PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES TRANSDUCTEURS

LP ROMPSAY P CORMERAIS
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES TRANSDUCTEURS
I DEFINITIONS
1° Exemple E
x
O X B
V
Le potentiomètre convertit une grandeur d’entrée mécanique, la distance x en une grandeur de sortie électrique, la
tension V : c'est un transducteur.
La grandeur de sortie peut être mesurée, ici à l'aide d'un voltmètre : ce transducteur particulier est un capteur.
2° Le transducteur
Un transducteur est un système permettant de convertir une grandeur physique appelée grandeur d’entrée E, en une
autre grandeur physique qui peut être de même nature appelée grandeur de sortie S.
grandeur physique grandeur physique.
d’entrée E Transducteur de sortie S
3° Capteurs
Un capteur est un transducteur permettant de convertir une grandeur physique en une autre grandeur physique
pouvant être mesurée, à l’aide d’un voltmètre par exemple .
a) Propriétés
Ces transducteurs particuliers permettent ainsi de mesurer des grandeurs physiques telles que la température,
l’intensité d’un champ magnétique, un flux lumineux ou une pression. Dans tous les cas, il est nécessaire de
relever la courbe d'étalonnage du capteur. Elle représente l’évolution de la grandeur de sortie S en fonction de la
grandeur d’entrée E .
Ainsi connaissant la valeur de la grandeur de sortie mesurée, en se référant à cette courbe, on détermine la valeur
de la grandeur physique d’entrée correspondante .
b) Un capteur doit être fidèle cela signifie qu’à une même valeur E de la grandeur d’entrée doit toujours
correspondre la même valeur S de la grandeur de sortie.
c) Un capteur doit être sensible : cela signifie qu’à une variation ∆E de la grandeur d’entrée doit correspondre une
variation ∆S de la grandeur de sortie.
Les transducteurs et les capteurs sont très répandus dans les systèmes industriels surtout en matière de contrôle et
de régulation.
Exemple: Dans le domaine de la régulation de vitesse d'un moteur, on utilise des capteurs de vitesse
Ces capteurs permettent de convertir une fréquence de rotation (grandeur d'entrée E) en une tension (grandeur
analogique de sortie S ). Cette grandeur de sortie est ensuite exploitée afin d'assurer la régulation de vitesse du
moteur.
II TRANSDUCTEURS ELECTROMECANIQUES
1
° Principe
Ces transducteurs convertissent une grandeur d'entrée mécanique E en une grandeur de sortie électrique S ou
inversement une grandeur d'entrée électrique en une grandeur de sortie mécanique S
grandeur d’entrée Transducteur grandeur. de sortie
mécanique E électromécanique électrique S
La grandeur physique de sortie peut être mesurée; ces transducteurs sont des capteurs.

