Energia, não podemos destruí-la, mas podemos mudar a energia de uma forma para outra. Em algumas situações, precisamos obter ajuda de uma forma de energia para transformá-la em outra. Portanto, o processo de conversão de energia pode ser feito usando “ Transdutores ”. Existem vários tipos de transdutores, como transdutores de pressão, piezoelétrico transdutores, transdutores ultrassônicos, transdutores de temperatura, transdutores capacitivos, etc. Neste artigo, vamos conhecer o que é um transdutor capacitivo, seu princípio de funcionamento, diagrama de circuito, tipos e suas aplicações, vantagens e desvantagens.
O que é um transdutor capacitivo?
Os transdutores são classificados em dois tipos, como transdutores ativos e transdutores passivos. Os transdutores ativos são um tipo de transdutor que não requer nenhum tipo de energia para seu funcionamento. Já o transdutor passivo requer alimentação externa para sua operação no processo de conversão de energia. Esses transdutores vêm sob transdutores passivos.
A definição do transdutor capacitivo é medir o deslocamento (a distância que ele cobre), a pressão e outras várias grandezas físicas, estes transdutores são preferidos. Nestes transdutores, a capacitância entre as placas é variada devido à distância entre as placas, sobreposição das placas, devido à mudança do meio dielétrico, etc.
Princípio de funcionamento do transdutor capacitivo
O diagrama acima indica o transdutor capacitivo. O princípio de funcionamento de um transdutor capacitivo é a capacitância variável. Quanto à sua estrutura, estas apresentam duas placas metálicas paralelas que mantêm a distância entre elas. Entre eles, o meio dielétrico (como o ar) pode ser preenchido. Portanto, a distância entre essas duas placas de metal e as posições das placas pode alterar a capacitância. Portanto, a capacitância variável é o princípio desses transdutores. A diferença básica entre os capacitores normais e os transdutores capacitivos é, o capacitor placas são constantes no normal capacitores em que esses transdutores, placas de capacitor são a condição móvel.
transdutor capacitivo
A capacitância do capacitor variável pode ser medida por esta fórmula.
Fórmula do transdutor capacitivo
Nesta fórmula:
C indica a capacitância da capacitância variável
εo indica a permissividade do espaço livre
εr indica a permissividade relativa
A indica a área das placas
D indica a distância entre as placas
Portanto, de acordo com a fórmula, o valor da capacitância variável depende de quatro parâmetros importantes. Eles são a distância entre as placas do capacitor variável, área de ocupação das placas, permissividade do espaço livre, permissividade relativa e material dielétrico. Esses parâmetros podem variar o valor da capacitância do capacitor variável.
- Mudança na constante dielétrica pode variar a capacitância deste transdutor.
- A área das placas desses transdutores pode variar seu valor de capacitância.
- A distância entre as placas pode variar o valor de capacitância dos transdutores. Este método é usado principalmente. Neste método, o meio dielétrico e a área das placas são mantidos constantes. Quando as placas estão se movendo, a distância é variada e isso resulta na mudança da capacitância do transdutor capacitivo.
Os três métodos acima são usados para alterar o valor da capacitância deste transdutor.
Diagrama de Circuito Capacitivo
O diagrama de circuito acima indica o diagrama de circuito equivalente de um transdutor capacitivo. A diferença entre o capacitor variável e o capacitor normal é que a capacitância do capacitor variável é variada, enquanto em um capacitor normal, o valor da capacitância é fixo e não pode ser alterado.
diagrama de circuito de transdutor capacitivo
Tipos de transdutor capacitivo
De acordo com a estrutura do transdutor capacitivo, eles são quatro tipos que são discutidos a seguir. Eles são
- Capacitância de placa paralela com placas retangulares.
- Transdutor de capacitor cilíndrico.
- Placas paralelas semicirculares.
- Mudança no dielétrico entre placas paralelas.
Capacitância de placa paralela com placas retangulares
Isso também é chamado de tipo plano de transdutor capacitivo. Nesse tipo de transdutor, uma placa é fixada e a outra pode ser movida. Por esta variação, a distância d ou área A pode ser variada. Isso resulta no valor de capacitância deste transdutor.
transdutor capacitivo tipo plano
Se a área A varia e o valor de capacitância C seria quando as placas estão tendo a distância de x, então
C = ε (A-wx) / d
Transdutor Capacitivo Cilíndrico
transdutor capacitivo cilíndrico
Considerando que o comprimento do cilindro deve ser L, então a capacitância
equação capacitiva cilíndrica
Transdutor Capacitivo Semicircular
Este tipo fornecerá o valor de capacitância mais alto quando as duas placas capacitivas forem sobrepostas uma à outra. Eles são preferíveis quando o circuito requer a capacitância máxima.
diagrama de placa circular paralela
Neste tipo de transdutor capacitivo, área A = πr ^ 2/2 e a capacitância C = ε πr ^ 2 / 2d
Mudança no meio dielétrico entre placas paralelas
Quando o meio dielétrico varia entre as duas placas paralelas deste transdutor, isso também varia a capacitância do transdutor.
Portanto, capacitância C = εo (ε1 * L1 * w + ε2 * L2 * w) / d
Aqui - L1 e L2 estão indicando o comprimento do comprimento da 1ª e 2ª placas.
W indica a largura da placa
D indica a distância entre as placas
Vantagens
O vantagens do transdutor capacitivo são discutidos abaixo. Eles são
- Esses transdutores oferecem alta impedância de entrada. Portanto, o valor dos efeitos de carregamento será muito baixo.
- A resposta de frequência desses transdutores é extremamente alta.
- Esses transdutores são altamente sensíveis.
- Eles estão consumindo pouca energia para operar. Portanto, esses transdutores são chamados de dispositivos de baixo consumo de energia.
- A alta resolução pode ser possível usando esses transdutores.
Desvantagens
Existem alguns desvantagens de um transdutor capacitivo estão listados abaixo. Eles são
- Possui uma alta impedância de saída. Por causa desse alto valor de impedância de saída, um circuito complicado é necessário para medir a saída. E o circuito de saída precisa ser poderoso para manter esse valor imenso de alta saída.
- Esses transdutores exibem comportamentos não lineares devido aos efeitos de borda.
- Dependem da temperatura. O valor da temperatura externa pode afetar este valor de capacitância do transdutor.
Formulários
As aplicações do transdutor capacitivo são
- Este transdutor tem uma ampla gama de aplicações na determinação de quantidades como temperatura, deslocamento e pressão, etc. As aplicações do transdutor capacitivo estão listadas abaixo.
- Esses transdutores têm aplicações na área de deslocamento linear e angular com o fator de sensibilidade.
- Uma das melhores aplicações desse transdutor é encontrar o nível de umidade. Conforme o valor da umidade muda, o valor da capacitância deste transdutor também muda. Por este valor, podemos medir a mudança na umidade.
- O transdutor de pressão de capacitância variável é aplicável para encontrar as variações de pressão usando a capacitância variável.
Assim, capacitivo transdutores são úteis para converter uma forma de energia em outra forma de energia, tomando a mudança no valor da capacitância. Esses são os transdutores passivos, pois isso requer energia externa para operá-los. E com a ajuda desses transdutores, podemos medir a pressão, temperatura e deslocamento, etc.