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Cours IPST/CNAM-2000-2001CAPTEURS EN INSTRUMENTATION• INFORMATIONS GENERALES40h= 37h de cours + 1.5h de partiel + 1.5h d'examenIntervenants: Céline Nayral, Claude Meny, Pierre JeanEnseignant-Chercheurs au C.E.S.R.• PLAN DES COURS- Propriétés générales et conditionneurs PJ- Capteurs optiques PJ- Détecteurs de rayonnements nucléaires PJ- Capteurs thermiques CM- Capteurs de Forces CM- Capteurs de Pression CM- Capteurs Chimique CNPROPRIETES GENERALES ET CONDITIONNEURSDurée: 9hA - PROPRIETES GENERALES1 - Principes fondamentaux• Définitions et caractéristiques générales• Capteurs actifs• Capteurs passifs• Corps d'épreuve - capteurs composites• Grandeurs d'influences• La chaîne de mesure• Capteurs intégrés• Capteurs intelligents2- Caractéristiques métrologiques• Les erreurs de mesures• Etalonnage des capteurs• Limites d'utilisation• Sensibilité• Rapidité - temps de réponseB - CONDITIONNEMENT DU SIGNALA - PROPRIETES GENERALES1 - Principes fondamentaux• Définitions et caractéristiques généralesgrandeurs d'influenceggg ...i1 2smCapteurgrandeurmesurandeelectriques = f(m; g , g ... g)1 2 i------> actifs : s = q, i, vCapteurs------> passifs : s = R, L, C• Capteurs actifsMesurande Effet utilisé Grandeur de sortieTempérature Thermoélectricité TensionFlux de Pyroélectrité Chargerayonnement Photoémission Courantoptique Effet photovoltaïque TensionForcepression Piézoélectricité ChargeaccélérationVitesse Induction ...
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Cours IPST/CNAM-2000-2001
CAPTEURS EN INSTRUMENTATION
• INFORMATIONS GENERALES
40h= 37h de cours + 1.5h de partiel + 1.5h d'examen
Intervenants: Céline Nayral, Claude Meny, Pierre Jean
Enseignant-Chercheurs au C.E.S.R.
• PLAN DES COURS
- Propriétés générales et conditionneurs PJ
- Capteurs optiques PJ
- Détecteurs de rayonnements nucléaires PJ
- Capteurs thermiques CM
- Capteurs de Forces CM
- Capteurs de Pression CM
- Capteurs Chimique CNPROPRIETES GENERALES ET CONDITIONNEURS
Durée: 9h
A - PROPRIETES GENERALES
1 - Principes fondamentaux
• Définitions et caractéristiques générales
• Capteurs actifs
• Capteurs passifs
• Corps d'épreuve - capteurs composites
• Grandeurs d'influences
• La chaîne de mesure
• Capteurs intégrés
• Capteurs intelligents
2- Caractéristiques métrologiques
• Les erreurs de mesures
• Etalonnage des capteurs
• Limites d'utilisation
• Sensibilité
• Rapidité - temps de réponse
B - CONDITIONNEMENT DU SIGNALA - PROPRIETES GENERALES
1 - Principes fondamentaux
• Définitions et caractéristiques générales
grandeurs d'influence
ggg ...
i1 2
sm
Capteur
grandeurmesurande
electrique
s = f(m; g , g ... g)1 2 i
------> actifs : s = q, i, v
Capteurs
------> passifs : s = R, L, C• Capteurs actifs
Mesurande Effet utilisé Grandeur de sortie
Température Thermoélectricité Tension
Flux de Pyroélectrité Charge
rayonnement Photoémission Courant
optique Effet photovoltaïque Tension
Force
pression Piézoélectricité Charge
accélération
Vitesse Induction Tension
électromagnétique• Capteurs passifs
Mesurande agit sur: - géométrie
- propriétés électriques (r, m, e )
Caractéristiques
Mesurande Matériaux
électrique
Température Résistivité Métaux: Pt, Ni, Cu
Semi-conducteurs
Basse température Cte. diélectrique Verres
Flux de rayonnement
Résistivité Semi-conducteurs
optique
Résistivité Alliages Ni Si
Déformation Perméabilité Alliages
magnétique ferromagnétiques
Matériaux
Position (aimant) Résistivité magnétorésistant: Bi,
antimoniure d'In
Résistivité LiCl
Humidité
Cte. diélectrique Alumine, Polymères
Niveaux Cte. diélectrique Liquides isolants• Corps d'épreuve - capteurs composites
m m' s Corps
Capteurd'épreuve grandeur
electrique
mesurandemesurande
secondaire
Exemples: Jauge de contrainte, Détecteur gamma
• Grandeurs d'influence
grandeurs d'influence
ggg ...
i1 2
sm
Capteur
grandeurmesurande
electrique
s = f(m; g , g ... g)1 2 i
Principales grandeurs d'influences:
- Température
- Pression, accélération, vibration
- Humidité
- Champ magnétique
- Tension d'alimentation• La chaîne de mesure
m Affichage
... de la valeur du Capteur
mesurande
mesurande
- Forme simple: capteur + voltmétre
- Forme complexe
Capteur 1
ampli. filtre E/B CAN
Capteur 2
multiplexeur..
.
Capteur N contrôle
mémoire de InterfacePprogramme et entrée/sortie
de données
m• Capteurs intégrés
Technique de la microélectronique
Alimentation
m m'
Corps
Capteur Electroniqued'épreuve
SignalSubstrat de Si
Exemples : jauges extensométriques, photocapacités
• Capteurs intelligents
Capteur PROM
principal -identification
-paramètres
m métrologiquesCapteur
..
.g PROM1
programmesCapteur
g
i
RAM
Electronique
d'acquisition
P
bus interne
Interface de communication
bidirectionnelle
bus externe
m2- Caractéristiques métrologiques
• Les erreurs de mesures
m's ->m Chaîne de
Capteur
Mesure
erreur : D m = m' - m
a - Erreurs systématiques
D m = constante ou à variation lentes
Causes :
- Erreurs sur la valeur d'une grandeur de référence
- Erreurs sur les caractéristiques du capteur
- Erreurs de rapidité
- Erreurs de finesse
- Erreurs dans l'exploitation des données brutesb - Erreurs accidentelles
= aléatoirema
Causes :
- Erreurs liées aux indéterminations intrinséques des
caractéristiques instrumentales
Erreur de mobilité - m < résolution du capteur
Erreur de lecture
Erreur d'hystérésis
Erreur de quantification d'un CAN - CAN=1/2
- Erreurs dues à des signaux parasites
Bruit de fond par agitation thermique
Induction parasites, rayonnement électromag.
Fluctuation de tension des sources d'alim.
- Erreur dues à des grandeurs d'influence
Si elles ne sont pas prises en compte à l'etalonnage et
si leurs variations sont plus rapides que la mesure
Solutions :
- Protection de la chaîne de mesure
- Modes opératoires judicieux
D
D
D