2.1.1. Condensador variable

Un condensador esta formado por dos placas y un dieléctrico.

Donde,

C= Q (carga a) / V (dif. De potencial)

pero la capacidad C es función de la geometría del conductor, el material del dieléctrico.

Por ejemplo, para un condensador de placas planas y paralelas se tiene:

C= εo εr A/d (n-1)

donde εo = 8.85 pF/m y εr =  / ₀

εr es la constante dieléctrica del material y εo es la constante dieléctrica del vacío.
Por tanto, con variar la geometría o el dieléctrico se puede usar para medir un fenómeno físico.

Los problemas que presenta este tipo de medidor es que:

· No se puede despreciar el efecto de los bordes.

· El aislamiento entre placas debe ser alto y constante.

· Existen muchas interferencias capacitivas.

· Los cables de conexión generan condensadores parásitos.

El efecto de bordes es importante ya que en la ecuación de C se indica que esta está afectada por la distancia entre las placas. Realmente está afectada por la distancia que recorren los electrones desde una placa a la otra. Esto es asumiendo que se desplazan perpendicularmente sobre las placas. Pero en la práctica no es así, y ocurre que en los bordes el desplazamiento es angular, recorriendo una distancia mayor. Esto genera un error. Esto se corrige utilizando guardas. La guarda consiste en rodear un o de los electrodos con un anillo puesto al mismo potencial del mismo electrodo. Las interferencias capacitivas consiste en que entre cada conductor existen condensadores parásitos. Una solución en este caso es apantallar el cable para llevar todos los posibles contactos a tierra. Otro problema mencionado son los cables de conexión. Al apantallar el cable para reducir las interferencias capacitivas, se introduce un nuevo error, si el cable es largo:; Es la aparición de capacidades en paralelo a lo largo del cable

La linealidad es otro elemento a destacar ya que según sea el parámetro que se tome, podremos obtener una salida directamente proporcional o inversamente proporcional, y por tanto no lineal. Si lo que varía es la distancia d y se mide la admitancia (proporcional a C), la medida sería no lineal. Pero si se mide la impedancia, la medida seria lineal.

El uso de sensores diferenciales permitirá superar esta dificultad.

Otro problema importante es la alta impedancia de salida de este tipo de sensores, determinada por el dieléctrico no conductor utilizado.

Para resolver en este caso existen tres alternativas:

· Colocar la electrónica de acondicionamiento.

· Usar un transformador de impedancia.

· Medir la intensidad de corriente en vez de la tensión.

Es indudable que estos sensores tienen ventajas con respecto a sus homólogos resistivos. Algunas de ellas son:

· Como sensor de desplazamiento tienen un error por carga mecánica casi nulo: sin fricciones, ni histéresis. La fuerza para mover el elemento móvil en un condensador plano es:

F = 1/2 ( εo A/ d² V²)

Para valores reales, la fuerza necesaria para producir un desplazamiento es casi despreciable.

· Estos sensores tienen una estabilidad y reproducibilidad elevadas. C no depende de la conductividad de las placas y por tanto tampoco de la temperatura.

· Se puede obtener una alta resolución, al variar bastante la capacidad. Se puede detectar hasta 10 pm de distancia.

Estos sensores se suelen aplicar para medir desplazamientos. Si el desplazamiento es grande o pequeño, se prefiere utilizar d variable. Si el desplazamiento es intermedio (1-10 cm), se prefiere variar el área de acción entre las placas.

Normalmente la capacidad en estos sensores varía de 500 pF a 1 pF, y se trabaja con frecuencias de 10 kHz para que la impedancia sea pequeña.

Algunas aplicaciones de los sensores son:

· Medida de desplazamientos lineales y angulares.

· Detector de proximidad.

· Cualquier otra magnitud que se pueda convertir en desplazamiento.

· Medidas de nivel de líquido conductor y no conductor.