Questions et réponses / Les capteurs 1 Parmi les propositions suivantes, choisir ce qui est exact : Votre réponse était incorrecte A Les capteurs passifs nécessitent une alimentation et un circuit mesurant leur impédance. B La photodiode est génératrice d’un flux lumineux proportionnel à l’intensité. C L’étendue de mesure d’un capteur comprend la valeur maximale du mesurande. D La fidélité est la capacité du capteur à donner une valeur exacte. E Le transducteur traduit le signal biologique en signal exploitable, électrique ou lumineux. Le mot de l'auteur : – La réponse A est exacte. – La réponse B est fausse car la photodiode est génératrice de courant I fonction d’un flux lumineux. – La réponse C car l’étendue de mesure correspond à la différence entre la valeur maximale et la valeur minimale du mesurande. C’est donc la plage de valeur prise par le mesurande et compatible avec le capteur. Pour les appareils à gamme de mesure réglable, la valeur maximale de l'étendue de mesure est appelée pleine échelle. La gamme de mesure est l'ensemble des valeurs du mesurande pour lesquelles un instrument de mesure est supposé fournir une mesure correcte. – La réponse D est fausse car la fidélité est la qualité du capteur ou d’une chaîne de mesure dont les erreurs accidentelles sont faibles. La valeur moyenne du mesurande d’écart type faible peut être éloignée de la valeur vraie. – La réponse E est exacte. 2 Parmi les propositions suivantes, choisir ce qui est exact : Votre réponse B - D était incorrecte A L’étendue de la mesure est la différence entre le plus petit signal détecté et le plus grand perceptible sans risque de destruction pour le capteur. B La sensibilité est la plus petite variation d’une grandeur physique que peut détecter un capteur. C La rapidité est le temps de réaction d’un capteur entre la variation de la grandeur physique qu’il mesure et l’instant où l’information est prise en compte par la partie commande. D La précision est la capacité de répétabilité d’une information (de position, de vitesse, etc.). E L’amplification du signal est une augmentation de sensibilité. Le mot de l'auteur : – La réponse A est fausse car l’étendue de mesure correspond à la plage de valeur prise par le mesurande et compatible avec le capteur. On définit : * le domaine nominal utile dans lequel la mesure peut être répétée sans que les caractéristiques du capteur soient altérées ; * le domaine de non-détérioration qui est la plage de surcharge que le capteur peut supporter sans être détérioré ; * le domaine de non-destruction ; l’utilisation du capteur en dehors de ce domaine entraîne des altérations irréversibles des caractéristiques. – La réponse B est exacte. – La réponse C est exacte : la rapidité peut être estimée par le temps de réponse du capteur pour atteindre 90% du signal de réponse. – La réponse D est exacte. – La réponse E est fausse car la sensibilité est la plus petite variation d'une grandeur physique que peut détecter un capteur. L’amplification du signal correspond à une augmentation de l’amplitude du signal détecté à l’aide d’un amplificateur intégré à la chaîne de mesure. 3 Parmi les propositions suivantes, choisir ce qui est exact : Votre réponse était incorrecte A La température n’est pas une grandeur directement mesurable mais une grandeur repérable à l’aide d’un phénomène associé telle que la variation de résistance d’un conducteur électrique, la dilatation d’un fluide ou l’émission d’un rayonnement thermique. B Pour choisir une méthode de mesure, la nature du milieu solide, liquide, gazeux ou le passage de l’un à l’autre importe peu. C Tous les capteurs de position sont des capteurs de contact. D Un capteur photoélectrique est un capteur de proximité. La détection d’un objet se fait par coupure ou variation d’un faisceau lumineux. E Les codeurs rotatifs sont des capteurs de position angulaire. Le mot de l'auteur : – La réponse A est exacte. – Les réponses B et C sont fausses. – La réponse D est exacte. Le capteur photoélectrique se compose d'un émetteur de lumière associé à un récepteur. La détection d'un objet se fait par coupure ou variation d'un faisceau lumineux. Le signal est amplifié pour être exploité par la partie commande. – La réponse E est exacte. Il existe deux types de codeurs rotatifs : les codeurs incrémentaux et les codeurs absolus. 