Transcript capteur de position

PRESENTATION GENERALE
DES CAPTEURS
Capteurs passifs
 Variations d’impédances
 nécessitent une source d’énergie
électrique
Capteurs actifs
 Transforment toute
autre forme d’énergie
en énergie électrique
Capteurs passifs
Spécification de la sortie
La nature du signal de sortie dépend du type de capteur
utilisé, cependant on peut regrouper les familles suivantes:
Capteur Passif
Le signal de sortie est équivalent à une impédance. Une
variation du phénomène physique étudié (mesuré) engendre
une variation de l'impédance. Ce type de capteur doit être
alimenté par une tension électrique pour obtenir un signal
de sortie.
Exemple : thermistance, photorésistance,
potentiomètre, jauge d’extensométrie appelée
aussi jauge de contrainte…
jauge de contrainte
Capteurs actifs
Spécification de la sortie
Capteur Actif
 Signal de sortie équivalent à une source de tension continue
Exemple : Sortie 0-1V, + 5V, 0-200mV
 Signal de sortie équivalent à une source de courant continu
Exemple : sortie 4-20mA
 Autres signaux de sortie
Exemple : Tension alternative sinusoïdale, sortie
impulsionnelle, sortie numérique, sortie TOR,…
Calibre ou Pleine Echelle (Full Scale Output) : Valeur
maximale de la sortie
Exemple de capteur actif : thermocouples, capteur CCD,
microphone, ...
CAPTEURS ACTIFS
EFFET THERMOELECTRIQUE
Thermocouple
Matériau 1
Jonction
Température du
milieu (T)
E = f(T)
Matériau 2
Usage: Mesure des températures
EFFET THERMOELECTRIQUE
Thermocouple
Un circuit formé de deux conducteurs de nature chimique
différente dont les jonctions sont à des températures T1 et
T2, est le siège d'une force électromotrice e(T1,T2).
Application : mesure de T1 lorsque T2 = 0°C.
Matériau 1
Température du
milieu (T1)
E = f(T1)
Température
constante (T2=0 °c)
Matériau 2
EFFET PYROELECTRIQUE
les cristaux pyro-électriques ont une polarisation
électrique spontanée qui dépend de leur température.
Application : un flux lumineux absorbé par le cristal élève
sa température ce qui entraîne une modification de sa
polarisation
Source de chaleur
(flux de lumineux)
+
+++++++
----------
E = f(quantité de chaleur
ou intensité lumineuse)
-
Usage: Mesure de rayonnement
EFFET PIEZOELECTRIQUE
L'application d'une force et plus généralement d'une
contrainte mécanique sur ce type de matériaux (quartz)
entraîne une déformation qui entraine l'apparition d’une
ddp à la surface, due aux variations de charges électriques.
Application : mesure de force, pression, accélération, à
partir de la tension provoquée par les variations de charge
du matériaux piézo-électrique.
Force F
+
+++++++++
-------------
E = f(F)
Q = d*F (C)
Force F
d = constante piézoélectrique
= constante de Cirie
EFFET PHOTOELECTRIQUE
Certains matériaux libèrent des charges électriques sous
l'influence d'un flux lumineux ou plus généralement d'un
rayonnement électromagnétique.
Source
lumineuse
I
I = s*Φlum
R
E = f(intensité
lumineuse)
+
Usage: Mesure de l’intensité lumineuse
EFFET PHOTOVOLTAIQUE
Quand la lumière impressionne la limite entre le semiconducteur et la fine couche de métal, un courant est
généré sans exiger de f.e.m. extérieure.
Source
lumineuse
Fine couche
de métal (Fe)
Matériau
semi-conducteur (Si)
I
+
Plaque métallique de base
Usage: Production d’électricité
R
E = f(intensité
lumineuse)
EFFET HALL
Une plaquette semi-conductrice d’épaisseur e est
connectée dans un circuit de sorte qu’un courant I la
traverse. Quand un champs magnétique B est appliqué à la
plaquette, une tension EH est générée.
Application: capteur de position (aimant lié à un objet dont
on veut connaître la position)
EH = KH * I * B * sinα / e
e

B
I
U
EFFET D’INDUCTION
ELECTROMAGNETIQUE
Lorsqu'un conducteur se déplace dans un champ d'induction
fixe, il est le siège d'une f.é.m. proportionnelle au flux coupé
par unité de temps donc à sa vitesse de déplacement.
Application : la mesure de la f.e.m. d'induction permet de
connaître la vitesse de déplacement qui est à son origine.
