Les capteurs et transducteurs industriels .pptx

Raffinerie d'Adrar RA1D Service d'instrumentation

I. Définition
II. Localisation le capteur dans la chaine
d’acquittions des données
III. Classification type des capteurs
IV. Caractéristiques
V. Transducteur
VI. Classification les transducteurs
VII. Comparaison Capteurs/transducteur
Les capteurs

 Le 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 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
Leur mise en œuvre est du domaine de
l'instrumentation.(c’est un élément essentiel dans la
chaine de régulation)
Les capteurs

 Les capteurs sont les éléments de base des systèmes
d'acquisition de données.
Les capteurs

 Les capteurs ont plusieurs modes de classification :
1. Apport énergétique
a. Les capteurs actives:
Les capteurs actifs qui transforment directement la grandeur
physique en grandeur électrique (Ex: un thermocouple transforme
directement la "température" en tension électrique).
Les capteurs

Les capteurs

Les capteurs
 Les capteurs passifs qui utilisent un élément
intermédiaire qui réagit au phénomène physique et une
alimentation électrique extérieure pour obtenir un
signal électrique.

a.
b.
Les capteurs

a. Signal analogique
 Un signal est dit analogique si l’amplitude de la
grandeur physique le représentant peut prendre une
infinité de valeurs dans un intervalle donnée
-Signal continu : C’est un signal qui varie ’lentement’
dans le temps : température, débit, niveau.
- Forme : C’est la forme de ce signal qui est important :
pression cardiaque, chromatographie,
impact.
- Fréquentiel : C’est le spectre fréquentiel qui transporte
l’information désirée: analyse vocale,
sonar, spectrographie.

b. Signal numérique
Un signal est numérique si l’amplitude de la grandeur
physique le représentant ne peut prendre qu’un nombre
fini de valeurs. en général ce nombre fini de valeurs est
une puissance de 2.
 Tout ou rien (TOR): Il informe sur un l’état bivalent
d’un système. Exemple : une vanne ouverte ou fermée.
 Train d’impulsion: Chaque impulsion est l’image d’un
changement d’´état. Exemple: un codeur incrémental
donne un nombre fini et connu d’impulsion par tour.
 Echantillonnage: C’est l’image numérique d’un signal
analogique. Exemple : température, débit, niveau.
Les capteurs

a. Capteurs de débits
Les capteurs

b. Les capteurs de pression
Les capteurs

c. Les capteurs de niveaux
Les capteurs

d. Les capteurs de température
Les capteurs

Les capteurs
f. Autre différents types des capteurs

a. Variation de capacité.
b. Variation d'inductance.
c. Variation de résistance.
d. Effet Hall.
e. Inductance.
f. Effet Faraday.
g. Effet photoélectrique.
h. Dilatation, déformation.
i. Piézo-électricité.
j. Effet Doppler
k. Autre principe des capteurs (coloris, Ultra-son,
votrex,…..etc)
Les capteurs

1. Limites d'utilisation d'un capteur et étendue de mesure
2. La résolution
3. La sensibilité
4. Exactitude
5. Justesse
6. Fidélité
7. Temps de réponse
8. La finesse
9. La fiabilité
10. Hystérises
Les capteurs

a. Le domaine nominal d'emploi (étendue de mesure): correspond aux
conditions normales d'utilisation du capteur
 Valeur absolue de la différence entre les valeurs extrêmes d'un intervalle
nominal des indications.
 Par exemple pour un intervalle nominal des indications e (2,5bar à 25bar)
 En anglais « span of a nominal interval or rang »
a. Le domaine de non-détérioration: dans ce domaine les caractéristiques
risquent d'être modifiées mais cette altération est réversible et le capteur
pourra retrouver ses caractéristiques normales lorsqu'il retrouvera son
domaine nominal d'emploi
b. Le domaine de non-destruction: si le capteur est utilisé dans ce
domaine, les altérations seront irréversibles et seul un ré-étalonnage
permettra de re-mesurer dans le domaine nominal d'emploi
c. Le domaine de destruction: le capteur ne sera plus utilisable et même
un étalonnage ne pourra le modifier, la seule solution étant de racheter un
capteur
Les capteurs

2. La résolution
d'un appareil est la plus petite variation de la grandeur
mesurée qui produit une variation perceptible de
l'indication délivrée par l'instrument. Elle peut être
exprimée en points, qui sont alors le nombre de valeurs
différentes que l'instrument peut afficher. Par exemple un
multimètre de 2 000 points pour une étendue de 2 V peut
afficher toutes les valeurs comprises entre 0,000 et 1,999
V, sa résolution est donc de 1 mV.
Les capteurs

