Neste artigo, abordaremos o funcionamento, vantagens e desvantagens do sensor capacitivo ou sensor detector de proximidade de efeito capacitivo. Este tipo de sensor permite a detecção sem contato e a medição linear de pequenos deslocamentos, da ordem de aproximadamente zero até três centímetros com uma resolução que pode chegar à nanométrica.

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Figura 1. sensor capacitivo ou de proximidade capacitivo.

Embora apresente a mesma função principal, o sensor capacitivo possui algumas características diferentes em relação aos sensores de proximidade que operam a partir de corrente parasita, tais como os sensores indutivos.

1 – Funcionamento e construção do sensor capacitivo

Antes de entender o funcionamento de um sensor capacitivo, são necessárias algumas definições. Capacitância é a capacidade de um material de armazenar carga elétrica. No campo da eletrônica, este princípio é geralmente associado ao dispositivo armazenador de energia chamado capacitor.

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Figura 2. Representação de um capacitor de placas paralelas.

Para melhor entendimento, considere um capacitor de placas paralelas. Este tipo de capacitor possui duas placas de material condutor posicionadas paralelamente e, entre elas, existe um material isolante (dielétrico). O valor da capacitância mútua é proporcional ao índice de permissividade do material dielétrico, que é uma propriedade do material, e à área “A” das placas. E é inversamente proporcional à distância “D” entre as superfícies.

O sensor capacitivo opera de forma similar ao capacitor. No entanto a capacitância do sensor é variável de acordo com a distância entre a superfície de leitura do sensor e o material a ser detectado. Também podem ocorrer mudanças na capacitância do sensor pela captação de material condutivo ou dielétrico. A alteração da capacitância por fim representa uma variação no sinal elétrico emitido pelo dispositivo.

2 – Sensores de proximidade: sensor capacitivo X sensor indutivo.

Nas aplicações industriais, existem casos em que o sensor capacitivo leva vantagem. Em outros casos, os sensores de indução oferecem maiores vantagens. E existem situações em que as demais categorias de sensores, como os ópticos ou ultrassônicos, podem suprir melhor a necessidade do projeto por possuírem maior alcance.

Considerando o efeito de campo elétrico do sensor capacitivo e o efeito de campo magnético do sensor indutivo, diversas diferenças de operação são notáveis. A tabela 1 apresenta uma análise comparativa entre as duas famílias de sensores de acordo com determinados fatores de operação.

sensor capacitivo tabela sensor capacitivo tabela

Tabela 1. Comparação resumida entre as categorias de sensor capacitivo e indutivos.

De acordo com a tabela 1 é possível verificar que, em determinadas situações, a escolha do sensor capacitivo é mais adequada. Como por exemplo, situações em que é necessária a instalação de sensores lado a lado ou em embutidos partes metálicas, onde o campo magnético do sensor indutivo pode causar maior interferência.  Além de detectar também materiais não condutores.

Por outro lado, os sensores indutivos possuem melhor alcance e permitem melhor operação sujeita a poeira e sujeira. Visto que possuem uma vedação muito boa além de não captar os materiais não condutores.

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3 – Aplicações do Sensor Capacitivo

Devido a sua alta precisão, boa parte das aplicações destes sensores tem relação com a medição de precisão. Algumas destas aplicações específicas dos sensores capacitivos estão listadas abaixo:

  • Medição de posicionamento com alta precisão:
  • Medição de espessura:
  • Testes de linha de produção/verificação de uniformidade nas dimensões dos mecanismos produzidos.
  • Identificação da composição de certos materiais de diferentes permissividades.
  • Aplicações gerais de sensores: Chave fim de curso sem contato, contador, entre outras funções.

Portanto, conclui-se que o sensor capacitivo é muito útil quando uma resolução alta é necessária. Além de possuir funções que complementam certas limitações dos sensores indutivos e vice-versa.

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Co-Autoria: Guilherme Cano lopes

Estudante de Engenharia de Controle e Automação pela UNESP e técnico em mecatrônica pela ETEc Getúlio Vargas. Durante a faculdade foi bolsista de iniciação científica e membro da equipe de pesquisa em robótica móvel da UNESP, participando em competições como a Robocup.  Atualmente é estagiário na empresa Citisystems.