Les capteurs

Les capteurs
Mise en situation
Le capteur est le premier élément de la chaîne d'acquisition dont le schéma fonctionnel est donné ci
dessous. Il permet de traduire une grandeur physique en une grandeur électrique mesurable. La
grandeur d'entrée peut être de nature très diverse : physique (température, humidité, pression …),
dimensionnelle (distance, hauteur …), électromagnétique (lumière, onde radio …), acoustique,
chimique … La grandeur électrique dépendante peut être une tension, un courant, une résistance, une
impédance, une fréquence ; la nature de cette grandeur influera sur la suite de la chaîne d'acquisition.
Définitions
Les capteurs sont les premiers éléments d'une chaîne d'acquisition. On appelle mesurande la
grandeur physique à mesurer ; à chacune d'elle correspond un capteur qui traduit la valeur m du
mesurande en une grandeur électrique g(m). A chaque valeur de g est associée de façon univoque une
valeur de m.
On appelle étendue de mesure la plage de valeur du mesurande pour laquelle le capteur répond aux
spécifications du constructeur.
On appelle sensibilité d'un capteur le quotient de la variation électrique par la
variation du mesurande qui la faite naître.
S (m)=
Δg
Δm
On appelle résolution la plus petite variation du mesurande
qui produit une variation perceptible de la grandeur
électrique.
On appelle justesse l'aptitude du capteur à donner des
résultats qui ne sont pas entachés d'erreur.
On appelle fidélité l'aptitude d'un capteur à reproduire le même résultat.
On appelle précision ou exactitude l'aptitude d'un capteur a produire un résultat juste et fidèle.
Les capteurs passifs
Le mesurande influence la valeur de la résistance, de la capacité ou de l'inductance du capteur.
Les capteurs résistifs sont les plus répandus, ils permettent la mesure de température (thermistance),
de lumière (photorésistance) ou de force (jauge de contrainte). Ils sont généralement conditionnés dans
des montages pont diviseur simple ou complet (pont de Wheatstone).
Les capteurs inductifs sont utilisés pour mesurer des déplacements linéaires ou angulaire. Une partie
mobile modifie le circuit magnétique associé à la bobine. Cas des microphones dynamiques ou des
détecteurs de pièces métalliques.
Les capteurs capacitifs sont le plus souvent utilisés pour la mesure des caractéristiques de
l'atmosphère : humidité, composition gazeuse ou pour la mesure de déformation (microphone
capacitifs).
Les capteurs actifs
Ils fournissent une force électromotrice, un courant ou des charges électrostatiques sous l'effet du
mesurande.
Les thermocouples sont constitués de deux conducteurs dont la nature chimique
est différente, les deux soudure sont soumises à des températures différentes ce qui
provoque l'apparition d'une différence de potentiel. Ils permettent de mesurer des
températures dans des plages de mesure très étendues mais sont peu précis.
Les photodiodes polarisées en inverse fournissent un faible courant proportionnel au flux lumineux
reçu sur la jonction. Les capteurs de température à semi-conducteur (du type LM135)
fournissent une tension proportionnelle à la température, ils sont faciles d'utilisation mais offre une
plage de mesure restreinte (-40 ; +125 °C).
Les capteurs piézoélectriques sont souvent utilisés pour mesures des forces ou des contraintes
(pression, accéléromètre …). Quand ils sont déformés des charges électriques des signes opposés
apparaissent sur les deux faces du capteur.
Les capteurs industriels
Même s'ils portent souvent le nom de capteur, ce sont des dispositifs plus complexes qui associent
un capteur proprement dit avec son conditionneur et une mise en forme du signal qui les rendent
compatibles avec la majorité des automates industriels.
D'un coût beaucoup plus élevé ils permettent de mesurer la plupart des grandeurs physiques, ils
fournissent en sortie soit un signal TOR (tout ou rien) soit une tension calibrée soit un signal
numérique récupérable par liaison série.