Acquisition et conditionnement des grandeurs

Acquisition et conditionnement
des grandeurs physiques
Marc Silanus – [email protected]
Génie Electronique – Lycée A. Benoit – Cours Victor Hugo – 84803 L’ISLE SUR LA SORGUE
Le référentiel de BTS SN
Savoir S5.3. :
• Détecteurs / capteurs industriels : position, vitesse,
accélération, …
• Capteurs et périphériques multimédia : écrans, caméras,
micros, hauts parleurs…
• Conditionnement et traitement du signal : Amplification,
Filtrage analogique et numérique, compression
• Conversion de données : Échantillonnage, CAN/CNA
compétences C3.6 : recenser les solutions existantes répondant au
cahier des charges
C4.1 : câbler et/ou intégrer un matériel
C4.2 : adapter et/ou configurer un matériel
1- Généralités
Besoin de connaître certaines grandeurs physiques
(courant ; couple ; vitesse ; température…)
En automatique en particulier (régulation et asservissement)
1- Généralités
1- Généralités
2- Définition
2- Définition
Capteur intégré
Composant réalisé par les techniques de la micro-électronique et qui regroupe
sur un même substrat de silicium commun, le capteur à proprement dit, le
corps d'épreuve et l'électronique de conditionnement.
3- Que peut-on capter ?
3- Que peut-on capter ?
4- Classification des capteurs
4- Classification des capteurs
4-1 Capteurs actifs
reposent sur un effet physique qui assure la conversion en énergie
électrique de la forme d’énergie propre au mesurande (énergie
thermique, mécanique ou de rayonnement).
4- Classification des capteurs
4-1 Capteurs actifs
Exemples :
4- Classification des capteurs
4-1 Capteurs actifs
Exemple : Effet Hall
Lorsqu'un courant traverse un barreau en matériau semiconducteur (ou conducteur),
et si un champ magnétique d'induction B est appliqué perpendiculairement au sens de
passage du courant, une tension, appelée tension Hall, proportionnelle au champ
magnétique et au courant apparaît sur les faces latérales du barreau.
4- Classification des capteurs
4-2 Capteurs passifs
Il s’agit principalement d’impédances dont l’un des paramètres déterminants est
sensible au mesurande (effets sur la géométrie, les propriétés électriques des
matériaux).
4- Classification des capteurs
4-2 Capteurs passifs
Exemples :
4- Classification des capteurs
4-2 Capteurs usuels - Tout ou rien
4- Classification des capteurs
4-2 Capteurs usuels – Numériques / Analogiques
5- Vocabulaire
• Mesurande : ce que l’on veut mesurer (température)
• Mesurage : l’action de mesurer
• Parasites : des grandeurs qui modifient la mesure (pression)
• Etendue de mesure : plage des valeurs du mesurande pour lesquelles le capteur
répond aux spécifications du constructeur
• Méthode directe : mesurande obtenu directement
• Méthode indirecte : mesurande obtenu par l’intermédiaire d’autres variables
5- Vocabulaire
Capteur
• Acquisition de la
grandeur physique
Conditionneur
• Adaptation de la
grandeur électrique
au traitement :
- Amplification
- Filtrage
- Limitation du mode
commun
Système de
traitement
• Electronique
numérique :
- Microcontrôleur
- Ordinateur
- DSP
- FPGA
- Automate
industriel
6- La mesure et ses causes d’erreurs
6- La mesure et ses causes d’erreurs
6-1 Mesure et incertitude
6- La mesure et ses causes d’erreurs
6-2 Répartitions des résultats de mesure
6- La mesure et ses causes d’erreurs
6-3 : Modélisation des différentes erreurs
7- Zone de fonctionnement d’un capteur
8- Sensibilité
9- Calcul d’incertitude
Exemple : pont diviseur de tension
Déterminer la fonction de transfert entre Vs et Ve et donner sa valeur.
Quelle est l’incertitude sur la tension de sortie en fonction de la tension
d’entrée (par rapport à la tension de sortie attendue) ?
