sommaire

SOMMAIRE
I) LES CAPTEURS ::: GENERALITES
1) Définitions
2) Caractéristiques des capteurs
3) Exemple d’utilisation
II) LES CAPTEURS ::: CLASSIFICATION
1) Capteurs extéroceptifs
2) Capteurs proprioceptifs
3) Classement général
III) LES CAPTEURS ::: FONCTIONNEMENT GLOBAL
1) Capteurs de tous types
a) Capteurs actifs
b) Capteurs passifs
2) Exemples des principaux capteurs
a) Capteur inductif
b) Capteur thermique
c) Capteur de pression (dans l’air)
d) Capteur de pression (poids/masse)
IV) LES CAPTEURS ::: ETUDE QUALITATIVE
1) Comment différencier des capteurs
2) Comment choisir un bon capteur
3) Prix des capteurs
4) Conclusion
SOURCES
I) LES CAPTEURS ::: GENERALITES
1) Définitions

Les capteurs : Les capteurs sont des dispositifs permettant de transformer une
grandeur physique (le mesurande), la plus souvent environnementale (taux
d’humidité, luminosité, sons,…) en une autre grandeur physique (électrique)
interprétable par un système.

Le mesurande: Grandeur physique prélevée par le(s) capteur(s)
Diagramme SADT d’un Capteur
2) Caractéristiques des capteurs
Tous les capteurs existant peuvent être caractérisés selon deux principaux critères :
o Leurs grandeurs physiques mesurées : pour tous les capteurs qui mesurent des
pressions, vitesse, température,…
o
Leurs différents types d’informations délivrées : pour tous les capteurs qui
envoient des valeurs binaires (capteur Tout Ou Rien ~ TOR), digitales ou
analogiques/numériques.
Ces deux modes de caractérisations des capteurs sont indépendants du classement par
catégories expliquées plus en détails dans la partie II).
3) Exemple d’utilisation
Les capteurs sont partout autour de nous. Ils servent dans presque tous les produits
aussi simples qu’ils soient.
L’exemple le plus courant à notre époque est celui d’un processeur d’ordinateur qui peut
dépasser la température de fonctionnement normal (si le système de refroidissement à
un problème), c’est ici que le capteur présent intervient, il éteint l’ordinateur pour éviter
que le processeur fonde. Grâce à ce capteur le système « processeur + refroidissement »
est protégé alors que sans celui-ci l’ordinateur en cas de problème pourrait être
considérablement endommagé.
Mais les capteurs ne sont pas là seulement pour protéger un
mécanisme, ils sont aussi là pour le faire fonctionner selon les
informations collectées. Les capteurs dans les radars
automatiques, sont présents seulement pour enregistrer une
donnée physique (vitesse / mouvement), et non pour protéger le
radar.
Radar MESTA 3000
Ce sont de ces exemples que nous allons voir les deux grandes catégories de capteurs
II) LES CAPTEURS ::: CLASSIFICATION
1) Capteurs extéroceptifs
Un capteur extéroceptif est un capteur qui prélève une information dans
l’environnement du système qu’il constitue (tout comme dans le cas du radar). Son
capteur informe le système sur l’état de mouvement ou de repos d’une voiture passant à
proximité des feux tricolores.
2) Capteurs proprioceptifs
Un capteur proprioceptif permet le contrôle de données physiques internes à un
système. Tout comme pour le cas du processeur, le capteur thermique ''prélève'' la
chaleur dégagée par le processeur afin de déclencher un arrêt immédiat en cas de
température trop élevée. La grandeur physique (thermique) relevée est celle produite par
le système.
Carte mère Asus P5W DH Deluxe
3) Classement général
Il y a 22 types de capteurs différents dans le schéma suivant, ce sont les plus utilisés. Il
en existe une multitude d'autres mais qui sont beaucoup plus spécifiques aux systèmes
que ceux là.
Tous les capteurs peuvent-être classés dans la catégorie des extéroceptifs ou des
proprioceptifs, même si en effet un capteur numérique de salinité est plus disposé à être
extéroceptif que proprioceptif.
III) LES CAPTEURS ::: FONCTIONNEMENT GLOBAL
1) Capteurs de tous types
Pour la plupart des capteurs physiques sont utilisés des éléments résistifs ou bien
d’autres techniques liées à la fréquence, afin d’interpréter le mesurande.
Pour les capteurs chimiques souvent la résistivité des éléments est aussi employée, mais
ce sont surtout des différences chimiques entre deux (ou plusieurs) matériaux qui sont
utilisées pour effectuer les mesures.
Chaque capteur qu’il soit physique ou chimique, qu’il soit extéroceptif ou proprioceptif
peut encore être classé dans une des deux autres catégories de capteurs. Ce classement
est en rapport avec la façon dont le capteur transforme le mesurande en signal
électrique. Ce sont les capteurs actifs ou passifs.
a) Capteurs actifs
Les capteurs actifs sont des capteurs qui transforment le mesurande (énergie thermique
ou mécanique) directement en signal.
Au mesurande est associée une tension ou un courant. Cette conversion immédiate est
due à un principe physique dans tous les cas.
Le signal sortant du capteur actif arrive ensuite sur un conditionneur, qui lui va adapter
le signal au système.

