Sensores Capacitivos Bibliografía

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1 Sensores Capacitivos Bibliografía Libro texto: Autor:Bentley, Jhon P. Título: Sistemas de medición : principios y aplicaciones Cota: QC53 B455 ISBN: Editorial: Continental, México., MEXICO Edición: 1era. Fecha: Libros complementarios. Autor: Creus Solé, Antonio Título: Instrumentación industrial Cota: TA165 C ISBN: Editorial: Alfaomega ; Marcombo, México, MEXICO Edición: 6ta. Fecha: Autor:Soisson, Harold E Título: Instrumentation in industry Cota: TA165 S658 ISBN: Editorial: John Wiley, New York, ESTADOS UNIDOS Fecha: Autor:Cooper, William David Autor: Panesco Tascon, Jairo. (Traductor) Título: Instrumentación electrónica y mediciones Cota: TK275 C665 ISBN: Editorial: Prentice-Hall Hispanoamericna, México, MEXICO Fecha: 1990 Libros recomendados SENSORES Y ACONDICIONADORES DE SEÑAL (4ª ED.), PALLAS ARENY, RAMON S.A. MARCOMBO, ISBN: , Nº Edición:4ª, Año de edición:2003,plaza edición: BARCELONA. INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA, Pérez García, Miguel Ángel... [et al.], (aut.), Ediciones Paraninfo. S.A., 1ª ed., 3ª imp.(11/2003), ISBN: ISBN-13: INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA, Pérez García, Miguel Ángel Ediciones Garceta. S.A., ISBN:

2 PROBLEMA Nº 1 El transductor de nivel de capacitancia que se muestra en la figura se va a utilizar para medir la profundidad h de un liquido entre 0 y 7 m, en un tanque cilindrico de longitud L=8 m y relación b/a=2. La constante dielectrica del liquido es 2.4 y la permitividad del espacio libre es 8.85 pf/m. El transductor se incorpora en el puente de deflexión que se muestra. Calcule el valor de C0 de manera que Vab=0 cuando el tanque este vacio. Utilizando el valor de C0 anterior calcule Vab cuando el nivel sea maximo.

3 PROBLEMA Nº 2 Una fábrica de caramelos dispone de un depósito de azúcar como el que se muestra en la figura. Se pretende diseñar un medidor de nivel capacitivo con un puente A.C. Determine: La expresión de la capacidad en función de la altura.(15%) Co si el nivel es 0 m.(10%) Vab si el nivel es máximo.(10%) Datos: H = 5m; h = 0,5m; d = 10cm; w = 20cm; εr (azúcar) = 3,0; ε0 = 8,85*10^-12 F/m. Vs=15 Vac, R2=100 Ω, R3=10 k Ω. Capacitor de placas paralelas: C= ε0* εr*a/d. Donde: ε0: permitividad del espacio libre, εr: Permitividad relativa. A: Áreas de las placas. d: Distancia entre las placas, w: ancho de la placa, H: largo de la placa, h: nivel de azúcar. PROBLEMA Nº 3 Un sensor capacitivo de desplazamiento con dieléctrico variable consiste en dos placas metálicas cuadradas. De 5 cm de lado, separadas por un espacio intermedio de 1mm. Entre ellas se puede deslizar una hoja de material dieléctrico de 1mm de espesor y con la misma área que las placas. Dado que la constante dieléctrica del aire es 1 y la del material dieléctrico es 4. Calcule la capacitancia del sensor cuando el desplazamiento de entrada es: X=0 Cm; X=2,5 Cm; X=5,0 Cm

4 PROBLEMA Nº 4 Se desea visualizar la temperatura de un horno, cuyo rango de medida varía desde 100 ºC hasta 600 ºC, la temperatura ambiente varía desde 0ºC hasta 40 ºC, para medir la temperatura del horno se utiliza un termopar TIPO J y para medir la temperatura ambiente un sensor semiconductor tipo MCP9700. El horno se comporta como un sistema de primer orden con un ancho de banda de 800HZ y una resolución de 0,5 C. EL SISTEMA DE MEDIDA es afectado por una señal de ruido DE TIPO SENOIDAL con Vpp de 50mv y una frecuencia de 5KHZ. PROBLEMA Nº 5 Se desea visualizar la temperatura de un horno, cuyo rango de medida varía desde 400 ºC hasta 600 ºC, la temperatura ambiente varía desde 0ºC hasta 20 ºC, para medir la temperatura del horno se utiliza un termopar TIPO R y para medir la temperatura ambiente un sensor semiconductor tipo TERMISTOR. El horno se comporta como un sistema de primer orden con un ancho de banda de 200HZ y una resolucion de 0,5 C. EL SISTEMA DE MEDIDA es afectado por una señal de ruido DE TIPO SENOIDAL Vpp de 50mv y una frecuencia de 1KHZ. PROBLEMA Nº 6 Se desea visualizar la temperatura de un horno, cuyo rango de medida varía desde 0 ºC hasta 200 ºC, la temperatura ambiente varía desde 0ºC hasta 40 ºC, para medir la temperatura del horno se utiliza un termopar TIPO K y para medir la temperatura ambiente un sensor semiconductor tipo LM335. El horno se comporta como un sistema de primer orden con un ancho de banda de 500HZ y una resolucion de 0,2 C. EL SISTEMA DE MEDIDA es afectado por una señal de ruido DE TIPO SENOIDAL Vpp de 500mv y una frecuencia de 5KHZ. PROBLEMA Nº 7 Se desea visualizar la temperatura de un horno, cuyo rango de medida varía desde 300 ºC hasta 500 ºC, la temperatura ambiente varía desde 0ºC hasta 40 ºC, para medir la temperatura del horno se utiliza un termopar TIPO J y para medir la temperatura ambiente un sensor tipo RTD. El horno se comporta como un sistema de primer orden con un ancho de banda de 200HZ y una resolucion de 0,1 C. EL SISTEMA DE MEDIDA es afectado por una señal de ruido DE TIPO SENOIDAL Vpp de 500mv y una frecuencia de 5KHZ

