Capteurs et Instrumentation : Cours

TABLE DES MATIERES
1- Généralités sur la mesure ................................................................................................................................1
1 – 1 Introduction.................................................................................................................................................1
.1 – 2 Définitions ..................................................................................................................................................1
1 – 3 Système de grandeurs [System of quantities] .............................................................................................2
1 – 4 Métrologie et Qualité ..................................................................................................................................3
1-4-1 Définition ................................................................................................................................................3
1-4-2 Etalonnage ..............................................................................................................................................3
1-4-3 Certification Qualité................................................................................................................................4
1 – 5 Chaîne De Mesure .......................................................................................................................................5
1-5-1 Principe ...................................................................................................................................................5
1-5-2 Définitions...............................................................................................................................................5
1-5-3 Grandeurs d’influence et Compensation : ..............................................................................................7
1-5-4 Erreur sur la mesure ...............................................................................................................................9
2- Les capteurs ...................................................................................................................................................12
2 – 1 Introduction...............................................................................................................................................12
2 – 2 Classification des capteurs ........................................................................................................................13
2-2-1 Capteur actif .........................................................................................................................................13
2-2-1 Capteur passif .......................................................................................................................................17
3- Conditionnement électronique des capteurs Passif ......................................................................................21
3 – 1 Introduction...............................................................................................................................................21
3 – 2 Montage potentiométrique ......................................................................................................................22
3-2-1 Linéarisation de la mesure ....................................................................................................................22
3-2-2 Compensation des grandeurs d’influence ............................................................................................24
3-2-3 Instabilité de la source du potentiomètre ............................................................................................25
3-2-4 L’effet composante continue ................................................................................................................25
3-3 Pont de Wheatstone ....................................................................................................................................26
3-3-1 Tension de sortie du pont .....................................................................................................................27
3-3-2 Sensibilité du pont ................................................................................................................................27
3-3-3 Instabilité de la source du pont ............................................................................................................28
3-3-4 Compensation des grandeurs d’influence ............................................................................................29
3-3-5 Linéarisation du pont de Wheatstone ..................................................................................................29

1
1- GÉNÉRALITÉS SUR LA MESURE
1 – 1 INTRODUCTION
La métrologie peut se définir comme étant " la science de la mesure associée à l’évaluation
de son incertitude". La spécificité de la discipline métrologique n’est pas dans la mesure elle-
même, mais dans la validation du résultat.
La mesure est un processus de connaissance qui grâce à l'expérience physique nous donne
une information quantitative (valeur) du rapport entre la grandeur mesurable et une
grandeur de même nature prise comme unité.
.1 – 2 DÉFINITIONS
(Pour plus d’information se rapporter au VIM)
Mesurage [Measurement] : Ensemble d’opérations ayant pour but de déterminer une valeur
d’une grandeur.
Grandeur (X) [Quantity] : Paramètre à contrôler lors de l’élaboration ou du transfert d’un
produit (grandeurs conventionnelles, grandeurs physiques, grandeurs mesurable, grandeurs
repérables)
Mesurande (m) [Measurand] : Grandeur particulière soumise à mesurage.
Mesure (x) : Évaluation d’une grandeur par comparaison à une autre grandeur de même
nature prise pour unité.
Valeur vraie [true value ] : Valeur compatible avec la définition d’une grandeur particulière
donnée.
Erreur « absolue » [Error] : Résultat d’un mesurage moins la valeur vraie du mesurande,
exprimée dans l’unité de la mesure:
e = Résultat de mesure - valeur vraie
Incertitude dx [Uncertainty] : Paramètre, associé au résultat d’un mesurage, qui caractérise
la dispersion des valeurs qui pourraient raisonnablement être attribuées au mesurande.
x – dx < X < x + dx
Erreur relative [Relative error] : Rapport de l’erreur de mesure à une valeur vraie du
mesurande er = e/X,
er % = er . 100

2
Exactitude de mesure (accuracy of measurement ) : Étroitesse de l’accord entre le résultat
d’un mesurage et une valeur vraie du mesurande.
N.B :
 Le concept d’exactitude est qualitatif.
 Le terme précision ne doit pas être utilisé pour exactitude.
1 – 3 SYSTEME DE GRANDEURS [SYSTEM OF QUANTITIES]
On appelle grandeur tout attribut d’un phénomène, d’une substance pouvant être
distinguée qualitativement et déterminée quantitativement. Mesurer une grandeur
physique X revient à la comparer à une autre, de même nature, X0, prise arbitrairement
comme unité.
Le résultat de la mesure est un nombre, la valeur de X, accompagné de son unité car, en
physique, il est impensable (et insensé!) de ne pas préciser la nature de l'unité. On mesure
des grandeurs physiques de différentes sortes. On ne peut pas additionner des
grandeurs physiques de natures différentes.
Exemples:
 Résistance électrique (ohm);
 Permittivité (Farad/m)
 Débit volumique (m3/s)
 …
Grandeur de base [Base quantity] : Des grandeurs du système de grandeurs qui sont admises
par convention comme étant fonctionnellement indépendantes les unes des autres.
Dans le système internationale (SI) on trouve :
Temps (s) ---- Courant (A) ---- Longueur(m) ---- Poids(Kg) ---- Température(K) ----
Quantité de matière(mol) ---- Intensité lumineuse(cd-candela)
Valeurs
du mesurande

3
Dimension d’une grandeur [Dimension of quantity] : Expression qui représente une
grandeur d’un système de grandeurs comme le produit de puissances de facteurs qui
représentent les grandeurs de base de ce système.
Exemple :
Grandeur
Grandeur en SI
Nom
Symbole
Nom
Symbole
superficie
A
mètre carré
m2
volume
V
mètre cube
m3
vitesse
v
mètre par seconde
m s-1
accélération
a
mètre par seconde carrée
m s-2
nombre d'ondes
σ
mètre à la puissance moins un
m-1
masse volumique
ρ
kilogramme par mètre cube
kg m-3
masse surfacique
ρA
kilogramme par mètre carré
kg m-2
volume massique
v
mètre cube par kilogramme
m3kg-1
densité de courant
j
ampère par mètre carré
A m-2
champ magnétique
H
ampère par mètre
A m-1
concentration massique
ρ, γ
kilogramme par mètre cube
kg m-3
1 – 4 MÉTROLOGIE ET QUALITÉ
1-4-1 DÉFINITION
 La quantité à mesurer est le mesurande (m) de grandeur X
 Le capteur convertit m en une grandeur électrique : la mesure (x)
 Le capteur est caractérisé par la relation x=f(X)
 L’expression f(X) est établie par une opération : l’étalonnage
1-4-2 ETALONNAGE
Étalon [Etalon] : Réalisation matérielle d’un mesurande dont la valeur est connue avec une
incertitude nulle (prototype primaire) ou avec une incertitude connue (étalon secondaire)
Traçabilité [Traceability] : Propriété du résultat d’un mesurage ou d’un étalon tel qu’il puisse
être relié à des références déterminées, généralement des étalon nationaux ou
internationaux, par l’intermédiaire d’une chaîne ininterrompue de comparaisons ayant
toutes des incertitudes déterminées.
Étalon primaire [Primary standard] : Désigné ou largement reconnu comme présentant les
plus hautes qualités métrologiques et dont la valeur est établie sans se référer à d’autres
étalons de la même grandeur
Étalon de référence [Reference standard] : De la plus haute qualité métrologique, disponible
en un lieu ou une organisation dont dérivent les mesurages qui y sont faits