I - Objectifs

II - Définition

III - Capteurs passifs et actifs

IV - Capteurs de position

V - Capteurs de déformation, pression

VI - Capteurs de température

VII - Capteurs optiques

VIII - Caractéristiques métrologiques

1 . Les erreurs

2 . L'etalonnage

3 . La sensibilité

4 . La linéarité

5 . La rapidité - le temps de réponse

X - Conditionneur de signal

I - Objectifs

On désire mesurer une grandeur physique pour la traiter. Pour cela, on transforme la grandeur à mesurer en un signal exploitable : une tension ou un courant électrique.

II - Définition

III - Capteurs passifs et actifs

1 . Capteurs passifs

Le capteur fournit en sortie une impédance ou une résistance.



2 . Capteurs actifs

Le capteur se comporte comme un générateur de tension ou de courant.

IV - Capteurs de position

• potentiomètre linéaire

Principe : Le curseur (solidaire de l'objet), en mouvement, vient glisser sur une piste conductrice dont la résistance est proportionnelle au déplacement.

• potentiomètre rotatif

Principe : Même principe que le potentiomètre linéaire mais en rotation.

• capteur inductif à réluctance variable

Principe : C'est un transformateur dont le circuit magnétique comprend l'objet qui doit être ferromagnétique (fer). (réluctance : capacité du fer à canaliser les lignes de champ magnétique)

• capteur inductif à courants de Foucault

Principe : Une bobine crée un champ magnétique variable de haute fréquence et laisse apparaître des courants de Foucault dans l'objet métallique à détecter. L'objet modifie l'inductance de la bobine par la loi de Lenz. Un circuit oscillant assure la détection.

• capteur capacitif

Principe : Un condensateur à armatures coaxiales voit sa constante diélectrique modifiée par la présence d'un objet. Pour les objets métalliques, deux capacités en série apparaissent modifiant d'autant plus la capacité.

• interrupteur de position

Principe : Un contact fermé ou ouvert est établi au passage d'un objet sur l'index ou le galet

V - Capteurs de déformation, pression

• jauge de contrainte

Principe :  Lorsque la longueur du conducteur est modifiée, la résistance de la jauge l'est également  R = r L / S

• capteur piezoélectrique

Principe : On constitue un condensateur en déposant 2 armatures sur les faces du cristal (quartz). Une déformation (pression ou traction), fait apparaître des charges électriques de signe contraire. On obtient ainsi une DDP.

• capteur piezorésistif

VI - Capteurs de température

• thermistance

• thermocouple

Principe : Il est constitué de 2 métaux différents formant 2 jonctions. Lorsqu'elles sont à des températures différentes, le thermocouple délivre une fem.

VII - Capteurs optiques

• photorésistance (LDR : Light Dependant Resistor)

 

Principe : Les électrons libres participent à la conduction du courant électrique. Ils deviennent libres lorsqu'ils acquièrent suffisamment d'énergie. Les photons peuvent apporter cette énergie. Matériau semi-conducteur : sulfate de cadmium CdS.

• photodiode

 

Principe : Lorsqu'un photon arrive sur la jonction d'une diode, il fabrique une paire d'électron-trou. Le trou se dirige dans la zone dopée P et l'électron vers la zone dopée N. A l'aide d'un champ électrique extérieur, on maintient cette séparation et on peut observer un courant électrique.

• phototransistor

 

Principe : Lorsqu'un photon entre dans la jonction base-collecteur du transistor, elle se comporte comme une photodiode (libération de paires électrons-trous).

VIII - Caractéristiques métrologiques

1 . Les erreurs

Le capteur et toute la chaîne de traitement de la mesure, introduisent des erreurs : bruits, décalage, référence, linéarité. L'erreur globale de mesure ne peut être qu'estimée. Une conception rigoureuse de la chaîne de mesure permet de réduire les erreurs. On parle de fidélité, de précision, de justesse, d'incertitude et de linéarité.

2 . L'etalonnage

L'étalonnage permet d'ajuster et de déterminer sous forme graphique ou algébrique, la relation entre le mesurande m et la réponse s.

Exemple : pH-mètre

3 . La sensibilité

Plus un capteur est sensible et plus la mesure sera précise. Elle est définie par S = Ds / Dm autour d'une valeur du mesurande donné.

Exemple :



4 . La linéarité

Un capteur est dit linéaire dans une plage déterminée du mesurande, si sa sensibilité est identique pour toutes les valeurs du mesurande, ou bien, si la réponse est proportionnelle au mesurande (s = A m + B).



R(q) = a q + b : linéarisation de la courbe R(q)

5 . La rapidité - le temps de réponse

La rapidité est le temps nécessaire pour que le régime permanent du capteur soit atteint pour une variation brutale du mesurande.

tm : temps de montée (0,1 à 0,9% de la variation totale) tc : temps de chute (0,1 à 0,9% de la variation totale) tdm : temps de début de montée (10% de la variation totale) tdc : temps de début de chute (10% de la variation totale)

IX - Conditionneur de capteurs passifs

Le conditionneur a pour but de transformer la réponse d'un capteur en un signal électrique.

Exemple :

 

Montage potentiométrique :	Montage en pont :

X - Conditionneur de signal

Le conditionneur de signal a pour objectif d'obtenir un signal ou information exploitable permettant à l'opérateur une lecture aisée.

 
Exemple :

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