10- Conditionnement du signal
L’étage de conditionnement du signal des capteurs à un rôle très important :
• Il converti en tension la grandeur de sortie du capteur,
• adapte l’impédance pour le capteur
• limite l’amplification en mode commun,
• élimine les bruits électromagnétiques.
Capteur
Conditionneur
Système de
traitement
10- Conditionnement du signal
10-1 Conditionnement des capteurs passifs
Avec un capteur passif, on associe la variation d’impédance du capteur à
une source de tension ou une source de courant et la grandeur exploitée est
la tension de sortie.
Montage potentiométrique
10- Conditionnement du signal
10-1 Conditionnement des capteurs passifs
Montage potentiométrique
10- Conditionnement du signal
10-1 Conditionnement des capteurs passifs
Montage potentiométrique
10- Conditionnement du signal
10-1 Conditionnement des capteurs passifs
Montage potentiométrique
Conclusion :
Ce montage donne une évolution linéaire de Vm en fonction de Rc/R
mais il présente les inconvénients suivants :
• faible variation de la tension de sortie pour une variation Rc donnée,
• existence d’une tension de repos non nulle,
• sensibilité de Vm par rapport à l’alimentation E.
10- Conditionnement du signal
10-1 Conditionnement des capteurs passifs
Montage en pont de Wheastone avec un élément sensible
10- Conditionnement du signal
10-1 Conditionnement des capteurs passifs
Montage en pont de Wheastone avec un élément sensible
10- Conditionnement du signal
10-1 Conditionnement des capteurs passifs
Montage en pont de Wheastone à deux éléments sensibles
10- Conditionnement du signal
10-1 Conditionnement des capteurs passifs
Montage en pont de Wheastone à deux éléments sensibles
10- Conditionnement du signal
10-1 Conditionnement des capteurs passifs
Montage en pont de Wheastone à quatre éléments sensibles
10- Conditionnement du signal
10-1 Conditionnement des capteurs passifs
Montage en pont de Wheastone à quatre éléments sensibles
10- Conditionnement du signal
10-1 Conditionnement des capteurs passifs
Polarisation des capteurs par un courant
Une polarisation par un courant est préférable à une polarisation par une
tension quand on cherche à s’affranchir de la résistance des contacts ou de la
résistance de la liaison (connexion de la partie électronique au capteur à jauge
de contrainte).
10- Conditionnement du signal
10-1 Conditionnement des capteurs passifs
Linéarisation et amplification
Exemple :
10- Conditionnement du signal
10-1 Conditionnement des capteurs passifs
Amplifications classiques
10- Conditionnement du signal
10-1 Conditionnement des capteurs passifs
Amplifications classiques
10- Conditionnement du signal
10-1 Conditionnement des capteurs passifs
Amplifications classiques
10- Conditionnement du signal
10-2 Amplificateur d’instrumentation
10-2-1 Importance de la réjection de mode commun
En milieu industriel (milieu parasité par des bruits électromagnétiques), une tension
parasite vient se superposer à celle délivrée par le capteur :
• quand les câbles de liaison entre le capteur et l’amplificateur sont placés à
proximité d’un fil secteur un couplage capacitif génère cette tension supplémentaire
• quand le câble de liaison est sujet à des parasites d’origine magnétique
10- Conditionnement du signal
10-2 Amplificateur d’instrumentation
10-2-1 Importance de la réjection de mode commun
10- Conditionnement du signal
10-2 Amplificateur d’instrumentation
10-2-1 Importance de la réjection de mode commun
Exemple : Mesure de l’ECG
10- Conditionnement du signal
10-2 Amplificateur d’instrumentation
10-2-1 Importance de la réjection de mode commun
Exemple : Mesure de l’ECG
10- Conditionnement du signal
10-2 Amplificateur d’instrumentation
10-2-1 Importance de la réjection de mode commun
Exemple : Mesure de l’ECG
10- Conditionnement du signal
10-2 Amplificateur d’instrumentation
10-2-2 Amplificateur différentiel
Vs =
Vd =
Vmc =
Donc Vs =
10- Conditionnement du signal
10-2 Amplificateur d’instrumentation
10-2-2 Amplificateur différentiel
Taux de réjection du mode commun :
10- Conditionnement du signal
10-2 Amplificateur d’instrumentation
10-2-3 Amplificateur d’instrumentation à 2 AOP
La particularité d’un amplificateur d’instrumentation est qu’il amplifie la tension de
mode différentielle sans (ou peu) amplifier la tension de mode commun. Ils
consistent à utiliser un montage amplificateur avec plusieurs AOP qui optimise le
rapport de l’amplification du mode différentiel par rapport à l’amplification de
mode commun.