3. La sensibilité (Sensitivity)
 est un paramètre exprimant la variation du signal de sortie
d'un appareil de mesure en fonction de la variation du signal
d'entrée.
 Un appareil est d'autant plus sensible qu'une petite variation
de la grandeur G à mesurer provoquera un changement plus
grand de l'indication donnée par l'appareil de mesure.
 Nota : si la valeur d'entrée est de même nature que la valeur
de sortie, la sensibilité est appelée gain.
 La sensibilité au voisinage d'une valeur donnée de la
grandeur G à mesurer s'exprime de la manière suivante
Les capteurs

I: indication donnée par l'essai
G: quantité de grandeur à mesurer
S: la sensibilité 𝑆 =
𝜕𝐼
𝜕𝐺
Les capteurs

Les capteurs
 Un instrument de mesure est d'autant plus exact si les résultats de mesure qu'il
indique coïncident avec la « valeur vraie » que l'on cherche à mesurer. Il est à
remarquer que l'exactitude ne s'exprime pas par une valeur chiffrée. C'est une
appréciation qualitative des résultats.
 L'exactitude est plus aisée à définir par l'erreur de mesure. Elle s'exprime en
unité de grandeur (erreur absolue) ou en pourcentage (erreur relative).
 En dehors des conditions opératoires, l'exactitude d'un appareil est
essentiellement liée à deux types de caractéristiques : la justesse et la fidélité.
Un appareil est exact s'il est à la fois juste et fidèle.
 L'exactitude d'un appareil de mesure peut également être entachée par des
causes extérieures : erreur opératoire, erreur provoquée par les grandeurs
d'influences (température, pression etc), erreur de référence ou d'étalonnage,
erreur d'hystérésis, erreur de finesse etc.

 est l'aptitude d'un capteur à délivrer une réponse proche
de la valeur vraie et ceci indépendamment de la notion
de fidélité. Elle est liée à la valeur moyenne obtenue
sur un grand nombre de mesures par rapport à la valeur
réelle. moyen et la valeur vraie.
Les capteurs

Les capteurs
 La fidélité est l'aptitude d'un capteur à délivrer, pour
une même valeur de la grandeur mesurée, des mesures
répétitives concordantes entre elles. L'erreur de fidélité
correspond à l'écart type obtenu sur une série de
mesures correspondant à un mesurande constant.

Le temps de réponse d'un capteur est l'intervalle de temps
qui s'écoule après une variation brusque du mesurande
jusqu'à ce que la variation de la sortie du capteur ne
diffère plus que d'un écart inférieur à une limite ε
conventionnellement fixée. Celui-ci est toujours fournit
avec l'écart ε auquel il correspond.
Les capteurs

La finesse permet à l'utilisateur d'estimer l'influence de
la présence du capteur sur la valeur du mesurande. Un
exemple peut être pris pour la mesure de température en
effet pour celle-ci le capteur doit avoir une faible capacité
calorifique afin de ne pas perturber le système. La
sensibilité et la finesse sont en général antagonistes et
doivent aboutir à un compromis.
Les capteurs

La fiabilité des instruments de mesure permet de
déterminer à quel point une mesure obtenue par un
appareil donne un résultat qui est précis et qui peut être
répété à un autre moment par une autre personne qui
obtiendra, à son tour, un résultat semblable, On évalue la
fiabilité des instruments de mesure en fonction de quatre
paramètres: La Fidélité - Justesse – Précision (l'écart
entre deux graduations est petit) - Sensibilité
Les capteurs

C'est une propriété d'un système dont le développement
ascendant et descendant ne suit pas le même chemin
selon que la cause extérieure augmente ou diminue.
Les capteurs

Un transducteur est un dispositif qui convertit d'une
forme l'énergie à une autre forme signal d’énergie.
Les transducteurs sont souvent utilisés aux limites des
systèmes d'automatisation, de mesure et de contrôle, où
l'électricité est convertie vers et à partir d'autres
grandeurs physiques (énergie, force, couple, lumière,
mouvement, position, etc.). Le processus de conversion
d'une forme d'énergie en une autre, est connu sous le nom
de transduction,
Les capteurs
Transducteur
Energie forme x
Signal d’énergie
forme y

Les capteurs
VI. Classification des transducteurs

VI. Classification des transducteurs
1. Transducteurs actifs et passifs
a. Transducteur actif
b. Transducteur passif
2. Transducteurs analogiques et numériques
a. Transducteurs analogiques
b. Transducteurs numériques
3. Transducteurs primaires et secondaires
4. Selon le principe de transduction
a. Transduction capacitive
b. Transduction électromagnétique
c. Transduction inductive
d. Transduction piézoélectrique
e. Transduction photovoltaïque
f. Transduction photoconductrice
g. Transducteur et transducteur inverse
Les capteurs

a. Transducteur actif
 Ces transducteurs n'ont besoin d'aucune source
d'alimentation externe pour leur fonctionnement. C'est
pourquoi ils sont également appelés transducteur de
type auto-générateur.
 Exemples:
 Piézoélectrique,
 Photovoltaïque,
 Piézoélectrique,
 Électromagnétique.
Les capteurs

b. Transducteur passif
Les transducteurs ont besoin d'une source d'alimentation
externe pour leur fonctionnement.
Ce ne sont donc pas des transducteurs de type auto-
générateur.
Exemples:
 Résistant
 Inductif
 Capacitif
Les capteurs

