Chapitre 2 : Les capteurs

1.Présentation des capteurs

Dans de nombreux domaines (industrie, recherche scientifique, service, loisirs…), on a besoin de contrôler de nombreux paramètres physiques (température, force, position, vitesse, luminosité….).

Le capteur est l’élément indispensable à la mesure de ces grandeurs physiques.

Dans l’habitat, on parle de domotique, c’est-à- dire l’ensemble des techniques de l’électronique, d’automatisme ou d’informatique utilisées dans l’habitat dans le but d’améliorer la sécurité, le confort et la gestion des énergies.

2.Définition d’un capteur

Capteur : Un capteur est un organe de prélèvement d’information qui élabore à partir d’une grandeur physique d'entrée E appelée mesurande (éclairement,température,…) en une grandeur de sorti mesurable appelée réponse (très souvent électrique, telle que la tension, intensité et résistance…..).

Cette grandeur représentative de la grandeur prélevée est utilisable à des fins de mesure ou de commande.

Exemple : une photorésistance

Le signal électrique délivré par le capteur peut être de différentes natures :

Sortie analogique : grandeur qui varient de façon continue au cours du temps.

Sortie numérique  :succession de valeurs discrètes (codage binaire).

3. Caractéristiques des capteurs

Étendue de mesure : Valeurs extrêmes pouvant être mesurées par le capteur.

Résolution : Plus petite variation de grandeur mesurable par le capteur.

Sensibilité : Variation du signal de sortie par rapport à la variation du signal d’entrée.

Précision : Aptitude du capteur à donner une mesure proche de la valeur vraie.

Rapidité : Temps de réaction du capteur.

Fidélité : Aptitude du capteur à toujours restituer la même valeur de sortie à chaque fois qu’il est soumis à une même valeur d’entrée.

4. Application des capteurs : chaîne de mesures informatisée

La structure de base d’une chaîne de mesure comprend au minimum quatre étages :

- Un capteur sensible aux variations d’une grandeur physique et qui, à partir de ces variations, délivre un signal électrique.

- Un conditionneur de signal dont le rôle principal est l’amplification du signal délivré par le capteur pour lui donner un niveau compatible avec l’unité de numérisation ; cet étage peut parfois intégrer un filtre qui réduit les perturbations présentes sur le signal.

- Une unité de numérisation qui va échantillonner le signal à intervalles réguliers et affecter un nombre à chaque point d’échantillonnage.

- L’unité de traitement informatique peut exploiter les mesures qui sont maintenant une suite de nombres.

5. Différents types de capteurs

A. Les capteurs actifs

Un capteur actif est en général fondé sur un principe physique, qui assure la conversion en énergie électrique de la forme d’énergie propre à la grandeur physique à prélever, énergie thermique, mécanique ou rayonnement. Il nécessite une alimentation extérieure.

B. Les capteurs passifs

Pour un capteur passif, la grandeur physique d’entrée modifie l’impédance ( résistance, capacité, inductance) du capteur. Il ne nécessite pas d’alimentation.

La variation d’impédance résulte :

Soit d’une variation de dimension du capteur, c’est le principe de fonctionnement d’un grand nombre de capteur de position, inductance à noyaux mobiles, condensateur à armature mobile.

Soit d’une déformation résultant de force ou de grandeur s’y ramenant, pression, accélération.

6. Les erreurs de mesures

Erreur systématique et erreur aléatoire

On distingue deux types d’erreurs :

 - L’erreur systématique : elle surévalue ou sous évalue de la même façon toute valeur mesurée ; elle peut être réduite par des réglages.

 - L’erreur aléatoire : se reproduit lors de la même mesure et dans des conditions identiques.

Incertitudes liées à la mesure : L’incertitude relative représente l’importance de l’incertitude par rapport à la grandeur mesurée.