Pour augmenter le Trmc, il faut :
• présenter des entrées à impédance infinie pour éviter de délivrer des tensions
différentes sur les deux entrées,
• symétriser les deux voies pour traiter identiquement l’amplification des deux
entrées.
10- Conditionnement du signal
10-2 Amplificateur d’instrumentation
10-2-3 Amplificateur d’instrumentation à 2 AOP
V1 =
V2 =
Vs =
10- Conditionnement du signal
10-2 Amplificateur d’instrumentation
10-2-3 Amplificateur d’instrumentation à 2 AOP
V1  V 2
Vs  Ad(V 2  V1)  Amc
2
10- Conditionnement du signal
10-2 Amplificateur d’instrumentation
10-2-3 Amplificateur d’instrumentation à 2 AOP
Ad =
Amc =
Conclusion :
10- Conditionnement du signal
10-2 Amplificateur d’instrumentation
10-2-3 Ajustage du gain
V1 =
V2 =
10- Conditionnement du signal
10-2 Amplificateur d’instrumentation
10-2-3 Ajustage du gain
Vs = ?
10- Conditionnement du signal
10-2 Amplificateur d’instrumentation
10-2-3 Ajustage du gain – Exemple de circuit
10- Conditionnement du signal
10-2 Amplificateur d’instrumentation
10-2-3 Amplificateur d’instrumentation à 3 AOP
10- Conditionnement du signal
10-2 Amplificateur d’instrumentation
10-2-3 Amplificateur d’instrumentation à 3 AOP
10- Conditionnement du signal
10-2 Amplificateur d’instrumentation
10-2-3 Amplificateur d’instrumentation à 3 AOP
Exemple : AD620
11- Transmission des signaux
11-1 Boucle de courant 4-20mA
Moyen de transmission permettant de transmettre un signal analogique sur
une grande distance sans perte ou modification de ce signal.
11- Transmission des signaux
11-1 Boucle de courant 4-20mA
11- Transmission des signaux
11-2 Bus de terrains spécialisés
12- La norme NF E 04-203
Elle définit la représentation symbolique des régulations, mesures et automatisme
des processus industriels. Les instruments utilisés sont représentés par des cercles
entourant des lettres définissant la grandeur physique réglée et leur(s) fonction(s).
La première lettre définit la grandeur physique réglée, les suivantes la fonction des
instruments.
12- La norme NF E 04-203
13- Les capteurs de température
13-1 Pourquoi mesurer la température?
• La mesure de température est certainement l’une des plus
fréquentes.
• Cette mesure détermine de façon décisive les propriétés de la
matière :
• de manière continue (pression ou volume d’un gaz PV=nRT)
• de manière discontinue (changements de phase ou point de
Curie magnétiques ou ferroélectriques)
• C’est pourquoi, en recherche comme dans l’industrie, la mesure
précise et le contrôle très strict des températures sont
indispensables.
13- Les capteurs de température
13-2 Comment mesurer la température?
• Mesure indirecte
• Variation d’une grandeur associée
• Résistance, Volume
• Déformation mécanique
• Rayonnement émis ou élargissement des raies
• spectrales (effet Dopler)
• Choix d’un capteur
• Gamme d’utilisation
• Précision
• Temps de réponse
• Environnement, accessibilité
13- Les capteurs de température
13-2 Comment mesurer la température?
