Relé de aproximação com acionador capacitivo (ART1005)

Este bloco destina-se ao uso em projetos de controle, alarmes e automatismos. É extremamente sensível e tem o funcionamento baseado na capacitância do corpo do usuário para fazer o acionamento de uma carga que tanto pode ser um relé comum, um reed-relé, um relé de estado sólido como até mesmo uma carga de maior potência.

Os blocos básicos para projetos, ou seja, circuitos de certas funções que podem ser agregados a outros circuitos para aplicações mais complexas, são de extrema importância para os projetistas.

Neste site temos procurado publicar sempre estes blocos, que podem aparecer na forma de projetos independentes (que às vezes são considerados simples em sua base) ou também como configurações para serem usadas como parte de outras aplicações.

Colecionar estas configurações "simples" é de extrema importância para quem deseja ter uma fonte de circuitos para projetos mais complexos, que faltam naquele momento em que um projeto grande não pode ser completado com facilidade justamente pela carência deste tipo de bloco.

O acionamento de uma carga a partir de um toque num sensor pode ser feito de diversas maneiras. Uma modalidade de acionamento muito usada é a resistiva, na qual temos um sensor formado por duas plaquinhas, conforme mostra a figura 1.

Acionado resistivo.

Quando colocamos o dedo no sensor de modo que ele toque nas duas chapinhas ao mesmo tempo, a resistência apresentada pelo dedo é detectada pelo circuito ocorrendo o acionamento.

Para o circuito que apresentamos, o modo de acionamento é diferente. Trata-se de um circuito que detecta cargas estáticas ou o potencial do corpo, que deve provocar o acionamento significando que ele pode funcionar com a simples aproximação do sensor ao corpo de uma pessoa.

FUNCIONAMENTO

A corrente que flui entre o dreno e a fonte de um transistor de efeito de campo depende da tensão de comporta.

Os transistores de efeito de campo de junção (JFET) são dispositivos de resistência de entrada extremamente alta, o que quer dizer que até mesmo a tensão induzida pela aproximação de qualquer corpo que possua uma carga estática é suficiente para alterar a corrente entre dreno e fonte.

No nosso caso, o transistor é polarizado de modo que ele permaneça sem conduzir quando nenhuma carga está sendo detectada pelo sensor. Com a detecção, o transistor de efeito de campo vai ao corte, e com isso o transistor Q2 conduz polarizado pelo resistor R2.

Nestas condições o transistor Q3 é polarizado de modo a saturar fechando os contatos do relé ou então alimentando o circuito de carga.

A sensibilidade do circuito depende de diversos fatores como, por exemplo, o valor de R1 e também as dimensões do sensor, que pode ser uma simples chapinha de metal.

Não é conveniente que haja o toque direto de um objeto carregado no sensor, pois uma tensão muito elevada acumulada pode causar a queima do transistor. Recomenda-se, portanto, que a chapinha de metal que forma o sensor seja coberta por uma proteção isolante, uma capa plástica.

Esta possibilidade é em especial interessante porque permite que o sensor fique oculto como, por exemplo, em alarmes.

O resistor R1 pode ser alterado conforme a sensibilidade desejada. Quanto maior for seu valor, mais sensível se torna o circuito.

É importante notar que o circuito é sensível à polaridade da carga acumulada no corpo o que significa que, em certas condições, seu funcionamento pode não ocorrer da forma esperada.

Como o circuito é um verdadeiro "radar-eletroscópio", ele pode detectar a passagem de pessoas devido à carga acumulada em seus corpos. Esse funcionamento será muito mais sensível se diante do sensor, que pode funcionar como uma antena, for colocado um carpete em que as pessoas caminhem para ficarem "eletrizadas".

O circuito também pode ser usado como alarme de cargas estáticas ou mesmo de tempestades, se o sensor for ligado a uma antena.

MONTAGEM

Na figura 2 temos o diagrama completo do aparelho.

Diagrama do sensor de toque (acionado capacitivo).

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é apresentada na figura 3.

Sugestão de placa.

O transistor de efeito de campo é um componente delicado, devendo ser evitado o toque dos dedos em seus terminais. Equivalentes como o MPF102 podem ser usados.

Os demais componentes não são críticos e o relé deve ter tensão de acordo com a usada na alimentação, com uma corrente de acionamento de 50 mA.

O capacitor C1 é opcional, servindo apenas para que o relé não vibre nos casos de captação de tensões alternadas induzidas pelo sensor. Seu valor deve ser obtido experimentalmente e fica entre 1 e 47 µF.

Na instalação é importante que o fio do sensor ao circuito seja curto, ou então blindado.

Se for usada fonte de alimentação para o circuito ela deve ser obrigatoriamente do tipo com transformador. Nunca utilize uma fonte que não seja isolada da rede de energia.

Uma possibilidade importante de melhoria do circuito é o uso de um trimpot de 100 k# entre a base e o terra do circuito para o transistor Q2. Este componente vai funcionar como um ajuste de sensibilidade.