Capaciy Touch Display und Körperkapazität

[ch (Gast)]

Hallo Zusammen,

nachdem ich mich gerade mit dem Thema Capcitive Touch Display befasse, 
taucht eine Frage auf.
Im Bild zur Self-Capacitance-Detection-Method ist ein Finger mit 
virtueller Masse gezeigt. Es aber so, dass sowohl der Mensch als auch 
ein Smartphone isoliert und nicht mit Masse verbunden sind.
Wäre für so einen Fall die Erklärung der Kapazität mit einem 
elektrostatischen Modell wie hier nicht sinnvoller:

http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/ladungen-felder-oberstufe/versuche

Schließlich wird in der Physik ja auch die Kapazität einer islolierten 
Kugel mit Hilfe der Kugelkondensatorformel berechnet, indem der Radius 
der äußeren Kugel ins Unendliche Ausgedehnt wird:

https://elearning.physik.uni-frankfurt.de/data/FB13-PhysikOnline/lm_data/lm_282/auto/kap17/cd554.htm

Das elektrostatische Modell benötigt keinen Stromkreis, die Elektronen 
sitzen einfach auf der Oberfläche. So ähnlich wie wenn man einen 
Luftballon an den Haaren durch Reibung auflädt.

[ch (Gast)]

In der Wikipedia gibt es auch einen Artikel zur Körperkapazität, in dem 
auf die elektrostatische Aufladung eingegangen wird:

http://en.wikipedia.org/wiki/Body_capacitance

[ch (Gast)]

Hier mal der Versuch einer Abschätzung der Körperkapazität eines 
"isolierten, menschlichen Körpers":

% Durchschnittliche Koerberoberfläche Mensch
% 1.73 m²
% http://de.wikipedia.org/wiki/K%C3%B6rperoberfl%C3%A4che

AMensch=1.73

% Oberflaeche einer Kugel AKugel=pi*d²
% Zur Näherung nehmen wir an, der Mensch sei eine Kugel
% und berechnen den Durchmesser der "Menschkugel"

d=sqrt(AMensch/pi)

% Kapazität einer isolierten Kugel nach
% https://elearning.physik.uni-frankfurt.de/data/FB13-PhysikOnline/lm_data/lm_282/auto/kap17/cd554.htm
% C=4*pi*E0*R

E0= 8.854187817e-12
R=d/2;
C=4*pi*E0*R

Das Ergebnis ist:

C =  4.1284e-11

oder

41 Pico-Fahrrad

[ch (Gast)]

Nach einigem Überlegen bin ich zu folgendem Schluss gekommen:

Bei einem System aus Smartphone und Mensch sind beide von der Erde 
isoliert und auch voneinander isoliert. Der Mensch hat eine viel größere 
Oberfläche als das Smartphone, deshalb ist die Kapazität des Smartphones 
bestimmend und nicht die Kapazität des Menschen.

Die oben errechnete Kapazität des Menschen von 41pF wäre relativ groß 
und sicherlich einfach zu detektieren. Die Kapazität des Smartphones, 
wenn man es als "isolierten Kugelkondensator" modelliert, wäre aber viel 
kleiner.

Wahrscheinlich steigt die Kapazität zwischen Smartphone und Finger 
gewaltig, wenn man das Smartphone in die Hand nimmt und nicht auf dem 
Tisch liegen lässt.

Das Modell wäre dann wie folgt:

Hand     Smartphone    Finger
-----||-----(V~)------||-----
|                           |
|                           |
-----------------------------

[foo (Gast)]

ch schrieb:
> % Zur Näherung nehmen wir an, der Mensch sei eine Kugel
> % und berechnen den Durchmesser der "Menschkugel"

Ich kenne zwar einige Personen, auf die das annähernd zutrifft, aber ich 
würde das nicht verallgemeinern wollen.

Bei dem für Stresstests von elektronischen Bauteilen verwendeten HBM 
geht man von einer Kapazität "gegen Umgebung" von 100..330pF aus, und 
bei etwa 150pF liegt auch der Wert, den man misst, wenn man eine 
Meßleitung eines mit Kapazitätsmeßbereich ausgestatteten DMM  erdet und 
die andere Meßleitung in der Hand hält.

Wenn man nur die "heiße" Meßleitung und das DMM in der Hand hält, und 
die andere Leitung nicht erdet, was etwa dem Berühren des Touchscreens 
entspricht, bekommt man Werte um 20pF.


http://de.wikipedia.org/wiki/ESD-Simulationsmodelle#HBM_.E2.80.93_Human_Body_Model

[chris_ (Gast)]

>Wenn man nur die "heiße" Meßleitung und das DMM in der Hand hält, und
>die andere Leitung nicht erdet, was etwa dem Berühren des Touchscreens
>entspricht, bekommt man Werte um 20pF.

Danke für die Zahlen. Von der Größenordnung her scheint es ja im Bereich 
des "Menschkugel" Modells zu liegen, obwohl es  wohl ziemlich falsch 
ist, weil ich ja vergessen habe, die Größe des Smartphones zu 
modellieren.

Was ich nicht verstehe: Was passiert mit der zweiten Leitung am DMM? 
Zwischen welchen Punkten kann es die Kapazität messen?

Vielleicht könnte man mit einem Arduino ein Stand-Alone Meßgerät mit der 
QToch Library bauen, um noch mehr zu messen:

http://www.youtube.com/watch?v=-30wSuzNkvg