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
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.
•
•
•
•
Se
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:
- 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.
- 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.
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.