PRESENTATION GENERALE DES CAPTEURS Capteurs passifs Variations dimpdances

PRESENTATION GENERALE DES CAPTEURS Capteurs passifs Ø Variations d’impédances Ø nécessitent une source d’énergie électrique Capteurs actifs Ø Transforment toute autre forme d’énergie en énergie électrique

Capteurs passifs Spécification de la sortie La nature du signal de sortie dépend du type de capteur utilisé, cependant on peut regrouper les familles suivantes: Capteur Passif Le signal de sortie est équivalent à une impédance. Une variation du phénomène physique étudié (mesuré) engendre une variation de l'impédance. Ce type de capteur doit être alimenté par une tension électrique pour obtenir un signal de sortie. Exemple : thermistance, photorésistance, potentiomètre, jauge d’extensométrie appelée aussi jauge de contrainte… jauge de contrainte

Capteurs actifs Spécification de la sortie Capteur Actif Ø Signal de sortie équivalent à une source de tension continue Exemple : Sortie 0 -1 V, + 5 V, 0 -200 m. V Ø Signal de sortie équivalent à une source de courant continu Exemple : sortie 4 -20 m. A Ø Autres signaux de sortie Exemple : Tension alternative sinusoïdale, sortie impulsionnelle, sortie numérique, sortie TOR, … Calibre ou Pleine Echelle (Full Scale Output) : Valeur maximale de la sortie Exemple de capteur actif : thermocouples, capteur CCD, microphone, . . .

CAPTEURS ACTIFS

EFFET THERMOELECTRIQUE Thermocouple Matériau 1 Jonction Température du milieu (T) E = f(T) Matériau 2 Usage: Mesure des températures

EFFET THERMOELECTRIQUE Thermocouple Un circuit formé de deux conducteurs de nature chimique différente dont les jonctions sont à des températures T 1 et T 2, est le siège d'une force électromotrice e(T 1, T 2). Application : mesure de T 1 lorsque T 2 = 0°C. Matériau 1 Température du milieu (T 1) E = f(T 1) Température constante (T 2=0 °c) Matériau 2

EFFET PYROELECTRIQUE les cristaux pyro-électriques ont une polarisation électrique spontanée qui dépend de leur température. Application : un flux lumineux absorbé par le cristal élève sa température ce qui entraîne une modification de sa polarisation Source de chaleur (flux de lumineux) + + + + - - - - - E = f(quantité de chaleur ou intensité lumineuse) - Usage: Mesure de rayonnement

EFFET PIEZOELECTRIQUE L'application d'une force et plus généralement d'une contrainte mécanique sur ce type de matériaux (quartz) entraîne une déformation qui entraine l'apparition d’une ddp à la surface, due aux variations de charges électriques. Application : mesure de force, pression, accélération, à partir de la tension provoquée par les variations de charge du matériaux piézo-électrique. Force F + + + + + - - - - E = f(F) - Q = d*F (C) Force F d = constante piézoélectrique = constante de Cirie

EFFET PHOTOELECTRIQUE Certains matériaux libèrent des charges électriques sous l'influence d'un flux lumineux ou plus généralement d'un rayonnement électromagnétique. Source lumineuse I I = s*Φlum R + Usage: Mesure de l’intensité lumineuse E = f(intensité lumineuse)

EFFET PHOTOVOLTAIQUE Quand la lumière impressionne la limite entre le semiconducteur et la fine couche de métal, un courant est généré sans exiger de f. e. m. extérieure. Source lumineuse Fine couche de métal (Fe) Matériau semi-conducteur (Si) I + Plaque métallique de base Usage: Production d’électricité R E = f(intensité lumineuse)

EFFET HALL Une plaquette semi-conductrice d’épaisseur e est connectée dans un circuit de sorte qu’un courant I la traverse. Quand un champs magnétique B est appliqué à la plaquette, une tension EH est générée. Application: capteur de position (aimant lié à un objet dont on veut connaître la position) EH = KH * I * B * sinα / e e B I U

