Uso do Osciloscópio na Escola - 24 - Transdutor Capacitivo Para Medida de Nível de Líquidos (INS600)

Escrito por Newton C Braga

Sabemos que osciloscópio é uma das mais poderosas ferramentas de ensino nas escolas técnicas e mesmo nas escolas de nível médio dentro do programa de ensino de tecnologia (STEM). Com sua ajuda podemos programar diversos experimentos de física, eletricidade, e mesmo de outras ciências e agora de uma forma mais completa se acrescentarmos a isso tudo aplicativos disponíveis para celulares. Neste artigo damos um exemplo, de experimento que pode ser realizado com a ajuda de um osciloscópio, em especial, os modelos InfiniiVision série 2000X e 3000X da Keysight.

Com este experimento verificaremos como funciona um transdutor capacitivo de construção improvisada para a medida do nível de líquidos num reservatório.

A ideia é montar um arranjo capacitivo dentro de um recipiente de modo que sua capacitância mude conforme o nível líquido subir, pela alteração da constante dielétrica do capacitor.

O arranjo pode ser feito com duas placas de circuito impresso virgem, cujas regiões cobreadas formam as armaduras do capacitor.

Evidentemente, os alunos mais imaginosos podem criar outros arranjos, conforme o tipo de líquido que deve ser monitorado.

Para este experimento necessitaremos do seguinte material:

Um osciloscópio conforme indicado na introdução.

- Um sensor de nível (pode ser construído com duas placas de circuito impresso de 5 a 10 cm de largura e comprimento de acordo com o nível máximo do líquido monitorado ou ainda de outra forma, dependendo da imaginação do experimentador). A separação entre as placas é da ordem de 1 cm.

- Um resistor de 10 k ohms x 1/8 W.

- Um gerador de funções de 10 kHz senoidal.

Na figura 1 temos o arranjo dos componentes para a realização deste experimento.

 

Figura 1
Figura 1

 

 

Procedimento:

- Ajuste a amplitude do sinal de saída senoidal do gerador para aproximadamente 10 V. A frequência deve ser de 10 kHz.

- Coloque o osciloscópio em EXT para o canal X e ajuste os controles para que na tela apareça um traço vertical, conforme mostra a figura 1.

- Meça o comprimento do traço e anote seu valor.

- Vá então colocando quantidades conhecidas de líquido no reservatório e anotando os valores dos comprimentos do traço de modo a obter uma curva de calibração.

Experimente realizar o mesmo experimento com líquidos de diferentes constantes dielétricas e veja como isso altera a curva de calibração.

 

Análise:

O que o experimento proposto faz, na realidade, é transformar a capacitância do sensor (a qual é função do nível do liquido) em uma tensão vertical que pode ser medida pelo osciloscópio.

Com isso, podemos demonstrar o princípio de funcionamento de um sensor capacitivo.

Evidentemente, a sensibilidade dependerá do arranjo e os alunos podem ser convidados a criar arranjos de maior sensibilidade.

Uma boa competição entre os alunos seria de justamente premiar o grupo que conseguir um sensor de maior sensibilidade.