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 ; Mammar DAHBI 1 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 Mammar DAHBI ( 2) 2 Capteurs_1MSMPM 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. Mammar DAHBI 3 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 Mammar DAHBI 4 Capteurs_1MSMPM 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 Mammar DAHBI 5 Capteurs_1MSMPM 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 K4103kg1 . 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 + 2R 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. Mammar DAHBI 6