828lescapteurs2ste

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[Lycée Technique ERRAZI] [Sciences de l’ingénieur] [LES CAPTEURS] [M.SBAITI] I- Définitions Organe chargé de prélever une grandeur physique à mesurer et de la transformer en une grandeur exploitable. § La grandeur physique à mesurer « mesurande » constitue le signal d’entrée (Ou stimulus) du capteur. § La grandeur exploitable étant de nature électrique constitue le signal de mesure (signal de sortie (réponse)) du capteur. Elle est une représentation de la grandeur à mesurer. Le capteur est d

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  [Lycée Technique ERRAZI]  [Sciences de l’ingénieur] [LESCAPTEURS] [M.SBAITI] I-Définitions Organe chargé de prélever une grandeur physique à mesurer et de la transformer en unegrandeur exploitable.§ La grandeur physique à mesurer « mesurande » constitue le signal d’entrée(Ou stimulus) du capteur.§ La grandeur exploitable étant de nature électrique constitue le signal de mesure (signal desortie (réponse)) du capteur. Elle est une représentation de la grandeur à mesurer.Le capteur est donc un organe de saisie d’informations, c’est le premier maillon de toute chaîne demesure, acquisition de données, de tout système d’asservissement, régulation, de tout dispositif decontrôle, surveillance, sécurité. II- NATURE DE L'INFORMATION FOURNIE PAR UN CAPTEUR  Suivant son type, L’information qu’un capteur fournit peut être : ã Logique : L’information ne peut prendre queles valeurs 1 ou 0 ; on parle alorsd’un capteur Tout ou Rien (TOR). Lafigure 2 montre la caractéristiqued’un capteur de position : ã Analogique : L’information peut prendre toutesles valeurs possibles entre 2certaines valeurs limites ; on parlealors d’un capteur analogique. Lafigure 3 montre la caractéristiqued’un capteur de température : [Les capteurs]Page 1Signallogique TempsPrésence de la pièceAbsence de lapièce1(24V)0(0V)Fig. 2 : Exemple d’uncapteur TOR    Tension (V) Température(°C)   La tension varie defaçon continueentre 0 et 5V5100Fig. 3 : Exemple d’un capteuranalogique  ã Numérique : L’information fournie par le capteur permet à la partie commande d’en déduire un nombrebinaire sur n bits ; on parle alors d’un capteur numérique. III-CARACTERISTIQUE D’UN CAPTEUR  Certains paramètres sont communs à tous les capteurs. Ils caractérisent les contraintes de miseen œuvre et permettent le choix d’un capteur : ã L'étendue de la mesure : c'est la différence entre le plus petit signal détecté et le plus grandperceptible sans risque de destruction pour le capteur. ã La sensibilité : ce paramètre caractérise la capacité du capteur à détecter la plus petitevariation de la grandeur à mesurer. C’est le rapport entre la variation ∆ V dusignal électrique de sortie pour une variation donnée ∆Ψ   de la grandeurphysique d’entrée : S = ∆ V / ∆Ψ ã La fidélité : Un capteur est dit fidèle si le signal qu’il délivre en sortie ne varie pas dans letemps pour une série de mesures concernant la même valeur de la grandeurphysique Ψ d’entrée. Il caractérise l’Influence du vieillissement. ã Le temps de réponse : c'est le temps de réaction d'un capteur entre la variation de la grandeurphysique qu'il mesure et l'instant où l'information est prise en compte parla partie commande. ã La Précision : C’est l’aptitude du capteur à donner des indications proche de la valeur vraie dela grandeur mesurée. IV- CAPTEURS ANALOGIQUES 4.1 Capteurs de température 4.1.1 Les thermistances Les thermistances sont des résistances sensibles à la température qui sont comprimées etmoulées suivant différentes formes. LaError: Reference