nosotros puede medir el cambio en la humedad.
  • El transductor de presión de capacitancia variable es aplicable para encontrar variaciones de presión usando capacitancia variable.

Así, capacitivo transductores son útiles para convertir una forma de energía en otra forma de energía tomando el cambio en el valor de la capacitancia. Estos son los transductores pasivos, ya que requieren una fuente de alimentación externa para operarlos. Y con la ayuda de estos transductores podemos medir presión, temperatura y desplazamiento, etc.

Javired
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