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• WILMER CRUZ DIAZ

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UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

PROYECTO N°2 (Sensor) Erika Tatiana Páez Forero: 1802547

Nicolas Esteban Garcia Valderrama: 1802623

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III.

MARCO TEORICO

RESUMEN: Se realizó la práctica de con un sensor capacitivo, el cual el objetivo principal era identificar los valores de capacitancia hechos por un par de plaquetas donde se introduce un dieléctrico para variar su capacitancia y con esta poder realizar las medidas en gramos de un cantidad de arroz especifica. Del mismo modo se debe realizar un circuito de acondicionamiento para poder utilizar este sensor.

SENSORES CAPACITIVOS Los Se forma un condensador cuando se tienen metales separados por un aislante (dieléctrico). La propiedad que lo distingue es la de poder almacenar carga y por supuesto energía en sus placas. A dicha propiedad se le denomina: Capacidad y se mide en Faradios (F). Esta capacidad depende básicamente de la geometría de las placas y del elemento aislante (también llamado dieléctrico). La capacidad de un condensador de placas planas paralelas separadas por una distancia d viene dada por la ecuación 1 [2]

PALABRAS CLAVE: capacitancia, sensor, dielectrico. ABSTRACT: practice was performed with a capacitive sensor , which the main objective was to identify the capacitance values made by a pair of platelets where a dielectric is inserted to vary its capacitance and is able to perform the measures in grams of a quantity of rice specified . Similarly it should perform a conditioning circuit to use this sensor.

C 

A d

Ecuación. 1 donde A es el área de las placas, d su separación y ε la permitidad del dieléctrico. Si A viene dada en m2, d en m y ε en F/m la capacidad viene dada en Faradios. Se define también la permitividad relativa εr como la relación entre la permitidad del material respecto a la del vacío como se indica en la ecuación 2

KEYWORDS: capacitance sensor, dielectric .

I. INTRODUCCION Un sensor es un objeto capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: intensidad lumínica, temperatura, distancia, aceleración, inclinación, presión, desplazamiento, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc.

r 

 

Ecuación. 2 donde ε es la permitidad del dielectrico y εo la permitidad del vacío que tiene un valor de 8.85 pF/m. La del aire se asume de igual valor.[2] En esta práctica se va a variar la capacidad de un condensador variando el dieléctrico del condensador.

II.

-

-

La siguiente gráfica muestra un condensador CAB de placas planas paralelas el cual tiene dos dieléctricos ε1 y ε2 con lo que se forman dos condensadores entra A y B y la capacidad CAB varía en función de x

OBJETIVOS Realizar un sensor capacitivo el cual nos permitirá fortalecer la compresión y usos de este tipo de transformaciones. Se aplicara el uso del capacitor para identificar la cantidad de arroz en un recipiente

A 1

ε1 x

ε2

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V. Figura 1. Condensador con dos dieléctricos permitividades. Fuente: IE. Luis Horacio Bernal Acero

con

Caja de madera Multímetro

PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS

Procedimiento caracterización y acondicionamiento del sensor.

La capacidad de este condensador se determina teniendo en cuenta que se puede considerar que consta de dos condensadores colocados en paralelo cada uno con dieléctrico diferente. Esta misma distribución es la que se va a utilizar para determinar el nivel de un material en un depósito como se ve en la siguiente figura 2.

El sensor capacitivo al medir su capacitancia entre las los placas nos muestra un resultado el cual ha este se le debe restar una capacitancia parasita producida por el entorno en el cual nos encontremos, después de tener estos resultados los cuales se observan en la tabla 1, se procede a caracterizar y acondicionar el sensor para eso para esto se necesitó un amplificador seguidor de línea el cual nos permite la acoplacion de tierras y aumentar nuestra impedancia de salida el siguiente circuito nos permite observar cómo e este circuito

C

εo

H ε1

h

Figura 2. Depósito al cual se mide la altura y por ende el volumen del material almacenado. El sensor utilizado es un condensador variable al variar el dieléctrico con permitividades diferentes. Fuente: IE. Luis Horacio Bernal Acero. [1]

Figura 3. caracterización y acondicionamiento

Cap parasita (nF) Cap A (nF) Cap B (nF) 0,94 0,113 0,114 0,94 0,12 0,114 0,94 0,13 0,114 0,94 0,143 0,115 0,94 0,152 0,115 0,94 0,157 0,115 Cap real A(nF) Cap real B(nF) 0,827 0,826 0,82 0,826 0,81 0,826 0,797 0,825 0,788 0,825 0,783 0,825

Puente Rectificador: La señal alterna recibida del oscilador es convertida por medio del circuito rectificador, de manera que la aproximación del objeto al sensor se convertirá en una señal DC. IV.

