Bienvenidos a este nuevo post, en esta ocasión analizaremos un componente que está estrechamente relacionado con la capacitancia, hoy revisaremos el funcionamiento del sensor capacitivos, veremos ¿Qué es y cómo funciona?

Además, aprenderás sus ventajas y sus principales aplicaciones, el objetivo de este post, es que al final hayas despejado tus dudas y aprendas a utilizar este tipo de sensor.

¿Qué es un sensor capacitivo?

El sensor capacitivo, es un tipo de sensor que modifica su capacitancia interna, cuando ciertas variables externas cambian.

Este sensor puede ser utilizado en materiales metálicos, como no metálicos.

La capacitancia es una magnitud física de algunos dispositivos para almacenar carga eléctrica, en este caso, el sensor capacitivo tiene dicha capacidad.

• Puedes aprender más sobre la capacitancia en mi post ¿Qué es la capacitancia?

Construcción de un sensor capacitivo

Existen varios tipos de sensores capacitivos según el fabricante, no obstante, en forma general podemos encontrar las siguientes secciones:

• Electrodo interno: este electrodo es parte del mismo sensor
• Electrodo externo: no forma parte del sensor, comunemente es el mismo objeto que se desea sensar, y por lo regular está aterrizado a tierra.

Tipos de sensores capacitivos

Los podemos dividir principalmente en dos tipos: Corriente alterna y corriente directa:

Respecto a corriente directa tenemos aquellos de: 2,3 y 4 hilos; con una distancia que ronda lo 5 a 20 milímetros.

Características principales del sensor capacitivo

• Mediciones sin contacto.
• Alta precisión en lecturas.
• Versatilidad para ser utilizados en muchas aplicaciones.
• Fácil de implementar y controlar.

¿Cómo funciona el sensor capacitivo?

Un sensor capacitivo está conformado a partir de un oscilador que tiene ciertos niveles de capacitancia entre dos electrodos, uno interno y otro externo.

Este juego de electrodos son muy parecidos a un capacitor de placas paralelas y, entre estos dos electrodos, el sensor es capaz de almacenar carga eléctrica.

• Te recomiendo revisar mi post sobre el funcionamiento de un capacitor.

Dada la configuración de electrodos el sensor capacitivo es capaz de funcionar en dos formas diferentes, según el objeto a sensar, por ejemplo:

• Electrodo externo: el objeto a sensar toma la función de un electrodo externo, en este caso, la capacitancia será afectada por la distancia entre el electrodo externo y el interno.
• Dieléctrico: en un sensor capacitivo el objeto que se desea sensar puede tomar el lugar de dieléctrico, en este tipo, los electrodos serán fijos y lo que determina la capacitancia del sensor será el objeto a sensar. (Ver ¿Qué es un dieléctrico?)

¿Cómo se lleva a cabo la medición en un sensor capacitivo?

• Entre los electrodos se almacena un cierto nivel de capacitancia, y es modificada por:
  • La distancia
  • O dieléctrico
• La cantidad de carga que se almacena dependerá de la superficie de las placas o del dieléctrico.

Fórmula de capacitancia en un sensor capacitivo

Sin importar el papel que asume el objeto a sensar, podemos obtener la capacitancia a través de la siguiente fórmula:

C = eA / d

Donde:

• C es el valor de capacitancia.
• e es la constante dieléctrica.
• A es la superficie de las placas.
• d es el valor de la distancia entre las placas.

Factores que modifican la lectura de un sensor capacitivo

Principalmente existen tres razones que harán que las lecturas de nuestro sensor varíen:

• Distancia entre los electrodos:
  • Si la distancia entre ambos disminuye, la capacitancia aumentará de valor.
  • Si la distancia entre ambos aumenta, la capacitancia se verá reducida.
• Área de los electrodos: si el área de los electrodos es grande, la capacitancia aumentará, y disminuirá en caso contrario.
• Dieléctrico:
  • Si entre los electrodos se modifica la constante dieléctrica, la capacitancia también será modificada.

¿Cómo seleccionar el mejor sensor capacitivo?

En este punto es importante que comprendas la naturaleza del problema a resolver, sobre todo, tener plenamente identificado el objeto u objetos que deseas sensar, por ejemplo:

• Si el objeto se encuentra fijo: podría optar por un sensor donde el objeto sea uno de los electrodos, si este se llegara a mover, los sabrias, ya que la capacitancia cambiaría y el sensor arrojaría una nueva lectura.
• Ahora, si lo que deseas es identificar de qué objeto se trata, puedes utilizar un sensor capacitivo y, el objeto funja como dieléctrico, ya que, cada tipo de material posee una constante dieléctrica única.

Ventajas del sensor capacitivo

Dentro de las principales ventajas de este tipo de sensores, podemos listar las siguientes:

1. No hay contacto físico: podemos realizar lectura sin que el sensor y los objetos estén en contacto directo, esto evita desgaste e invasión en los objetos a sensar.
2. Lo podemos utilizar con materiales metálicos y no metálicos.

Desventajas del sensor capacitivo

A pesar de ser un sensor bastante versátil, existen algunas desventajas, por ejemplo:

1. Alcance limitado: el rango de este sensor ronda los 60 mm.
2. Cuando los objetos fungen como dieléctrico, podemos tener una limitante, ya que cada material tiene diferente constante dieléctrica.

Aplicaciones del sensor capacitivo

Gracias a sus características podemos utilizar este sensor para:

• Medir niveles de líquido.
• Detectar diferentes tipos de materiales.
• Realizar contadores.
• Detección de posición.
• Detectores de humedad.

Excelente, espero que este pequeño post te haya sido útil, ahora ya conoces los principios básicos del sensor capacitivo, te recomiendo revisar los demás post para complementar todo lo que vimos, nos vemos en el siguiente post.