Cours 2 : Montages adaptateurs

Technologie des capteurs
Chapitre 2 : Quelques montages
adaptateurs
P2 / Capteurs - Chapitre 2 : adaptateurs
1 – Les adaptateurs et le traitement des mesures
GΦ
Détecteur
physique
GE
Conditionneur
u-controleur
DSP
FPGA
Carte d’adc
Adaptateur
Composant capteur
On veut réaliser
Vs=F( G )
Φ
Objectif: Adapter le « composant capteur » aux spécifications du cahier de charges.
Comment ???
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Capteurs actifs (source de tension)
On utilise le modèle suivant pour la sortie du capteur auquel on
vient connecter une impédance (celle du conditionneur)
On utilisera alors un montage avec une forte impédance d’entrée
(montage suiveur, montage amplificateur différentiel)
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Capteurs actifs (source de courant)
Le capteur est alors une source de courant avec une impédance en
parallèle.
On utilise alors un convertisseur courant-tension afin d’obtenir une
tension proportionnelle au courant de sortie du capteur.
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Capteurs passifs (de type résistance)
Le capteur est représenté par une résistance Rc.
On utilise un pont diviseur alimenté par une source de tension
continue (es). Il faut prendre en compte l’impédance de l’appareil
de mesure (Rd), l’impédance interne de la source (Rs) et celle des
câbles d’alimentation (Rl).
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2 – Montage potentiométrique – mise en équation
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Montage potentiométrique et simplification
Vm est indépendant de l’appareil de mesure si Rc<<Rd (condition
d’adaptation en impédance)
La relation entre Vm et Rc n’est pas linéaire => il faut linéariser
(fonctionnement en petits signaux).
Au repos, il existe une tension continue non nulle.
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Montage potentiométrique et simplification
On se place pour de petites variations du mesurande.
On obtient alors :
Cette relation est linéaire et la sensibilité est alors maximale pour Rl
= Rco et vaut :
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3 - Montage en pont de Wheatstone
C’est un double montage en pont.
Il peut être alimenté par une source de tension ou une source de
courant.
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Equations de base du pont
Loi des courants au point A
Soit encore
De même au point B, on obtient
La tension de sortie du pont vaut alors
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Condition d’équilibrage du pont
Le pont est dit équilibré lorsque la tension de sortie est (Vm) est
nulle quelle que soit l’entrée
Ceci conduit à la condition
Cette condition d’équilibre ne dépend que des résistances du pont :
elle est indépendante des résistances de la source et de celles de
l’appareil de mesure.
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Montage quart de pont
R1=R3=R4=Rco (fixes)
R2 = Rco+ΔRc (capteur)
La tension Vm vaut alors
Cette relation n’est pas linéaire.
Si l’on considère une très faible variation de la résistance du capteur
(ΔRc <<Rco), on obtient
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Montage demi pont
R3=R4=Rco (fixes)
R2 = Rco+ΔR2 (capteur)
R1 = Rco+ΔR1 (capteur)
La tension Vm vaut alors
Cette relation est toujours non linéaire
La sensibilité est améliorée
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Montage pont complet en push-pull
4 résistances variables
ΔR2 = -ΔR1 = ΔR3 = -ΔR4 = ΔRc
La tension Vm vaut alors
Cette relation est linéaire et a une grande sensibilité
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4 - Tension de mode commun
La tension de mesure (Vm) issue d’un capteur est une tension
différentielle : Vm = Va-Vb
On définit la tension de mode commun Vmc = tension commune à
Va et à Vb ne contenant pas d’information
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Tension de mode commun
La tension de mode commun
peut être générée par la
circulation d’un courant de
masse et l’apparition d’une
fem de masse.
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Elle peut être aussi générée
par des perturbations liées au
couplage entre les
conducteurs.
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Tension de mode commun
Faire une bonne mesure revient à rejeter la tension de commun (la
réduire) et extraire (ou amplifier) la tension différentielle
La tension de mode commun peut être due par exemple à l’
alimentation
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5 - Réjection du mode commun
•Tension de référence
•Bonne rejection de mode commun
Amplificateur différentiel
GE
Amplificateur
différentiel
V2
V1
Vs
V +V 
Vs = Ad (V2 − V1 ) + AMC  1 2 
 2 
 Ad
Taux de réjection du mode commun TRMC = 20 log 
 AMC
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 A

 TRMC =  d
A

 MC
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


Utilisation d’un amplificateur différentiel
Un tel amplificateur est constitué de 2 voies de gain –A1 et A2 et
d’un sommateur.
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Utilisation d’un amplificateur différentiel
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Schéma de principe de l’AD620
Vref
A
V1
R2 = 10 k Ω
R = 25 kΩ
A’
+
-
R2
R
R2
+
-
Rg
R2
R
B
+
Vs
R2
B’
V2
Adaptateur de
Type
Vs=a (V1-V2) + b
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Application à un adaptateur linéaire
Adaptateur de
Type
y=a x + b
VGE=x
Vs=y
On veut: Vs=KGφ
VGE=Sc Gφ + Voff
Vs=K Gφ
=a VGE + b
aSc=K
a=K/Sc
aVoff+ b=0
b= -aVoff =-KVoff/Sc
=a(Sc Gφ + Voff) + b
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