Capteurs et capteurs intelligents.

31 Octobre 2011 , Rédigé par MS Publié dans #OEIL SUR LES MATHEMATIQUES

Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une aiguille. On fait souvent (à tort) la confusion entre capteur et transducteur : le capteur est au minimum constitué d'un transducteur.

Le capteur se distingue de l'instrument de mesure par le fait qu'il ne s'agit que d'une simple interface entre un processus physique et une information manipulable. Par opposition, l'instrument de mesure est un appareil autonome se suffisant à lui-même, disposant d'un affichage ou d'un système de stockage des données. Le capteur, lui, en est dépourvu.

Les capteurs sont les éléments de base des systèmes d'acquisition de données. Leur mise en œuvre est du domaine de l'instrumentation.

Classification

Les capteurs ont plusieurs modes de classifications :

Apport énergétique

Capteurs passifs

Ils ont besoin dans la plupart des cas d'apport d'énergie extérieure pour fonctionner (exemple : thermistance, photorésistance, potentiomètre, jauge d’extensométrie appelée aussi jauge de contrainte…). Ce sont des capteurs modélisables par une impédance. Une variation du phénomène physique étudié (mesuré) engendre une variation de l'impédance. Il faut leur appliquer une tension pour obtenir un signal de sortie.

Capteurs actifs (ou capteurs directs)

On parle de capteur actif lorsque le phénomène physique qui est utilisé pour la détermination du mesurande effectue directement la transformation en grandeur électrique. C'est la loi physique elle-même qui relie mesurande et grandeur électrique de sortie.

Un capteur actif fonctionne assez souvent en électromoteur et dans ce cas, la grandeur de sortie est une différence de potentiel.

Le nombre des lois physiques permettant une telle transformation est évidemment limité, on peut donc recenser facilement les capteurs actifs (dont le nombre est fini). Toutefois, les domaines d'applications sont eux très étendus.

T température - effet thermoélectrique ou effet Seebeck

Type de sortie[modifier]

Les capteurs et leurs conditionneurs peuvent aussi faire l'objet d'une classification par type de sortie:

Capteurs analogiques[modifier]

La sortie est une grandeur électrique dont la valeur est proportionnelle à la grandeur physique mesurée par le capteur. La sortie peut prendre une infinité de valeurs continues. Le signal des capteurs analogiques peuvent être du type :

sortie tension
sortie courant
règle graduée, cadran, jauge (avec une aiguille ou un fluide)
…

Quelques capteurs analogiques typiques :

Capteurs numériques

La sortie est une séquence d'états logiques qui, en se suivant, forment un nombre. La sortie peut prendre une infinité de valeurs discrètes. Le signal des capteurs numériques peuvent être du type :

train d'impulsions, avec un nombre précis d'impulsions ou avec une fréquence précise
code numérique binaire
bus de terrain
…

Quelques capteurs numériques typiques :

les capteurs incrémentaux
les codeurs absolu

Capteurs logiques

Ou capteurs TOR. La sortie est un état logique que l'on note 1 ou 0. La sortie peut prendre ces deux. Le signal des capteurs logiques peuvent être du type :

courant présent/absent dans un circuit
potentiel, souvent 5V/0V
DEL allumée/éteinte
signal pneumatique (pression normale/forte pression)
…

Quelques capteurs logiques typiques :

les capteurs de fin de course
les capteurs de rupture d'un faisceau lumineux
divers capteurs de position

Caractéristiques des capteurs

On caractérise un capteur selon plusieurs critères dont les plus courants sont :

la grandeur physique observée
son étendue de mesure
sa sensibilité
sa précision
sa linéarité
son temps de réponse
sa bande passante
sa résolution
son hystérésis
sa gamme de température d'utilisation

Remarques : Pour utiliser un capteur dans les meilleures conditions, il est souvent utile de pratiquer un étalonnage et de connaître les incertitudes de mesures relatives à celui-ci.