• Equilibre thermique : Objet / capteur
• Température mesurée : Celle du capteur !
• Contact thermique : Conduction / Convection / Rayonnement
13- Les capteurs de température
13-2 Comment mesurer la température?
Conduction
13- Les capteurs de température
13-2 Comment mesurer la température?
Convection
13- Les capteurs de température
13-2 Comment mesurer la température?
Rayonnement
13- Les capteurs de température
13-3 Les différents capteurs
• Avec contact
• Logique (TOR)
• Thermostat à dilatation solide (bilame)
• Analogique
• Résistances métalliques (ex: Pt 100)
• Thermistances CTN,CTP (plus grande sensibilité)
• Thermométrie à semi-conducteur (diode, transistor)
• Couples thermoélectriques (Thermocouples)
• Thermomètres à dilatation fluide
13- Les capteurs de température
13-3 Les différents capteurs
• Sans contact
• Analogique
• Pyromètres optiques (relation entre la température d’un
• corps et le rayonnement optique)
• … à dilatation de solide (quartz avec oscillateurs d’une
très grande stabilité)
• Logique
• Thermostat à dilatation de solide
13- Les capteurs de température
13-3 Les bilames
• Température -> déformation du bilame -> ouverture d’un contact
• Laiton et invar ou ferro-nickel et invar
• Invar = Fe (64%) – Ni (36%) : absence de dilatation entre 0 et 363K
Détection de seuils de température
13- Les capteurs de température
13-3 Les bilames
13- Les capteurs de température
13-3 Résistances métalliques
• Fil métallique cylindrique R= ρl/s
• R( θ) = Ro (1 + a θ + b θ²+ ...)
• Pour des petites variations ∆θ : R( θ) = Ro (1 + a ∆ θ )
• Métaux : a >0 exemple : platine : a = 3,85.10-3 (°C) -1
13- Les capteurs de température
13-3 Résistances métalliques
• la plus courante = PT100 : sonde de 100Ω à 0°C ;
• diamètre de fil ~ 10 µm
• longueur ~ 10 cm, après bobinage 1 cm
• matières isolantes autour des bobinages choisies en
fonction des températures d'utilisation (verre, céramique,
ciment, plastique)
13- Les capteurs de température
13-3 Résistances métalliques (PT100)
• Domaines d'utilisation : -200 à 850°C
• Sensibilité: environ 0,4Ω /°C
• si le courant de mesure est de 5mA , on a alors 2mV/ °C
aux bornes de la sonde.
• Attention à l’autoéchauffement (en général I < 10 mA)
• Rapidité : Temps de réponse dépend de l’enrobage, gaine.
• ~ 1 s dans l'eau,
• ~ 10 s dans l'air.
13- Les capteurs de température
13-3 Résistances métalliques (PT100)
Circuit de mesure
13- Les capteurs de température
13-3 Résistances métalliques (PT100)
Circuit de mesure : montage 2 fils
13- Les capteurs de température
13-3 Résistances métalliques (PT100)
Circuit de mesure : montage 3 fils
13- Les capteurs de température
13-3 Résistances métalliques (PT100)
Circuit de mesure : montage 4 fils
13- Les capteurs de température
13-3 Résistances métalliques (PT100)
Exercice :
La notice précise qu'il faut éviter les intensités supérieures à 3 mA, car un
risque d'auto-échauffement excessif de la sonde préjudiciable à la mesure
existe alors ( élévation de température de 0,5 K quand l'intensité traversant
la sonde est de 3 mA).
13- Les capteurs de température
13-3 Résistances métalliques (PT100)
• Que signifie K dans 0,5 K qui apparaît dans la notice?
• Quelle relation relie une température exprimée en K et la même exprimée en °C ?
Soit U() la tension entre Q et N quand la température de la sonde est  et UPt la tension aux bornes de la sonde Pt100 à
cette même température. On prendra pour les applications numériques R1=R2=R3=100 W et E= 10 V.
