Niveau : Première générale, enseignement de spécialité SI
Un capteur permet de convertir une grandeur physique (mesurande) en un signal électrique. Ceci permettra un traitement du signal électrique par des structures électroniques à des fins de mesures et/ou de commandes.
logique : deux valeurs possibles , aussi désigné tout ou rien (TOR), logique ou binaire. On parle alors de détecteurs qui sont utilisés dans les automatismes séquentiels. Les plus triviaux étant les interrupteurs et boutons-poussoirs
La grandeur électrique délivrée en sortie par ce type de capteur est en relation directe (le plus souvent proportionnelle) à la grandeur physique à capter. Le signal varie de façon continue au cours du temps et possède une de valeurs possibles dans un intervalle donné.
Ce type de capteur délivre en sortie une information électrique à caractère numérique, c’est-à-dire ne pouvant prendre qu’un nombre de valeurs. Le signal varie de façon discontinue au cours du temps. L’information délivrée par ces capteurs est un code numérique sur plusieurs bits.
Un Convertisseur Analogique-Numérique (CAN) peut se charger de transformer un signal analogique en un signal numérique.
la grandeur physique d'entrée modifie directement la grandeur électrique passive : une impédance (résistance, la capacité ou l'inductance).
La grandeur d'entrée ou ses variations génère directement une énergie (tension, courant, charge électrique). Cette énergie étant généralement faible, les capteurs nécessitent tout de même l'utilisation d'amplificateurs.
Ils intègrent une chaine d'acquisition sur un unique circuit et peuvent déliver une trame (RS232, I2C...)
Exemple : DHT22 ou DS1820
Un CAN est un dispositif qui transforme un signal analogique (valeur continue, comme une tension ou un courant variant de manière fluide) en un signal numérique (valeurs discrètes sous forme de bits).
Il se déroule en plusieurs étapes :
Le signal analogique est mesuré à des intervalles réguliers dans le temps, appelés périodes d’échantillonnage. Plus la fréquence d’échantillonnage est élevée, plus le signal numérique sera proche du signal analogique original.
Chaque valeur mesurée est approximée à la valeur discrète la plus proche correspondant à un niveau prédéfini. Par exemple, un CAN 8 bits peut représenter 28 = 256 niveaux (de 0 à 255). Plus le nombre de bits est élévé, plus le signal numérique sera proche du signal analogique original.
Le quantum correspond à la résolution du CAN, c’est-à-dire l’écart entre deux valeurs numériques successives en sortie. Sa valeur est déterminée par la plage de mesure du convertisseur et par le nombre de niveaux de quantification (dépendant du nombre de bits du CAN).
Exemple d'un CAN 3 bits
Définition du Quantum : $q=V_(ref)/2^n$
Calculer la valeur du quantum q
, lorsque Vref = 5V pour un CAN de 8 bits
$q= V_(ref)/2^n$ Vref = ? n = ? $q = ?$
Les niveaux de quantification sont codés en binaire sur un certain nombre de bits.
Par exemple :
$N= (Ve)/q$ Ve = ? q = ? $N = ?$
$Ve = N*q$ On convertit N en décimal : 0b 1000 0100 =... $Ve = $
$s=Delta_(s o r t i e)/Delta_(entrée)$
Exemple : le capteur de température LM35 a une sensibilité de 10mV par °C.ε=constante
Remarque : une erreur est une valeur algébrique, elle peut donc être négative !
C’est une erreur qui dépend de façon linéaire de la grandeur mesurée :
La caractéristique n’est pas une droite.
La caractéristique est « en escalier », cette erreur est souvent due à une numérisation du signal.
Sources : Cours de Denis GUERIN, TSI lycée Eiffel (Dijon), Cours de Christian BISSIERES, Cours de Patrick ABATI
Pascal Hassenforder 31/10/2021