5 Cadena de medición de amplitud para puentes de alterna de sensores capacitivos: Puente C1 Puente C2 Figura 1. PROBLEMA Nº 8 Un condesador de placas paralelas cuadradas se usa para medir desplazamiento x, entre 0mm hasta 15mm, utilizando la configuración de puente C1, y la cadena de medición de amplitud mostrada en la figura 1. Una placa es fija y la otra es móvil. Si la superficie de la placas es 10 cm²y están separadas 1mm y el dieléctrico es aire, se pide: Obtenga la expresión de Cx. Obtenga la expresión del modulo Vab del puente C1, donde Cx es el sensor capacitivo.

6 Obtenga la expresión linealizada del modulo Vab del puente C1, donde Cx es el sensor capacitivo, si se toma la frecuencia de alimentación del puente muy por debajo de la frecuencia de los dos polos que conforman el puente. Determinar los valores de amplitud y frecuencia de E. Los valores de C y R, para que el puente C1 este en equilibrio Vab=0 cuando x= 0mm. Diseñar el circuito de la cadena de medición de amplitud de la figura 1 para obtener una tensión de salida : [0V,10V] proporcional al desplazamiento x :[0mm,15mm]. Determinar el error de linealidad de Vab. PROBLEMA Nº 9 Un sensor de humedad capacitivo puede trabajar entre un 10% y el 90% de humedad relativa (RH), obteniendo una variacion lineal de capacidad lineal, entre 110pF hasta 145pF. Obtenga la expresión lineal de Cx. Obtenga la expresión linealizada del modulo Vab del puente C1, donde Cx es el sensor capacitivo, si se toma la frecuencia de alimentación del puente muy por debajo de la frecuencia de los dos polos que conforman el puente. Determinar los valores de amplitud y frecuencia de E. Los valores de C y R, para que el puente C1 este en equilibrio Vab=0 cuando %RH= 10%. Diseñar el circuito de la cadena de medición de amplitud de la figura 1 para obtener una tensión de salida : [0V,5V] proporcional al %RH :[10%,90%].

7 PROBLEMA Nº 10 Un sensor capacitivo esta formado por dos placas paralelas de 10cm2 de superficie, separadas entre si por 1,5mm. Este sensor esta sumergido en un liquido no conductor de composición variable, cuya constante dieléctrica relativa se puede incrementar hasta un 10% en función de la composición. Si el valor de la constante dieléctrica relativa mínima es de 7,5, determine los limites del condensador formado y diseñe un sistema para medir dicha constante. PROBLEMA Nº 11 Se pretende medir el nivel de un liquido con una constante dieléctrica relativa de 2,1 en un deposito cilíndrico con una altura máxima de 50 cm. El nivel máximo a medir es de 40 cm. Se utiliza un sensor cilindrico capacitivo de radios 8 mm y 12 mm respectivamente y 50 cm de longitud. Diseñe un sistema acondicionador capaz de medir la altura del liquido proporcional al voltaje de salida [0V,5V]. PROBLEMA Nº 12 Un sensor de presión diferencial esta formado por tres laminas paralelas metálicas que configuran un condensador diferencial tal como se muestra en la figura, donde las placas están separadas entre si d=0,5 mm y tienen 2cm2 de superficie y el dieléctrico es aire. Cuando P1=P2 x=0 mm y cuando P2-P1 es máxima x=0,3d mm. Diseñe un sistema de medida que utilice el puente C2 y el circuito de la cadena de medición de amplitud de la figura 1 para obtener una tensión de salida : [0V,5V] proporcional al x :[0mm,0,3d mm]. Si E=10Vp y f=50khz. Debe respetarse un ancho de banda a 3db de al menos 500Hz para esta variable.