Capteur
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2008-07-05T17:01:46Z
Godix
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/* Capteurs actifs */
Un '''capteur''' est un dispositif transformant l'état d'une grandeur [[physique]] observée en une grandeur utilisable exemple : une [[tension électrique]], une hauteur de mercure, une [[courant électrique|intensité]], la déviation d'une aiguille… On fait souvent (à tort) la confusion entre ''capteur'' et [[transducteur]] : le ''capteur'' est '''au minimum''' constitué d'un [[transducteur]].
Le ''capteur'' se distingue de l'[[instrument de mesure]] par le fait qu'il ne s'agit que d'une simple interface entre un processus physique et une information manipulable. Par opposition, l'instrument de mesure est un [[appareil]] autonome se suffisant à lui-même, disposant d'un affichage ou d'un système de stockage des données. Le ''capteur'' lui en est dépourvu.
Les capteurs sont les éléments de base des systèmes d'[[acquisition|acquisition de données]]. Leur mise en œuvre est du domaine de l'[[instrumentation]].
== Classification ==
Les ''capteurs'' ont plusieurs modes de classification :
=== Apport énergétique ===
==== Capteurs passifs ====
Ils ont besoin dans la plupart des cas d'apport d'énergie extérieur pour fonctionner (exemple : [[thermistance]], [[photorésistance]], [[potentiomètre]], [[Instrument de mesure|jauge]] d’[[extensométrie]] appelée aussi [[jauge de contrainte]]... Ce sont des capteurs modélisables par une [[impédance (électricité)|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.
==== Capteurs actifs ====
Ils sont constitués de [[transducteur]] qui généralement n'ont pas besoin d'alimentation (exemple : [[thermocouple]], [[photodiode]], [[Piézoélectricité#Capteurs|capteur piézoélectrique]]…).
Ce sont des capteurs que l'on modélise par des générateurs. Ainsi ils génèrent soit un courant, soit une tension, soit une charge électrique en fonction de l'intensité du phénomène physique mesuré.
=== Type de sortie ===
Les capteurs et leur conditionneurs peuvent aussi faire l'objet d'une classification par type de sortie:
==== Capteurs [[analogique]]s ====
La sortie est une grandeur physique dont la valeur est proportionnelle à la grandeur physique mesurée par le capteur. La sortie peut prendre une infinité de valeurs [[Continuité|continues]].
Le signal des capteurs analogiques peuvent être du type :
*sortie [[tension]]
*sortie [[courant]]
*règle graduée, cadran, jauge (avec une aiguille ou un fluide)
*…
Quelques capteurs analogiques typiques :
*capteur à [[jauge de contrainte]]
*[[LVDT]]
*[[thermocouple]]
==== Capteurs [[numérique]]s ====
La sortie est une séquence d'états logiques qui en se suivant, forment un nombre. La sortie peut prendre une infinité de valeurs [[Mathématiques discrètes|discrètes]].
Le signal des capteurs numériques peuvent être du type :
*train d'impulsions, avec un nombre précis d'impulsions ou avec une fréquence précise
*code numérique binaire
*[[bus de terrain]]
*…
Quelques capteurs numériques typiques :
*les capteurs incrémentaux
*les codeurs absolus
==== Capteurs [[logique]]s ====
''Ou capteurs [[Tout ou rien|TOR]].''La sortie est un état logique que l'on note 1 ou 0. La sortie peut prendre deux de valeurs, évidemment [[Mathématiques discrètes|discrètes]].
Le signal des capteurs logiques peuvent être du type :
*[[courant]] présent/absent dans un circuit
*[[Potentiel électrique|potentiel]], souvent 5V/0V
*[[DEL]] allumée/éteinte
*signal pneumatique (pression normale/forte pression)
*...
Quelques capteurs logiques typiques :
*les capteurs de fin de course
*les capteurs de rupture d'un faisceau lumineux
*divers capteurs de position
== Caractéristiques des capteurs ==
On caractérise un ''capteur'' selon plusieurs [[Qualité métrologique des appareils de mesure|critères]] dont les plus courants sont :
* la grandeur physique observée
* son étendue de mesure
* sa [[Qualité métrologique des appareils de mesure|sensibilité]]
* sa [[Qualité métrologique des appareils de mesure|précision]]
* sa [[Qualité métrologique des appareils de mesure|linéarité]]
* son temps de réponse
* sa [[bande passante]]
* sa [[Qualité métrologique des appareils de mesure|résolution]]
* son [[hystérésis]]
Remarques : Pour utiliser un capteur dans les meilleures conditions, il est souvent utile de pratiquer un étalonnage et de connaître les incertitudes de mesures relatives à celui-ci.
== Capteurs intelligents ==
Les dernières années du {{s-|XX|e}} ont vu apparaître le concept de capteurs intelligents.