Conditionneur: Le capteur transforme une grandeur physique en signal
électrique interprétable par un système. Le conditionneur juste après, adapte au
système le signal délivré par le capteur. Le conditionneur est donc chargé de
transformer un signal électrique en signal de mesure.
Voir schéma de fonctionnement du capteur actif page suivante
b) Capteurs passifs
Les capteurs passifs sont des capteurs qui ont sensiblement le même mode de
fonctionnement que les capteurs actifs, mais en plusieurs étapes intermédiaires. Dans le
cas d’un capteur passif celui-ci est formé d’un corps d’épreuve et d’un transducteur, suivi
bien sûr du conditionneur.
 Corps d’épreuve: Matériau résistif (dans la majorité des cas) qui a pour fonction
de varier selon le mesurande.
 Transducteur: Juste après le corps d’épreuve, c’et la partie sensible. Il a pour
but de transformer la mesure en signal électrique.
Voir schéma de fonctionnement du capteur passif page suivante
Tout comme les capteurs proprioceptifs et extéroceptifs, certains capteurs sont plus
disposés à être actifs que passifs.
Les capteurs où des résistances sont utilisées sont plutôt des capteurs passifs (exemple:
capteur de position)
Les capteurs où des forces mécaniques, magnétiques et thermiques interviennent sont
plutôt des capteurs actifs (exemple: capteur inductif).
2) Exemples des principaux capteurs
a) Capteur inductif
Un capteur inductif est un capteur magnétique. A
l’extrémité du capteur se trouve un champ magnétique.
Ce champ magnétique est généré par un self et une
capacité mise en parallèles. Lorsqu’un objet pénètre dans
ce champ, il le perturbe, et les oscillations du signal
diminuent. Donc le fonctionnement du système autour du
capteur (+ conditionneur) s’arrête. Comme dans le
panneau d’affichage Trivision, pour détecter les positions
des pales.
Le prix moyen pour ce genre de capteur est de 15€. Celui-ci coute 12€. C’est un capteur
actif, utilisant la variation de fréquence pour interpréter le mesurande.
b) Capteur thermique
Un capteur thermique est un capteur constitué de
matériaux résistifs à propriétés différentes. Ce qui permet
selon la température de créer des variations de résistances
donc de signal (puisque les matériaux réagissent
différemment à la chaleur ou au froid). Ce type de capteur
(passif) est appelé « thermistance ».
Le prix moyen pour ce genre de capteur est de 25€ (certains capteurs thermiques
coûtent plus de 100€). Celui-ci coûte 4,72€, et c’est une thermistance, utilisant donc des
résistances pour interpréter le mesurande prélevé. Mais son utilisation est limiter à une
fourchette de température allant de -50°C à +150°C seulement. Inintéressant pour un
milieu industriel.
c) Capteur de pression (dans l’air)
Les capteurs de pressions sont très proches des capteurs
thermiques. Utilisant la plupart du temps les mêmes types
de capteurs mais cette fois pour une autre grandeur
physique. En effet ce capteur a un réseau de résistances
pour les mesures et des amplificateurs qui émettent des
signaux pour pouvoir relevé le mesurande. Cette pression
est « captée » puis transformée en signal qui déduira la
pression ambiante extérieure ou du système (vérin).
Le prix moyen pour un capteur de ce type est de 45€. Celui-ci coûte 32€, et il est de
type passif. De plus la tension émise et la valeur du mesurande (pression) sont
proportionnelles.
d) Capteur de pression (poids/masse)
Les capteurs de pressions de ce type sont dits de
« pression superficielle ». C'est-à-dire qu’on exerce une
force sur le capteur, ou bien qu’on pose une masse mais
qui exercera de toute façon une force aussi (attraction
terrestre). Ce type de capteur ici est extéroceptif passif.
Formé de résistances qui sont modifiées par le capteur
selon la pression appliquée. L’étendue de mesure est faible
(de 10g à 10 Kg), d’où son faible prix (seulement 8€). De
plus le mesurande (pression) est ici proportionnel au signal
de sorti (résistances qui peuvent variées de 2MΩ à 1KΩ).
IV)
LES CAPTEURS ::: ETUDE QUALITATIVE
1) Comment différencier des capteurs
Chaque capteur est spécifique à un système, et à un mesurande. Donc on ne peut pas les
comparer par rapport à ces spécificités. Par contre ils ont tous des caractéristiques au
niveau de leurs sensibilités notamment qui permet de comparer deux capteurs. En effet
on peut juger un capteur meilleur qu’un autre par rapport à plusieurs critères qui sont :

La précision: Plus petite variation du mesurande détectable par un capteur.

