Les capteurs caractéristiques métrologiques

LES CAPTEURS

Un capteur est composé de 2 éléments : – Corps d’épreuve – Détecteur ( Elément sensible ). On distingue : – Les capteurs passifs : Nécessitent une alimentation en énergie électrique – Les capteurs actifs : Utilisent une partie de l’énergie fournie par la grandeur physique à mesurer • Le corps d’épreuve est un élément mécanique qui réagit sélectivement à la grandeur à mesurer. Il a pour rôle de transformer la grandeur à mesurer en une autre grandeur physique dite mesurable. Cette grandeur constitue la réaction du corps d’épreuve • L’élément de transduction (transducteur) est un élément lié au corps d’épreuve. Il traduit les réactions du corps d’épreuve en une grandeur électrique constituant le signal de sortie. • Le boîtier est un élément mécanique de protection, de maintien et de fixation du détecteur. • Le module électronique porte souvent le nom de transmetteur. Il peut être ou non incorporé au détecteur proprement dit 1_2 Type de capteurs électriques: La grandeur électrique de sortie d’un capteur peut varier de 3 manières différentes :  Binaire ( Information vraie ou fausse )  Capteur tout ou rien ( TOR )  Progressive ( Variation continue )  Capteur analogique  Par échelons de tension ( Courant )  Capteur numérique 1-3 Signal analogique Un signal est dit analogique si l’amplitude de la grandeur physique le représentant peut prendre une infinité de valeurs dans un intervalle donné .

 Le signal fréquentiel Le signal continu C’est un signal qui varie lentement dans le temps Exemple : Mesure de température, mesure de débit, de niveau. Le signal formel C’est la forme de ce signal qui est l’information importante . Exemple :pression cardiaque, chromatographie Le signal fréquentiel C’est le spectre fréquentiel qui transporte l’information désirée. Exemple : analyse vocale, sonar, spectrographie. Signal numérique  signal Tout Ou Rien  train d’impulsion  L’échantillonnage Le signal Tout Ou Rien Il informe sur un l’état bivalent d’un système. Ce type de signal est aussi appelé signal logique. Le train d’impulsion Chaque impulsion est l’image d’un changement d’état. Exemple : un codeur incrémental donne un nombre fini et connu d’impulsion par tour 1-4 Chaîne de mesure C’est l’ensemble des traitements du signal issu du capteur qui va permettre l’interprétation ou l’affichage correct du mesurande. Chaîne de mesure simple : On parle aussi de conditionnement du signal 1-5 Transmetteur Le transmetteur est un dispositif qui convertit le signal de sortie du capteur en un signal de mesure standardisé. Il fait le lien entre le capteur et le système de contrôle et de commande. Ces principales fonctions sont : – l ‘alimentation du capteur – linéarisation du signal – décalage du zéro – mise à l’échelle (amplification) 1-6 Capteurs intégrés Un tel capteur intègre sur le même substrat de silicium (donc dans un seul composant électronique) : – le capteur – le conditionnement du signal (le transmetteur) Ce principe réduit l’encombrement de la chaîne de mesure, facilite la mise en œuvre du capteur et favorise la normalisation des capteurs. 1-7 Capteur intelligent Avec le développement de la technologie LSI (large scale integration) et VLSI (very large scale integration), les capteurs peuvent être intégrés aux circuits de traitement du signal sur la même puce, pour réaliser l’ensemble des fonctions. On les appelle « capteurs intelligents ». • Il intègre : – le capteur – une conversion analogique numérique – la chaîne de mesure et de traitement numérique du signal pilotée par un microprocesseur – une mémoire – une interface de communication numérique standardisée avec un calculateur ou ordinateur via un bus partagé entre plusieurs capteurs intelligents.

CARACTERISTIQUES METROLOGIQUES

 Les erreurs Le capteur et toute la chaîne de traitement de la mesure introduisent des erreurs : bruit, décalage, référence, linéarité… L’erreur globale de mesure ne peut être qu’estimée. Une conception rigoureuse de la chaîne de mesure permet de réduire les erreurs et donc l’incertitude sur le résultat. On parle de : fidélité, justesse, précision, incertitude, linéarité. 2.2 Etalonnage L’étalonnage permet d’ajuster et de déterminer, sous forme graphique ou algébrique, la relation entre le mesurande et la grandeur électrique de sortie. Très souvent l’étalonnage n’est valable que pour une seule situation d’utilisation du capteur. 2.3 Limites d’utilisation Les contraintes mécaniques, thermiques ou électriques auxquelles un capteur est soumis entraînent, lorsque leurs niveaux dépassent des seuils définis, une modification des caractéristiques du capteur. Au-dessus d’un certain seuil, l’étalonnage n’est plus valable. Au-dessus d’un autre plus grand le capteur risque d’être détruit 2.4 Sensibilité Plus un capteur est sensible plus la mesure pourra être précise. C’est une caractéristique importante pour l’exploitation et l’interprétation des mesures. 2.5 Rapidité – 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. 2.6 Finesse La présence du capteur peut perturber le phénomène physique mesuré. La finesse est une spécification qui permet d’estimer l’influence de la présence du capteur et de ses liaisons sur la valeur du mesurande. La finesse est d’autant plus grande que l’influence du capteur est faible.