Capteurs

Définition

La grandeur physique objet de la mesure : déplacement, température, pression, etc. est désignée comme le mesurande et représentée par m ; l'ensemble des opérations expérimentales qui concourent à la connaissance de la valeur numérique du mesurande constitue son mesurage. Lorsque le mesurage utilise des moyens électroniques de traitement du signal, il est nécessaire de produire à partir du mesurande une grandeur électrique qui en soit une représentation aussi exacte que possible : ceci signifie que la grandeur électrique et ses variations apportent toute l'information nécessaire à la connaissance du mesurande. Le capteur est le dispositif qui soumis à l'action d'un mesurande non électrique présente une caractéristique de nature électrique (charge, tension, courant ou impédance) désignée par s et qui est fonction du mesurande:

\[๐‘  = ๐‘“(๐‘š)\]

s est la grandeur de sortie ou réponse du capteur, m est la grandeur d'entrée.

Caractéristiques générales des capteurs

Un capteur peut être caractérisé selon de nombreux critères dont les plus courants sont les suivants :

• la grandeur physique observée

• son temps de réponse

• son étendue ou plage de mesure: variation possible de la grandeur à mesurer définie par une valeur minimale (portée minimale) et une valeur maximale (portée maximale)

• sa sensibilité:

• sa précision

• sa fidélité

• sa linéarité : surtout en analogique, les valeurs de sortie sont toujours proportionnelles aux valeurs d'entrée dans toute l'étendue de la mesure.

• sa bande passante : intervalle de fréquences pour lesquelles la réponse d'un appareil est supérieure à un minimum.

• sa résolution

• son hystérésis: la propriété d'un système qui tend à demeurer dans un certain état quand la cause extérieure qui a produit le changement d'état a cessé

• sa gamme de température d'utilisation

En tant qu'élément de circuit électrique, le capteur se présente, vu de sa sortie : soit comme un générateur, s étant une charge, une tension ou un courant et il s'agit alors d'un capteur actif[1]; soit comme une impédance, s étant alors une résistance, une inductance ou une capacité : le capteur est alors dit passif. Un capteur actif qui est une source, délivre immédiatement un signal électrique ; il n'en est pas de même d'un capteur passif[2] dont les variations d'impédance ne sont mesurables que par les modifications du courant ou de la tension qu'elles entraînent dans un circuit par ailleurs alimenté par une source extérieure.

ExempleDétecteurs

Les détecteurs font partie de la famille des capteurs, l'information délivrée en sortie est de type TOR. Les applications de la détection sont très vastes, on peut néanmoins lister les domaines suivants :

• Activités liées à la détection de pièces ou à la manutention, de personnes et de véhicules.

o Détection de présence ou de positionnement d'un objet, d'une pièce.

o Détection de passage, de défilement ou d'un blocage (bourrage) et du comptage.

• Activités spécifiques nécessitant la:

o Détection de présence (ou de niveau) de gaz ou de liquide.

o Détection de forme, de position (angulaire, linéaire).

o Détection d'étiquette, avec lecture et écriture d'informations codées.

Informations transmises par les capteurs

  1. Information logique

    Information simple à exploiter, la fermeture d'un contact qui permet d'alimenter un circuit électrique. C'est un capteur logique de type tout ou rien (TOR). Ces détecteurs délivrent donc un signal binaire (deux états possibles : 0 ou 1). Exemples de capteurs : les interrupteurs de position électromécaniques, les détecteurs de proximité inductifs, capacitifs, photo-électriques etc...

  2. Information analogique

    C'est une grandeur qui évolue dans le temps et qui peuvent prendre une infinité de valeurs. L'information à transmettre peut varier de manière continue, comme la mesure de température d'une pièce à l'aide d'une sonde. L'information délivrée par un voltmètre à aiguille est du type variable continue qui passe par une infinité de valeurs, c'est une information analogique. La mesure de la température, de la pression, du débit, de la vitesse peut se faire à l'aide d'un capteur qui délivre une information analogique.

  3. Information numérique

    Une grandeur numérique est un ensemble ordonné de grandeurs logiques. Ces informations peuvent être délivrées sous la forme d'un code numérique binaire (avec un nombre de bits définis (0 ou 1)), d'un train d'impulsions (avec un nombre précis d'impulsions ou avec une fréquence précise). Une information qui ne prend qu'un nombre fini de valeurs est dite numérique. Le nombre de valeurs nécessaires pour coder une information est déterminé par la formule suivante :

    Nombre de valeurs = ๐Ÿ๐‘ต avec N étant le nombre de bits nécessaire au codage.

    Les capteurs numériques vont être capables de transmettre des valeurs déterminant des positions, des pressions, des

    températures, etc...

    Les informations qui sont des combinaisons de signaux 0-1, sont transmises à l'unité de traitement et peuvent être lues

    soit en parallèle, soit en série. exemples de capteurs qui peuvent délivrer un signal numérique :

    • Les codeurs optiques (absolus et incrémentaux)...

    • Les informations transmises par les bus de données industriels ou en domotique, les lecteurs de cartes magnétiques ou de codes-barres sont numériques.