Z
 = B.ds = B.a.x= B.a.v.t
Y
S
e = - d/dt = B.a.v
d’où
v = e/B.a
B
e
v
a
N
I
x
SYNTHESE DES EFFETS DES
CAPTEURS ACTIFS
Mesurande
Effet utilisé
Grandeur de sortie
Température
thermoélectricité
tension
Flux lumineux
photoémission
pyroélectricité
courant charge
Force, pression,
accélération
piézoélectricité
charge
Position
effet Hall
tension
Vitesse
induction
tension
Capteur inductif
Capteur optique
Système barrière
Capteur optique
Système reflex
Capteur optique
Système réflexion directe
Capteur optique
CAPTEURS PASSIFS
CAPTEURS PASSIFS
Il s'agit généralement d'impédances dont l'un des
paramètres déterminants est sensible à la grandeur à
mesurer.
Ces paramètres déterminants sont liés:
• Liés à la géométrie de l’impédance (ses dimensions):
- Cas d’un grand nombre de capteurs de position ou
de déplacement (potentiomètre, inductance à
noyaux mobile, condensateur à armature mobile),
- Cas des capteurs de déformation (jauges
extensométriques).
• Liés au propriétés électriques des matériaux: résistivité
ρ, perméabilité μ et constante diélectrique ε.
Ces propriétés électriques peuvent être sensibles à des
grandeurs physiques variées: température, éclairement,
humidité...
CAPTEURS PASSIFS
EFFET RESISTIF
Capteurs à résistance variable
Ux = f(x) = f(Rx)
Y
Rx
U
Rmax
Objet
X
Jauge de contrainte
EFFET CAPACITIF
Capteur à variation de capacité
S
Plaque mobile
Diélectrique
d
Plaque fixe
C = 0,225..S/d (F)
avec:
 = Constante diélectrique;
d = distance entre les plaques (armatures);
S = surface
L’impédance de sortie d’une capacité est donnée par:
Z = 1/2.π.f.C ()
Capteur capacitif
Capteur capacitif
Distance approximative
Capteur capacitif
Vitesse linéaire
Capteur capacitif
Niveau de remplissage
Capteur capacitif
Contenance amballage
Capteur capacitif
Niveau liquide
Capteur capacitif
Contrôle semelle
EFFET INDUCTIF
Capteur à variation d’inductance
CapteurNoyau
à variation
d’inductance
mobile
L1
L2
X
X
L1
Es
R
X
L2
Es
R
Capteur inductif
Compteur d’objets
Capteur inductif
Forme d’objet
Capteur inductif
Compteur
d’objets
Vitesse de
rotation
Capteur inductif
Vitesse et sens des
passages des objets
SYNTHESE DES EFFETS DES
CAPTEURS PASSIFS
Grandeur
de sortie
Matériaux
Température
Résistivité
platine, nickel, semiconducteurs
Flux lumineux
Résistivité
semi-conducteurs
Position
Résistivité
bismuth, antimoine,
indium
Humidité
Résistivité
chlorure de lithium,
ZrCrO4
Mesurande
SYNTHESE DES EFFETS DES
CAPTEURS PASSIFS
Grandeur
de sortie
Matériaux
Déformation
Résistivité
platine, nickel, semiconducteurs
Déformation
Perméabilité
magnétique
alliages ferromagnétiques
Déplacement
Self inductance
bobine, matériaux
magnétiques
Humidité
Capacité
polymère, or
Mesurande
Capteur magnétique à contact
Caractéristiques
Capteurs analogiques
Capteurs analogiques
Exemples
d’application
Capteurs binaires
Capteurs binaires
Exemples
d’application
De part la pluraté des domaines d’application, de nombreux
et différents types de capteurs existent. Ils font appel à de
nombreux principes de la physique et permettent de traiter la
plus grande majorité des entrées physiques ou chimiques.
Capteurs optiques
Capteurs de température
Capteurs de déformation
Capteurs de position et de déplacement
Capteurs tachymétriques
Capteurs de force / pesage / couple
Capteurs de vitesse / débit / niveau de fluides
Biocapteurs
Capteurs d’accélération / vibration / choc
Capteurs de pression de fluides
Capteurs de mesure de vide Capteurs de rayonnement nucléaire Capteurs acoustiques
Capteurs électrochimique
Capteurs de composition gazeuse
Capteurs d’humidité
SYSTEME D’ACQUISITION
DE DONNEES
Conditionneur de signaux
Chaine de mesure analogique
Chaine de mesure digitale
Système d’acquisition de données
PRESENTATION GENERALE
DES CAPTEURS