2° Exemples
a) Potentiomètre linéaire
Un potentiomètre linéaire est un transducteur permettant d'obtenir une tension (grandeur physique de
sortie) fonction de la position du curseur dont on peut mesurer l'abscisse (grandeur physique d'entrée) dans un
repère choisi.
la résistance Rx entre les points X et O est proportionnelle à la longueur du conducteur résistif reliant ces deux
points. De plus Uxo = E RX
R (diviseur de tension) ainsi Uxo est fonction de la distance x.
b) Potentiomètre circulaire
Un potentiomètre circulaire est un transducteur permettant d'obtenir une tension (grandeur physique de sortie)
fonction de la position du curseur dont on peut mesurer la position angulaire (grandeur physique d’entrée) dans un
repère choisi. Le principe de fonctionnement est analogue à celui d'un potentiomètre linéaire.
c) Galvanomètre magnétoélectrique
Cet appareil de mesure permet de convertir un courant électrique (grandeur physique d’entrée) en une grandeur
mécanique, la rotation du cadre (grandeur physique de sortie).
3° Exercice : Soit le dispositif simplifié suivant permettant la commande de la température d'un four
On dispose des relevés suivants
α (degrés) 0 36 72 108 144 180
v (volts) 0 3 6 9 12 15
Pour α = 0°, la température à l'intérieur du four est θf = 20 °C.
Pour α = 180°, la température à l'intérieur du four est θf = 200 °C.
1. À l'aide d'un schéma fonctionnel, représentez le potentiomètre circulaire en indiquant physique d'entrée E et la
grandeur physique de sortie S.
2. Tracez la courbe représentant la tension v en fonction de la position angulaire α et déterminer l'expression
mathématique de cette courbe.
3. L'étage amplificateur délivre une tension U telle que U = 10 V. Pour U = 100 V, déterminer la valeur de α
correspondante
4. Tracer la représentation graphique de la température en fonction de la position angulaire sachant que celle-ci est
une droite puis déterminer son expression mathématique.
5. Déterminer la valeur de l’angle pour une température de 90°C.
III TRANSDUCTEURS MAGNETO-ELECTRIQUES
1° Principe
Ces transducteurs convertissent l'intensité d'un champ magnétique, grandeur physique d'entrée E, en une
tension, grandeur physique de sortie S
grandeur d’entrée E Transducteur grandeur. de sortie
champ magnétique magnétoélectrique tension électrique S
La grandeur physique de sortie peut être mesurée, ces transducteurs sont des capteurs.
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2° Exemple : Sonde à effet Hall
Un champ magnétique placé prés d’un ruban métallique où circule un courant I entraîne le déplacement des
électrons ( F = qvB) d’où l’apparition d’un champ électrostatique EH ( F= e. EH ) . Ce dernier entraîne l’apparition
d’une ddp U = a.EH ou avB.
Cette tension est proportionnelle à l’intensité du champ magnétique .
On utilise cette propriété pour la réalisation d’un teslamétre. Cet appareil qui est un capteur permet de mesurer
l’intensité d’un champ magnétique.
IV TRANSDUCTEURS THERMOELECTRIQUES
1° Thermistance
a) Symbole
b) Principe
Une thermistance est un transducteur qui convertit une température, grandeur physique d'entrée E, en une
valeur de résistance électrique, grandeur physique de sortie S
grandeur d’entrée E Thermistance grandeur. de sortie S
température résistance électrique
La grandeur physique de sortie peut être mesurée, ce transducteur est un capteur.
Les thermistances sont constituées par des éléments dont la résistance électrique varie en fonction de la
température. On peut classer les thermistances en 2 groupes
- thermistance à coefficient de température négatif CTN dont la résistance électrique augmente (respectivement
diminue) quand la température diminue (respectivement augmente);
- thermistance à coefficient de température positif CTP dont la résistance électrique augmente (respectivement
diminue) quand la température augmente (respectivement diminue).
c) Application
Les thermistances sont utilisées pour réaliser des capteurs de température lorsque les températures utilisées varient
entre -50°C et 900 °C.
Exemple de thermistance : capteur céramique délivrant une résistance inversement proportionnelle à la température
(CTN). Sensibilité maximale entre 0 °C et 100 °C.
d) Exercice
On a relevé la valeur de la résistance électrique R d'une thermistance en fonction de sa température θ.
R (Ω) 3540 2300 1 550 1060 720 480 300
θ (°C) 30 40 50 60 70 80 90
-Tracez la courbe représentant la résistance électrique R de la thermistance en fonction de sa température θ .
- Indiquez le type de thermistance utilisée CTN ou CTP.
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2° Thermocouple
a) Principe
Un thermocouple est un transducteur qui convertit une température, grandeur physique d'entrée E en une
tension grandeur physique de sortie S
grandeur d’entrée E Thermocouple grandeur de sortie S
température tension électrique
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La grandeur physique de sortie peut être mesurée, ce transducteur est un capteur.
Un circuit ouvert formé par deux métaux différents M1 et M2
est le siège d'une force électromotrice e lorsque les deux contacts A e B
ou soudures SI et S2 sont portés à des températures différentes.
M
1 M1
M
2
θ1 θ2
S
1 S 2
En pratique, on maintient la température constante par exemple la soudure S1 à la température θ1. La force
électromotrice du thermocouple ne dépend alors que de la température θ2 de la soudure S2. Cette soudure est placée
dans un milieu où l'on veut mesurer la température . Après avoir étalonné le thermocouple, on peut pour chaque
valeur de la force électromotrice d'une soudure en déduire la température θ2
Remarque. La force électromotrice ne dépend pas du point choisi pour ouvrir le circuit. On peut ainsi placer la
coupure (point B ) en S2 . C'est pourquoi certains thermocouples industriels ne possèdent qu'une soudure.
b) Application
Les thermocouples sont des capteurs utilisés pour la mesure de température ultra froide jusqu’à - 200 °C et pour la
mesure de très haute température jusqu'à +1 200 °C
Exemples de thermocouples utilisés dans l'industrie
- thermocouple cuivre - constantan . pour des températures variant de - 160 °C à 400 °C
- thermocouple chrome - alumel : pour des températures variant de 0 °C à 1 100 °C -
V TRANSDUCTEURS OPTOELECTRONIQUES
L'optoélectronique est l'étude des dispositifs électroniques dont le fonctionnement fait intervenir des ondes
lumineuses visibles ou invisibles.
1° Quelques rappels
Les ondes lumineuses sont des ondes électromagnétiques. Elles se propagent même en l'absence de milieu matériel
en transportant de l'énergie.
a) Flux énergétique
Le flux énergétique est la puissance émise par une source ou transportée par un faisceau de radiations lumineuses
ou reçue par un récepteur. Il s'exprime en watt.
b) Eclairement

L’éclairement est la puissance reçue par unité de surface. Il s'exprime en W/m² .
2° La photodiode
a) Symbole
b) Propriétés
La photodiode est polarisée en inverse. On dispose du réseau de caractéristiques représentant le courant i traversant
la photodiode en fonction de la tension u à ses bornes.
1. À partir du réseau de caractéristiques, déterminez
l'intensité du courant traversant la photodiode dans les
deux cas suivants :
- l'éclairement est de 6 W/m²
- l'éclairement est de 12 W/m².
2 .À l'aide des appareils de mesure, on relève
i = -10 µA et u = -10 V. À partir du réseau de
caractéristiques, déterminez l'éclairement soumis à la
photodiode.
Une diode à jonction polarisée en inverse , c'est le cas dans le montage précédent, est un courant très faible appelé
courant inverse dont l'ordre de grandeur est quelques µA. Lorsqu’on éclaire la jonction, on constate que le courant
inverse augmente. Cette augmentation est d’autant plus importante que l'éclairement est intense.
Interprétation qualitative
Le faisceau lumineux permet de communiquer à quelques électrons de valence une énergie suffisante pour franchir
la barrière de potentiel créée par la polarisation inverse de la jonction. Ce phénomène contribue à accroître le
courant inverse.
c) Principe
Une photodiode est un transducteur qui convertit un éclairement , grandeur physique d'entrée E, en un
courant électrique, grandeur physique de sortie S.
grandeur d’entrée E Thermocouple grandeur de sortie S
éclairement courant électrique
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La grandeur de sortie peut être mesurée. Ce transducteur est un capteur.
3° La photopile
a) Symbole
b) Principe
Une photopile est un transducteur qui convertit un éclairement, grandeur physique d'entrée E, en un courant
électrique, grandeur physique de sortie S.