Capteurs passifs  Variations d’impédances  nécessitent une source d’énergie électrique  Transforment toute autre forme d’énergie en énergie électrique.

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

2 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

3 Capteurs actifs Spécification de la sortie Capteur Actif  Signal de sortie équivalent à une source de tension continue Exemple : Sortie 0-1V, + 5V, 0-200mV  Signal de sortie équivalent à une source de courant continu Exemple : sortie 4-20mA  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,...

4 CAPTEURS ACTIFS

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

6 Thermocouple EFFET THERMOELECTRIQUE Un circuit formé de deux conducteurs de nature chimique différente dont les jonctions sont à des températures T1 et T2, est le siège d'une force électromotrice e(T1,T2). Application : mesure de T1 lorsque T2 = 0°C. Matériau 1 Matériau 2 E = f(T 1 ) Température du milieu (T 1 ) Température constante (T 2 =0 °c)

7 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 E = f(quantité de chaleur ou intensité lumineuse) Source de chaleur (flux de lumineux) + - + + + + + + + - - - - - Usage: Mesure de rayonnement

8 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. E = f(F) + - + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - Force F Q = d*F (C) d = constante piézoélectrique = constante de Cirie

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

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

11 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 E H est générée. Application: capteur de position (aimant lié à un objet dont on veut connaître la position) I B U E H = K H * I * B * sinα / e  e

12 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. S N e I B v  =  B.ds = B.a.x= B.a.v.t e = - d  /dt = B.a.v d’où v = e/B.a a x Z Y

13 SYNTHESE DES EFFETS DES CAPTEURS ACTIFS MesurandeEffet utiliséGrandeur de sortie Températurethermoélectricitétension Flux lumineuxphotoémission pyroélectricité courant charge Force, pression, accélération piézoélectricitécharge Positioneffet Halltension Vitesseinductiontension

14 Capteur inductif

15 Capteur optique

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19 CAPTEURS PASSIFS

20 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...

21 CAPTEURS PASSIFS

22 EFFET RESISTIF U U x = f(x) = f( R x ) R max RxRx X Y Objet Capteurs à résistance variable

23 Jauge de contrainte

24 EFFET CAPACITIF d S Plaque mobile 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 à variation de capacité Diélectrique

25 Capteur capacitif

26 Distance approximative

27 Capteur capacitif Vitesse linéaire

28 Capteur capacitif Niveau de remplissage

29 Capteur capacitif Contenance amballage

30 Capteur capacitif Niveau liquide

31 Capteur capacitif Contrôle semelle

32 EFFET INDUCTIF Capteur à variation d’inductance L1L1 L2L2 Noyau mobile X EsEs L1L1 L2L2 R R EsEs X X Capteur à variation d’inductance

33 Capteur inductif Compteur d’objets

34 Capteur inductif Forme d’objet

35 Capteur inductif Compteur d’objets Vitesse de rotation

36 Capteur inductif Vitesse et sens des passages des objets

37 SYNTHESE DES EFFETS DES CAPTEURS PASSIFS Mesurande Grandeur de sortie Matériaux TempératureRésistivité platine, nickel, semi- conducteurs Flux lumineuxRésistivitésemi-conducteurs PositionRésistivité bismuth, antimoine, indium HumiditéRésistivité chlorure de lithium, ZrCrO4

38 SYNTHESE DES EFFETS DES CAPTEURS PASSIFS Mesurande Grandeur de sortie Matériaux DéformationRésistivité platine, nickel, semi- conducteurs Déformation Perméabilité magnétique alliages ferro- magnétiques DéplacementSelf inductance bobine, matériaux magnétiques HumiditéCapacitépolymère, or

39 Capteur magnétique à contact Caractéristiques

40 Capteurs analogiques

41 Exemples d’application

42 Capteurs binaires

43 Exemples d’application Capteurs binaires

44 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 optiquesCapteurs de températureCapteurs de position et de déplacement Capteurs de force / pesage / coupleCapteurs d’accélération / vibration / choc Capteurs de vitesse / débit / niveau de fluidesCapteurs de pression de fluides Capteurs de mesure de videCapteurs acoustiquesCapteurs de rayonnement nucléaire Capteurs de déformationCapteurs tachymétriquesBiocapteurs Capteurs électrochimiqueCapteurs d’humiditéCapteurs de composition gazeuse

45

46

47 SYSTEME D’ACQUISITION DE DONNEES

48 Conditionneur de signaux

49 Chaine de mesure analogique

50 Chaine de mesure digitale

51 Système d’acquisition de données

52 PRESENTATION GENERALE DES CAPTEURS