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caractérise etc… Et dans la deuxième partie nous présenterons les types des capteurs chimiques ou biochimique. III.2.Généralité sur le capteur. III.2.1.
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3 - Différents types de capteurs En fonction de la caractéristique électrique de la grandeur de sortie on peut classer les capteurs en deux grandes familles :
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Un capteur est un dispositif de prélèvement d'informations qui élabore à partir d'une grandeur physique une autre grandeur physique de nature différente (
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Capteur : Un capteur est un organe de prélèvement d'information qui élabore à partir d'une grandeur physique une autre grandeur physique de nature différente (
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26 sept 2017 · 1 1 2 Capteurs actifs 3 1 3 Capteurs passifs 5 1 4 Corps d'épreuve 14 2 Différents domaines du vide – Types de jauges
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Il peut y avoir trois types de signaux de sortie différents : • Signal binaire ; • Signal analogique ; • Signal numérique 2 1 LES CAPTEURS TOR (TOUT
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La plupart des capteurs de type mécanique sont du 2nd ordre La plupart des capteurs ont des réponses du 1er ou le plus souvent du 2nd ordre mg
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Les capteurs analogiques servent à transformer une grandeur physique en un autre type de variation d'impédance de capacité d'inductance ou de tension Un
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Les détecteurs capacitifs peuvent se présenter sous différentes formes : ? Cylindriques ? En boîtiers Les détecteurs capacitifs existent suivant différents
Quels sont les différents types de capteurs ?
Il y a trois familles de capteurs : les capteurs TOR (tout-ou-rien), les capteurs analogiques et les capteurs numériques. Le signal produit est différent selon le type de capteur utilisé : signal analogique, signal logique ou signal logique codé.Quels sont les deux types de capteurs ?
On peut alors classer les capteurs en deux catégories, les capteurs à contact qui nécessitent un contact direct avec l'objet à détecter et les capteurs de proximité. Chaque catégorie peut être subdivisée en trois catégories de capteurs : les capteurs mécaniques, électriques, pneumatique.C'est quoi un capteur PDF ?
Définition: Dispositif de métrologie chargé de traduire les variations d'un procédé physico-chimique en une grandeur exploitable.- Le signal issu du capteur peut prendre des formes très variées, et il peut être nécessaire de le mettre en forme et de le numériser (Doc 2). On distingue deux grandes familles de capteurs : les capteurs à réponse analogique et les capteurs à réponse numérique.
asch_76020" (Col. : Technique et Ingénierie 17x24) 2017/9/26 14:53 page iii #3
Georges Asch
Bernard Poussery
LES CAPTEURS
EN INSTRUMENTATION
INDUSTRIELLE
Préface de Marc Desjardins,
ancien président du comité "Capteurs» au ministère de la Recherche et de l"Industrie 8 eédition
asch_76020" (Col. : Technique et Ingénierie 17x24) 2017/9/26 14:53 page iv #4
Collaborateurs
Pierre DESGOUTTE,docteur ès sciences
Pierre ANDRÉ,ingénieur
Jacques BEAUFRONT,directeur d'études
Georges CHARNAY,chercheur au CNRS
Geneviève COMTE-BELLOT,professeur émériteBernard CRÉTINON,responsable de laboratoire
Jacques FOULETIER,professeur des universités
Nicole JAFFREZIC,chercheur au CNRS
