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1 SOMMAIRE CHAPITRE 1 : Généralités sur les capteurs 1-Introduction :………………….(3

1 SOMMAIRE CHAPITRE 1 : Généralités sur les capteurs 1-Introduction :………………….(3) 2-Definition de capteur :………………….(3) 3-Principes des capteurs :………………….(3) 4-Classification des capteurs :………………….(3) 4.1 Les capteurs actifs :………………….(4) 4.2 Les capteurs passifs :………………….(4) 4.3 Les capteurs composites :………………….(4) 4.4 Les capteurs intégrés :………………….(4) 5- Les erreurs de mesures :………………….(4) 5.1 Erreurs systématiques :………………….(5) 5.2 Erreurs aléatoires :………………….(5) 6-Caractéristiques métrologiques :………………….(5) 6.1 Limites d’utilisation d'un capteur et étendue de mesure :………………….(5) 6.2 Sensibilité :………………….(6) 6.3 Résolution :………………….(6) 6.4 Finesse :………………….(6) 6.5 Fidélité :………………….(6) 6.6 Justesse :………………….(6) 6.7 Précision :………………….(7) 6.8 Temps de réponse :………………….(7) CHAPITRE 2 : Les capteurs chimiques/biochimique 2 1-Les Capteurs chimiques/biochimique :………………….(8) 1.1 En phase aqueuse :………………….(8) 1.1.1 La potentiométrie :………………….(8) 1.1.2 L'ampérométrie :………………….(9) 1.1.3 Conductimétrie :………………….(9) 1.2 En phase gazeuse :………………….(10) 1.2.1 Capteur à variation de résistance :………………….(10) 1.2.2 Capteur à quartz piézoélectrique :………………….(10) 1.2.3 Catharomètre :………………….(10) 1.2.4 Capteur paramagnétique :………………….(11) 1.2.5 GazFET :………………….(11) 1.2.6 Capteur à gaz dissous :………………….(11) 1.2.7 Capteur à électrolyte solide (capteur à zircone) :………………….(11) Conclusion :………………….(12) 3 CHAPITRE 1 : Généralité sur les capteurs 1-Introduction : Dans cette recherche nous allons traiter le sujet des capteurs chimique/biochimique mais d’abords nous le traitons d’une manière général. Un capteur est un dispositif transformant une grandeur physique (température, pression, position, concentration, etc.) en un signal (souvent électrique) qui renseigne sur cette grandeur. Le capteur lui en est dépourvu. Il existe un grand nombre de capteurs différents, ils diffèrent dans la grandeur physique qu’ils mesurent et dans le dispositif créant le signal. On peut par exemple mesurer une concentration chimique avec un transducteur piézoélectrique ou un micro-calorimètre ou encore avec un ISFET. De même, on peut utiliser un dispositif piézoélectrique pour mesurer une pression ou une concentration en composés biologiques. 2-Definition de capteur : un capteur est un dispositif dont les caractéristiques physiques sont sensibles à un mesurande. Lorsque celui-ci est soumis à ce mesurande il fournit une réponse sous la forme d'une grandeur physique exploitable qui est en général de nature électrique. 3-Principes des capteurs : il est nécessaire de connaître quelques définitions de métrologie.Tout d’abord, il faut savoir que mesurer une grandeur physique c’est attribuer une valeur quantitative en prenant pour référence une grandeur de même nature appelée unité. Ensuite d'autres définitions doivent être connues comme : Le mesurande : c’est l’objet de la mesure ou plus simplement la grandeur à mesurer. Le mesurage : c’est l’ensemble des opérations pour déterminer la valeur du mesurande. La mesure c’est le résultat du mesurage. Autrement dit c’est la valeur du mesurande 4-Classification des capteurs : On peut classer les capteurs de plusieurs manières : -par le mesurande qu’il traduit ( capteur de position, de température, de pression, etc ) -par son rôle dans le processus industriel ( contrôle de produit finis, de sécurité, etc ) 4 -par le signal qu’il fournit en sortie qui peut être numérique ou analogique. -par leur principe de traduction du mesurande ( capteur résistif, piézoélectrique, etc ) -par leur principe de fonctionnement : capteur Actif ou Passif Toutes ces classifications permettent d’avoir une vue d'ensemble des capteurs et bien sur aucune des méthodes de classification n'est meilleure que l'autre car toutes présentent des avantages et des inconvénients. 4.1 Les capteurs actifs : Ce capteur fonctionne comme un générateur ; dès qu’il est soumis à l'action d'un mesurande celui-ci transforme celle-ci en une grandeur directement exploitable à savoir en énergie électrique 4.2 Les capteurs passifs : Un capteur passif est considéré comme une impédance dont l'un des paramètres est sensible au mesurande. Cette impédance doit ensuite être intégrée dans un circuit pour pouvoir retrouver une grandeur électrique en sortie. Le montage qui permet ceci est appelé conditionneur. Il existe plusieurs sortes de conditionneur comme le montage potentiométrique, le pont de Wheatstone, les circuits oscillants ou les amplificateurs opérationnels. 4.3 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 capteur 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. 4.4 Les capteurs intégrés : Un capteur intégré est un capteur qui utilise la microélectronique. Ce capteur est constitué d'une plaque en silicium dans lequel on a fixé le capteur, le corps d'épreuve si besoin et d'autres composants électroniques qui peuvent servir à linéariser, amplifier, convertir le courant en tension, etc. Ce type de capteur est très utile vu qu’il fournit un signal linéaire avec une grande sensibilité, une miniaturisation et un coût faible. 