En plus de leur faculté de mesurer une grandeur physique, ils possèdent d'autres fonctionnalités dont voici une liste non-exhaustive :
*fonctions configurables de [[traitement du signal]] ([[filtre (électronique)|filtre]], gains…)
*fonctions d'auto-test et d'auto-contrôle
*[[étalonnage]] automatique
*sortie sur des [[bus de terrain]]
== Principes physiques courants exploités par les capteurs ==
* variation de [[Capacité électrique|capacité]]
* variation d'[[inductance]]
* variation de [[Résistance (électricité)|résistance]]
* [[effet Hall]]
* effet [[Photodiode|photoélectrique]]
* [[dilatation]], [[déformation]]
* [[piézo-électricité]]
* [[Effet Doppler-Fizeau|effet Doppler]]
* principe de la [[corde vibrante]]
==Exemples de capteurs==
===Distance===
* [[Induction magnétique|inductif]]
**[[variation de reluctance]]
**[[courants de Foucault]]
* [[capacitif]]
* [[optique]]
**[[confocal chromatique]]
**[[triangulation]]
**[[Réflexion (physique)|réflexion]]
**[[ombroscopie]], [[diascopie]]
**[[épiscope]]
**[[temps de vol-LIDAR]]
**[[stéréovision]]
**[[défocalisation]]
* [[ultrason]]
* [[micro-onde]]
===Lumière===
* [[photodiode]] ou [[phototransistor]]
* [[capteur photographique]]
* [[cellule photoélectrique]]
===Sons===
* [[microphone]]
* [[micro (musique)|micro]] pour instruments
* [[hydrophone]]
===Température===
*[[pyromètre]]
*[[thermomètre]], [[Thermomètre à résistance de platine|sonde PT100]]
*[[thermocouple]]
*[[thermistance]]
===Pression===
*[[tube de Bourdon]]
*[[capsule anéroïde]]
*[[Piézoélectricité|piézo-électrique]]
*[[corde vibrante]]
*[[baromètre]]
*[[hypsomètre]]
===Débit===
*[[débitmètre à turbine]]
*[[roues ovales]]
*[[plaque à orifice]]
*[[tube de Pitot]]
*[[débitmètre à effet vortex]]
*[[débitmètre électromagnétique]]
*[[débitmètre à Venturi]]
*[[débitmètre à ultrasons]]
*[[débitmètre ionique]]
*[[débitmètre massique]]
===Courant===
* [[Capteur de courant à effet Hall]]
* [[Shunt]]
===Niveau===
*[[à pression différentielle]]
*[[à sonde capacitive]]
*[[à tube de torsion]]
*[[à flotteur]]
*[[à rayon gamma]]
*[[à ultrasons]]
*[[par radar]]
===Déplacements===
*[[souris (informatique)]]
*[[capteur de proximité]]
*[[codeur rotatif|codeur]]
*[[détecteur de mouvements]]
*[[LVDT]]s et [[RVDT]]s
*[[corde vibrante]]
*[[capteur de position]]
===Contrainte===
*[[corde vibrante]]
*[[piézoélectricité|piézo-électrique]]
* jauge de contrainte ( [[jauge de déformation]] )
* plot magnétique
===Inertiels===
*[[accéléromètre]]
*[[inclinomètre]]
*[[gyromètre]]
*[[gyroscope]]
== Exemples concrets d'utilisation de capteurs ==
=== Les capteurs de niveaux à bord des navires ===
Lors des opérations de transfert, chargement, déchargements ou pour le stockage dans les citernes, ballasts ou cales d'un navire il est important de connaître l'état de leurs remplissage. Cette information peut être communiquée soit de manière continue, soit par la détection de seuils (niveau : bas, haut, très haut ).
==== La mesure continue ====
Un capteur de niveau sera placé sur le réservoir dont on veut connaître le remplissage. Il délivrera un signal dont l'amplitude ou la fréquence sera directement fonction du niveau du réservoir. On peut donc connaître à tout moment le niveau de remplissage du réservoir ou le volume encore disponible.
==== La détection de seuils ====
Plusieurs capteurs seront placés sur le réservoir à mesurer. Ces capteurs délivreront une information binaire indiquant si le niveau est atteint ou non. Cette détection peut être utilisée pour l'arrêt ou le démarrage d'une pompe. Un niveau haut évite un débordement du réservoir et un niveau bas assure une réserve minimale.
On utilisera différents types de capteurs en fonction de la nature du produit. On utilisera les propriétés physique et chimique, viscosité, si on veut une mesure par seuil ou continue.
==== Méthode hydrostatique ====
Le capteur donnera une information continue directement fonction de la hauteur du fluide dans le réservoir.
==== Méthode électrique ====
On va utiliser les propriétés de conductivité du fluide. Il faut faire attention à la corrosion et a la polarisation des sondes car elles sont parcourues par un courant électrique. Cette méthode peut parfois être utilisée pour des solides.
seuil changeable par la presence et absence de la lumière
== Bibliographie ==
* Georges Asch, ''Les capteurs en instrumentation industrielle'', [[Dunod]] {{ISBN|2100057774}}
* [http://www.techniques-ingenieur.fr/dossier/mesures_sans_contact_generalites/R1330 Mesure de déplacement sans contact]
* [http://philippe.berger2.free.fr/automatique/cours/cpt/les_capteurs.htm Les capteurs]
== Voir aussi ==
{{Wiktionnaire}}
* [[Amplificateur d'instrumentation]]
* [[Capteur (télédétection)]]
* [[Expérimentation Assistée par Ordinateur]] (ExAO)
* [[Détecteur]]
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