CAPTEURS I- Principes fondamentaux A-Définitions et caractéristiques générales Dans de nombreux domaines (industrie, recherche scientifique, loisirs…), nous avons besoin de contrôler de nombreux paramètres physiques (température, force, position, vitesse, débit, luminosité, …). Le capteur (ou transducteur) est l’élément indispensable à la mesure de ces grandeurs physiques. Mesurande m : c’est la grandeur physique (en général non électrique) que l’on veut mesurer (déplacement, température, pression, etc.) C’est la grandeur d’entrée du capteur ou l’excitation. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 1 CAPTEURS Capteur : un capteur est un organe de prélèvement d’information qui élabore à partir d’une grandeur physique (la mesurande m), une autre grandeur physique de nature différente (s). Cette autre grandeur physique est une « image » exploitable de la mesurande. Généralement, on obtient une grandeur de sortie de type électrique. Elle peut être soit une charge, une tension, un courant ou une impédance (R, L, C) A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 2 CAPTEURS Mesurande (m) S=f(m) A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 3 CAPTEURS La grandeur de sortie s est fonction de la mesurande : s = F(m) Cette relation résulte des lois physiques qui régissent le fonctionnement du capteur, de sa construction (géométrie, dimensions), des matériaux qui le constituent et éventuellement de son environnement et de son mode d’emploi (température, alimentation). B- Classification des capteurs Les capteurs passifs Il s’agit d’impédances (R, L, C) dont l’un des paramètres déterminants est sensible à la mesurande. Ils ont besoin, dans la plupart des cas, d’un apport d’énergie extérieur pour fonctionner. L'impédance A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 4 CAPTEURS d'un capteur passif et ses variations ne sont mesurables qu'en intégrant le capteur dans un circuit électrique, et son conditionneur. Dans l’expression littérale d’une impédance sont présents des termes liés : d’une part à sa géométrie et à ses dimensions d’autre part aux propriétés électriques des matériaux : résistivité ρ, perméabilité magnétique μ, constante diélectrique є. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 5 CAPTEURS La variation d’impédance peut donc être due à l’action de la mesurande : soit sur les caractéristiques géométriques ou dimensionnelles soit sur les propriétés électriques des matériaux plus rarement sur les deux simultanément Les paramètres géométriques ou dimensionnelles de l’impédance peuvent varier si le capteur comporte soit un élément mobile, soit un élément déformable A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 6 CAPTEURS Elément mobile La bobine à inductance variable (noyau de fer mobile) A chaque position de l’élément mobile correspond une valeur de l’impédance ; la mesure de celle-ci permet de connaître la position. C’est le principe d’un grand nombre de capteurs de position ou de déplacement : potentiomètre, inductance à noyau mobile, condensateur à armature mobile. La bobine à inductance variable (noyau de fer mobile) Principes de fonctionnement : Un noyau magnétique se déplace à l'intérieur d'une bobine. Ce déplacement entraîne une variation de l'inductance de la bobine. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 7 CAPTEURS Inductance à noyau de fer A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 8 CAPTEURS Condensateur variable Principes de fonctionnement : la valeur C du condensateur varie en fonction de la distance e entre les 2 plaques C=epsilon x S/e Elément déformable La déformation résulte de forces – ou de grandeurs s’y ramenant (pression, accélération) – appliquées soit directement, soit indirectement au capteur. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 9 CAPTEURS Exemple : armature d’un condensateur soumise à une pression différentielle Les pressions P1 et P2 sont transmises par l'intermédiaire d'une huile de silicone à la membrane déformable, ce qui entraîne une variation de la capacité entre les armatures et la membrane déformable A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 10 CAPTEURS Aperçu des divers mesurandes susceptibles de modifier les propriétés électriques de matériaux employés pour la réalisation de capteurs passifs A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 11 CAPTEURS Les capteurs actifs Dans ce cas, la sortie du capteur est équivalente à un générateur. C’est un dipôle actif qui peut être du type courant, tension ou charge. Un capteur actif est généralement fondé dans son principe sur un effet physique qui assure la conversion en énergie électrique de la forme d'énergie propre à la grandeur physique à prélever, énergie thermique, mécanique ou de rayonnement… A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 12 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 13 CAPTEURS Les effets physique les plus classiques sont : Effet thermoélectrique (ou effet Seebeck) : Un circuit formé de deux conducteurs de nature chimique différente, dont les jonctions sont à des températures T1et T2, est le siège d'une force électromotrice d'origine thermique e(T1,T2). Application : détermination, à partir de la mesure de e, d’une température inconnue T1 lorsque T2 (0 ◦C par exemple) est connue. