Os sensores de nível capacitivo são usados para medir o nível de líquidos ou sólidos em um recipiente detectando mudanças na capacitância. Calcular a saída de tensão desses sensores é essencial para leituras precisas e integração do sistema. Este guia fornece um processo claro, passo a passo para determinar a saída de tensão com base em parâmetros do sensor e configuração do circuito.

Compreender o Sensor e o Circuito

A saída de tensão de um sensor de nível capacitivo depende da mudança de capacitância do sensor conforme o nível varia e do circuito utilizado para medir essa mudança. Tipicamente, o sensor faz parte de um circuito RC (resistor-capacitor) ou está conectado a um circuito oscilador que converte variações de capacitância em sinais de tensão.

Calculando a Mudança de Capacidade

A capacitância do sensor varia com o nível do material. A fórmula básica para a capacitância é:

C = (ε0 * ε r * A) / d

Onde:

  • ε0 = permissividade ao vácuo
  • ε r = permissividade relativa do material
  • A = área das placas de sensores
  • d = distância entre placas

À medida que o nível muda, o material dielétrico efetivo entre as placas muda, alterando ε r e, portanto, capacitância.

Convertendo Capacidade em Tensão

Em um circuito RC típico, a tensão através do capacitor pode ser calculada usando a equação de carga:

V(t) = V suprimento * (1 - e^(-t / (R * C)])

Onde:

  • V(t) = tensão no tempo t
  • V supply = tensão de alimentação
  • R = resistência no circuito
  • C = capacitância calculada anteriormente
  • t = tempo desde o início da carga

Medindo a tensão em um determinado tempo ou estado estacionário, o nível do sensor pode ser inferido a partir da saída de tensão.

Exemplo prático

Suponha que a tensão de alimentação seja de 5V, a resistência R é de 10kē, e a capacitância varia de 10pF a 20pF conforme o nível muda. Usando a equação de carga, a tensão no estado estacionário (t → ع) é aproximadamente igual a V supply. Para medições dinâmicas, a tensão em um determinado momento pode ser calculada para determinar o nível.