mardi 18 octobre 2011

les capteurs



Présentation

Capteurs de pression, de température, d'humidité, de champs magnétiques, de niveau, ... Tout comme pour les détecteurs, il en existe tout de même pas mal, et on se demande parfois à quoi ils servent ou comment s'en servir. Cette page permet de survoler quelques types de capteurs.

Capteur de pression

Il existe deux types de capteur de pression : les capteurs de pression absolue, et les capteurs de pression différentiels. Ce type de composant est généralement construit autour d'une "puce" composée d'un élement piezzorésistif au silicone, qui permet de délivrer une tension continue proportionnelle à la pression mesurée, avec une très bonne linéarité. Les capteurs de pression peuvent être utilisés pour la réalisation d'altimètres ou de baromètres, mais leur usage ne s'arrête pas là : on en trouve aussi en robotique, dans le domaine médical, dans des systèmes de contrôle de pompes. Certains capteurs peuvent travailler sur une plage de mesure de 0 à 100 hPa, d'autres sont capables de travailler entre 0 et 2 bars (200 kPa).
Exemples : capteurs Motorola série MPX2010, MPX2100, MPX2101, MPX2200, MPX2201, MPX5100.
Capteurs de pression absolue
Les capteurs de pression absolue sont, comme leur nom l'indique, capable d'effectuer une mesure de pression en un point donné.

Capteur pression 003 Capteur pression 004 - Flexiforce Capteur pression 005 - MS 5534-BP
Capteurs de pression différentiels
Les capteurs de pression différentielle sont dotés de deux entrées de mesure, et la tension qu'ils délivrent est proportionnelle à la différence de pression entre les deux entrées.

Capteur pression 001 Capteur pression 002

Ces entrées peuvent être toutes deux raccordées par un tuyau jusqu'à l'emplacement où la mesure de pression d'air est désirée, mais on peut aussi laisser libre une des deux entrées pour effectuer une mesure différencielle directe par rapport à la pression d'air ambiante.

Capteur de température

Les capteurs de températures sont des composants dont une caractéristique de sortie varie proportionnellement à la température. Cette caractéristique de sortie peut être une variation de résistance, de courant, de tension. Certains fabricants proposent désormais des capteurs de température qui délivrent une tension calibrée, par exemple 10 mV/°C (circuit intégré LM35 pour ne citer que lui), ce qui simplifie particulièrement la lecture directe avec un afficheur numérique (que l'on peut trouver tout fait à moins de 5 euros).
La thermistance, CTP ou CTN
Ce composant est une résistance dont la valeur ohmique varie en fonction de sa température. 

CTN 001 CTN 002 CTN 003 CTN 004


Le sens de variation de la valeur résistive dépend du type de composant : pour une CTP (Coefficient de Température Positif), la résistivité augmente quand la température augmente, alors que pour une CTN (Coefficient de Température Négatif), la résistivité diminue quand la température augmente. La thermistance est souvent spécifiée par une résistance ohmique à une température donnée, par exemple 1,5 Kohms à 25°C. La linéarité de ce composant n'est pas parfaite (quand la variation de température présente un rapport de 3, la variation de résistance n'est pas forcement dans un rapport de 3), et quand on l'emploie dans un montage électronique, il peut être nécessaire d'effectuer une correction destinée à linéariser la valeur à lire (la mise en parallèle d'une résistance de même valeur que la thermistance - à 25 °C - peut suffire dans certains cas). La puissance dissipable par ce type de composant est généralement de 0,5W. Il existe des modèles de composants plus précis que d'autres, et dont la durée de stabilisation (après changement de température) est relativement courte : seulement 12 secondes. La résistivité d'une CTP est plus faible que celle d'une CTN : les CTP possédent une résistance de valeur comprise entre 0,8 ohms et 150 ohms, et les CTN possédent une résistance comprise entre 100 ohms et 470 Ohms.
La diode et le transistor
La diode et le transistor peuvent être utilisés comme capteur de température. La tension présente aux bornes d'une jonction PN, sous un courant constant, est en effet dépendante de la température. La variation de la tension est de l'ordre de 2 mV/°C.


Les circuits intégrés spécialisés
Il s'agit là de composants spécialement développés pour permettre une intégration facile, avec de bonnes linéarité et précision. Certains circuits délivrent une tension dont la valeur est proportionnel à la température, par exemple 10 mV/°C, d'autres circuits délivrent un signal de fréquence fixe mais avec un rapport cyclique qui dépend de la température, d'autres circuits encore fournissent directement la valeur de la température sous forme numérique (sous forme informatique serais-je tenté de dire). Le circuit intégré LM35 est un capteur de température assez connu, il se présente sous la forme d'un boitier TO92 à trois pattes :

Capteur Temp 001 - LM35


Les thermocouples
Les sondes thermocouples permettent des mesures de températures très élevées (jusqu'à 1000°C pour une sonde de type "K", par exemple).

Thermocouple 001 Thermocouple 002

Elles sont constituées de deux matériaux qui, lorsqu'ils sont en contacts et portés à une température donnée, délivre une tension. Cette tension est faible et doit être amplifiée pour être exploitable.
Les capteurs pyroélectriques
Il est peut-être un peu cavalier de classer ce type de capteur dans les capteurs de température, mais ce n'est tout de même pas une grosse erreur.

Capteur Temp 002 - Capteur Pyroelectrique RE200

Un capteur (ou détecteur) pyroélectrique est doté de deux cellules au moins, qui sont sensible à la chaleur (rayonnement infrarouge). Le capteur est élaboré de telle sorte qu'il permette la détection de différences de chaleur entre les cellules qu'il comporte. Il est très utilisé dnas les système de détection de personne (carillon porte d'entrée, détecteurs IR pour alarmes, allumage automatique de lampes).
Les Vigithermes
Les vigithermes ne sont pas à proprement parler des capteurs, mais des contacteurs qui s'ouvrent (ou se ferment) à partir d'une certaine température.

electronique_vigitherme_001

Leur rôle est la protection d'équipements, contre une surchauffe excessive. On les place donc là où la température ne doit pas dépasser une certaine valeur (par exemple 90 degrés).

Capteur d'hygrométrie (capteur d'humidité)

Appelé aussi Humidistance, ce type de composant permet une mesure d'humidité relative. La plage de mesure possible est généralement de 20% à 80%, mais certains capteurs (bien plus chers) sont toutefois capables de travailler sur une plage de mesure de 10% à 90%. La précision est de l'ordre de quelques pourcents.


Capteur Hygro 001 Capteur Hygro 002

Remarque : certains capteurs d'hygrométrie sont montés sur un circuit imprimé qui associe un convertisseur analogique / numérique.
Détecteur tout ou rien d'humidité .

Capteur à effet Hall (capteur champs magnétique)

Un capteur à effet Hall peut être utilisé en tant qu'interrupteur sensible aux champs magnétiques, et peut être pour cet emploi, associé à un aimant permanent. Ce type de composant possède un seuil autour duquel la commutation de la sortie s'effectue. Si le champ magnétique dans lequel baigne le composant est inférieur au seuil de commutation, la sortie reste dans son état de repos (qui peut être un niveau logique haut si la sortie se fait en collecteur ouvert). Si la quantité de champ magnétique dans lequel baigne le composant dépasse le seuil de commutation, la sortie passe dans l'état logique inverse.

Capteur Effet Hall - A3142EU=UGN3140=A1102EUAT

1 commentaire:

  1. Excellent cours.
    Il serait souhaitable de développer d'avantages la partie PIC..
    Bon courage.

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