Medir la capacitancia

El diseño más sencillo para medir capacitancia, se basa en un oscilador de relajación. La capacitancia a detectar forma parte de un circuito RC o LC. A continuación se muestra un diagrama en bloques de como sería el circuito propuesto.

Fig.8: Diagrama en bloques

Como podemos ver, tenemos el capacitor variable Cx, un bloque con el integrado 555, y un contador de ciclos.

Cuando se configura al 555 como astable, con esto queremos decir que no tiene un modo estable sino que alterna entre 2 modos estables, la salida se caracteriza por ser con forma de onda cuadrada o rectangular continua. El ancho de la onda será definido por el circuito exterior. Observando en la Figura 9, podremos ver como es el esquema de conexión completo.

La señal de salida tendrá un nivel alto durante un tiempo t2 y un nivel bajo durante otro tiempo t3, estos tiempos estan definidos por las resistencia Ra, Rb y el capacitor variable Cx. Ver Fig 10 para mas información.

Fig.9: Esquema de conexión

Fig.10: Diagrama de tiempos de salida y carga y descarga del capacitor.

La frecuencia de oscilación estará definida por:

El Duty Cycle o ciclo de trabajo del 555 está definido por la relación entre los tiempo t2 y t3, 

Si observamos el ciclo de trabajo no depende del capacitor, solo depende de las resistencias de carga y descarga, por lo tanto si mantenemos las resistencias fijas el D no cambiará, y si variamos el Capacitor, lo único que variara será la frecuencia de oscilación.

Fig.11: Variación del Duty Cycle. Sin variar la frecuencia.

Otra forma de calcular el flujo seria modificando la conexión del 555, y en vez de utilizarlo como astable, usarlo como monoestable. De esta forma por cada disparo que le apliquemos obtendríamos un pulso del ancho correspondiente al tiempo de carga del capacitor.

Fig.21: Esquema 555 Monoestable

La salida del Monoestable, como dije antes, es el tiempo de carga del capacitor y por lo tanto es linealmente dependiente con el nivel de líquido H o nivel de dielectrico.

• [1] Sensores y acondicionadores de señal, Ramon Pallas Areny (3ra Edicion)
• [2] Principles of Measurement Systems, John P. Bentley(4ta Edicion) (p. 160)
• [3] Departamento de Fisica Aplicada III Universidad de Sevilla
• [4] Fundamentos de electromagnetismo para ingenieros, David K. Cheng (p. 120)
• [5] Fundamentos de circuitos eléctricos , Alexander Sadiku (3ra Edicion) (p. 215, 399)
• [6] Instrumentación Industrial, Antonio Creus (6ta Edicion) (P. 209)
• [7] Wikipedia Sensores Capacitivos
• [8] SA Tema 06 Sensores Capacitivos, E.T.S. de Ingenieros de Telecomunicación de Vigo