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 14 CAPTEURS Effet pyro-électrique Les matériaux pyro-électrique sont des substances capable de génèrer des charges électriques en résponse à un flux de chaleur. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 15 CAPTEURS Effet piézo-électrique : L'application d'une contrainte mécanique à certains matériaux dits piézo-électriques (le quartz par exemple) entraîne l'apparition d'une déformation et d'une même charge électrique de signe différent sur les faces opposées. Application : mesure de forces ou de grandeurs s’y ramenant (pression, accélération) à partir de la tension que provoquent aux bornes d’un condensateur associé à l’élément piézoélectrique les variations de sa charge A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 16 CAPTEURS Effet d'induction électromagnétique : La variation du flux d'induction magnétique dans un circuit électrique induit une tension électrique (détection de passage d'un objet métallique). Application : la mesure de la f.é.m. d’induction permet de connaître la vitesse du déplacement qui est à son origine A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 17 CAPTEURS Effet photo-électrique : On en distingue plusieurs, qui diffèrent par leurs manifestations mais qui ont pour origine commune la libération de charges électriques dans la matière sous l’influence d’un rayonnement lumineux ou plus généralement électromagnétique, dont la longueur d’onde est inférieure à une valeur seuil, caractéristique du matériau. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 18 CAPTEURS Effet Hall : Un matériau, généralement semi-conducteur et sous forme de plaquette, est parcouru par un courant I et soumis à une induction B faisant un angle θ avec le courant. Il apparaît, dans une direction perpendiculaire à l’induction et au courant une tension VH qui a pour expression : VH = KH · I · B · sin θ, où KH dépend du matériau et des dimensions de la plaquette. Application : un aimant lié à l’objet dont on veut connaître la position détermine les valeurs de B et θ au niveau de la plaquette : la tension vH , qui par ce biais est fonction de la position de l’objet en assure donc une traduction électrique A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 19 CAPTEURS Effet photovoltaïque : Des électrons et des trous sont libérés au voisinage d’une jonction de semi-conducteurs P et N illuminée ; leur déplacement dans le champ électrique de la jonction modifie la tension à ses bornes. Application : panneaux solaires A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 20 CAPTEURS Corps d’épreuve, capteurs composites Pour des raisons de coût ou de facilité d’exploitation, on peut être amené à utiliser un capteur, non pas sensible au mesurande mais à l’un de ses effets. Le corps d’épreuve est le dispositif qui, soumis au mesurande étudié en assure une première traduction en une autre grandeur physique non électrique, le mesurande secondaire, qu’un capteur adéquat traduit alors en grandeur électrique. L’ensemble formé par le corps d’épreuve et un capteur actif ou passif constitue un Capteur composite. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 21 CAPTEURS Mesurande secondaire Mesurande primaire Signal de faible niveau en mA , mC, mV Élément de transduction Passif (Impédance R, L, C…) Actif ( Thermocouple..) Corps d’épreuve Capteur composite A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 22 CAPTEURS Exemple : la jauge d’extensiométrie Les corps d’épreuve sont très utilisés pour la mesure de grandeurs mécaniques. Celles-ci imposent au corps d’épreuve des déformations ou des déplacements auxquels un capteur approprié est sensible. Ainsi, par exemple, une traction F exercée sur une barre entraîne une déformation ΔL/L qui est mesurable par la variation ΔR/R de la résistance d’une jauge collée sur la barre : A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 23 CAPTEURS Remarque : Dans le cas d'une contraction, la résistance de la jauge serait R0 - DR. C- Les grandeurs d’infLuence Le capteur, de par ses conditions d’emploi, peut se trouver soumis non seulement au mesurande mais à d’autres grandeurs physiques dont les variations sont susceptibles d’entraîner un changement de la grandeur électrique de sortie qu’il n’est pas possible de distinguer de l’action du mesurande. