Capteurs passifs

1. PRESENTATION GENERALE DES CAPTEURS Capteurspassifs • Variations d’impédances • nécessitentune source d’énergieélectrique Capteurs actifs • Transforment toute autre forme d’énergie en énergie électrique

2. Capteurspassifs Spécification de la sortie La nature du signal de sortie dépend du type de capteur utilisé, cependant on peut regrouper les familles suivantes: • Capteur Passif • Le signal de sortie est équivalent à une impédance. Une variation du phénomène physique étudié (mesuré) engendre une variation de l'impédance. Ce type de capteur doit être alimenté par une tension électrique pour obtenir un signal de sortie. • Exemple : thermistance, photorésistance, • potentiomètre, jauge d’extensométrie appelée • aussi jauge de contrainte… jauge de contrainte

3. Capteursactifs Spécification de la sortie • Capteur Actif • Signal de sortie équivalent à une source de tension continue • Exemple : Sortie 0-1V, + 5V, 0-200mV • Signal de sortie équivalent à une source de courant continu • Exemple : sortie 4-20mA • Autres signaux de sortie • Exemple : Tension alternative sinusoïdale, sortie impulsionnelle, sortie numérique, sortie TOR,… Calibre ou Pleine Echelle (Full Scale Output) : Valeur maximale de la sortie Exemple de capteur actif : thermocouples, capteur CCD, microphone, ...

4. CAPTEURS ACTIFS

5. EFFET THERMOELECTRIQUE Matériau 1 E = f(T) Jonction Température du milieu (T) Matériau 2 Thermocouple Usage: Mesure des températures

6. EFFET THERMOELECTRIQUE Un circuit formé de deux conducteurs de nature chimique différente dont les jonctions sont à des températures T1 et T2, est le siège d'une force électromotrice e(T1,T2). Application : mesure de T1 lorsque T2 = 0°C. Matériau 1 Thermocouple Température du milieu (T1) E = f(T1) Température constante (T2=0 °c) Matériau 2

7. EFFET PYROELECTRIQUE les cristaux pyro-électriques ont une polarisation électrique spontanée qui dépend de leur température. Application : un flux lumineux absorbé par le cristal élève sa température ce qui entraîne une modification de sa polarisation Source de chaleur (flux de lumineux) + + + + + + + + E = f(quantité de chaleur ou intensité lumineuse) - - - - - - - - - - - Usage: Mesure de rayonnement

8. Force F + + + + + + + + + + E = f(F) - - - - - - - - - - - - - - EFFET PIEZOELECTRIQUE L'application d'une force et plus généralement d'une contrainte mécanique sur ce type de matériaux (quartz) entraîne une déformation qui entraine l'apparition d’une ddp à la surface, due aux variations de charges électriques. Application :mesure de force, pression, accélération, à partir de la tension provoquée par les variations de charge du matériaux piézo-électrique. Q = d*F (C) Force F d = constante piézoélectrique = constante de Cirie

9. EFFET PHOTOELECTRIQUE Certains matériaux libèrent des charges électriques sous l'influence d'un flux lumineux ou plus généralement d'un rayonnement électromagnétique. Source lumineuse I = s*Φlum I - R E = f(intensité lumineuse) + Usage: Mesure de l’intensité lumineuse

10. EFFET PHOTOVOLTAIQUE Quand la lumière impressionne la limite entre le semi-conducteur et la fine couche de métal, un courant est généré sans exiger de f.e.m. extérieure. Source lumineuse I - Fine couche de métal (Fe) R E = f(intensité lumineuse) Matériau semi-conducteur (Si) + Plaque métallique de base Usage: Production d’électricité

11. EFFET HALL Une plaquette semi-conductrice d’épaisseur e est connectée dans un circuit de sorte qu’un courant I la traverse. Quand un champs magnétique B est appliqué à la plaquette, une tension EH est générée. Application: capteur de position (aimant lié à un objet dont on veut connaître la position) EH = KH * I * B * sinα / e B  e I U

