Caractéristiques générales Un capteur est un dispositif qui permet d

Caractéristiques générales
Un capteur est un dispositif qui permet d'appréhender une grandeur physique telle que la t°, la pression, la vitesse...
La grandeur physique est appelée Mesurande (m) et les opérations qui conduisent à la connaissance de la valeur
numérique de la mesure est appelée Mesurage.
La réponse (s) d'un capteur est une grandeur électrique passive ou active, c'est a dire, soit une impédance, soit un
courant ou une tension.
La mesure de (s) doit permettre de connaitre la valeur de (m). Pour tout capteur, on a la relation : s = F(m).
Celle relation résulte de la loi physique qui régit le fonctionnement du capteur.
La représentation numérique de s = F(m) constitue l'étape d'étalonnage.
A toute valeur mesurée de (s), le capteur permet d'associer la valeur de (m)
Mesurande --> Capteur --> Réponse (s)
En général on tente une relation d'établir une relation linéaire entre s et m ou plus précisément entre Δs et Δm.
Δs = s.Δm avec s = Δs/Δm : sensibilité du capteur.
s doit être constante et indépendante de :
 la valeur de (m)
 la fréquence de variation de (m)
 du temps (vieillissement)
 l'action des grandeurs d'influence : autres grandeurs que celle mesurée.
Classement des capteurs
Capteurs actifs
Ils se comportent comme une source, la réponse (s) est donc une charge, une tension ou un courant.
Le principe de ces capteurs repose sur la conversion d'un effet physique en énergie électrique.
Mesurande
Effet
Réponse
Température
Thermoélectricité
Tension
Flux de rayonnement optique
Effet
Courant
photovoltaïque/photoélectrique
Tension
Force, pression ou accélération
Piézoélectrique
Charge
Vitesse
Induction
Tension
Electromagnétisme
Position
Effet Hall
Tension
Effet thermo:
Soit un circuit composé de 2 conducteurs différents, si les fonctions sont à des t° différentes, alors il existe une f.e.m
dans le circuit.
Effet photoélectrique:
Certains matériaux (faible travail de sortie) soumis a un rayonnement EM libèrent des e- que l'on peut collecter et
obtenir ainsi un courant.
Effet photovoltaïque
A la jonction de 2 semi-conducteurs, p et n, soumise a un rayonnement EM, il apparait des e- et des trous. Leur
déplacement dans le champ électrique de la jonction change la tension aux bornes de celle-ci.
Effet piézoélectrique
L'application d'une constante mécanique sur un matériau piézoélectrique produit une déformation qui entraine
l'apparition des charges en surface.
Effet d'induction EM
Un conducteur se déplaçant dans un champ d'induction fixe est le siège d'une f.e.m proportionnelle à sa vitesse de
déplacement (la réciproque est vraie)
Effet Hall
Lorsqu'un courant traverse un barreau en matériau S/C ou on conducteur et si un champ magnétique d'induction B
est appliqué perpendiculairement au sens de passage du courant, une tension appelée tension de Hall
proportionnellement au champ magnétique et au courant apparait sur les faces latérales du barreau.
EH = -v Λ B
VHall α I et B
Capteurs passifs
Mesurande
Propriétés électrique sensible
Matériaux utilisés
T°
Résistivité
Métaux / S/C
ste
Très basse T°
C diélectrique
Verres
Flux optique
Déformation
Position
Humidité
Niveau
Résistivité
Résistivité
Perméabilité magnétique
Résistivité
Résistivité
Cste diélectrique
Cste diélectrique
S/C
Alliage Ni-Si dopé
Ferromagnétique
Bismuth, InSb
Li
Alumine, polymère
Liquides isolants
Corps d'épreuves
Quand un capteur n'est pas directement sensible au mesurande (m), on utilise un intermédiaire qui lui est sensible
aux effets du mesurande (m).
Le corps d'épreuve est donc un dispositif qui donne une première traduction du mesurande principal.
Grandeur phys. non élec. --> Mesurande secondaire --> Réponse (s) électrique
Les corps d'épreuve sont utilisées pour la mesure des grandeurs mécaniques telles que la mesure de la traction
mécanique, la mesure de la pression acoustique etc...
Les grandeurs d'influence
Le capteur peut être soumis à l'action du mesurande (m) mais aussi et simultanément à d'autres grandeurs
physiques qui modifient le signal de sortie (s). Dans ce cas, il n'est pas possible de distinguer la véritable action du
mesurande.
Cest grandeurs physiques parasites sont appelés grandeurs d'influence.
Les principales grandeurs d'influence sont :
 la t° qui peut modifier les caractéristiques électriques
 la pression mais aussi l'accélération, les vibrations qui induisent des déformations et des contraintes sur les
éléments du capteur modifiant ainsi la réponse (s)
 les alimentations électriques (transformateurs)
Si g1, g2... sont des grandeurs d'influence, la relation fondamentale du capteur s = F(m) devient s = F(m,g1,g2...)
Le problème sera donc de les stabiliser par rapport aux variations du mesurande (m)
La solution la plus fréquente est l'utilisation de montage permettant de compenser ces grandeurs parasites.
Conditionneurs des capteurs passifs
Principaux types de conditionneurs
L'impédance Zc d'un capteur passif liée à (m) ne peut être traduite sous forme électrique qu'en associant au capteur
une source de courant ou tension ainsi que d'autres impédances. C'est ce qu'on appelle le conditionneur du capteur.
On distingue 2 types de conditionneurs :
 ceux qui agissent sur l'amplitude du signal de mesure (montage potentiométrique on en pont)
 ceux qui agissent sur la fréquence du signal de mesure (oscillateurs)
Montage potentiométrique
Le montage est simple, malheureusement il est très sensible aux grandeurs parasistes
Mesure des résistances
Vm est la tension mesurée aux bornes du capteur. Rd est la résistance d'entrée de l'appareil de mesure.
Vm = ((Rc.Rd)/(Rc+Rd).E)/(Rs+R1+(Rc.Rd/Rc+Rd))
=(Rc.Rd.Es)/((Rs+R1)(Rc+Rd)+Rc.Rd)
Que devient Vm si Rd>>Rc
Rc/Rd << 1
Vm = (Rd.Rc.Es)/(Rd[(Rs+R1)(Rc/Rd+1).Rc])
Vm = (Rc.Es)/((Rs+R1)(Rc/Rd+1)+Rc)
Vm = Rc.Es/Rs+R1+RC
Les jauges d'extensométrie
Grandeurs mécaniques importantes:
 déformation ε : ε = Δl/l0
 déformation électrique
 contrainte σ
Force par unité de section
 Limite d'élasticité
Contrainte maximale ne produisant pas de déformation permanente supérieur à 0.2%
Elle s'exprime en kgf/mm²
Loi de Hooke
Dans le domaine élastique : σ = E. ε
E : module d'Young
E est défini par : ε = 1/E.F/S = 1/E. σ
ε : déformation perpendiculaire au sens de la contrainte
Coefficient de Poisson
ε+ = -ν. ε
Dans le domaine élastique, ν est voisin de 0.3