Transductores Capacitvos E Inductivos

“Transductores capacitivos e inductivos.”

Un sensor es un dispositivo que, a partir de la energía del medio donde se mide, da una señal de salida transducible que es un función de la variable.

Sensor y transductor se emplean a veces como sinónimos, pero sensor sugiere un significado más extensol: la ampliación de los sentidos para adquirir un conocimiento de cantidades físicas que, por su naturaleza o tamaño, no pueden ser percibidas directamente por los sentidos.

Transductor en cambio, sugiere que la señal de entrada y de la salida no deben de ser homogéneas. Para el caso en que lo fueran se propuso el término “modificador”, pero no han encontrado aceptación.

La distinción entre transductor de entrada (señal física/ señal eléctrica) y transductor de salida (señal electrica/ presentación) está practiamente en desuso.

La tendencia actual, particularmente en robótica, es emplear el termino de sensor (o captador en bibliografía francesa) para designar el transductor de entrada y el término actuador o accionamiento para designar el transductor de salida. Los primeros pretenden la obtención de información, mientras que los segundos buscan la conversión de energía.

En el libro de Sensores y acondicionadores de Ramón Pallás Areny se utiliza el término sensor para referirnos a los transductores de entrada.

Ya que se definieron las diferencias entre sensores y transductores, ahora se conceptualizaran los tipos de transductores capacitivos e inductivos que existen.

CAPACITANCIA Y CAPACITORES.

Un capacitor o condensador consiste en dos superficies conductivas separadas por un material dieléctrico, el cual puede ser un sólido, líquido, gas o vacío.

La capacitancia (Coulombs por Volts) se mide en Faradios, su magnitud depende de:

a).- La naturaleza del material dieléctrico,

b).- El área de las superficies conductoras (placas).

c).- La separación entre las placas.

La capacitancia se altera al cambiar cualquiera de esos factores. Si un capacitor de placas paralelas tiene sus placas idénticas (es decir la misma área en cm2), las cuales están separadas una distancia “d” (en cm) y en la separación se coloca un material de constante dieléctrica K, la capacitancia puede calcularse como:

C_pF=0.0885(A/d)*K

Ya que la constante dieléctrica es ligeramente más alta que la constante en vacío, K puede tomar el valor de uno (1) para capacitores de aire. Así, un capacitor que consiste de dos placas de 1 cm2 de área separadas por aire 1 mm tiene una capacitancia de 0.885 pF, es decir, un poco menor de 1 pF.

Cambiando las unidades dimensionales al sistema de medidas americano, un capacitor con 2 placas de 1 in2 de área separadas por aire 0.1 “in” exhibe una capacitancia de 2.17 pF. Es decir un poco más de 2 pF.

Esta relación es válida solo para distancias de separación muy pequeñas en comparación al tamaño de las placas. Generalmente se emplea corriente alterna para obtener señales que reflejen el valor de la capacitancia, en estos casos realmente se mide la reactancia capacitiva.

TRANSDUCTORES CAPACITIVOS.

En un transductor de capacitancia diferencial cada capacitor se colocará en brazos adyacentes del circuito puente. El evento a detectar causará un incremento de la capacitancia en uno de los lados del puente y un decremento en el otro lado. En esta configuración, la señal de salida tendrá el doble de magnitud que la que se obtendría si se detectara con un solo capacitor. Esta técnica se caracteriza por un alto grado de estabilidad ante cambios de temperatura.

Frecuentemente se utilizan los transductores capacitivos para detectar desplazamientos mecánicos al moverse una o ambas placas del capacitor, la siguiente figura ilustra algunos de los métodos en los cuales puede utilizarse, para estos casos, el cambio de capacitancia.

APLICACIONES.

Los transductores capacitivos se han utilizado para la medición de eventos fisiológicos, particularmente para la medición de presión sanguínea. En este método se utiliza un elemento elástico expuesto a la presión sanguínea y que constituye una placa del capacitor, la otra placa esta muy cerca y es fija.

Para obtener alta sensibilidad será necesario colocar la placa móvil tan cerca como sea posible de la otra. Para obtener una respuesta rápida en el tiempo la pieza elástica deberá ser pequeña y tan rígida como sea posible. Esta combinación garantiza que solo una pequeña cantidad de fluido será desplazado cuando se aplique presión. El desplazamiento será expresado en términos de milímetros cúbicos de fluido entrando en el transductor por cada 100mm de Hg. de presión aplicada.

También se ha utilizad el transductor capacitivo para detección, con radiación infrarroja, de bióxido de carbono gaseoso en un analizador. El detector, algunas veces referido como micrófono de gas, consiste de dos cámaras llenas de bióxido de carbono, cada una con una ventana para la admisión de radiación infrarroja. Entre las cámaras hay un diafragma que se puede dilatar, el cual constituye una placa del transductor capacitivo y muy cerca de ella hay una segunda placa que es la segunda placa del capacitor. Cuando el bióxido de carbono, encerrado en las cámaras, absorbe energía infrarroja, la presión sube en proporción de la cantidad de radiación absorbida. Ambas ventanas son expuestas a la fuente de radiación infrarroja. En frente de la ventana de una de las cámaras se coloca un tubo, transparente a la radiación infrarroja, conteniendo el gas a ser analizado.

Así, cuando la muestra de gas a analizar (que contiene bióxido de carbono) esta presente, la cantidad de radiación infrarroja que alcanza a una de las cámaras se reduce, creando un desbalance de presión entre las dos cámaras, lo cual provoca una deflexión del diafragma que esta entre estas y un cambio en la capacitancia presente entre las placas. El cambio en capacitancia indica la cantidad de bióxido de carbono en la muestra de gas.

En la siguiente figura se muestra otra aplicación de transductores capacitivos para determinación del volumen de impulso generado por el corazón en el fluido sanguíneo. En el primer caso la sangre representa una de las placas del capacitor y el diafragma y el aire representan

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