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Enseignement Transversal Commun Fiche de cours LES CAPTEURS capteurs.docx Page

Enseignement Transversal Commun Fiche de cours LES CAPTEURS capteurs.docx Page 1 sur 26 Table des matières 1. Introduction. 1.1. Exemple de systèmes techniques …………………………………………………………………………………………………………. 2 à 3 2. Fonction d’un capteur …………………………………………………………………………………………………………………………………… 3 2.1. Situation des capteurs. …………………………………………………………………………………………………………………………… 3 2.2. Définition d’un capteur. ………………………………………………………………………………………………………………………… 3 2.3. Différents types de capteurs………………………………………………………………………………………………………………… 4 2.3.1. Les capteurs passifs 2.3.2. Les capteurs actifs. 2.4. Fonctions appliquées à la détection……………………………………………………………………………………………………… 5 3. Les informations transmises par les capteurs, représentation des signaux………………………………… 6 à 7 4. Constitution d’un détecteur…………………………………………………………………………………………………………………………… 8 5. Les catégories de capteurs…………………………………………………………………………………………………………………………… 9 5.1. Introduction. …………………………………………………………………………………………………………………………………………… 9 5.2. Détection avec contact d’objets non déformables…………………………………………………………………………… 10 5.2.1. La détection électromécanique…………………………………………………………………………………………………… 10 5.2.2. Les codeurs optiques…………………………………………………………………………………………………………………… 11 5.2.2.1. Constitution 5.2.2.2 Principe de fonctionnement 5.2.2.3 Les différents types de codeurs optiques. ................................................................ 12 à 13 5.3 Détection sans contact. ............................................................................................................................... 13 5.3.1. La détection proximité inductive. ................................................................................................. 13 à 15 5.3.2. La détection proximité magnétique .......................................................................................... 16 5.3.3. La détection capacitive. .................................................................................................................. 16 5.3.4. La détection photoélectrique. ....................................................................................................... 17 5.3.5. La détection à ultrasons. ................................................................................................................ 19 5.3.6. La détection de température. ....................................................................................................... 20 à 21 6. Le raccordement des capteurs et des détecteurs. 6.1. Détecteur à contacts " sec ".............................................................................................................. 22 6.2. Détecteur 2 fils.................................................................................................................................... 23 6.3. Détecteur 3 fils.................................................................................................................................... 23 à 24 7. Les applications générales des différents capteurs. .......................................... 25 8. Les critères de choix à prendre en compte. ................................................... 25 9. Les démarches d’aide aux choix. ................................................................. 26 Enseignement Transversal Commun Fiche de cours LES CAPTEURS capteurs.docx Page 2 sur 26 I – INTRODUCTION : Une éolienne est un véritable système automatisé, pour assurer un bon fonctionnement, il faut connaître en permanence le sens, la force du vent. Dans les systèmes techniques, les utilisateurs ont besoin d’être informé également de la présence ou non d’un objet, d’une personne, l’acquisition de toutes ces données est devenue un paramètre incontournable. De nombreuses grandeurs physiques (température, pression, intensité lumineuse, position, déplacement,...) sont en plus à mesurer et à prendre en compte par les unités de traitement Il a fallu développer des organes techniques permettant l’acquisition de ces grandeurs physiques, la transformation et la transmission d’informations exploitables par la suite. Cet organe technique qui est à l’origine de cette chaîne d’acquisition est défini par un terme générique : CAPTEUR. Les capteurs permettent de contrôler par exemple, la présence, l’absence, le positionnement, le passage, le défilement, le bourrage, le comptage d’objets, les variations de température ou de pression, etc ... I.1 - Exemples de systèmes techniques : Les différentes positions d’un système de transfert comme le support pédagogique transgerbeur, sont détectées à l’aide de nombreux capteurs (optiques, électromécaniques, inductifs…) Les capteurs Le pupitre de commande Le système transgerbeur Le pupitre de commande assure un dialogue homme- machine, c’est la relation avec l’opérateur permettant de piloter la machine, de saisir des données, d’être informer sur l’état de la machine. Les capteurs ou détecteurs vont permettre de donner des informations par exemple, sur la position des pièces de la machine, la présence de matière. Codeur optique Enseignement Transversal Commun Fiche de cours LES CAPTEURS capteurs.docx Page 3 sur 26 Dans les domaines domestique et tertiaire, on utilise sans le savoir quotidiennement de nombreux capteurs qui facilitent notre vie et qui apportent de plus en plus de