2.1.2. Condensador diferencial

Esta formado por tres placas planas paralelas. En general, las placas exteriores suelen ser fijas y la placa central móvil, en respuesta a la variable a detectar. Vemos cómo, a pesar de que C1 y C2 son no lineales, se logra obtener una salida lineal realizando una medida diferencial y con una sensibilidad mayor que en el caso del condensador simple. Aplicaciones típicas de esta configuración son los micrómetros, acelerómetros e inclinómetros.

Si se disponen las tres placas del condensador diferencial cómo se muestra en la figura derecha y se varía el área entre placas, se tiene que la medida diferencial de la capacidad nos permite obtener una salida lineal con el desplazamiento. Con esta técnica se han llegado a medir desplazamientos de hasta 10-10 mm.

Aunque se ha mejorado en linealidad, el condensador diferencial no esta exento de problemas: dispersión del campo eléctrico en los bordes de los electrodos, aislamiento entre placas, capacidades parásitas, cables de conexión, etc. La dispersión del campo en los bordes de los electrodos puede apreciarse mejor en la figura a. Para evitar este efecto, en la figura b se ha colocado un electrodo de guarda rodeando al electrodo 3. Este electrodo de guarda se mueve junto al electrodo 3 y está puesto a su mismo potencial. Ahora, las líneas de campo aparecen distorsionadas en el borde de la guarda, lo cual no importa ya que no es un electrodo de medida. En cambio el campo si es uniforme en los electrodos de medida. El electrodo de guarda protege simultáneamente al electrodo 3 de campos externos que puedan afectar a la linealidad de la medida.

Aplicaciones de los sensores capacitivos diferenciales:

Estos sensores se utilizan especialmente para medir desplazamientos lineales y angulares. Este tiene la ventaja de proporcionar mediciones de desplazamiento muy exactas. El circuito necesario para montarlo es similar al puente de wheatstone solo que en lugar de resistencias se usan condensadores. Se debe usar también una capacitancia variable para balancear el circuito.

Este tipo de transductor es útil para medir presión sanguínea, registrar los movimientos de las paredes del pecho, presión plantar, sonidos del corazón y los pulsos radial y braquial. Para lograrlo una de las placas de condensador se mantiene fija, mientras la segunda está unida a un miembro elástico. Una interesante aplicación de los sensores capacitivos la constituyen los capacitares biológicos. Estos utilizan las propiedades dieléctricas del tejido vivo como una parte del capacitor.

En general se puede establecer que los sensores capacitivos tienen un pequeño tamaño, construcción robusta y un pequeño desplazamiento volumétrico. La señal de salida es débil por lo que precisan de amplificadores con el riesgo de introducir errores en la medición. Además son sensibles a variaciones de temperatura.

*Ventajas

· Simplicidad mecánica

· Error de rozamiento mínimo

· Tamaño y masa pequeños

· Alta resolución y sensibilidad

· Buena reproductibilidad

· Alta estabilidad con la temperatura

· Fácil integración en C.I.

*Desventajas

· Resistencias parásitas

· Alta impedancia de salida

· Afectados por campos electromagnéticos

· Necesidad de apantallamiento

· Utilización de guardas

Aplicaciones de estos sensores:

· Desplazamientos lineales y angulares.

· Detector de proximidad.

· Cualquier magnitud que implique un desplazamiento (presión, fuerza, etc)

· Medida de humedad por variación de e.+Medida de Tª (de e=k/(T-Tc)).

· Medida de espesores de materiales dieléctricos.

· Medida de nivel de líquidos.

· Presión, fuerza, par y aceleración

· Deformaciones, galgas capacitivas

· Humedad (óxido de aluminio como dieléctrico)

· Análisis químico

· Nivel de líquidos