Capteur

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Un capteur est un dispositif qui transforme 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 in
Capteur

Un capteur est un dispositif qui transforme 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. Il dispose donc d'un affichage ou d'un système de stockage des données. Ce qui n'est pas forcément le cas du capteur. 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 classification :

Apport énergétique

Capteurs passifs

Ils ont besoin dans la plupart des cas d'apport d'énergie extérieur 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

Ils sont constitués de transducteur qui généralement n'ont pas besoin d'alimentation (exemple : thermocouple, photodiode, capteur pièzo-électrique…). Ce sont des capteurs que l'on modélise par des générateurs. Ainsi ils génèrent soit un courant, soit une tension, soit une charge électrique en fonction de l'intensité du phénoméne physique mesuré.

Type de sortie

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

Capteurs analogiques

Le signal des capteurs analogiques peuvent être du type :
-sortie tension
-sortie courant
-règle graduée
-… Quelques capteurs analogiques typiques :
-capteur à jauge de contrainte
-LVDT
-thermocouple

Capteurs numériques

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 absolus

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 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.

Capteurs intelligents

Les dernières années du ont vu apparaître le concept de capteurs intelligents. En plus de leur faculté de mesurer une grandeur physique, il possèdent d'autres fonctionnalités dont voici une liste non-exhaustive :
-fonctions configurables de traitement du signal (filtre, gains…)
-fonctions d'auto-test et d'auto-contrôle
-étalonnage automatique
-sortie sur des bus de terrain

Principes physiques courants exploités par les capteurs

- variation de capacité
- variation d'inductance
- variation de résistance
- effet hall
- effet photoélectrique
- dilatation
- piézo-électricité
- effet Doppler
- principe de la corde vibrante

Exemples de capteurs

de distance

- inductif
-variation de reluctance
-courants de Foucault
- capacitif
- optique
-confocal chromatique
-triangulation
-réflexion
-ombroscopie, diascopie
-épiscope
-temps de vol-LIDAR
-stéréovision
-défocalisation
- ultrason
- micro-onde

de lumière

- photodiode ou phototransistor
- capteur photographique
- cellule photoélectrique

de sons

- microphone
- micro pour instruments
- hydrophone

de température

-pyromètre
-thermomètre, sonde PT100
-thermocouple
-thermistance

de pression

-tube de Bourdon
-capsule anéroïde
-piézo-électrique
-corde vibrante
-baromètre
-hypsomètre

de débit

-débitmètre à turbine
-roues ovales
-plaque à orifice
-tube de Pitot
-débitmètre à effet vortex
-débitmètre électromagnétique
-débitmètre à Venturi
-débitmètre à ultrasons
-débitmètre ionique
-débitmètre massique

de courant

- Capteur de courant à effet Hall
- Shunt

de niveau

-à pression différentielle
-à sonde capacitive
-à tube de torsion
-à flotteur
-à rayon gamma
-à ultrasons
-par radar

de déplacements

-souris (informatique)
-capteur de proximité
-codeur
-détecteur de mouvements
-LVDTs et RVDTs
-corde vibrante
-capteur de position

de contrainte

-corde vibrante
-piézo-électrique
- jauge de contrainte
- plot magnétique

Inertiels

-accéléromètre
-inclinomètre
-gyromètre
-gyroscope

Exemples concrets d'utilisation de capteurs

Les capteurs de niveaux à bord des navires

Lors des opérations de transfert, chargement, déchargements ou pour le stockage dans les citernes, ballasts ou cales d'un navire il est important de connaître l'état de leurs remplissage. Cette information peut être communiquée soit de manière continue, soit par la détection de seuils (niveau : bas, haut, très haut ).

La mesure continue

Un capteur de niveau sera placé sur le réservoir dont on veut connaître le remplissage. Il délivrera un signal dont l'amplitude ou la fréquence sera directement fonction du niveau du réservoir. On peut donc connaître à tout moment le niveau de remplissage du réservoir ou le volume encore disponible.

La détection de seuils

Plusieurs capteurs seront placés sur le réservoir à mesurer. Ces capteurs délivreront une information binaire indiquant si le niveau est atteint ou non. Cette détection peut être utilisée pour l'arrêt ou le démarrage d'une pompe. Un niveau haut évite un débordement du réservoir et un niveau bas assure une réserve minimale. On utilisera différents types de capteurs en fonction de la nature du produit. On utilisera les propriétés physique et chimique, viscosité, si on veut une mesure par seuil ou continue.

Méthode hydrostatique

Le capteur donnera une information continue directement fonction de la hauteur du fluide dans le réservoir.

Méthode électrique

On va utiliser les propriétés de conductivité du fluide. Il faut faire attention à la corrosion et a la polarisation des sondes car elles sont parcourues par un courant électrique. Cette méthode peut parfois être utilisée pour des solides.

Méthode basée sur le rayonnement

Ce système de mesure a un avantage c'est qu'il n'y a pas de contact avec le fluide pour la mesure.

Bibliographie

- Georges Asch, Les capteurs en instrumentation industrielle, Dunod
-

Voir aussi

- Amplificateur d'instrumentation
- Capteur (télédétection)
- Expérimentation Assistée par Ordinateur (ExAO)
- Détecteur Catégorie:Capteur da:Sensor de:Sensor en:Sensor es:Sensor et:Andur fa:حسگر fi:Anturi he:חיישן id:Sensor it:Sensore ja:センサ lv:Sensors nl:Sensor no:Sensor pl:Czujnik pt:Sensor ru:Датчик sk:Snímač sv:Sensor tr:Algılayıcı uk:Давач ur:مِکشاف zh:传感器
Sujets connexes
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