• Comment appelle t-on la partie du circuit, située entre M et P et constituée de conducteurs ohmiques.
• Exprimer UPt en fonction de E et de certaines résistances constituant le circuit.
• En déduire l'intensité IPt circulant dans la sonde de platine en fonction de E et de certaines résistances constituant le
circuit.
• Exprimer U1 =UMQ en fonction de E et de certaines résistances constituant le circuit.
• Déduire des questions précédentes l'expression U() en fonction de E, R0, R1, R2, R3, a et .
13- Les capteurs de température
13-3 Résistances métalliques (PT100)
• A.N : calculer U() et IPt quand:
la sonde est en contact avec un thermostat dont la température est 0°C.
la sonde est en contact avec un thermostat dont la température est 100°C.
• La sonde est-elle utilisée dans de bonnes conditions ? Justifier.
• Quel phénomène physique permet d'expliquer l'auto-échauffement ?
• Comment faire pour diminuer le phénomène d’auto-échauffement ?
Ces choix ne sont pas sans conséquences sur U() : pour certaines valeurs de E, R2 et R3 ( différentes de celles utilisées dans
l'énoncé), cette tension varie alors seulement de 0 mV à 32 mV.
• Proposer un schéma de montage permettant d'amplifier cette tension.
13- Les capteurs de température
13-4 Les thermistances
• Une thermistance est un capteur qui permet d'obtenir une variation de
résistance en fonction de la température.
• Des petits grains de semi-conducteurs et d'oxydes métalliques (fer, titane, etc...)
appellés oxydes céramiques sont utilisées pour mesurer des températures entre
– 46 °C et 150 °C.
• Résistances non linéaires. Il en existe deux types :
• La CTN (NTC), coefficient de température négatif
• la CTP (PTC) , coefficient de température positif
13- Les capteurs de température
13-4 Les thermistances
• Relation Résistance / Température :
13- Les capteurs de température
13-4 Les thermistances
• Avantages :
• Sensibilité thermique élevée : 10 fois supérieure à celle des résistances
métalliques.
• Coefficient de température généralement négatif : CTN
• Résistance élevée (>1000 Ω) : montage 2 fils OK…
• Grande résistivité : dimensions réduites (qqmm), mesures quasi ponctuelles
• Capacité calorifique réduite (due à leurs faibles dimensions) : temps de
réponse court
13- Les capteurs de température
13-4 Les thermistances
• Avantages :
• Sensibilité thermique élevée : 10 fois supérieure à celle des résistances
métalliques.
• Coefficient de température généralement négatif : CTN
• Résistance élevée (>1000 Ω) : montage 2 fils OK…
• Grande résistivité : dimensions réduites (qqmm), mesures quasi ponctuelles
• Capacité calorifique réduite (due à leurs faibles dimensions) : temps de
réponse court
• Inconvénients :
• Coefficient de température dépend fortement de T
• Sensibles à la corrosion chimique et aux chocs thermiques
• Dérive des caractéristiques au cours du temps Interchangeabilité médiocre
(tolérances de ±10%)
13- Les capteurs de Résistances température
13-4 Les thermistances
• Utilisation :
•
•
•
•
-100 à 400°C sur un intervalle restreint (50°à 100° C max.)
Détection
Mesure de (très) faibles variations de température (jusqu'à 10-4K).
Méthodes de mesure identiques à celles des résistances métalliques
13- Les capteurs de Résistances température
13-4 Les thermistances
• Exemple d’utilisation :
13- Les capteurs de température
13-4 Les thermistances
• Exercice :
On utilise une CTN comme capteur de température sur une plage allant de -35°C à 195°C.
La relation Résistance / Température est :
avec T : Température en K
On a mesuré les résistances de CTN pour les températures suivantes :
• t1= 25°C => R1=10k
• t2=125°C => R2=425k
• Calculer le coefficient B
• Le constructeur indique que B=3750K à 5% près pour une température comprise entre 25°C et 85°C. La valeur calculée
précédemment est elle dans la fourchette de tolérance ?
