Capteurs Capacitifs 2024

Capteurs Capacitifs

• Année: 2024
• Type de capteurs: Position, détection, déplacement
• Principe de fonctionnement: Un oscillateur RC dont le condensateur constitue la face sensible. Un matériau de permittivité supérieure à 1 placé dans le champ électrique modifie les capacités de couplage, provoquant soit la création, soit l'amortissement des oscillations.
• Détection: Objets isolants ou conducteurs.
• Portée: Dépend des matériaux détectés.
• Fréquence de commutation: Maximum entre 10 Hz et 15 Hz.
• Avantages: Détecte tous types d'objets.
• Inconvénients: Sensible à l'environnement, nécessite un environnement très propre ou noyé dans la matière à détecter.
• Circuit résonnant RC: Pour R1 = R2 = R et C1 = C2 = C, la fréquence de résonance de l'oscillateur RC est : ω = 1/RC. (Diagramme du circuit fourni)
• Condensateur plan: Est constitué de deux armatures séparées par un diélectrique ε. (A: Surface des armatures en regard; x: Distance entre armatures; ε: Permittivité absolue)
• Variation de la distance entre armatures: La capacité varie en fonction inverse de d. La réponse est non linéaire, de type hyperbolique.
• Variation de surface: Dans ce cas, la distance entre armatures est fixe, la surface varie. Cela peut être obtenu en déplaçant l'armature mobile selon l'axe ox. L'une des armatures est fixe, l'autre se déplace parallèlement. Soit kx la réduction de surface en regard, C(x) = εrεo (A − kx)/d. La variation de C est linéaire avec x. C'est le principe de « condensateur variable rotatif », utilisé pour les récepteurs radio. (Diagrammes fournis)
• Variation de la constante diélectrique: La permittivité de l'air (ε = 1) n'est pas la même que celle des liquides ou des solides (exemple: la permittivité de l'eau = 80). Un condensateur placé dans un liquide de permittivité différente de l'air permet de mesurer le niveau d'un liquide. (Diagramme fourni)
• Approche géométrique pour les conducteurs: Un condensateur plan avec armatures A₁ et A₂ à la distance x. Une tension appliquée génère un champ électrique E. Entre les armatures, on place une électrode conductrice (Z) repliée sur elle-même. Le condensateur est divisé géométriquement et électriquement en deux condensateurs montés en série.
• Condensateur "ouvert": Après le branchement des électrodes, on obtient un condensateur ouvert.
• Électrode de garde: L'électrode de garde est placée autour de l'électrode de mesure, et son potentiel est porté à la même valeur pour éliminer les effets de bord. (Diagrammes fournis)
• Capteur de distance capacitif: Une tête de mesure cylindrique (A) et une enveloppe métallique coaxiale (B) réalisent un condensateur entre A et B de capacité fixe C₁. Si une cible métallique s'approche de l'extrémité des conducteurs, ils forment d'autres condensateurs C(x) et Cp(x). La capacité équivalente de la sonde (Cm) est Cm = C₁ + C(x) + Cp(x).
• Mesure de la capacité par injection de courant variable: En polarisant un capteur capacitif par une résistance de grande valeur (100M Ω), il est possible de mesurer les variations de distance à très haute fréquence. En injectant un courant alternatif au bornes d'un condensateur, la tension qui apparaît est jω.C Jω.ε.S. Dans ce cas, V est proportionnelle à x. (Schéma électrique fourni)
• Schéma d'un Capteur capacitif: Description du circuit électrique pour la détection. (Schéma fourni)
• Capteur de distance capacitif: Description de l'exemple simplifié et le schéma électrique équivalent du capteur. (Schéma fourni)
• Différentes formules pour calculer la tension de déséquilibre sont présentées. (Formules mathématiques fournies)
• Réponse quasi-linéaire: Lorsque x/Do << 1, la tension de déséquilibre (Vm) est une fonction quasi-linéaire de x (vm = k⋅x).
• Intérêt du capteur: Réponse indépendante de la nature du métal de la cible (utilisation pour les objets non conducteurs). Il est important de maintenir les surfaces propres pour éviter les dépôts qui modifient le milieu diélectrique.
• Matériaux non conducteurs: La réponse du capteur dépend de la permittivité relative de l'objet à détecter. Les lignes de champ décrivent un arc de cercle pour des diélectriques. Les lignes sont rectilignes pour les conducteurs.
• Capteurs tactiles: Commentaire sur le fonctionnement. Trois zones : excitation, réception, zone de contact. Les trois zones sont couplées par les capacités Ca, Cp et Ccorps.
• Capteur tactile à base de circuit NE 555: Variation de fréquence par variation de la valeur de C. (Schéma fourni)
• Capteur tactile à base du Circuit QT110: Détection de présence en utilisant le circuit QT110. (Schéma fourni)
• Portée ajustable. La portée du capteur est ajustable. (Image/diagramme fourni)
• Constantes diélectriques: Tableau des constantes diélectriques de différents matériaux (ex: bois, verre, liquides).
• Exemples d'Applications: Contrôle de contenu d'emballage, contrôle de coupure de câble, détection de niveau liquide, contrôle de qualité. (Diagrammes et descriptions fournis)