Explique o funcionamento de um transmissor de pressão que utiliza como elemento de detecção a célula capacitiva

Passo 1

Beleza, o enunciado pede pra explicar como funciona um transmissor de pressão que usa uma célula capacitiva como sensor. Isso cai em Instrumentação Industrial, mais especificamente sensores de pressão e princípios de capacitância. Pra resolver, vamos precisar lembrar o que é um capacitor, como a capacitância muda com a distância entre placas e como essa variação vira um sinal elétrico.

Passo 2

Primeiro, lembra o básico de capacitor? Um capacitor ideal de placas paralelas tem capacitância
C = varepsilon , Ad
onde
é a capacitância,
é a permissividade do dielétrico (por exemplo, ar ou óleo),
é a área das placas,
é a distância entre elas.
Se diminui, aumenta; se aumenta, cai. É esse efeito que a gente vai usar pra medir pressão.

Passo 3

Na célula capacitiva a “placa” é na verdade uma combinação de diafragmas metálicos. Imagina duas membranas paralelas, com uma pequena folga entre elas, preenchida por ar ou óleo. Quando a pressão do processo (por ex. de um fluido) atua na membrana, ela se deforma (se move em direção à outra). Isso altera a distância , mudando a capacitância.

Passo 4

Como a gente pega essa mudança de e transforma num sinal útil? Normalmente se monta um circuito em ponte ou se usa um oscilador:
  1. Ponte capacitiva: duas células idênticas formam braços da ponte de Wheatstone. A variação em um braço desequilibra a ponte, gerando uma diferença de tensão proporcional à pressão.
  2. Oscilador: a célula faz parte de um circuito oscilador cuja frequência depende de . A pressão muda , muda , e aí a gente mede a frequência.

Passo 5

Depois, essa diferença de tensão ou variação de frequência vai pra eletrônica interna do transmissor, que:
a) Converte pequena tensão ou frequência em um sinal de tensão linear (0–10 V, por ex.).
b) Condiciona e lineariza se necessário (compensa temperatura, não esquece).
c) Transforma no padrão industrial, tipo 4–20 mA ou HART, pra mandar pro sistema de controle.

Passo 6

Resumindo a teoria envolvida:
  • Princípio da capacitância .
  • Deflexão de membrana sob pressão.
  • Ponte de Wheatstone ou oscilador pra transduzir variação de em sinal elétrico.
  • Eletrônica de condicionamento pra gerar o sinal 4–20 mA.

Resposta

Um transmissor de pressão com célula capacitiva usa duas membranas formando um capacitor cuja lacuna varia com a pressão aplicada. Essa variação altera a capacitância . Um circuito em ponte ou um oscilador converte a mudança de em tensão ou frequência, que é então processada pela eletrônica interna e convertida em um sinal padrão (4–20 mA) proporcional à pressão medida.

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