IV- Exemple de capteurs

PhG/PPCP/Capteur/Ressource-élève Sept 2002
Le capteur, premier élément d'une chaîne de mesure a pour fonction essentielle de traduire
une grandeur physique en une autre grandeur physique, généralement électrique, utilisable par
l'homme directement ou par le biais d'un instrument approprié.
Tous les domaines d'activité nécessitent l'emploi de capteurs. On peut citer ainsi l'existence de
capteurs de longueur, masse, temps, forces, couples, pressions, accélération, température,
débits, humidité, de toutes les grandeurs électriques ou optiques, etc.
Pour chacune de ces grandeurs, les principes utilisables sont multiples. Ainsi, par exemple,
pour mesurer une pression on peut utiliser des dispositifs fondés sur la piézoélectricité, la
thermodynamique, des variations d'impédance, des modifications de propriétés optiques, etc...
En outre les conditions d'implantation et d'environnement des capteurs pouvant varier
considérablement d'une application à une autre, il en résulte une très grande diversification
des produits et il est évident qu'un individu, aussi compétent soit-il, ne pourra jamais être en
mesure de maîtriser l'ensemble de ce gigantesque domaine.
http://212.198.113.17/evariste/site/tpdistcce/orphy/capteur.htm
I- Généralités
II- Les caractéristiques des capteurs
III- Les principaux types de capteurs
IV- Exemple de capteurs
La notion de grandeur
La notion de mesure nous est familière. La mesure consiste à donner une valeur numérique dans une
échelle conventionnelle. Mais que mesure-t-on ?
En fait on mesure une grandeur (la pression, l'intensité, la longueur, etc.). Lorsque l'on fait une
mesure d'une grandeur on prend une valeur de cette grandeur pendant un instant t.
I- Généralités
Le capteur ou transducteur est un dispositif qui fournit un équivalent électrique de la grandeur
physique mesurée (T, P, pH , etc. ) .
Le capteur est le premier élément de la chaîne d'acquisition. Soumis à l'action de la grandeur physique
non électrique (température, pression, force, flux lumineux, pH), il présente une caractéristique de
nature électrique (tension, courant, résistance) fonction de la grandeur physique.
La fonction de transfert d'un capteur est la relation ou la fonction qui transforme la grandeur physique
en grandeur électrique.

PhG/PPCP/Capteur/Ressource-élève Sept 2002
Voici quelques exemples de capteurs dont la sortie électrique est proportionnelle ou en relation avec la
variation de la grandeur physique considérée.
Grandeur physique
Capteur
Grandeur électrique
Température
Thermocouple
Tension
Température
Thermistance
Résistance
Éclairement
Photodiode
Courant
Le capteur est actif si la grandeur électrique est un courant ou une tension : Il fonctionne en
générateur. Si la grandeur électrique est faible, il doit être amplifié.
Le capteur est passif si la grandeur électrique délivrée est une résistance. Les variations de résistance
ne sont mesurables que par des modifications de courant ou de tension qu'elles entraînent dans un
circuit alimenté par une source de tension extérieure.
Pour les capteurs industriels, l'ensemble capteur et conditionneur délivre un signal standardisé 0 à 5
Volts pour une tension, et 4 à 20 mA pour un courant.
II- Les caractéristiques des capteurs
Le choix du capteur est primordial car l'interprétation de la mesure est faite à partir du signal délivré
par le capteur et non par l'information donnée au capteur. Il faut donc bien choisir son capteur et bien
connaître ses caractéristiques et ses limites de fonctionnement.
La plupart du temps le capteur s'appuie lui même sur un phénomène physique et sa réalisation concrète
conduit à des caractéristiques techniques propres au capteur.
A/ La sensibilité du capteur
C'est l'évolution de la tension de sortie fournie par le capteur par rapport à l'amplitude de la
variation de la grandeur de physique mesurée.
Exemple : Elle s'exprime par exemple en °C/V (capteur de température 1°C/10 mV).
B/ Plage de mesures
C'est la gamme de mesures du capteur.
Exemple : Pour un capteur de température (ex 0-100°C ).
C/ La fonction de transfert.
C'est la caractéristique principale. Elle permet d'avoir la fonction mathématique de conversion
"signal électrique – grandeur physique".
Elle est fournie par le constructeur ou déterminée par l'expérience.

PhG/PPCP/Capteur/Ressource-élève Sept 2002
D/ Constante de temps du capteur.
C'est le temps que met le capteur à s'équilibrer, c'est à dire l'inertie du capteur à fournir la
mesure dans lequel il se trouve.
E/ Reproductibilité.
C'est sa qualité de reproduction de mesures réalisées dans les mêmes conditions qui donnent les
mêmes résultats.
III- les principaux types de capteurs
Le classement des capteurs peut se faire selon la grandeur à mesurer : longueur, force, poids, pression,
position, vitesse, température, tension, intensité, débit, pH, etc.
A chacune de ces grandeurs à mesurer, il existe un ou plusieurs capteurs fonctionnant selon un
phénomène spécifique : variation de tension, de résistance, d'induction magnétique, etc.
Phénomène
physique
Capteurs
Phénomène
physique
Capteurs
Température
Thermocouple
Thermistance
Pyromètre à infrarouge
Pression et force
Jauge de contrainte
Potentiomètre
Microphone
Position
Potentiomètre
Capteur optique
Capteur à ultrasons
Capteur inductif
Lumière
Cellule photoélectrique
Capteur CCD
pH
Electrodes
Niveau et débit
Capteur à flotteur
Débitmètre à ultrasons
IV- Exemple de capteurs
Capteurs à variation de résistance.
1/ Capteur potentiométrique
Le capteur potentiométrique est le capteur de base de la mesure des positions ou des déplacements.
En effet l'objet dont on désire mesurer la position ou le déplacement est rendu solidaire
mécaniquement du curseur d'un potentiomètre rotatif ou linéaire. Ainsi la variation de
résistance entre le point curseur et une extrémité de la référence est directement linéairement
traduite par une variation de tension.

PhG/PPCP/Capteur/Ressource-élève Sept 2002
2/ Thermistance
La résistance d'un conducteur métallique varie avec la température. Basés sur des matériaux comme
le cuivre, le nickel ou le platine, ces capteurs sont précis mais leur plage de température est réduite.
Pour ces deux types de capteurs, le montage consiste
essentiellement en une alimentation "source de courant" et
d'un système de mesure pour prélever la variation de
tension due à la variation de résistance.

PhG/PPCP/Capteur/Ressource-élève Sept 2002
Faire correspondre à une grandeur physique souvent non électrique que l'on désire mesurer
ou contrôler une grandeur électrique.
Cas du pendule, capteur de position ou capteur potentiométrique :
On cherche à mesurer un angle par rapport à une position d'équilibre, et on utilise un
potentiomètre rotatif à faible frottement.
Ce potentiomètre est monté en montage potentiomètrique, alimenté par une alimentation 0-
5 V, ensuite on mesure la tension aux bornes de la résistance variable créée par le curseur
du potentiomètre qui se déplace.
Le capteur potentiométrique est le capteur de base de la mesure des positions ou des
déplacements.
En effet l'objet dont on désire mesurer la position ou le déplacement est rendu solidaire
mécaniquement du curseur d'un potentiomètre rotatif ou linéaire. Ainsi la variation de
résistance entre le point curseur et une extrémité de la référence est directement
linéairement traduite par une variation de tension.
Potentiomètre
Piste et curseur
du potentiomètre