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Capteurs et actionneurs Cours/MMTR M1 S1 Y.TOUATI Généralités sur les capteurs

Capteurs et actionneurs Cours/MMTR M1 S1 Y.TOUATI Généralités sur les capteurs • Définition d’un capteur Un capteur est un organe de prélèvement d’information sur une grandeur physique. Il transforme cette grandeur vers une grandeur électrique (tension électrique, courant électrique, impédance, charge électrique). • La sortie du capteur est très souvent une tension électrique. • La grandeur physique à mesurer est appelée le mesurande. Elle peut être une vitesse, déplacement, accélération, pression, débit…etc Capteur Grandeur physique (Mesurande) Grandeur électrique Généralités sur les capteurs • Utilisation des capteurs Les capteurs sont utilisés pour: 1- Commander les systèmes industriels: 2- La surveillance: Process actionneur capteur Regulateur Process capteur Model Comparaison Généralités sur les capteurs • Structure d’une chaine de mesure Une chaine de mesure est un système physique composé principalement d’un corps d’épreuve, d’un ou plusieurs capteurs intermédiaires et un conditionneur. Ce système permet de générer une tension de sortie exploitable à partir de la grandeur électrique donnée par le capteur. Corps d’épreuve Conditionneur Grandeur physique Tension électrique exploitable Mesure secondaire Capteur intermédiaire Grandeur électrique Généralités sur les capteurs • Tension de sortie d’un capteur La tension de sortie d’un capteur peut être analogique ou numérique: • Corps d’épreuve Le corps d'épreuve est le dispositif qui, soumis au mesurande, assure une première traduction en une autre grandeur physique non- électrique (le mesurande secondaire). Un capteur intermédiaire traduit ce mesurande en grandeur électrique. Exemple: Une masse m soumise à une accélération transforme cette dernière en une force F=ma. Généralités sur les capteurs m a F • Conditionneur Le capteur peut donner une grandeur électrique non exploitable (exemple: tension très faible). Dans ce cas, on utilise un circuit électrique ou électronique pour rendre le signal du capteur exploitable (tension de 0 a 5v par exemple) Généralités sur les capteurs Conditionneur Tension électrique faible (µV) Tension électrique exploitable (0-5V) Type de capteurs On distingue deux types de capteurs: 1) Capteurs passifs: Les capteurs passifs utilisent des phénomènes physiques influençant la variation d’une impédance électrique. C’est-à-dire que le mesurande agit sur la résistance, la capacité ou l’inductance du capteur. Donc le capteur ne génère pas directement d’une tension, un courant ou une charge électrique. Pour générer une tension électrique variable en fonction de la mesure, le capteur doit être alimenté par une puissance électrique (générateur de courant,générateur de tension). Capteurs Passifs La variation de l'impédance électrique dans ce type de capteurs peut être une variation de la résistance, de l’inductance ou de la capacité électrique du capteur. Capteurs Passifs Capteurs Actifs Ce type de capteurs utilisent des phénomènes physique capable de transformer une grandeur physique vers une grandeur électrique sans avoir besoin d’une alimentation. Capteurs Actifs Les phénomènes physiques utilisés dans ce type de capteurs sont: L’effet Hall Un matériau, généralement semi-conducteur et sous forme de plaquette, est parcouru par un courant I et soumis à une induction B faisant un angle Ɵ avec le courant. Il apparait, dans une direction perpendiculaire à l’induction et au courant une tension V qui a pour expression: où K dépend du matériau et des dimensions de la plaquette ) sin( KBI V  Capteurs Actifs L’effet électromagnétique Lorsqu'un conducteur se déplace dans un champ d'induction fixe, il est le siège d'une f.é.m. proportionnelle à sa vitesse de déplacement (rotation Ω). Capteurs Actifs Piézoélectricité L ' application d'une force et plus généralement d'une contrainte mécanique à certains matériaux dits piézoélectriques, le quartz par exemp1e , entraîne une déformation qui suscite l'apparition de charges électriques égales et de signes contraires sur les faces opposées. Ce phénomène peut être utilisé pour la mesure de forces (F) à partir de la tension (v) que provoquent aux bornes d'un condensateur associé à l'élément piézoélectrique les variations de sa charge. Condensateur +++++++++++++ -------------------- Capteurs Actifs Pyroélectricité Un flux de rayonnement lumineux (φ) absorbé par un cristal pyroélectrique élève sa température ce qui entraîne une modification de sa polarisation qui est mesurable par la variation de tension (v) aux bornes d'un condensateur associé. Cristal Condensateur +++++++++++++ ----------------------- Capteurs Actifs Photoélectricité C’est la libération de charges électriques dans la matière sous l'influence d'un rayonnement lumineux ou plus généralement électromagnétique (Φ). ) ( f V Capteurs Actifs Thermoélectricité Un circuit formé de deux conducteurs de nature chimique différente dont les jonctions sont à des températures T0 et T est le siège d'une force électromotrice V(T0, T) . Application : détermination à partir de la mesure de V d'une température inconnue T lorsque T0 est connue (T0 =0°C par exemple) . uploads/Sante/ cours-capteurs-et-actionneurs 1 .pdf