Notions de base

1-Definitions

  • La métrologie:
    • C’est  la  science lié  à la mesure  de  n’importes quelle  grandeur  physique
  • Le mesurage:
    • C’est les opérations expérimentales servant  à déterminer la valeur  “numérique” d’une grandeur physique.
  • La  mesurande:
    • C’est la grandeur physique mesurée lors  du mesurage
  • L’incertitude:
    • Lors  du mesurage,  la mesurande X ne  peut pas être  défini  correctement ,il y a toujours  un intervalle d’erreur noté dX  et appelé  “incertitude”.
  • L’erreur absolue:
    • C’est  la différence entre  la valeur théorique  et  la valeur mesurée  réellement.
  • L’erreur relative:
    • C’est  le pourcentage  de l’erreur  absolue par  rapport  à la valeur théorique.

Exemple:

Considérons  la valeur  de tension électrique mesurée :  UEx=11.7  ± 0.8  V , la valeur théorique est Uth=12 V.

  • La mesurande :  La tension U
  • L’incertitude :  dU = 0.8 V
  • L’erreur absolue  δU= | Uth – UEx| = |12-11.7| = 0.3 V
  • L’erreur  relative  δrU=δU/Uth =0.3/12 =0.025=2.5%

Remarque: L’erreur  absolue à la même unité  de la grandeur  mesurée , l’erreur relative  est sans  unité.

2-Systéme d’unité internationales SI

Classifications des capteurs

1-Definition

Un capteur est  un  système  qui transforme une grandeur physique en  une grandeur électrique  utilisable  pour  une mesure ou une commande. Cette  grandeur est soit  un courant électrique  ou une tension  électrique.  Les capteurs sont classés  en deux groupes:  capteurs  actifs et capteurs passifs.

2-Capteurs actifs:

Un capteur actif est  un capteur  qui transforme  directement la grandeur mesurée  en électricité  sans besoin  d’alimentation extérieur.

 Ces capteurs utilisent des effets  physiques  pour effectuer  les mesures. Ci-bas  la liste des  effets  physiques les  plus communs:

  • L’effet thermoélectrique: Un dipôle est  formé par deux  conducteurs  de formules chimiques  différentes. Chaque  pôle  est exposé a une température  différente. Dû  à cette  différence de température,  les électrons  commencent à s’accumuler  dans des zones differentes  des conducteurs  créant ainsi  une  tension   entre  les pôles du capteurs  proportionnel  à la différence de  la température.
  • L’effet  piézoéléctrique: Ces capteurs sont conçu par des cristaux  qui sont aptes à transformer toutes forces mécaniques  appliquées  à eux ,  en une tension électrique en sortie.
  • L’effet pyroélectrique: Ce sont des  crystaux   qui se  polarisent  naturellement en fonction de  la température ambiante créant ainsi  un charge électrique.
  • L’effet  de  Hall:  Lorsqu’un matériau  conducteur  est soumis  à un champs  magnétique  ,  un champ électrique  perdiculaire  au champs magnétique est crée faisant apparaitre  une tension électrique.
  • L’effet photoélectrique: Quand  un conducteur est soumis  à une onde  électromagnétique  supérieur  à une  valeur seuil   donnée dépendante de  la matière  du conducteur,  une tension électrique apparaît  proportionnelle au flux  de cette  onde .
  • L’effet photovoltaïque: Une  jonction de semi conducteurs P-N exposée à une  lumiére donnée crée un mouvement de  charges  positives  et  négatives causant ainsi une tension  dont l’intensité  est proportionnelle à l’intensité de l’onde lumineuse incidente.

 

Mesurande Effet utilisé Grandeur de sortie
Flux par rayonnement Photoélectrique Tension
Flux par rayonnement Photoélectrique Tension
Température Thermoélectrique Tension
Flux par rayonnement Pyroélectrique Charge
Force Piézoélectrique Charge
Pression Piézoélectrique Charge
Accélération Piézoélectrique Charge
Vitesse Induction électromagnétique Tension
Position Hall Tension

 

2-Capteurs passifs:

Un capteur passif est un capteur  dont l’impédance  électrique ou  la  perméabilité  électrique  et/ou magnétique  change en fonction de  la grandeur mesurée.

Mesurande Type de matériaux utilisés Caractéristique électrique sensible
Température Métaux, semiconducteur Résistivité
Flux par rayonnement Semiconducteur Résistivité
Déformation Alliage Nickel Résistivité
Déformation Alliage Ferromagnétique Pérméabilitté magnétique
Position Matériaux magnéto-résistant Résistivité
Humidité Chlorure de Lithium Résistivité
Humidité Polyméres Constante diélectrique

Chaine de mesure

1-Grandeurs d’influences

Les  grandeurs d’influences  sont  des grandeurs  physiques  existant  dans l’environnement de  mesure,  et qui  parasitent la mesurande. Nous avons  en général cinq grandeurs  d’influences  qui peuvent  agire  simultanément  ou indépendamment sur la mesure:

  • La température modifie  les  aspects électriques, mécaniques et dimensionnels   du capteur
  • L’humidité dégrade l’isolation  électrique  entre  les différents connecteurs  du capteur
  • Les  champs  magnétiques créent une tension  d’induction  parasite  dans  les capteurs
  • La tension d’alimentation dont les harmoniques de la tension  d’alimentation peuvent  agirent  sur la mesure  faite  par  le capteur
  • Les ondes  électromagnétiques (lumière  y compris) dont le flux  de ces  ondes s’ajoute au flux  utilisé dans  la mesure

2-Structure de base de la chaîne de mesure

Dans  sa structure  basique  une chaîne  de mesure  est constitué respectivement d’un capteur ,un conditionneur, et  un système de  lecture. Électriquement  parlant,  dans une  chaîne de  mesure  faite par  un système électrique, le conditionneur  est souvent  un filtre  suivit  d’un amplificateur  de tension  ou courant le système de  lecture est  soit  digitale  ( un  afficheur   7  segments, des diodes leds,  ou un afficheur LCD) soit analogique (un cadran  à aiguille par exemple).