Générateurs électriques, récepteurs électriques et capteurs.

Chapitre 5. Cours
le
SPCL - systèmes et procédés
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Générateurs électriques, récepteurs électriques et capteurs.
I. Récepteurs électriques.
Les dipôles passifs ont leur caractéristique courant-tension qui passe par l'origine. Ce sont des récepteurs
électriques : ils reçoivent de l'énergie électrique.
U
I
récepteur
I
U
0
La caractéristique courant-tension d'un dipôle est l'expression mathématique (voire le tracé graphique) de U en
fonction de I ou I en fonction de U.
Cette caractéristique n'est exploitable que s'il est précisé comment U et I sont fléchés (par exemple à l'aide d'un
schéma). En général, pour un récepteur, U et I sont fléchés en sens inverse alors que, pour un générateur, U et I
sont fléchés dans le même sens.
Pour déterminer la caractéristique courant-tension d'un dipôle passif, on utilise généralement un générateur
réglable ou un générateur non réglable associé à une résistance réglable (permettant d'avoir différentes valeurs
pour la tension U et l'intensité I ) :
+
+
+
G
G
+
A
A
R
récept
I
récept
I
U
U
+
V
+
V
La plus connue de ces caractéristiques courant-tension est celle des résistors : il s'agit de la loi d'Ohm U
avec R la résistance électrique en Ω (lorsque U et I sont fléchés en sens inverse, sinon U
R I ):
U
I
pente = R
I
0
R
U
R I
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II. Générateurs électriques.
Les dipôles actifs ont leur caractéristique courant-tension qui ne passe pas par l'origine. Ce sont des générateurs
électriques : ils cèdent de l'énergie électrique.
U
I
générateur
I
U
0
Pour déterminer la caractéristique courant-tension d'un dipôle actif, on utilise généralement une résistance
réglable (permettant d'avoir différentes valeurs pour la tension U et l'intensité I ) :
V
+
U
géné
I
+
A
R
La caractéristiques courant-tension d'un générateur est souvent U E r I (lorsque U et I sont fléchés dans le
même sens) avec E la force électromotrice en V (la tension "à vide", lorsque I = 0) et r la résistance interne en Ω :
U
E
I
pente = ‒ r
+
G
I
U
0
La caractéristique courant-tension d'un générateur idéal de tension est U E avec E une constante appelée
force électromotrice en V (la résistance interne r est nulle) tant que le courant I qu'il fournit n'est pas trop élevé :
E
U
I
E
+
I
U
0
I 0 avec I 0 une constante tant que la
La caractéristique courant-tension d'un générateur idéal de courant est I
tension U demandée à ses bornes n'est pas trop élevée :
U
I0
I
I
0
I0
+
U
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III. Capteurs. (voir chapitres 13 et 14)
Les caractéristiques électriques de nombreux composants électriques dépendent de paramètres extérieurs.
Par exemple, la résistance (ou la résistance interne), la force électromotrice, la capacité … dépendent souvent de
la température, de la pression, de l'humidité, du champ magnétique, de la distance entre deux parties de ce
composant électrique …
Un tel composant électrique peut donc servir de capteur.
Un tel capteur sera caractérisé par sa caractéristique de transfert : il s'agit de l'expression mathématique (voire le
tracé graphique) de la grandeur physique influant sur une grandeur électrique du capteur en fonction de cette
grandeur électrique (ou le contraire).
Cette grandeur électrique n'est généralement pas directement exploitable. Il est donc nécessaire de
conditionner le capteur en transformant cette grandeur électrique peu exploitable en une autre plus exploitable
(telle qu'une tension normalisée 0 à 10 V ou une intensité normalisée 4 à 20 mA).
Par exemple :
- pour une thermistance servant de capteur de température, la caractéristique de transfert est l'expression de la
température θ en fonction de la résistance θ f (R ) ou R f (θ )
θ 363 R 0,17 141 avec θ en °C et R en Ω ;
puis, une fois conditionné, il peut s'agir de la température θ en fonction de la tension θ f (U ) ou U
f (θ ) ;
- pour une sonde Pt100 servant de capteur de température, la caractéristique de transfert est l'expression de la
température θ en fonction de la résistance θ f (R ) ou R f (θ )
θ
2,586 R
262,7 avec θ en °C et R en Ω ;
puis, une fois conditionné, il peut s'agir de la température θ en fonction de l'intensité θ
f (I ) ou I
f (θ ) ;
- pour un potentiomètre servant de capteur de position, la caractéristique de transfert est l'expression de la
longueur l en fonction de la résistance l f (R ) ou R f (l ) ; puis, une fois conditionné, la caractéristique de
transfert du capteur conditionné peut être la longueur l en fonction de la tension l
f (U ) ou U
f (l ) ;
- pour une diode servant de capteur de température, la caractéristique de transfert est l'expression de la
température θ en fonction de la tension de seuil θ f (U seuil ) ou U seuil f (θ )
θ
464 Useuil
290 avec θ en °C et Useuil en V ;
puis, une fois conditionné, il peut s'agir de la température θ en fonction de la tension normalisée θ
U
f (θ ) .
f (U ) ou