EFFET D’INDUCTION ELECTROMAGNETIQUE Lorsqu'un conducteur se déplace dans un champ d'induction fixe, il est le siège d'une f. é. m. proportionnelle au flux coupé par unité de temps donc à sa vitesse de déplacement. Application : la mesure de la f. e. m. d'induction permet de connaître la vitesse de déplacement qui est à son origine. Z = B. ds = B. a. x= B. a. v. t Y S e = - d /dt = B. a. v d’où v = e/B. a B e v a N I x

SYNTHESE DES EFFETS DES CAPTEURS ACTIFS Mesurande Effet utilisé Grandeur de sortie Température thermoélectricité tension Flux lumineux photoémission pyroélectricité courant charge Force, pression, accélération piézoélectricité charge Position effet Hall tension Vitesse induction tension

Capteur inductif

Capteur optique Système barrière

Capteur optique Système reflex

Capteur optique Système réflexion directe

Capteur optique

CAPTEURS PASSIFS

CAPTEURS PASSIFS Il s'agit généralement d'impédances dont l'un des paramètres déterminants est sensible à la grandeur à mesurer. Ces paramètres déterminants sont liés: • Liés à la géométrie de l’impédance (ses dimensions): - Cas d’un grand nombre de capteurs de position ou de déplacement (potentiomètre, inductance à noyaux mobile, condensateur à armature mobile), - Cas des capteurs de déformation (jauges extensométriques). • Liés au propriétés électriques des matériaux: résistivité ρ, perméabilité μ et constante diélectrique ε. Ces propriétés électriques peuvent être sensibles à des grandeurs physiques variées: température, éclairement, humidité. . .

CAPTEURS PASSIFS

EFFET RESISTIF Capteurs à résistance variable Ux = f(x) = f(Rx) U Rmax Y Rx Objet X

Jauge de contrainte

EFFET CAPACITIF Capteur à variation de capacité S Plaque mobile Diélectrique d Plaque fixe C = 0, 225. . S/d (F) avec: = Constante diélectrique; d = distance entre les plaques (armatures); S = surface L’impédance de sortie d’une capacité est donnée par: Z = 1/2. π. f. C ( )

Capteur capacitif

Capteur capacitif Distance approximative

Capteur capacitif Vitesse linéaire

Capteur capacitif Niveau de remplissage

Capteur capacitif Contenance amballage

Capteur capacitif Niveau liquide

Capteur capacitif Contrôle semelle

EFFET INDUCTIF Capteur à variation d’inductance X Es X

Capteur inductif Compteur d’objets

Capteur inductif Forme d’objet

Capteur inductif Compteur d’objets Vitesse de rotation

Capteur inductif Vitesse et sens des passages des objets

SYNTHESE DES EFFETS DES CAPTEURS PASSIFS Grandeur de sortie Matériaux Température Résistivité platine, nickel, semiconducteurs Flux lumineux Résistivité semi-conducteurs Position Résistivité bismuth, antimoine, indium Humidité Résistivité chlorure de lithium, Zr. Cr. O 4 Mesurande

SYNTHESE DES EFFETS DES CAPTEURS PASSIFS Mesurande Grandeur de sortie Matériaux Déformation Résistivité platine, nickel, semiconducteurs Déformation Perméabilité magnétique alliages ferromagnétiques Déplacement Self inductance bobine, matériaux magnétiques Humidité Capacité polymère, or

Capteur magnétique à contact Caractéristiques

Capteurs analogiques

Capteurs analogiques Exemples d’application

Capteurs binaires

Capteurs binaires Exemples d’application

De part la pluraté des domaines d’application, de nombreux et différents types de capteurs existent. Ils font appel à de nombreux principes de la physique et permettent de traiter la plus grande majorité des entrées physiques ou chimiques. Capteurs optiques Capteurs de température Capteurs de déformation Capteurs de position et de déplacement Capteurs tachymétriques Capteurs de force / pesage / couple Capteurs de vitesse / débit / niveau de fluides Biocapteurs Capteurs d’accélération / vibration / choc Capteurs de pression de fluides Capteurs de mesure de vide Capteurs de rayonnement nucléaire Capteurs acoustiques Capteurs électrochimique Capteurs de composition gazeuse Capteurs d’humidité

SYSTEME D’ACQUISITION DE DONNEES

Conditionneur de signaux

Chaine de mesure analogique

Chaine de mesure digitale

Système d’acquisition de données

PRESENTATION GENERALE DES CAPTEURS