Les transducteurs peuvent être catégorisés sur la base
de la sortie qui peut être une fonction continue du temps
ou la sortie peut être en étapes discrètes.
a. Transducteurs analogiques
Ce type de transducteurs convertit la quantité d'entrée
en une sortie de signal analogique, qui est une fonction
continue du temps.
Une jauge de contrainte, un LVDT, des
thermocouples ou des thermistances sont appelés
transducteurs analogiques car ils donnent une sortie qui
est une fonction continue du temps.
Les capteurs

b. Transducteurs numériques
Les transducteurs numériques génèrent une sortie
électrique sous forme d'impulsions qui forment un code
unique.
Ainsi, un code unique est généré pour chaque valeur
discrète détectée.
Les capteurs

 Dans de tels types de transducteurs, le dispositif
mécanique agit comme un transducteur primaire et
convertit la quantité physique en signal mécanique.
 Le signal mécanique produit par le transducteur
primaire est converti en un signal électrique par
l'appareil électrique et est appelé transducteur
secondaire.
 Par conséquent, un appareil électrique agit comme un
transducteur secondaire.
Les capteurs

 Par exemple, dans la mesure de la pression, comme le
montre la figure ci-dessus, le tube de Bourdon agit
comme un transducteur primaire qui convertit la
pression en déplacement et le LVDT agit comme un
transducteur secondaire qui convertit ce déplacement
en une quantité équivalente de signal électrique.
Les capteurs

a. Transducteur: Le dispositif qui convertit la quantité
non électrique en une quantité électrique ou un autre
énergie est appelé transducteur.
b. Transducteur inverse: Le transducteur qui convertit
la quantité électrique en une quantité physique, ce
type de transducteur est appelé transducteur inverse.
Le transducteur a une entrée électrique élevée et une
faible sortie non électrique.
Les capteurs

Les capteurs
Transducteur
Inverser
transducteur

Les transducteurs peuvent être classés selon le principe
utilisé en transduction. Voyons-en quelques-uns.
a. Transduction capacitive
Dans la transduction capacitive, la quantité à mesurer
est mesurée en un changement de capacité. Un
condensateur se compose essentiellement de deux
conducteurs (plaques) séparés par un isolant diélectrique.
Un changement de condensateur a lieu soit en changeant
la distance entre deux plaques, soit par un changement de
diélectrique.
Les capteurs

b. Le transducteur résistif peut être défini comme; la
résistance d'un transducteur peut être modifiée en
raison des effets de l'environnement. Ici, le
changement de résistance peut être calculé à l'aide
d'appareils de mesure comme AC ou DC. L'objectif
principal de ce transducteur est de mesurer des
grandeurs physiques telles que les vibrations, le
déplacement, la température, etc a mesure de
grandeur physique n'est pas facile. Les grandeurs
physiques peuvent être modifiées en utilisant ce
transducteur en résistance variable. En utilisant les
compteurs, il peut être mesuré facilement. La
méthode de la différence de résistance est largement
utilisée dans les applications industrielles.
Les capteurs

c. Transduction inductive
Dans la transduction inductive, la quantité à mesurer
est mesurée en un changement de l'auto-inductance
convertie d'une seule bobine. Ceci est réalisé en
déplaçant le noyau de la bobine, qui est lié ou attaché à
un élément de détection mécanique.
Les capteurs

d. Transduction électromagnétique
En transduction électromagnétique, la grandeur à
mesurer est en une force électromotrice (tension) induite
dans un conducteur par une variation du flux magnétique,
en l'absence d'excitation. Ainsi ces types de
transducteurs.
En déplaçant un aimant pour modifier le flux
magnétique à travers une bobine générant ainsi une force
électromotrice (EMF) selon la loi de Faraday.
Les capteurs

e. Transduction piézoélectrique
Dans la transduction piézoélectrique, la quantité à
mesurer correspond à une variation de la charge
électrostatique, q ou de la tension, V générée par les
cristaux lorsqu'ils sont sollicités mécaniquement.
f. Transduction photovoltaïque
Dans la transduction photovoltaïque, l'énergie
lumineuse est la quantité à mesurer qui est convertie en
tension générée lorsqu'une jonction entre des matériaux
dissemblables est éclairée.
Les capteurs

g. Transduction photoconductrice
Dans la transduction photoconductrice, le mesurande
correspond à un changement de résistance (conductance) du
matériau semi-conducteur par un changement de l'intensité
de l'éclairage incident sur le matériau.
Les capteurs

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