Claude JOUVENOT,ingénieur
Stéphane LAUDREL,ingénieur
Pierre LIVROZET,ingénieur
Jean-Louis MARTY,professeur des universités
Alain MAZERAN,ingénieur
Jacques MÉRIGOUX,ingénieur
Patrick PAIROT DEFONTENAY,ingénieur
Alain PIQUET,docteur ès sciences
Jean-Claude PRIGENT,ingénieur
Jean-Paul SCHON,professeur des universités
Michel SUNYACH,professeur des universités
Jacques TACUSSEL,ingénieur
Uri ZELBSTEIN,ingénieur
Photo de couverture : © curraheeshutter - istockphoto.com©Dunod, 1983, 2006, 2010, 2017
11 rue Paul Bert, 92240 Malakoff
www.dunod.comISBN 978-2-10-076020-6
asch_76020" (Col. : Technique et Ingénierie 17x24) 2017/9/26 14:53 page v #5
PRÉFACE
Ce monde est pénétré des applications de la mesure; toute connaissance, non mesurable, est frappée d"un ju- gement de dépréciation. Le nom de " science » se refuse de plus en plus à tout savoir intraduisible en chiffre.Paul Valéry
Paul Valéry ne savait probablement pas combien son affirmation serait, en 1982, d"actualité.Notremondeest,etsera,eneffetdeplus enpluspénétrédesapplications de la mesure. À l"évidence, nous savons que seule la mesure permet de conduire le progrès scien- tifique et d"accroître la connaissance de ce qui nous entoure; les limites ne sont pas atteintes et ne le seront jamais. Il nous apparaît, à ce jour, que la mesure joue un rôle de plus en plus fondamental dans le développement des activités industrielles avec la sophistication des automatismes, larobotique, le contrôle de la qualité, les économies d"énergie, la lutte contre la pollution, etc. De plus, la mesure, au travers de l"automatisme, trouve maintenant des applications nombreuses dans la concep- tion et la réalisation des biens de consommation, l"électroménager, l"automobile, les jouets, etc. La mesure devient un facteur essentiel de l"économie; elle doit être traitée avec une attention particulière et soutenue. Et rien ne se fera sans le " capteur » qui se trouve à la base de l"édifice " Mesure ». Lui seul permet de prolonger et d"affiner les sens de l"homme. La parution d"un ouvrage technique, traitant des " capteurs » en général, est donc un événement important qu"il convient de souligner. De nombreux livres français et étrangers ont déjà traité, directement ouindirectement, de ce sujet, mais le rythme des évolutions technologiques est tel qu"il s"avérait nécessaire de compléter et de ras- sembler les connaissances actuelles du domaine. En 1982, un tel ouvrage manquait dans la bibliothèque des enseignants, des étudiants, des ingénieurs et techniciens concernés par la mesure. Lesauteursont brillammentréussi dansuneentreprise particulièrementdifficile,car ce domaine spécifique de l"instrumentation est d"un abord délicat. La conception d"un capteur fait appel à toutes les ressources offertes par des disciplines scienti- fiques et techniques aussi variées que la mécanique, l"électromécanique, la micro- électronique, l"optique, la micro-informatique, la chimie, la physico-chimie et tout récemment la biologie. © Dunod. La photocopie non autorisée est un délit. Vasch_76020" (Col. : Technique et Ingénierie 17x24) 2017/9/26 14:53 page vi #6