source not foundillustre ses formes et sessymboles usuels. Les thermistances sont habituellement insérées dans un circuit en pont dont latension de sortie est fonction de la température, ou sur un diviseur de potentiel pour activer un circuitde comparaison. La thermistance CTP (coefficient de température positif) augmente sa résistance si la températures'élève et vice versa. La thermistance CTN (coefficient de température négatif) diminue sa résistance si la températures'élève et vice versa. Constitution : Elément sensible en platine dont la résistance varie selon la loi suivante : Les capteursPage 2 R θ = R 0 . (1 + α T) avec   R  θ   : Résistance de l’élément à la température T R  0 : Résistance de l’élément à 0°C α : Coefficient de température T : température à mesurer   Signal de sortie :   Valeur ohmique variable associée à un conditionneur de sonde qui délivre unetension ( ex : 0-10V) ou un courant (ex: 4-20 mA) B a r r e a u P e r l eD i s q u eT °C T NT °C T N F ORMES   ET   SYMBOLES   DES   THERMISTANCES La valeur nominale de la thermistance est fournie pour une température nominale de 25 ° C. Des courbestypiques de thermistance CTN sont présentées à la figure ci-dessous. 1 0 0 0 01 0 0 01 0 01 010 , 1 00 , 0 1 0- 4 0 0 0 4 0 8 0 1 2 0 1 6 0 2 0 0 2 4 0 R ( K i lo o h m s )T ( ° C )V a le u r n o m i n a le à2 5 ° C R = 3 8 0 KR = 9 0 KT ° = 2 5 ° C C OURBES   TYPIQUES   DE   THERMISTANCES CTN 4.1.2 Les thermocouples En 1826 Thomas, J. Seebeck observe que, lorsque deux conducteurs de matériaux différents,sont reliés ensemble et que leurs points de jonction sont maintenus à des températures différentes,une force électromotrice est développée. Le thermocouple est constitué par deux fils de métauxdifférents réunis à une extrémité. Cette jonction est appelée « soudure chaude ». L'autre extrémité,appelée « soudure froide », est utilisée comme référence. Lorsque chauffée, une tensionproportionnelle à la différence de température entre la soudure chaude et la soudure froide estgénérée. Les tensions disponibles à la sortie du thermocouple sont de l'ordre du millivolt.Si la température de référence (jonction froide) est maintenue constante, la variation de la tension desortie dépendra uniquement de la température à la jonction chaude. Les capteursPage 3  ( + ) j a u n e( - ) r o u g eJ o i n t d e s o u d u r e d ut h + ( P b , S n ) T h e r m o c o u p l e t y p e K C h r o m e lA l u m e lS y m b o l eM i l l i v o l t m è t r ef . é . mS o u d u r e f r o i d ed e r é f é r e n c e( + )( - ) T 1 T 2S o u d u r e c h a u d e     f .    é .   m .       (   m    i    l    l    i   v   o    l    t   s    ) D i f f é r e n c e d e t e m p é r a t u r e( T 1 - T 2 ) C o e f f i c i e n t S e e b e c k v st e m p é r a t u r e - 5 0 0 ° C 0 ° C + 5 0 0 ° C 1 0 0 0 ° C 1 5 0 0 ° C 2 0 0 0 ° C     C   o   e    f    f    i   c    i   e   n    t    S   e   e    b   e   c    k    µ    V    /    °    C T e m p é r a t u r e 2 04 06 08 01 0 0 ERSTKJ 4.1.3 Transducteurs intégrés (capteurs au silicium) Des transducteurs intégrés tels le AD590 et le LM135 sont disponibles pour réaliser desthermomètres électroniques fiables et linéaires lorsque leur boîtier est soumis à une variation detempérature. Toutefois, la plage d'utilisation est assez faible.Le LM335 délivre une tension de sortie dont la sensibilité est de 10mV/ ° K, pour une gamme de mesurede -40 ° C à +100 ° C. Le AD590 délivre un courant de sortie dont la sensibilité est de 1 µ A/ ° K, pour unegamme de mesure de -55 ° C à +150 ° C. Les capteursPage 4
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