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Cours capteur conditinneur Cr2

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Capteurs_1MSMPM
Conditionneur
-Université Tahri Mohammed Bechar
Faculté : Sciences Exactes
Département : Sciences de la Matière
Option : Master 1MSMMP
Module : Capteur
Cours 02 : Conditionneur
Plan de cours
1- Définition d’un conditionneur
2- Types de conditionneurs
Montage potentiométrique
Montage sous forme pont
3 - Polarisation des capteurs par une tension
Montage potentiométrique
3.2 Montage en pont de Wheatstone
a- Montage en pont de Wheatstone avec un élément sensible
b- Montage en pont à deux éléments sensibles
c- Montage en pont complet
4 Polarisation des capteurs par un courant
3.1
4.a Circuit quart de pont
4.b Circuit demi de pont
4.c Circuit pont complet
5- Td 02 ;
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Capteurs_1MSMPM
Conditionneur
II .1 Définition d’un conditionneur
La plupart des dispositifs ne sont aptes à traiter le signal électrique que sous la forme de tension.
Le rôle du conditionneur est donc de convertir, lorsqu'elle n'est pas une tension, la grandeur
électrique de sortie du capteur, ou ses variations par rapport à un état d'origine, en une tension dont
l'amplitude ou (et) la fréquence sont déterminées par la sortie du capteur.
II .2 Types de conditionneurs
On distingue deux types de mesures :
1- Montage potentiométrique : 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. Les
jauges de déformation, dites « jauges de contrainte », sont des résistances métalliques ou
semi-conductrices qui traduisent en variation de résistance une contrainte mécanique. Les
variations relatives de résistance R et de longueur L( une masse M , une force F……… )
d’une jauge sont liées par la relation :
dR
dL
.
  K
R
L
( 1)
2- Montage sous forme pont : La grandeur physique mesurée engendre une variation de la
résistance d’un ou de plusieurs éléments du pont de Wheatstone. Une mesure de la tension
différentielle aux bornes du pont délivre une tension proportionnelle à la grandeur
physique à mesurer.
II .3 Polarisation des capteurs par une tension
Le montage le plus simple est le montage potentiométrique.
II .3.1 Montage potentiométrique
Le montage est donné par la Figure II.1
Fig.II.1 Montage potentiométrique
La tension aux bornes de résistance de capteur est donnée par ( en applique la lois de diviseur de
tension) :
Vm  E.
Rc
Rc  R
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( 2)
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Conditionneur
La relation donnant la tension de sortie Vm en fonction de la résistance du capteur n’est pas
une relation linéaire. Pour des faibles variations de Rc par rapport à Rc , le calcul suivant
montre que cette relation est linéaire.
Rc  Rc
( 3)
Rc  R  Rc
Rc  Rc
R  Rc
1
Alors Vm  Vm  E.
 E. c

Rc  R  Rc
Rc  R 1  Rc
R  Rc
Si Rc  R  Rc , l’expression précédente se simplifie en :
R  Rc
Rc
Vm  Vm  E. c
 (1 
)
Rc  R
R  Rc
( R  R)Rc  Rc .Rc
R.Rc
Vm  E. c
E
2
( Rc  R)
( Rc  R)2
La sensibilité est maximale lorsque R  Rc ce qui donne:
Vm  Vm  E.
Vm  E.
Rc
4R
La sensibilité de capteur Sc 
( 4)
( 5)
( 6)
( 7)
Vm
E

Rc 4 R
( 8)
Ce montage donne une évolution linéaire de Vm en fonction de
Rc
mais il présente les
R
inconvénients suivants :
 faible variation de la tension de sortie pour une variation Rc donnée,
sensibilité de Vm par rapport à l’alimentation E .
II .3.2 Montage en pont de Wheatstone
a. Montage en pont de Wheatstone avec un élément sensible
L’élément sensible (qui remplace Rc ) délivre une variation de résistance en fonction de la
grandeur à mesurer.

Fig. II.2 : montage en pont
L’équilibre de pont de tension Vab est nulle.
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Capteurs_1MSMPM
Vm  Va  Vb  E.
Conditionneur
R(1   ) E

R(2   ) 2
E 
.
4 1 
2
Vm  f   n’est pas linéaire.
( 9)
Vm 
Dans le cas ou
Vm  E.

dR
  est faible , l’expression se simplifie en :
R
4
b. Montage en pont à deux éléments sensibles
( 10)
Quand on associe deux éléments sensibles selon la Figure II.3 , l’évolution de Vab en fonction
de  est linéaire. On obtient :
Vm  E.

( 11)
2
Fig. II.3 : montage en pont avec deux éléments sensibles
c. Montage en pont complet
Le montage délivre la tension : Vm  E.
( 12)
Ce montage, comparé aux précédents, est préférable puisqu’il délivre une tension plus
importante.
II .4 Polarisation des capteurs par un courant
II.4.a Circuit quart de pont
Fig. II.3 : montage quart de pont
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Conditionneur
La tension délivrée par la source est : V  R.I .
2 
2
(13)

2
RI 
Alors Vm  Va  Vb 
(14)
.
4 1 
4
L’erreur de linéarité est deux fois plus faible que pour le même montage en polarisation en tension.
II.4.b Circuit demi de pont
La résistance équivalente au pont de Wheatstone est R. La tension de sortie du pont est donc :
Vm  R.I .

(15)
2
4.b Circuit demi de pont
II.4.c Circuit pont complet
La résistance équivalente au pont de Wheatstone est R. La tension de sortie du pont est donnée :
Vm  R.I .
(16)
I.8 Td 01
Exercice 01 :
I .
Etude du capteur :
Le capteur est constitué de deux électrodes plantées dans le sol et d'une photorésistante.
L'ensemble de ce capteur est alimenté sous une tension continue de 12V. (fig. 1).
+12V
I2
Fig. 1.
R2
R1
R1=1kΩ
R2=2kΩ
RJOUR=10Ω
RNUIT=1kΩ
U
R
E1
E2
V2
V1
SOL
0V
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1)
2)
3)
4)
-
Conditionneur
Etablir l'expression littérale de la tension V2 en fonction de U, R1 et R.
En déduire la valeur de V2 le jour puis la nuit.
Etablir la relation entre V1, U, R2 et I2.
Calculer la tension V1 dans les deux cas suivants :
le sol est sec, la résistance du sol est telle que I2=3mA.
Le sol est humide, la résistance du sol est telle que I2=6mA.
Exercice 02 :
I.
Etude d'un pont de jauge:
La jauge à une résistance qui varie avec la déformation qu'elle subit :
R
R = R0 + R Avec R0 = 360  et
= K.M
R0
M étant la masse placée sur la jauge et K4103kg1 .
E=15V
R0
E
R0
iB
B
V=VA-VB
A
R
R0
iA
M
1) Calculer la tension VB - VM en fonction de E si on admet que iB = 0
2) Calculer la tension VA - VM en fonction de E, R0 et R si on admet que iA
=0
3) En déduire que V peut se mettre sous la forme:
R
V=E.
4R0 + 2R
Montre que l’on peut simplifier l’expression de V pour obtenir
:
E
K.M
V= .
4
K.M
1+
2
4) Application numérique: calculer V pour une masse M = 10 Kg
5) On admet qu’avec une masse M<15 kg ,on a le produit K.M<<1 (petit devant 1) :
Simplifier alors l’expression de V pour le rendre linéaire.
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