Les capteurs

Les capteurs sont les éléments indispensables à la mesure des grandeurs physiques dont les dispositifs de commande des systèmes techniques ont besoin pour prendre des décisions.

Un capteur est un organe de prélèvement d’information qui élabore à partir d’une grandeur physique, une autre grandeur physique de nature différente (très souvent électrique). Cette grandeur représentative de la grandeur prélevée est utilisable à des fins de mesure ou de commande.

On appelle détecteur un capteur de présence (T.O.R.)

 

Classifications des capteurs

On peut classer les capteurs de plusieurs manières :

  • par le mesurande qu’il traduit (position, de température, de pression, …),
  • par la nature du signal qu’il fournit en sortie (numérique, logique ou analogique),
  • par leur principe physique (résistif, piézoélectrique, …),
  • par leur principe de fonctionnement (actif ou passif),

Capteurs actifs/passifs

Capteurs actifs

Fonctionnant en « générateur », un capteur actif est généralement fondé dans son principe sur un effet physique qui assure la conversion d’une composante de puissance propre à la grandeur physique à prélever (thermique, mécanique, magnétique, rayonnement, …) en une grandeur électrique.

Les principes physiques les plus classiques sont :

Principe physique Mesurande Grandeur de sortie Exemple d’utilisation

Thermoélectrique

un circuit formé de deux conducteurs de nature chimique différente, dont les jonctions sont à des températures différentes, est le siège d’une force électromotrice d’origine thermique

Différence de température Tension électrique Mesure de température

Piezoélectrique

l’application d’une contrainte mécanique à certains matériaux dits piézo-électriques entraîne l’apparition d’une déformation et d’une même charge électrique de signe différent sur les faces opposées

Variation de contrainte mécanique Charge électrique Force, pression, accélération, …

Photo-électrique

la libération de charges électriques dans la matière sous l’influence d’un rayonnement lumineux ou plus généralement d’une onde électromagnétique

Flux de rayonnement optique Tension électrique Intensité d’un flux lumineux

Photovoltaïque

des électrons sont libérés au voisinage d’une jonction PN illuminée, leur déplacement modifie la tension à ses bornes

Flux de rayonnement optique Tension électrique Irradiance solaire,
Intensité d’un flux lumineux

Hall

un champ magnétique et un courant électrique créent dans le matériau une différence de potentiel

Courant électrique dans un champ magnétique Tension électrique Intensité (ou présence) d’un champ magnétique,
Intensité d’un courant électrique, …

Induction électromagnétique

la variation du flux d’induction magnétique dans un circuit électrique induit une tension électrique

Variation de flux d’induction magnétique Tension électrique Vitesse,
Présence d’objet métallique, …

Capteurs passifs

Un capteur passif est un dipôle dont l’impédance varie en fonction de la grandeur mesurée.

Cette variation d’impédance résulte :

  • soit d’une variation de dimension du capteur, c’est le principe de fonctionnement d’un grand nombre de capteur de position, potentiomètre, inductance à noyaux mobile, condensateur à armature mobile,
  • soit d’une déformation résultant de force ou de grandeur s’y ramenant (armature de condensateur soumise à une différence de pression, jauge d’extensométrie liée à une structure déformable, …).
Mesurande
Caractéristique électrique sensible Type de matériau utilisé
Température Résistivité Métaux : platine, nickel, cuivre …
Très basse température Constante diélectrique Verre
Flux de rayonnement optique Résistivité Semi-conducteurs
Déformation Résistivité Alliage de Nickel, silicium dopé
  Perméabilité magnétique Alliage ferromagnétique
  Capacité Semi-conducteurs + métaux ou verre
Position (aimant) Résistivité Matériaux magnéto résistants : bismuth, antimoine d’indium
Position Induction ou capacité  
Humidité Résistivité Chlorure de lithium

Les capteurs passifs sont aujourd’hui surtout présents sont la forme de MEMS.

 

Les capteurs composites

Un capteur composite est un capteur constitué d’un corps d’épreuve et d’un capteur actif ou passif. Le corps d’épreuve, quant à lui, est un élément qui, soumis au mesurande, donne une grandeur physique non électrique appelée mesurande secondaire qui, elle, va être traduite en une grandeur électrique par un capteur.

Exemples de capteurs composites :

Étude des principaux capteurs

 

sources : https://fr.wikiversity.org/wiki/Capteur/Introduction

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