5- Les erreurs de mesures Pour bien choisir un capteur, il est important de connaître ses caractéristiques métrologiques. En effet les caractéristiques métrologiques permettent de savoir quel capteur utiliser, dans quelle gamme, avec quelle précision le résultat nous sera donné et 5 beaucoup d'autres précisions qui peuvent s'avérer très utile dans le choix du capteur. Mais avant de voir toutes ces caractéristiques, il est bon de voir les erreurs qui apparaissent lors de la mesure. Les grandeurs étalons sont les seuls mesurandes dont on puisse connaître la valeur vraie contrairement aux autres mesurandes qui ne peuvent être connu qu'après traitement par une chaîne de mesure. La valeur vraie du mesurande détermine l'excitation du capteur mais l'utilisateur n'y a pas accès vu qu’il n'a accès qu’à la réponse de la chaîne de mesure appelé valeur mesurée. L'écart entre la valeur vraie et la valeur mesurée s’appelle l'erreur de mesure. La valeur vraie du mesurande ne pouvant être connue, l'erreur de mesure ne peut être qu'estimée. Il existe plusieurs sortes d'erreurs que nous allons essayer de détailler ci-dessous : 5.1 Erreurs systématiques : Pour une valeur donnée du mesurande, une erreur systématique est soit constante soit à variation lente par rapport à la durée de mesure. Il y a donc un décalage entre la valeur vraie et la valeur mesurée. Cette erreur peut être facilement corrigée en fonction du type d'erreur systématique. Pour une erreur sur la valeur d'une grandeur de référence comme par exemple le décalage du zéro, l'erreur peut facilement être réparé en vérifiant soigneusement les appareils associés ou en étalonnant l'appareil. Une erreur sur les caractéristiques du capteur telle qu'une erreur sur la sensibilité peut facilement être réparée en réétalonnant le capteur. Une erreur due aux conditions d’emploi comme une erreur de rapidité peut être diminuée en attendant que le système soit stabilisé avant d'effectuer la mesure. 5.2 Erreurs aléatoires : L'erreur aléatoire peut se situer de part et d’autre de la valeur vraie. Plusieurs types d'erreurs aléatoires peuvent être définies comme l'erreur de mobilité, l'erreur de lecture, l'erreur due à l'hystérésis, l'erreur de quantification d'un convertisseur analogique- numérique, les bruit de fond, les dérives, etc. Bien que celle-ci soit difficile à déterminer, des solutions existent pour diminuer ces erreurs comme effectuer cette mesure un grand nombre de fois afin que la valeur moyenne se centre autour de la valeur vraie, ou en empêchant les dérives en protégeant la chaîne de mesure de l'environnement extérieur. 6-Caractéristiques métrologiques : les définitions de quelques caractéristiques métrologiques concernant les capteurs et qui peuvent s'avérer très utile dans le choix d'un capteur pour une mesure : 6.1 Limites d’utilisation d'un capteur et étendue de mesure : Des modifications des propriétés et des caractéristiques du capteur peuvent apparaitre si celui- ci est soumis à des grandeurs d'influence telles la température, des contraintes mécaniques ou 6 électriques. Comme vous pouvez le voir sur le schéma il existe quatre domaines d’utilisation du capteur qui peuvent plus ou moins affecter les caractéristiques de ce capteur. Ainsi le domaine d’emploi nominal correspond aux conditions normales d’utilisation du capteur. Lorsque les valeurs du mesurande ou les grandeurs d'influences arrivent dans le domaine de non-détérioration, les caractéristiques métrologiques risquent d’être modifiées mais cette altération est réversible et le capteur pourra retrouver ces caractéristiques normales lorsqu’il retrouvera son domaine nominal d’emploi. Si le capteur est utilisé dans le domaine de non- destruction, cette fois-ci les altérations seront irréversibles et seuls un ré-étalonnage permettra de re-mesurer dans le domaine nominal d’emploi. Enfin si le capteur est utilisé dans le domaine de destruction, celui-ci ne sera plus utilisable et même un étalonnage ne pourra le modifier, la seule solution étant de racheter un capteur. L'étendue de mesure est définie par la différence des valeurs extrêmes de la plage du mesurande dans lequel le fonctionnement du capteur satisfait à des spécifications données. Le plus souvent l'étendue de mesure correspond au domaine nominal d’emploi. 6.2 Sensibilité : Lien entre les variations de signal du capteur et la concentration en espèce cible. La sensibilité S, pour une valeur donnée de la mesurande, détermine l'évolution de la grandeur de sortie du capteur en fonction de la grandeur d'entrée. 6.3 Résolution : La résolution est la plus petite variation du mesurande que le capteur est capable de déceler. La résolution doit être regardée avec importance lors de la mesure d'une grandeur car celle-ci conditionne la précision du résultat obtenu. En effet si vous désirez mesurer une température de l’ordre de 1 °C, ne uploads/Philosophie/ expose 19 .pdf