Il étaitindispensable, pour rédiger ce livre, de posséder un savoir scientifique étendu et du talent pour rassembler, trier et finalement présenter clairement les informa- tions recueillies. Le livre traite d"une façon approfondie desnécessaires définitions du capteur, de ses caractéristiques métrologiques, des électroniques associées et pour l"essentiel pré- sente un panorama complet de tous les types existants. Pour chaque principe per- mettant la transformation de la grandeur à mesurer en un signal exploitable par l"homme, nous trouvons, d"une part, un rappel théorique expliquant le fonction- nement, sans abuser de l"habillage mathématique, et, d"autre part, des informations originales sur les technologies utilisées et leurs limites de performances. Le profes- seur Asch et ses collaborateurs ont eu le souci de rendre vivant et concret l"ouvrage enusantlargementdel"illustrationetdelaprésentationphotographique deproduits existants et commercialisés. Le présent traité est remarquable par son niveau d"actualité. Les dispositifs les plus récemment étudiés, et encore en cours d"expérimentation dans les laboratoires de recherche, ne manquent pas à l"appel. Le spécialiste de la mesure sera surpris de dé- couvrir, à la lecture, des nouveautés qui n"étaient pas encore parvenues à sa connais- sance. Nous ne saurions trop remercier le professeur Asch et ses collaborateurs de mettre une oeuvre aussi complète et utile.Marc Desjardins
Ancien président du Comité " Capteurs»
au ministère de la Recherche et de l"Industrie VIasch_76020" (Col. : Technique et Ingénierie 17x24) 2017/9/26 14:53 page vii #7
TABLE DES MATIÈRES
Préface V
Avant-propos XIII
1Principes fondamentaux 1
par G. Asch, P. Desgoutte et B. Poussery1.1 Définitions et caractéristiques générales1
1.2 Capteurs actifs3
1.3 Capteurs passifs5
1.4 Corps d"épreuve. Capteurs composites7
1.5 Grandeurs d"influence9
1.6 La chaîne de mesure10
1.7 Capteurs intégrés12
1.8 Capteurs intelligents15
1.9 Les signaux des capteurs d"instrumentation industrielle15
2Caractéristiques métrologiques 23
2.1 Les erreurs de mesure23
2.2 Étalonnage du capteur28
2.3 Limites d"utilisation du capteur32
2.4 Sensibilité33
2.5 Rapidité - Temps de réponse45
2.6 Discrétion ou finesse52
3Conditionneurs des capteurs passifs 61
3.1 Caractéristiques générales des conditionneurs de capteurs passifs61
3.2 Montage potentiométrique65
3.3 Les ponts77
3.4 Les oscillateurs96
3.5 Forme et spectre de fréquence du signal à la sortie du conditionneur99
4Conditionneurs du signal 111
4.1 Adaptation de la source du signal à la chaîne de mesure111
4.2 Linéarisation113
4.3 Amplification du signal et réduction de la tension de mode commun130
4.4 Détection de l"information137
© Dunod. La photocopie non autorisée est un délit. VIIasch_76020" (Col. : Technique et Ingénierie 17x24) 2017/9/26 14:53 page viii #8
5Capteurs optiques 147
5.1 La lumière - Propriétés fondamentales147
5.2 Photométrie149
5.3 La lumière, support d"information152
5.4 Sources lumineuses153
5.5 Caractéristiques métrologiques propres aux capteurs optiques154
5.6 Cellule photoconductrice159
5.7 Photodiode171
5.8 Photodiode à avalanche185
5.9 Phototransistor189
5.10 Capteurs photoémissifs198
5.11 Détecteurs thermiques218
5.12 Capteurs d"images229
5.13 Fibres optiques237
6Capteurs de température 247
6.1 Les échelles de température248
6.2 Température mesurée et température à mesurer252
6.3 Thermométrie par résistance265
6.4 Thermométrie par thermocouple294
6.5 Thermométrie par diodes et transistors318
6.6 Thermométrie par le bruit de fond326
6.7 Thermométrie par quartz328
6.8 Mesure de température sur des corps en mouvement335
6.9 Pyrométrie optique337
7Capteurs de position et déplacement 355
7.1 Potentiomètre résistif355
7.2 Capteurs inductifs368
7.3 Capteurs capacitifs393
7.4 Capteurs digitaux403
7.5 Capteurs à propagation d"ondes élastiques409
7.6 Capteurs de proximité414
7.7 Capteurs optiques de position430
8Capteurs de déformation 435
par G. Asch, P. Desgoutte et A. Mazeran8.1 Définition des grandeurs mécaniques utiles435