• Calculer R0. Le constructeur donne R0=30k. Quel est l’écart relatif avec la valeur calculée ?
13- Les capteurs de température
13-4 Les thermistances
• La caractéristique du capteur sur la plage de mesure est la suivante :
Caratéristique de la CTN
250.00
200.00
R en k
150.00
100.00
50.00
0.00
-50
0
50
100
Température en °C
150
200
250
13- Les capteurs de température
13-4 Les thermistances
• On linéarise la caractéristique du capteur autours de 115°C en plaçant en parallèle sur la CTN une résistance Rp dont la
valeur est donnée
par l’expression :
• Calculer Rp.
avec Tm température au point de fonctionnement.
13- Les capteurs de température
13-4 Les thermistances
• Calculer la sensibilité du capteur obtenu.
Rc = R(T)//Rp
450.00
400.00
350.00
R en 
300.00
250.00
200.00
150.00
100.00
50.00
0.00
-40
10
60
Température en °C
110
160
13- Les capteurs de température
13-4 Les thermistances
On monte le capteur Rc dans le montage suivant :
• Donner l’expression de UAB en fonction de Rc.
• R4=Rc(Tm)
• R3=R1=860
• U=15V
On considère Rc comme parfaitement linéraire en fonction de la température : Rc = R4 + R avec R fonction linéaire de T
• UAB est-elle une fonction linéaire de la température ?
13- Les capteurs de température
13-5 Les Thermocouples
Effet Seebeck
13- Les capteurs de température
13-5 Les Thermocouples
• Le thermocouple permet des mesures de température ponctuelles.
• La capacité calorifique du capteur peut être très réduite assurant une
vitesse de réponse élevée.
• Le thermocouple délivre une fem dont la mesure ne nécessite pas la
circulation d’un courant dans le capteur.
• Ceci permet de l’utiliser pour des mesures sur des systèmes à faible
inertie thermique ou à basse température.
13- Les capteurs de température
13-5 Les Thermocouples
• Le thermocouple permet des mesures de température ponctuelles.
• La capacité calorifique du capteur peut être très réduite assurant une
vitesse de réponse élevée.
• Le thermocouple délivre une fem dont la mesure ne nécessite pas la
circulation d’un courant dans le capteur.
• Ceci permet de l’utiliser pour des mesures sur des systèmes à faible
inertie thermique ou à basse température.
13- Les capteurs de température
13-5 Les Thermocouples
13- Les capteurs de température
13-5 Les Thermocouples
13- Les capteurs de température
13-5 Les Thermocouples
• La non linéarité de la relation fem du thermocouple
forme polynomiale de l’équation qui les lie.
• Pour chaque type de thermocouple, une norme définit :
Une table de valeurs de la fem E en fonction de la température T
Une expression polynomiale qui traduit algébriquement la relation entre E et T
(Souvent noté
e)
s
13- Les capteurs de température
13-5 Les Thermocouples
13- Les capteurs de température
13-5 Les Thermocouples – Détermination de la fem
• On cherche la FEM fournie par le thermocouple pour le couple de température :
• Température soudure froide : 4˚C
• Température soudure chaude : 27˚C
FEM = 1381µV − 202µV = 1179µV
13- Les capteurs de température
13-5 Les Thermocouples – Détermination de la fem
• L’expression de la fem de Seebeck est souvent réduite au 3 premiers termes :
• Pour un thermocouple au plomb, on a :
• a0=0
13- Les capteurs de température
13-5 Les Thermocouples – Détermination de la fem
• Pour un thermocouple Cu-Pt :
• Cu-Pt = Cu-Pb + Pb-Pt = Cu-Pb - (Pt-Pb)
• Si T=100°C => es =
• Généralement, on donne l’équation inverse :
13- Les capteurs de température
13-5 Les Thermocouples - Constitution
• La soudure chaude ou jonction de mesure
• La soudure froide ou jonction de référence : Les appareils sont équipés
d’une compensation de soudure froide électronique. La température de
référence est donnée par une sonde platine, une thermistance ou une
diode.