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MATERIALES

Fluke Arroz Amplificadores Resistencias Transformador Placas de Aluminio

Tabla 1 valores de capacitancia

2

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Para la realización del capacitor se implementó la tarjeta Arduino, la cual ya contiene algunas librerías que nos facilitaron mostrar estos datos en una LCD. Para la organización y mejor entendimiento del programa se crearon funciones respectivamente a cada variable a medir, esto con la intención de al final simplemente llamarlas e imprimir el dato obtenido. Para los el voltaje fue necesario implementar la conversión de analógico la cual se obtiene multiplicando la variable de voltaje por 5.0 y está dividiéndola por 1024.0. Después de realizar esto se creo una función para poder mostrar la cantidad de arroz la lógica de esa se hizo con condicionales los cuales determinan un valor de voltaje y este lo vuelve la cantidad de arroz que hay en ese rango.

Después de realizar este proceso se procedio a tomar los valores del peso de el arroz según las marcas que indicaban estos resultados se encuentran en la tabla 2.

División

Peso (g) 0 1 2 3 4 5

0 23,4 48,5 62,1 81,7 100,1

Tabla 2. Peso y divisiones NOTA: el programa hecho en arduino esta comentariado en cada renglón indicando que acción realizada cada condición y demás programación utilizada para el sensor capacitivo.

Procedimiento leer señal en arduino. Para poder leer las señales en el arduino se realizó un programa el cual se encuentra adjunto a la carpeta, donde se tomaron valores de voltajes como referencia para así mostrar la cantidad de gramos de arroz por marca, este proceso fue algo complicado pues se realizó con un circuito pasa bandas a una frecuencia de 60 hz.

Peso (g) Vs Divisiones 120 100

División

Peso (g) 0 1 2 3 4 5

0 23,4 48,5 62,1 81,7 100,1

Voltaje (v) 0 a 2,50 2,50 a 2,85 2,85 a 3,15 3,15 a 3,40 3,40 a 3,60 3,60 a 5,00

80 60

40 20 0 0

1

2

3

4

5

6

Grafica 1. Divisiones vs peso Se observa que al aumento de la división hay más cantidad de arroz.

Tabla 3. Valores de voltajes y gramos.

Cap real A(nF) vs Peso (g) 0.83 0.82 0.81 0.8 0.79 0.78 0

20

40

60

80

100

120

Grafica 2 capacitancia vs peso o cantidad de arroz Se observa que entre mayor sea la cantidad de arroz la capacitancia disminuye entre las placas.

Figura 4. Circuito pasa bandas (Filterpro)

Procedimiento Arduino.

3

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Se observa que al aumentar el voltaje s a aumentado la cantidad de arroz lo cual este baja la capacitancia del condensador haciendo que este no tenga la misma capacidad de transportar electrones de una placa a otra debido a el dieléctrico en este caso el arroz .

Voltaje (v) vs Peso (g) 6 5 4 3

VI. Análisis de resultado Cuando se obtienen los valores de voltajes dependiente sus pesos se puede observar que este voltaje es necesario pasarlo por un pasa bandas el cual nos permite solo tomar los valores necesario en una determinada región, los errores aparecen cunado se debe mostrar en la LCD esto es porque después de pasar por el puente rectificador la salida tiene un rizado el cual molesta a la hora de tomar los valores en el programa. También se puede observar que los valores de capacitancia son muy parecidos a los valores reales obtenidos tanto matemáticamente como analíticamente.

2 1 0 0

20

40

60

80

100

120

Grafica 3. Voltaje vs Peso Observamos que al aumentar la cantidad de arroz el voltaje aumente lo cual nos permite mostrar con esta tabla las el peso del arroz.

VII.

CONCLUSIONES

VIII.

BIBLIOGRAFÍA

Voltaje (v) 6 5 4

[1] Guía de laboratorio 3 - Caracterización y acondicionamiento de sensores capacitivos [2] Guia de laboratorio 5- Proyecto: Proyecto sensores inductivo y capacitivo. Sensor capacitivo: nivel de granulado; [3] Ingeniería MCI Ltda. (Olimex Chile) Luis Thayer Ojeda 0115 Of 1105. Santiago, Chile. Aviable: http://arduino.cl/que-es-arduino/

3 2 1 0 0.78

0.79

0.8

0.81

0.82

0.83

Grafica 4. Voltaje vs Capacitancia

4