L’étendue de la mesure: Différence entre le plus petit signal détecté et le plus
grand perceptible sans risque de destruction pour le capteur. Celle-ci doit être
réglable à l’étalonnage.

L’étalonnage: Permet de régler l’étendue de la mesure.

Le temps de réponse: C’est la rapidité du capteur à interpréter un changement
brusque du mesurande (bande passante).

La sensibilité: C’est un écart par rapport à la courbe de l’étalonnage
représentant le mesurande en fonction du signal. Cet écart est exprimé en
pourcentage. Si la sensibilité est faible cela ne signifie pas forcément que la
précision est élevée.
2) Comment choisir un bon capteur
D’après les caractéristiques expliquées précédemment on peut comparer plusieurs
capteurs d’une même catégorie et/ou de catégories différentes.
Pour procéder à cela il faut d’abord regarder l’étendue de mesure, qui dépend bien
évidement de l’utilisation que l’on veut en faire.
Ensuite la précision qui est très importante, avec en parallèle l’étalonnage pour baisser le
seuil, si jamais celui-ci est trop important pour le système par défaut.
Le temps de réponse dépend lui aussi de la fonction qu’aura le capteur. Si c’est un
capteur comme celui présent dans un radar automatique il faudra que son temps de
réponse soit très rapide. Par contre si c’est un capteur de niveau d’eau, son temps de
réponse peut être plus élevé.
La sensibilité est importante certes mais si celle-ci est inférieure à 10%, cela suffit
amplement pour un milieu semi-professionnel voir amateur. Par contre le pourcentage
d’erreurs (de mesure et de justesse) du capteur lui est très important. Il faut être très
sélectif à ce niveau là.
Ensuite des critères différents entrent en jeu. Il faut que votre capteur soit aux normes
européennes et que celui-ci soit soumis aux accords commerciaux (marché en cours
n°19101). Ce sont les deux conditions qui « valident » les caractéristiques du capteur.
Pour terminer il suffit de faire une étude comparative des prix des capteurs selon les
critères sélectionnés.
3) Prix des capteurs
Un capteur à coût très élevé ne signifie pas toujours une bonne qualité et de bonnes
performances.
Un capteur à coût faible cache souvent des inconvénients (étendue de mesure petite,
bande passante grande,…), ou simplement peut être utilisé dans de petits systèmes mais
sûrement pas à une échelle plus grande (exemple du capteur de pression (poids/masse)
dans le III) d)).
Actuellement les capteurs les plus chers sont tous des
capteurs qui utilisent une technologie thermique et/ou solaire,
et qui ont bien sûr des bonnes caractéristiques d’où leur prix.
Par exemple un bon capteur thermique, pour une utilisation
professionnelle coûte près de 200€. Il est par conséquent
capable de mesurer jusqu’à 400°C, fait seulement 1,5 cm de
hauteur et environ 1cm de large. Son étendue de mesure est
réglable, les erreurs moindres, et la bande passante très
attractive. Un capteur du même type à 40€ capable lui aussi
de mesurer jusqu’à 400°C aura sûrement des caractéristiques
beaucoup moins bonnes.
Important: Il faut aussi être méfiant des petits pourcentages de sensibilité, car les
constructeurs ne précisent jamais si ce pourcentage est calculé en fonction d’un point de
l’étalonnage ou sur l’étendue de la courbe. Donc un petit pourcentage ne veut pas
toujours dire une bonne sensibilité globale…
4) Conclusion
Il existe un nombre incalculable de capteurs différents, des capteurs à faible coût, ou
chers, mais dans chaque cas c’est pareil. Il faut bien regarder les caractéristiques des
capteurs qui sont détaillées au début de cette partie (IV) et réfléchir aux conditions dans
lesquelles ce capteurs fonctionnera (système et environnement).
SOURCES
Documentations:
Livre: "Sciences de l'ingénieur", Première S, édition FOUCHER 2002-2003
Extrait: "Les capteurs en instrumentation industrielle", Georges Asch et
Collaborateurs, édition Dunod, 1991.
Internet:
 http://www.radars-auto.com/radars-automatiques-nouvelle-generation2007.php#mesta-2000
 http://www.futur-reunion.com/product_info.php?products_id=472
 http://philippe.berger2.free.fr/automatique/cours/cpt/les_capteurs.htm
 http://www.si.ens-cachan.fr/ressource/r7/r7_metrologie.htm
 http://www.univ-brest.fr/lpo/instrumentation/index.html
 http://www.si.ens-cachan.fr/ressource/r7/r7_3_bis.htm
 http://www.si.ens-cachan.fr/ressource/r7/r7_2_bis.htm
 http://pagesperso-orange.fr/michel.hubin/index.htm
 http://www.conrad.fr/