12. Z EFFET D’INDUCTION ELECTROMAGNETIQUE Lorsqu'un conducteur se déplace dans un champ d'induction fixe, il est le siège d'une f.é.m. proportionnelle au flux coupé par unité de temps donc à sa vitesse de déplacement. Application : la mesure de la f.e.m. d'induction permet de connaître la vitesse de déplacement qui est à son origine.  = B.ds = B.a.x= B.a.v.t e = - d/dt = B.a.v d’où v = e/B.a S Y B I e v a x N

13. SYNTHESE DES EFFETS DES CAPTEURS ACTIFS

14. Capteur inductif

15. Système barrière Capteur optique

16. Système reflex Capteur optique

17. Système réflexion directe Capteur optique

18. Capteur optique

19. CAPTEURS PASSIFS

20. CAPTEURS PASSIFS • Il s'agit généralement d'impédances dont l'un des paramètres déterminants est sensible à la grandeur à mesurer. • Ces paramètres déterminants sont liés: • Liés à la géométrie de l’impédance (ses dimensions): • - Cas d’un grand nombre de capteurs de position ou de déplacement (potentiomètre, inductance à noyaux mobile, condensateur à armature mobile), • - Cas des capteurs de déformation (jauges extensométriques). • Liés au propriétés électriques des matériaux: résistivité ρ, perméabilité μ et constante diélectrique ε. • Ces propriétés électriques peuvent être sensibles à des grandeurs physiques variées: température, éclairement, humidité...

21. CAPTEURS PASSIFS

22. EFFET RESISTIF Capteurs à résistance variable Ux = f(x) = f(Rx) Y Rx Rmax U Objet X

23. Jauge de contrainte

24. Plaque mobile S d Plaque fixe EFFET CAPACITIF Capteur à variation de capacité Diélectrique C = 0,225..S/d (F) avec: = Constante diélectrique; d = distance entre les plaques (armatures); S = surface L’impédance de sortie d’une capacité est donnée par: Z = 1/2.π.f.C ()

25. Capteur capacitif

26. Capteur capacitif Distance approximative

27. Capteur capacitif Vitesse linéaire

28. Capteur capacitif Niveau de remplissage

29. Capteur capacitif Contenance amballage

30. Capteur capacitif Niveau liquide

31. Capteur capacitif Contrôle semelle

32. Noyau mobile L1 L2 X L1 L2 Es R R EFFET INDUCTIF Capteur à variation d’inductance Capteur à variation d’inductance X Es X

33. Capteur inductif Compteur d’objets

34. Capteur inductif Forme d’objet

35. Compteur d’objets Capteur inductif Vitesse de rotation

36. Capteur inductif Vitesse et sens des passages des objets

37. SYNTHESE DES EFFETS DES CAPTEURS PASSIFS

38. SYNTHESE DES EFFETS DES CAPTEURS PASSIFS

39. Capteur magnétique à contact Caractéristiques

40. Capteurs analogiques

41. Exemples d’application Capteurs analogiques

42. Capteurs binaires

43. Capteurs binaires Exemples d’application

44. Capteurs optiques Capteurs de température Capteurs de position et de déplacement Capteurs de déformation Capteurs tachymétriques Biocapteurs Capteurs de force / pesage / couple Capteurs d’accélération / vibration / choc Capteurs de vitesse / débit / niveau de fluides Capteurs de pression de fluides Capteurs de mesure de vide Capteurs de rayonnement nucléaire Capteurs acoustiques Capteurs électrochimique Capteurs de composition gazeuse Capteurs d’humidité De part la pluraté des domaines d’application, de nombreux et différents types de capteurs existent. Ils font appel à de nombreux principes de la physique et permettent de traiter la plus grande majorité des entrées physiques ou chimiques.

47. SYSTEME D’ACQUISITION DE DONNEES

48. Conditionneur de signaux

49. Chaine de mesure analogique

50. Chaine de mesure digitale