confort et de sécurité. Les détecteurs de présence à infrarouge font partie de ces constituants. Pour faire fonctionner correctement une pompe à chaleur par exemple, il est indispensable de déterminer la température intérieure de la pièce à chauffer. II – FONCTION D’UN CAPTEUR : II.1- Situation des capteurs : Les capteurs font partie de la chaîne d’information d’un système. II.2 - Définition d’un capteur : Un capteur est un constituant ou un organe capable d’acquérir une grandeur physique à mesurer, et de la transformer en une grandeur exploitable par une unité de traitement. Le capteur est caractérisé par sa fonction : s = F(m) où s est la grandeur de sortie ou la réponse du capteur. Détecteur placé dans un couloir ion de présence dans un couloir Mesurande (m) Grandeur physique à mesurer (déplacement, température…) Capteur Grandeur de sortie (s) Grandeur physique exploitable Acquerir Enseignement Transversal Commun Fiche de cours LES CAPTEURS capteurs.docx Page 4 sur 26 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 : paramètre qui exprime la variation du signal de sortie en fonction de la variation du signal d'entrée.  sa précision : le capteur est d'autant plus exact que les résultats de mesure qu'il indique coïncident avec la valeur vraie (par définition théorique) que l'on cherche à mesurer.  sa fidélité : c’est tenter d’obtenir toujours les mêmes résultats, pour les mêmes détections,  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. Elle est généralement confondue avec la largeur de bande passante qui mesure cet intervalle.  sa résolution : plus petite variation de la grandeur mesurée qui produit une variation perceptible par le capteur.  son hystérésis : retard de l'effet sur la cause, 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. II.3 - Différents types de capteurs. En fonction de la caractéristique électrique de la grandeur de sortie, on peut classer les capteurs en deux grandes familles : les capteurs passifs et les capteurs actifs. Cette classification a une influence sur le conditionneur qui lui est associé. II.3.1- Les capteurs passifs : Dans la plupart des cas, les capteurs passifs ont besoin d’une énergie extérieure pour fonctionner (comme dans le cas des jauges de contraintes, thermistances…), ils sont souvent modélisés 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. Le capteur se comporte en sortie comme un dipôle passif qui peut être résistif, capacitif ou inductif. En fonction du mesurande, on utilise plusieurs effets pour réaliser la mesure. MESURANDE EFFET UTILISE (Grandeur de sortie) MATERIAUX Température Très basse température Résistivité Constante diélectrique Platine, nickel, cuivre, semi-conducteurs. Verre Flux optique Résistivité Semi-conducteurs Déformation Résistivité Perméabilité Alliages nickel Alliages ferromagnétiques Position Résistivité Magnétorésistances : Bismuth, antimoine d’indium Humidité Résistivité Chlorure de lithium Enseignement Transversal Commun Fiche de cours LES CAPTEURS capteurs.docx Page 5 sur 26 II.3.2. Les capteurs actifs : Lorsque le phénomène physique qui est utilisé pour la détermination du mesurande effectue directement la transformation en grandeur électrique, on est en présence d’un capteur actif. C'est la loi physique elle-même qui relie le mesurande et grandeur électrique de sortie. La sortie du capteur est assimilée à un générateur. C’est un dipôle actif qui peut être du type courant, tension ou charge électrique Q en coulombs. Certains principes physiques peuvent être mis en jeu. MESURANDE EFFET UTILISE GRANDEUR DE SORTIE Température Thermoélectricité (thermocouple) Tension Flux optique Photoémission Pyroélectricité Courant Charge Force, pression, accélération Piézoélectricité Tension Position Effet Hall Tension Vitesse Induction Tension II.4. Fonctions appliquées à la détection. 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. - Détection de présence ou de positionnement d’un objet, d’une pièce. - Détection de passage, de défilement ou d’un blocage (bourrage) et du comptage. ■ Activités spécifiques nécessitant la : - Détection de présence (ou de niveau) de gaz ou de liquide, - Détection de forme, de position (angulaire, linéaire), - Détection d’étiquette, avec lecture et écriture d’informations codées. En fonction des applications, les détecteurs sont conçus pour résister : - l’humidité, voire l’immersion, la corrosion, des variations fortes de température, des salissures de tous ordres et même au vandalisme, etc. De nombreuses technologies sont développées par les fabricants pour satisfaire toutes les attentes des clients. Depuis quelques années, de nouveaux capteurs dits intelligents sont disponibles. Ils sont capables de mesurer une grandeur physique, mais possèdent également d'autres fonctionnalités comme les fonctions d'autotest et d'autocontrôle, d’étalonnage automatique, des sorties sur des bus de terrain, des fonctions configurables de traitement du signal (le contrôle, la compression et la transmission des données, le filtrage, etc…) Enseignement Transversal Commun Fiche de cours LES CAPTEURS capteurs.docx Page 6 sur 26 III – LES INFORMATIONS TRANSMISES PAR LES CAPTEURS, REPRESENTATION DES SIGNAUX : L’information transmise par un capteur peut être : III.1 – L’information logique : Information simple à exploiter, la fermeture d’un contact qui permet d’alimenter un circuit électrique. C’est un capteur uploads/Sante/ capteurs-3-pdf.pdf