4 Parmi les propositions suivantes, choisir ce qui est exact : Votre réponse était incorrecte A B C D E Le mot de l'auteur : – La réponse A est fausse car la résistance d’un fil est proportionnelle à la longueur du fil et inversement proportionnelle à sa section. La constante de proportionnalité est la résistivité (en ·m). – La réponse B est axacte. Il existe deux types de jauges de contraintes : les jauges piézorésistives (ou à semi-conducteurs) et les jauges métalliques, ces dernières étant actuellement les plus utilisées en extensométrie. Les jauges à trame pelliculaire sont obtenues à partir d’une feuille métallique mince (quelques µm d’épaisseur) et d’un support isolant (une résine synthétique) que l’on traite, comme un circuit imprimé, par lithographie et attaque à l’acide. Les variations de résistance des jauges sont trop faibles pour être mesurables directement. Les jauges sont donc collées sur le corps d’épreuve de manière à constituer un montage électrique en pont de Wheatstone classique. On peut donc compenser des effets parasites (comme la température) et accroître la sensibilité aux grandeurs recherchées. – La réponse C est fausse. Les capteurs basés sur l’effet Doppler (les capteurs électromagnétiques) sont très fréquemment utilisés. On peut également citer les capteurs à turbine, à effet Vortex, à diaphragme, à tuyère, à cibles, le tube de Pitot et le tube de Venturi. – La réponse D est exacte pour les dispositifs infrarouges. – La réponse E est exacte. Le capteur des sondes d'humidité est un condensateur plan dont la capacité varie en fonction de l'humidité du diélectrique. Ce dernier (film de polymère hygroscopique) possède une constante diélectrique qui est une fonction de l'humidité relative ambiante. Une variation d'humidité entraîne une variation de capacité qui se traduit par une variation de fréquence pour le circuit oscillant dans lequel le condensateur est inséré. Les capteurs d'humidité usuels sont conçus pour fonctionner entre –10°C et +40°C, dans une gamme de mesure de 0 à 100% d'humidité, avec une précision de quelques pour cent et un temps de réponse de l'ordre de 30 s. 5 Parmi les suivants, quel(s) avantage(s) présente le capteur à fibre optique ? Votre réponse était incorrecte A B C D E Le mot de l'auteur : – La réponse A est exacte. – La réponse B est fausse, c'est le contraire ! – La réponse C est fausse, c'est le contraire ! – La réponse D est exacte. – La réponse E est exacte. L’optode désigne l’élément sensible du biocapteur placé en extrémité de fibre optique. 6 Concernant le fonctionnement des capteurs à fibres optiques, parmi les propositions suivantes, choisir ce qui est exact : Votre réponse était incorrecte A B C D E Le mot de l'auteur : – La réponse A est exacte. Les fibres actuelles sont en silice et permettent d’atteindre des températures élevées. Toutefois, les températures en condition n’excèdent pas 700°C. – La réponse B est fausse. – La réponse C est exacte. – La réponse D est fausse. Les applications médicales ont connu un développement important en partie grâce à la miniaturisation des capteurs à fibres optiques. – La réponse E est exacte. 