8.2 Principes généraux436
8.3 Jauges résistives métalliques438
8.4 Sensibilité transversale440
8.5 Influence de la température sur la résistance d"une jauge fixée441
8.6 Jauges résistives semi-conductrices, ou piézorésistances444
8.7 Fonctionnement dynamique des jauges451
8.8 Rosettes452
8.9 Méthodes de mesure453
8.10 Extensomètre à corde vibrante462
VIIIasch_76020" (Col. : Technique et Ingénierie 17x24) 2017/9/26 14:53 page ix #9
8.11 Extensomètres pour hautes températures464
9Capteurs tachymétriques 469
par G. Asch et P. Desgoutte9.1 Tachymètres électromagnétiques de vitesse angulaire470
9.2 Tachymètres électromagnétiques de vitesse linéaire479
9.3 Tachymètres de vitesse angulaire à impulsions481
9.4 Gyromètres484
10Capteurs de force, pesage, couple 489
par P. Desgoutte, P. Pairot et J.-C. Prigent10.1 Capteurs piézoélectriques490
10.2 Capteurs à magnétostriction513
10.3 Capteurs à jauges d"extensométrie518
10.4 Capteurs de force par mesure de déplacement533
10.5 Capteurs de couple535
10.6 Capteur tactile : peau artificielle542
11Capteurs d"accélération, vibration, choc 545
par P. André, J. Beaufront, P. Desgoutte et C. Jouvenot11.1 Considérations générales545
11.2 Accéléromètres piézoélectriques et piézorésistifs :
caractéristiques communes55211.3 Accéléromètres piézoélectriques564
11.4 Accéléromètres piézorésistifs572
11.5 Accéléromètres utilisant une mesure de déplacement583
11.6 Accéléromètres asservis588
12Capteurs de vitesse, débit, masse volumique,
niveau de fluides 595 par G. Asch, G. Charnay, J.-P. Schon, G. Comte-Bellot et B. Poussery12.1 Notions élémentaires de mécanique des fluides595
12.2 Vitesse des fluides : capteurs et méthodes de mesure604
12.3 Débitmétrie621
12.4 Mesure de masse volumique654
12.5 Mesure et détection de niveau658
13Pression 675
par U. Zelbstein et B. Poussery13.1 Généralités676
13.2 Principes de la mesure677
13.3 Critères d"utilisation et caractéristiques métrologiques682
13.4 Procédés de conversion684
13.5 Organisation d"un capteur industriel694
13.6 Étalonnage707
© Dunod. La photocopie non autorisée est un délit. IXasch_76020" (Col. : Technique et Ingénierie 17x24) 2017/9/26 14:53 page x #10
14Capteurs de mesure du vide 711
par A. Piquet14.1 Rappel sur les propriétés physiques des gaz711
14.2 Différents domaines du vide - Types de jauges715
14.3 Jauges à déformation716
14.4 Jauges à fil chaud721
14.5 Jauges à ionisation728
14.6 Appareils pour l"étalonnage des jauges à vide737
15Capteurs acoustiques 741
par M. Sunyach15.1 Choix des grandeurs à mesurer741
15.2 Généralités sur les microphones744
15.3 Principaux types de microphones747
15.4 Microphones à condensateur755
15.5 Microphones électrodynamiques767
15.6 Intensimétrie771
16Détecteurs de rayonnements nucléaires 777
par G. Asch et P. Desgoutte16.1 Radioactivité - Notions élémentaires777
16.2 Détecteurs à ionisation dans les gaz790
16.3 Détecteurs à scintillation796
16.4 Détecteurs semi-conducteurs799
17Capteurs d"humidité 805
par B. Crétinon et J. Mérigoux17.1 Principales définitions relatives à l"air humide806
17.2 Les hygromètres809
17.3 Hygromètre à condensation810
17.4 Hygromètre à sorption813
17.5 Hygromètres à variation d"impédance pour la mesure de l"humidité
relative81717.6 Hygromètre à variation d"impédance pour la mesure de la température
de rosée81917.7 Hygromètre électrolytique821
17.8 Psychromètre824
17.9 Étalonnage des hygromètres826
17.10 Hygrométrie des solides830
18Capteurs électrochimiques 837
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