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 24 CAPTEURS Ces grandeurs physiques « parasites » auxquelles la réponse du capteur peut être sensible sont les grandeurs d’influence. Les principales grandeurs d’influence sont la température, la pression, l’accélération, les vibrations, l’humidité, les champs magnétiques, tension d’alimentation etc. Si l’on désigne par g1, g2... les grandeurs d’influence, la relation entre grandeur électrique de sortie s et mesurande m, qui dans le cas idéal serait : s = F (m) devient : s = F (m, g1, g2...) A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 25 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 26 CAPTEURS Afin de pouvoir déduire de la mesure de s la valeur de m, il est donc nécessaire : – soit de réduire l’importance des grandeurs d’influence au niveau du capteur en le protégeant par un isolement adéquat : supports antivibratoires, blindages magnétiques; – soit de stabiliser les grandeurs d’influence à des valeurs parfaitement connues et d’étalonner le capteur dans ces conditions de fonctionnement : enceinte thermostatée ou à hygroscopie contrôlée, sources d’alimentation régulées ; A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 27 CAPTEURS – soit enfin d’utiliser des montages qui permettent de compenser l’influence des grandeurs parasites : pont de Wheatstone avec un capteur identique placé dans une branche adjacente au capteur de mesure D- La chaine de mesure Conditionneur de signaux capteur Unité d’affichage mesure Grandeur mesurée A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 28 CAPTEURS La structure de base d'une chaîne de mesure comprend au minimum trois étages : Un capteur sensible aux variations d'une grandeur physique et qui, à partir de ces variations, délivre une autre grandeur physique. Un conditionneur de signaux dont le rôle principal est l'amplification du signal délivré par le capteur pour lui donner un niveau compatible avec l'unité de visualisation ou d'utilisation. Cet étage peut parfois intégrer un filtre qui réduit les perturbations présentes sur le signal. Une unité de visualisation et/ou d'utilisation qui A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 29 CAPTEURS permet de lire la valeur de la grandeur et/ou de l'exploiter dans le cas d'un asservissement, par exemple. E- Capteurs intégrés Un capteur intégré est un composant réalisé par les techniques de la Microélectronique et qui regroupe sur un substrat de silicium commun le capteur proprement dit, le corps d’épreuve éventuel, et des circuits électroniques de conditionnement du signal. L’intégration apporte de multiples avantages : miniaturisation, diminution des coûts par la fabrication en grande série, accroissement de la fiabilité par suppression de nombreuses A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 30 CAPTEURS connexions soudées, interchangeabilité améliorée, meilleure protection vis-à-vis des parasites, le signal étant conditionné à sa source. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 31 CAPTEURS F- Capteurs intelligents On désigne par capteur intelligent l’ensemble de mesure d’une grandeur physique constitué de deux parties : une chaîne de mesure pilotée par microprocesseur ; une interface de communication bidirectionnelle. Le capteur intelligent offre des avantages spécifiques : configurabilité à distance ; crédibilité accrue des mesures et aide à la maintenance grâce aux informations d’état fournies ; répartition des tâches, déchargeant le calculateur central. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 32 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 33 CAPTEURS Métrologie de la mesure A-quelques définitions La résolution : est la plus petite variation du mesurande que le capteur est capable de déceler. La gamme de mesure: c'est l'ensemble des valeurs du mesurande pour lesquelles un instrument de mesure est Supposé fournir une mesure correcte. L’étendue de mesure (range): correspond a la différence entre la valeur maximale et la valeur minimale de la gamme de mesure. Pour les appareils a gamme de mesure réglable, la valeur maximale de l’étendue de mesure est appelée « pleine échelle ». A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 34 CAPTEURS La rangeabilité (Turn down) : On définit la rangeabilité par le rapport entre l’étendue de mesure minimale et la pleine échelle (étendue de mesure maximale) . La répétabilité: caractérise la même mesure, effectuée selon la même procédure, avec le même appareillage, par la même personne, en un même lieu et en un temps court vis à vis de la durée d'une mesure. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 35 CAPTEURS La reproductibilité: est l'étroitesse de l'accord entre les résultats des mesures d'une même grandeur dans le cas où les mesures individuelles sont effectuées au moyen de différents instruments, suivant diverses méthodes, par des opérateurs distincts en des temps et des lieux différents. B-éTALONNAGE La caractéristique statique ou courbe d’étalonnage est la courbe qui représente la réponse statique en fonction du mesurande. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 36 CAPTEURS Elle ne donne pas d’informations sur les caractéristiques transitoires du capteur. La courbe d’étalonnage permet aussi de connaître la relation inverse entre le mesurande et la mesure. La courbe d'étalonnage peut être définie par un tableau représentatif de points discrets de mesure. Il est possible d’affiner la conversion par interpolation linéaire. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 37 CAPTEURS La courbe d'étalonnage peut être définie par une Relation fonctionnelle s = F(m) Cas 1 : la loi est connue physiquement Exemple d'une sonde de température type thermistance Cas 2 : la loi est une approximation polynomiale déterminée par régression Exemple d'une sonde de température type Pt100 Capteurs, chaine de mesure et métrologie L'inversion de la relation fonctionnelle n'est pas un problème trivialA. EL! GHZIZAL Le 06/11/2013 38 CAPTEURS C- Sensibilité La sensibilité en un point de mesure s'exprime par le quotient de la variation de la réponse par la variation du mesurande : La sensibilité peut se déterminer graphiquement à partir de la courbe d'étalonnage. La sensibilité est la pente de la courbe au point M0. Lorsque la loi physique reliant la réponse au mesurande est connue, la sensibilité se déduit par dérivation (par calcul donc) : A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 39 CAPTEURS La sensibilité est une spécification déterminante dans le choix d’un capteur. Elle permet à l’utilisateur d’estimer l’ordre de grandeur de la réponse du capteur, connaissant l’ordre de grandeur des variations du mesurande. Un capteur est dit "linéaire" lorsque sa sensibilité est constante sur l'étendue de mesure A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 40 CAPTEURS D- Rapidité, temps de réponse Il s’agit d’une caractéristique transitoire du capteur. C'est l'aptitude d'un instrument à suivre les variations de la grandeur à mesurer. On peut la chiffrer de plusieurs manières : Temps de réponse (à x%) à un échelon du mesurande ; dans ce cas, on définit le temps de réponse à 10%, c'est le temps nécessaire pour que la mesure croisse, à partir de sa valeur initiale jusqu‘à rester entre 90% et 110% de sa variation totale. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 41 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 42 CAPTEURS bande passante du capteur (à –3 dB par exemple) ; La bande passante est la bande de fréquence pour laquelle le gain du capteur est compris entre deux valeurs. Le gain du capteur est le rapport x/X généralement exprimé en dB. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 43 CAPTEURS E-Fidélité, justesse et précision Fidélité : La fidélité est la qualité d'un appareillage de mesure dont les erreurs sont faibles. L‘écart-type est souvent considéré comme l'erreur de fidélité. Un instrument est d'autant plus fidèle que son écart type est faible. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 44 CAPTEURS Justesse : C’est l’aptitude d’un capteur à délivrer une réponse proche de la valeur vraie et ceci indépendamment de la notion de fidélité. Elle est liée à la valeur moyenne obtenue sur un grand nombre de mesures par rapport à la valeur réelle. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 45 CAPTEURS Précision : Un appareil précis est à la fois fidèle et juste. La précision définie l’écart en % que l’on peut obtenir entre la valeur réelle et la valeur obtenue en sortie du capteur. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 46 CAPTEURS F-les erreurs de mesure L'incertitude (dx) : Le résultat de la mesure x d'une grandeur X (mesurande) n'est pas complètement défini par un seul nombre. Il faut au moins la caractériser par un couple (x, dx) et une unité de mesure. dx est l'incertitude sur x. Les incertitudes proviennent des différentes erreurs liées à la mesure. Ainsi, on a : x-dx < X < x+dx Exemple : 3 cm ±10%, ou 3 cm ± 3 mm. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 47 CAPTEURS Erreur absolue (e) : Résultat d'un mesurage x moins la valeur vraie du mesurande X. Une erreur absolue s'exprime dans l'unité de la mesure. e=x-X Exemple : Une erreur de 10 cm sur une mesure de distance. Erreur relative (er) : Rapport de l'erreur de mesure à une valeur vraie de mesurande. Une erreur relative s'exprime généralement en pourcentage de la grandeur mesurée. er = e/X ; er% = 100 er Exemple : Une erreur de 10 % sur une mesure de distance (10 % de la distance réelle). A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 48 CAPTEURS Les différentes erreurs possibles : Les erreurs systématiques : Ce sont des erreurs reproductibles reliées à leur cause par une loi physique, donc susceptible d‘être éliminées par des corrections convenables. On distingue: L'erreur de zéro (offset) C'est une erreur qui ne dépend pas de la valeur de la grandeur mesurée Erreur de zéro = Valeur de x quand X = 0 A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 49 CAPTEURS L'erreur d'echelle (gain) C'est une erreur qui dépend de façon linéaire de la valeur de la grandeur mesurée. Erreur de gain (dB) = 20 log(x/X) L'erreur de linéarité La caractéristique n'est pas une droite. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 50 CAPTEURS L'erreur due au phénomène d'hystérésis Il y a phénomène d'hystérésis lorsque le résultat de la mesure dépend de la précédente mesure. L'erreur de mobilité La caractéristique est en escalier. Cette erreur est souvent due à une numérisation du signal A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 51 CAPTEURS Les erreurs aléatoires : Ce sont des erreurs, non reproductibles, qui obéissent à des lois statistiques. Elles peuvent être due aux caractéristiques intrinsèques (bruit thermique, frottement etc.), à des signaux parasites d’origine électrique ou encore aux grandeurs d’influence (température etc). Même si leur origine est connue, on ne peut pas connaître leur valeur ni leur signe ; pour les évaluer, on fait appel à des méthodes statistiques A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 52 CAPTEURS Evaluation des erreurs aléatoires : Les erreurs entraînent une dispersion des résultats lors de mesures répétées. Leur traitement statistique permet : de connaître la valeur la plus probable de la grandeur mesurée, de fixer les limites de l'incertitude. Moyenne Lorsque la mesure d'une même grandeur X a été répétée n fois, donnant les résultats : x1, x2... xn, la valeur moyenne est définie par : A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 53 CAPTEURS EQM (écart quadratique moyen) Une indication de la dispersion de ces résultats est donnée par l’écart quadratique moyen (EQM) ou écart-type s : A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 54 CAPTEURS Evaluation des erreurs aléatoires : Lorsque les erreurs accidentelles affectant les différentes mesures sont indépendantes, la probabilité d'apparition des différents résultats satisfait habituellement à la loi normale dite encore loi de Gauss : A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 55 CAPTEURS Les erreurs accidentelles : Elles résultent d'une fausse manœuvre, d'un mauvais emploi ou de dysfonctionnement de l'appareil. Elles ne sont généralement pas prises en compte dans la détermination de la mesure. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 56 CAPTEURS Ii- Capteurs de température A- thermocouples Principe du thermocouple : Si T2≠ T1 alors apparition d’une tension U (effet Peltier) A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 57 CAPTEURS Les différents types de thermocouples : On tient compte de la température attendue pour la mesure mais également de l'action corrosive du milieu ambiant (atmosphère oxydante, réductive, sulfureuse, etc...) sur les constituants du couple pour arrêter son choix. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 58 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 59 CAPTEURS Avantages : Larges gammes de température : de O à 1 600 K Robustes : résistent aux chocs et aux vibrations Réponse rapide (ms à qq s) Fiables et précis Reproductibles Inconvénients : Température de référence nécessaire Réponse non linéaire Faible sensibilité pour certains types de thermocouples A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 60 CAPTEURS B- capteurs à résistance métallique R=R0(1+aT) avec a=3.85·10-3°C-1 pour le platine (petites variations de T>0°C car en réalité 𝑅 𝑇 = 𝑅0 (1 + 𝐴𝑇 + 𝐵𝑇 2 + 𝐶 𝑇 − 100 𝑇 3 ) Le type le plus courant, appelé «Pt100», a une résistance de 100Ω à 0°C et 138,5 Ω à 100°C (variation quasi linéaire entre -200 et 800°C) Bonne stabilité chimique Temps de réponse > thermocouple A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 61 CAPTEURS La précision de la mesure dépend de la sonde mais aussi de l’électronique de détection et du couplage mécanique et thermique entre la sonde et le milieu étudié qui peut entraîner une erreur de plusieurs degrés A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 62 CAPTEURS Pour une grande longueur, les résistances des fils de connections de la sonde au système de mesure ne sont plus négligeables. Il faut donc tenir compte de cette erreur en employant des dispositifs de câblages particuliers. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 63 CAPTEURS C- Les thermistances Thermistance à coefficient de température négatif (CTN) Le Si soit polycristallin ou monocristallin intrinsèque a de nature une résistance qui décroît avec la température selon une loi simple du type : R(T) = R0*exp ( B (1/T –1/T0) ) avec T en K; et B entre 3000 et 5000K. Thermistance à coefficient de température positif (CTP) Les propriétés du Si massif font de lui un excellent matériau pour la fabrication des capteurs de température résistive telle que le PTC A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 64 CAPTEURS Les PTC possèdent une zone de linéarité raisonnable et une stabilité très accrue . Ils sont employés vu leur nature dans la protection thermique . La fonction de transfère Peut être approximée par: Avec : R0 ( Ω ) et T0 (°K) sont la résistance et la température au point de référence A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 65 CAPTEURS Transfer functions of PTC and NTC thermistors as compared with RTD A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 66 CAPTEURS III- Capteurs de POSITION Définition : Les capteurs de position mesurent soit la position, soit le déplacement d’un objet physique, ou généralement une distance critique Coordonnées de l’objet: Linéaire angulaire Position Déplacement A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 Mouvoir d’une position 1 À une position 2 67 CAPTEURS Pour choisir un capteur de position on doit répondre aux questions suivantes: 1. Quelle la grandeur du déplacement et sa nature (linéaire, circulaire) 2. Quelle est la résolution: la précision recherchée 3. Quelle est la nature de l’objet en déplacement 4. Quelle est l’espace disponible pour le montage du détecteur 5. Quel est l’environnement de l’objet 6. Quelle est la tension demandée par le capteur A.Capteur potentiomètrique A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 68 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 69 CAPTEURS Avantages: Facile à mettre en œuvre Linéaire Inconvénients: Notable charge mécanique(friction) Nécessite un couplage physique avec l’objet Déplacement lent Frottement et alimentation causent une augmentation de température du potentiomètre Sensibilité à l’environnement (encrassement) A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 70 CAPTEURS B. Capteur /détecteur capacitif Supposons que l’électrode du milieu se déplace d’une quantité x . Il va produire un changement dans les valeurs des capacités respective C1 et C2. A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 71 CAPTEURS L’amplitude du signal à la sortie de l’électrode du milieu Pour la majorité des applications pratiques , quant on mesure la distance par rapport à un objet conducteur , la surface de ce conducteur joue le rôle d’armature Détecteur de proximité capacitive A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 72 CAPTEURS ground Capacitive probe with a guard ring crosssectional view (a); outside view (b Notons que l’électrode plate principal est entouré par des électrodes de garde reliés à la masse dans le but de minimiser les effets de bord et améliorer la linéarité A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 73 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 74 CAPTEURS La fréquence de fonctionnement est de l’ordre de 3Mhz. Cependant , la fréquence de réponse avec l’environnement électronique du capteur est environ 40Khz bonne détection des objets conducteurs et moins pour les objets non conducteurs tout objet conducteurs ou non ayant des propriétés diélectriques spécifiques, en s’approchant de l’électrode principal modifient la capacité (électrode-objet) et produira un signal mesurable A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 75 CAPTEURS C. Capteur /détecteur inductif La position et le déplacement peuvent être détectés par des méthodes d'induction électromagnétique. Un couplage de flux magnétique entre deux bobines peut être modifié par le mouvement d'un objet et par la suite transformé en tension Le principe est basé sur deux bobines primaires et secondaires. La principale est excitée par une tension AC (Vref ) qui induit un courant alternatif stable dans la bobine secondaire A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 76 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 77 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 78 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 79 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 80 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 81 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 82 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 83 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 84 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 85 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 86 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 87 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 88 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 89 CAPTEURS A. EL GHZIZAL Le 06/11/2013 90