7 Parmi les propositions suivantes, choisir ce qui est exact : Votre réponse était incorrecte A B C D E 8 Un dilatomètre comporte une tige dilatable en nickel de longueur 20 cm à 20°C (coefficient linéaire : 13·10–6), solidaire à une extrémité d’un bâti en invar (coefficient linéaire : 1·10–6). Son autre extrémité est libre et comporte un stylo inscrivant son déplacement (après amplification mécanique ×100) sur un tambour lié au bâti. Calculer le déplacement du stylo quand la température de l’ensemble passe de 20 à 25°C. Déplacement : 20×12·10–6×5×100 = 0,12 cm. Le déplacement du stylo est de 1,2 mm lorsque la température augmente de 5°C. 9 La sensibilité d’une sonde de platine dont la résistance vaut 100 à 0°C est de l’ordre de 3,9·10–1 SI, supposée sensiblement constante avec la température (variation linéaire de la résistance avec la température). Calculer la précision sur la mesure de température si l’on mesure la résistance de la sonde avec une incertitude de 0,1% au voisinage de 100°C. La résistance à 100°C est de 139 . L’incertitude au voisinage de 100°C étant de 0,1%, la précision sur la température est de 0,36°C. 10 Une entreprise souhaite développer de nouveaux capteurs d’humidité de l’air. Le capteur autour duquel va être implantée l’architecture électronique a été conçu pour apporter les améliorations suivantes : [...] Quels types de capteurs pouvez-vous envisager pour répondre au cahier des charges ? Les capteurs d'humidité sont des condensateurs à deux bornes. La valeur de la capacité augmente quand des molécules d'eau sont absorbées dans son polymère diélectrique actif. Les plaques de condensateur consistent en une plaque de base et une plaque de platine perméable à l'eau. Généralement l'humidité dans l'air est mesurée comme la fraction maximale d'eau qui peut être absorbée à une certaine température. Dans l'air, à une température donnée, cette fraction peut varier entre 0% (sec absolu) et 100% (le point où la condensation commence à se former). Beaucoup de techniques classiques de détection, comme des dispositifs mécaniques et des capteurs de type résistance, sont dépendants de la température. Ces propriétés rendent l'utilisation de ces techniques difficile. Afin d'obtenir un résultat correct, une calibration du capteur d'humidité est obligatoire. Pour la mesure d’humidité de l’air dans l’environnement, la détection piézoélectrique de l’humidité condensée sur quartz vibrant est à retenir. 11 Le lactate est un composé biochimique qui est souvent déterminé dans les analyses cliniques chez l’homme et dans les dosages biotechnologiques [...] Quel type de capteur proposez-vous ? En établir le principe. Depuis quelques années, les méthodes enzymatiques de dosage du lactate sont préférées aux méthodes colorimétriques et titrimétriques. Les méthodes enzymatiques sont en effet généralement simples. En outre, elles sont plus spécifiques, plus exactes et leur reproductibilité est meilleure. La première méthode enzymatique de dosage du lactate décrite était basée sur le phénomène de transfert de l’hydrogène du lactate sur le ferricyanure de potassium sous l’action de la lactate-déshydrogénase (LDH). Néanmoins cette méthode était lourde et n’a pas été très largement reconnue. Les méthodes décrites ensuite étaient basées sur la détermination cinétique de l’activité de la lactate-déshydrogénase avec suivi de l’absorbance UV du NADH (340 nm). Il est également possible d’utiliser une réaction enzymatique pour convertir le lactate en pyruvate. Le L-lactate est oxydé par la lactateoxydase pour former du pyruvate. La peroxydase est utilisée pour générer un colorant avec l’eau oxygénée résultant de la première réaction. L’intensité de la coloration développée est directement proportionnelle au taux de L-lactate. Elle est mesurée par l’augmentation de l’absorbance à 552 nm. 12 Un capteur a une constante de [...] R = / s = 0,025 et = F / SE = 6,36·10–6 m d’où R = RG / = 1,1·10–6 Remarque : Pour augmenter la sensibilité d’une jauge à fil métallique, on peut diminuer la section s ou augmenter sa longueur . 13 Un thermomètre initialement à 20°C est plongé dans [...] e–t/ = 1 / 1000, soit t = 69 s. 14 Selon leur mode de fonctionnement, les capteurs [...] Capteurs actifs et capteurs passifs. 15 On considère un fil d’acier de longueur [...] 80e–t/ = 100–80 = 20 soit = 14,4 s.
