Capteurs capacitifs industriels de position, d'humidité et écrans tactiles

Terminale Technologique · Physique-Chimie Terminale Technologique

À retenir

• Capacité d'un condensateur plan : C = _0 _r S/d. • Permittivité du vide : _0 8,85 10^-12\ F·m^-1. • Variation de distance d : capteurs de déplacement sans contact, jauges de pression micrométriques. • Variation de permittivité _r : capteurs d'humidité hygrométriques (_r de l'eau 80). • Écran tactile capacitif : le doigt forme une capacité locale modifiant la constante de temps = RC. • Conditionnement : la variation de C est convertie en variation de période d'un oscillateur (T proportionnelle à RC) ou de tension.

Le cours

1. Formule générale de la capacité plane Pour un condensateur plan constitué de deux armatures métalliques en regard de surface S séparées d'une distance d par un diélectrique de permittivité relative _r : C = _0 _r S/d • _0 = 8,854 10^-12\ F·m^-1 est la permittivité du vide. • _r est la permittivité diélectrique relative du milieu inter-armatures (sans unité : _r = 1 dans l'air, 80 dans l'eau pure). • Un capteur capacitif exploite la modification de l'un de ces trois paramètres (d, S ou _r) sous l'effet du mesurande physique. 2. Applications industrielles des capteurs capacitifs Trois grandes familles de capteurs reposent sur ce principe physique : • Capteur de déplacement/pression (variation de d) : une membrane métallique déformable s'approche de l'armature fixe ; la capacité C 1/d augmente avec la pression appliquée. • Capteur d'humidité relative hygrométrique (variation de _r) : un polymère poreux absorbe l'humidité de l'air. Comme _r(eau) 80 _r(polymère) 3, la capacité augmente de façon quasi proportionnelle au taux d'humidité ambiant. • Détecteurs de niveau de cuve : le liquide montant entre deux électrodes plongeantes remplace l'air et modifie la capacité globale. 3. Écrans tactiles capacitifs projetés Dans un smartphone, une grille microscopique d'électrodes transparentes en oxyde d'indium-étain (ITO) est polarisée. Lorsqu'un doigt conducteur touche l'écran, il crée une capacité de fuite parasite vers la terre (environ 1 à 2\ pF). Le circuit électronique mesure la variation de la constante de temps = RC ou la dérive de fréquence d'un oscillateur sur chaque ligne et chaque colonne pour localiser le contact à mieux que le millimètre.

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