Capteur capacitif : Contrôles de présence et mesures de distance sur une plage très restreinte
Un capteur capacitif convient parfaitement pour effectuer des contrôles de présence et les mesures de distance sur une plage très restreinte. Les valeurs peuvent être déterminées au nanomètre près. Par conséquent, les capteurs conviennent à de vastes domaines d’application. Ils sont notamment utilisés dans les écrans tactiles des smartphones, dans les microscopes à effet tunnel ou dans les installations de montage.
Comment fonctionne un capteur capacitif?
Les capteurs capacitifs fonctionnent selon le principe d’un condensateur à plaques idéal. Le capteur lui-même constitue une plaque. L’objet de mesure opposé représente l’autre plaque. Un champ électrique apparaît entre les deux plaques. Un anneau protecteur autour de la structure permet d’obtenir un champ électrique le plus homogène possible. Si un corps parvient dans le champ, l’intervalle des deux plaques change. Celui-ci peut être mesuré.
Le procédé de mesure – comment mesure un capteur capacitif?
Les deux plaques sous forme de corps électriquement conducteurs enregistrent une quantité de charge (Q). Le rapport entre cette quantité de charge et la tension électrique (U) est désigné capacité (C). C = Q/U.
La quantité de charge se trouve dans un capteur capacitif en fonction de la taille (A) des plaques et/ou des électrodes ainsi que du matériau du diélectrique (l’espace entre les plaques dans lequel demeure le champ électrique). La lettre distinctive e (« constante diélectrique ») désigne ainsi la permittivité (« perméabilité pour les champs électriques ») du diélectrique. La tension est la valeur réciproque de l’intervalle des deux plaques (d) l’une par rapport à l’autre.
Par conséquent, un capteur capacitif calcule selon la formule suivante C = eA/d.
Comme exemple idéal pour un procédé de mesure : e pour un vide comporte la valeur « 1 » et c’est justement cet état qui permet d’utiliser le capteur. Toute autre matière comporte une constante diélectrique plus élevée. Si une autre matière pénètre dans le champ électrique, la capacité augmente; comme le montre la formule ci-dessus. Le capteur accroche. Par exemple : Les capteurs capacitifs servent à mesurer l’usure des disques de freins. Ceux-ci se déforment peu à l’usage. Le disque se bombe dans le champ électrique – la capacité augmente ensuite et le capteur se déboîte. (L’air comporte une valeur e de 1,00059. Toutes les matières diverses parviennent toujours à une constante diélectrique plus élevée).
En cas d’écran tactile, le fonctionnement est similaire – un capteur de pression capacitif faisant office de générateur d’impulsions est utilisé. En raison de la légère pression exercée sur le verre, une membrane se déplace dans le diélectrique. Le changement est enregistré et l’instruction prévue à cet effet est émise, par exemple l’ouverture d’une appli.
Quels matériaux conducteurs sont utilisés pour les capteurs capacitifs?
Sont, par exemple, utilisés :
– Métaux
– Acétone
– Eau
– Encre
Les fluides conducteurs sont généralement adaptés lorsque leur conductibilité est > 20 µS/cm. µS correspond à la valeur de résistance en microsiemens.
Par conséquent, un capteur capacitif convient, par exemple, à la surveillance des niveaux de remplissage des liquides, des substances pâteuses ou des matières en vrac. Nos modèles peuvent ainsi fonctionner en série avec des températures comprises entre -25 et +70 degrés. Les modèles résistants aux températures avec une fourchette située entre -200 et +250 degrés peuvent également être commandés. Les capteurs peuvent donc être employés sans souci dans les machines, les installations et les véhicules. Grâce aux boîtiers des capteurs, ces derniers sont insensibles aux encrassements, aux secousses et à l’eau (étanches à l’eau selon le modèle jusqu’à IP68).
Quels matériaux reconnaît un capteur capacitif?
Un capteur capacitif réagit généralement bien à tous les matériaux dont la conductibilité électrique est < 20 µS/cm. Il convient de noter simplement que la valeur e doit être le plus élevé possible. Si le nombre est faible, il se rapproche trop de la valeur du matériau d’isolement se trouvant dans le diélectrique – la différence est difficile. Par exemple : L’alcool comporte une valeur e de 25 et peut être facilement reconnu. Un papier mince parvient à 1,2 et est en conséquence problématique – des capteurs spéciaux sont ainsi adaptés pour de telles applications individuelles (capteurs directement conçus pour le client).
Montage en série ou parallèle
Des interrupteurs de proximité à deux et trois fils avec sortie binaire peuvent être exploités dans un montage en série ou parallèle de la même manière que les contacts mécaniques. Il convient de prendre en compte la chute de tension propre à l’appareil, la tension résiduelle Ud qui se multiplie en cas de montage en série selon le nombre d’appareils. En cas de montage parallèle des capteurs avec sortie par thyristor, la sortie d’abord commutée prend en charge le courant de charge total.
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