13- Les capteurs de température
13-5 Les Thermocouples
13- Les capteurs de température
13-5 Les Thermocouples
Exercice :
• On mesure la température grâce à un thermocouple de type k dans le circuit suivant:
13- Les capteurs de température
13-5 Les Thermocouples
• Pour un thermocouple de type k :
Extrait de la table des FEM (mV) d’un thermocouple type K
Quelle est la température pour
une FEM de 3,7mV
13- Les capteurs de température
13-5 Les Thermocouples
• Donner l’expression de la température en °C en fonction de E (en mV) sous la forme
polynomiale de degré 2 :
• Calculer la température lorsque le thermocouple fourni une tension E = 3,7mV
• Calculer le facteur d’amplification du circuit de conditionnement.
13- Les capteurs de température
13-5 Les Thermocouples
• Vout est connectée à l’entrée A0 d’une carte Arduino. Complétez le programme :
void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
int N = analogRead(A0);
float Vout =_________________________________________;
float Temperature = _________________________________;
Serial.println(Temperature);
delay(1000);
}
13- Les capteurs de température
13-5 Les capteurs à semi-conducteurs
• Composé de diode ou de transistor monté en diode
• Polarisé dans le sens direct à courant constant : La tension générée peut
donc être utilisée comme grandeur de sortie du capteur de température
13- Les capteurs de température
13-5 Les capteurs à semi-conducteurs
13- Les capteurs de température
13-5 Les capteurs à semi-conducteurs
13- Les capteurs de température
13-5 Les capteurs à semi-conducteurs
13- Les capteurs de température
13-5 Les capteurs à semi-conducteurs
13- Les capteurs de température
13-6 Les capteurs pyrométriques
L'utilisation préférentielle des pyromètres optiques concerne les mesures :
•
•
•
•
•
sans contact (corps en mouvement, à grande distance ou dans le vide).
Insensible aux interférences électromagnétiques
de températures de surface.
de très hautes températures.
sur des corps de faible capacité thermique.
Utilise la propriété des corps émettre
un rayonnement dans l’infrarouge en
fonction de sa température de surface
13- Les capteurs de température
13-6 Les capteurs pyrométriques
Les rayonnements infrarouges :
Spectre de rayonnement d’un corps
noir pour différentes températures
Objets réels => pas des corps noirs
Réglage : Emissivité
13- Les capteurs de température
13-6 Les capteurs pyrométriques - Composition
Thermocouple / Thermistance / Silicium
13- Les capteurs de température
13-6 Les capteurs pyrométriques
Exemple : TPA81 = Matrice de 8x1 thermopiles
13- Les capteurs de température
13-6 Les capteurs pyrométriques
Exemple : TPA81 = Matrice de 8x1 thermopiles
•
•
•
•
•
•
•
Insensible à la lumière ambiante
Températures de 8 zones
Température ambiante
Plage de mesure de la température : 2°C à 100°C
Précision : ± 2%
Commande servomoteur
Communication I2C
13- Les capteurs de température
13-7 Comparaison des solutions
Capteur Temp.
Conditionnement
Précision
Thermocouple • Amplification
Bonne
-250°C à 2000°C • Filtrage
• Compensation de soudure froide
Sensibilité
Comparaison
Bonne
• Auto-alimenté
Non linéaire • Bon marché
• Durci
• Vaste gamme de températures
Pt 100
• Amplification
-200°C à 800°C • Filtrage
• Excitation en courant
Excellente Meilleure
Linéaire
Thermistance
-90°C à 130°C
Meilleure Excellente • Haute résistance
Non linéaire • Masse thermique faible
• Amplification
• Filtrage
• Excitation en tension
Optique IR
• Peu ou pas d'amplification
-100°C à 5000°C • Filtrage
Excellente Excellente
• Très précis
• Très stable
• Bonne pour les environnements
dangereux
• Bonne sur de longues distances
• Insensible à toute interférence
électromagnétique
• Compacte, légère