Les capteurs en physique : passifs, actifs, etc.

Résumé du document

Cours de physique (BTS) sur les capteurs présentant dans une premier temps la notion de capteur et les définitions associées. Il décrit ensuite l'ensemble des capteurs suivant leur mesurande (température, déformation, position, humidité, niveau, force, pression, accélération, vitesse ...) et l'effet utilisé (résistivité, thermoélectricité, pyroélectricité, photoémission, piézoélectricité, induction électromagnétique, effet Hall...).

Extraits

[...] C'est le cas d'un cristal piézo-électrique. Il faut faire attention dans le cas où l'on vient brancher une impédance équivalente résistive à ses bornes. Cette résistance peut engendrer une décharge trop rapide de la capacité empêchant toute mesure. Modèle du capteur type source de charge Dans ce cas, il est préférable d'utiliser un amplificateur de charge dont le principe est présenté ci-dessous. Exemple de conditionneur Amplificateur de charge Capteurs passifs Ce type de capteur donne une image du mesurande par l'intermédiaire d'une impédance. [...]

[...] C'est un phénomène réversible. Induction : la variation d'un flux magnétique engendre l'apparition d'une force électromotrice. Piézoélectricité Induction Photoélectricité : sous l'influence d'un rayonnement lumineux, le matériau libère des charges électriques qui sont fonction du rayonnement. Effet Hall : un semi-conducteur de type parallélépipède rectangle, placé dans une induction B et parcouru par un courant voit l'apparition, dans la direction perpendiculaire au courant et à l'induction, d'une différence de potentiel qui a pour expression : U H ' K H.I . [...]

[...] L'association capteur-conditionneur détermine le signal électrique et ses caractéristiques. On effectue une adaptation de la source du signal à la chaîne de mesure complète. Capteurs actifs Le capteur se comporte comme une source. Capteur source de tension On peut adopter le modèle suivant pour la sortie du capteur auquel on vient connecter une impédance correspondant à l'impédance d'entrée du conditionneur. Modèle du capteur source de tension On utilisera des dispositifs à forte impédance d'entrée de manière à obtenir une tension en sortie du conditionneur aussi proche que la tension en sortie du capteur. [...]

[...] Il s'agit en particulier de mesurandes statiques, c'est-à-dire à valeurs constantes. Dans ces conditions l'étalonnage consiste à associer à des valeurs parfaitement connues du mesurande une grandeur électrique de sortie. Etalonnage multiple : Lorsque le mesurande ne permet pas à lui seul de déterminer avec précision la réponse du capteur il faut que soit précisée, par une série d'étalonnage successif, l'influence des paramètres actifs additionnels. Dans le cas ou le capteur est constitué de composants susceptible de présenter de l'hystérésis, mécanique ou magnétique, la valeur de la grandeur de sortie ne dépend alors non seulement de la valeur actuelle mais également des valeurs antécédents. [...]

[...] Dans le cas d'un capteur linéaire, la sensibilité du capteur est constante. La sensibilité est définie, autour d'une valeur mi constante du mesurande, s'écrit : La sensibilité permet d'estimer l'ordre de grandeur de la sortie, connaissant l'ordre de variation du mesurande et de choisir le capteur de façon que la chaîne de mesure satisfasse aux conditions de mesure imposées. Rapidité et temps de réponse La rapidité est la spécification d'un capteur qui permet d'apprécier de quelle façon la grandeur de sortie suit dans le temps les variations du mesurande et ne dépend que des systèmes directement associés au capteur. [...]