Chapitre - 1 - Notions Fondamentales de La Mesure
Chapitre - 1 - Notions Fondamentales de La Mesure
Chapitre - 1 - Notions Fondamentales de La Mesure
Le cycle Mesurer, Comparer et Corriger est un cycle à boucle fermée. Le schéma de principe de la boucle de
régulation est présenté à la Figure2.
Il est possible d’utiliser des appareils pour effectuer la même tâche en réalisant ainsi les mêmes fonctions
que l’homme, éliminant ainsi les risques d’erreur. L’installation de figure réalise les mêmes fonctions que la
personne de la figure
Figure 1-3. Régulation du niveau par des appareils
1.2. Définition
La régulation consiste à maintenir automatiquement une grandeur physique à la valeur désirée quelles que
soient les perturbations qui peuvent subvenir. La régulation d’une grandeur est couramment appelée
régulation de procédé (Boucle de régulation industrielle ou chaîne de mesure pour les instrumentistes
électroniciens). Exemples de régulation de procédé :
• Régulation du niveau d’un réservoir
• Régulation de la température d’un four
• Régulation de la vitesse d’un moteur
• Régulation du débit dans une canalisation
1.3. Synoptique d’une chaîne de régulation industrielle
Le schéma de la régulation devient alors :
1.4. Capteurs
1.4.1. Définition
Le capteur est le premier élément d’une chaîne de mesure, il fournit un signal électrique proportionnel à la
grandeur physique à mesurer (le mesurande). Les capteurs jouent un rôle fondamental dans la technologie
moderne ; grâce à eux les systèmes électroniques peuvent communiquer avec le monde.
Les capteurs ont nettement amélioré l’efficacité des chaînes de mesure ; les méthodes classiques de mesure
(par comparaison, par substitution, …) sont aujourd’hui remplacées par les mesures à base capteurs.
Exemple : balances électroniques, …
Généralement, on obtient une grandeur de sortie du type électrique. Elle peut
être soit :
- une charge, Figure 1-5. Principe d’un Capteur
- une tension,
- un courant,
- une impédance (R, L, C).
1.4.2. Chaîne de mesure
Pour obtenir une image d’une grandeur physique, on fait appel à une chaîne
de mesure qui peut faire intervenir plusieurs phénomènes différents. Par exemple, la mesure d’un débit peut
se faire en plusieurs étapes :
- transformation du débit en une pression différentielle,
- transformation de la pression différentielle en la déformation mécanique d’une membrane,- transformation
de la déformation mécanique en une grandeur électrique (à l’aide d’un piézo-électrique) via un circuit
électronique associé.
L’ensemble de ces étapes constitue la chaîne de mesure.
Le capteur se comporte en sortie comme un dipôle passif qui peut être résistif, capacitif ou inductif. Le
tableau ci-dessous résume, en fonction du mesurande, les effets utilisés pour réaliser la mesure.
2. Capteurs actifs
Dans ce cas, la sortie du capteur est équivalente à un générateur. C’est un dipôle actif qui peut être du type
courant, tension ou charge. Les principes physiques mis en jeu sont présentés ci-dessous.
Thermoélectricité : c’est le principe de tout thermocouple. C’est un circuit constitué de deux conducteurs
de nature chimique différente et dont les jonctions sont à des températures différentes T1 et T2. Il apparaît
aux bornes de ce circuit une tension (force électromotrice) liée à la différence de température (T1-T2).
Pyroélectricité : certains cristaux présentent une polarisation électrique proportionnelle à leur température.
Ainsi, en absorbant un flux de rayonnement, le cristal pyroélectrique va s’échauffer et ainsi sa polarisation
va se modifier entraînant une variation de tension détectable.
Piézoélectricité : l’application d’une force sur ce type de matériau engendre l’apparition de charges
électriques crées par la déformation du matériau. C’est un phénomène réversible.
Induction : la variation d’un flux magnétique engendre l’apparition d’une force électromotrice.
Photoélectricité : sous l’influence d’un rayonnement lumineux, le matériau libère des charges électriques et
celles-ci en fonction du rayonnement.
Effet Hall : un semi-conducteur de type parallélépipède rectangle, placé dans une induction B et parcouru
par un courant I, voit l’apparition, dans la direction perpendiculaire au courant et à l’induction, d’une
différence de potentiel qui a pour expression : UH = KH.I.B.sinθ
KH est fonction du matériau, θ est l’angle entre I et B.
Figure 1-8. Photoélectricité et effet Hall
Remarque :
-L’impédance d’un capteur et ses variations ne sont mesurables qu’en intégrant le capteur dans un circuit de
conditionnement électronique qui permet son alimentation et l’adaptation du signal à la sortie.
-Les capteurs actifs aussi sont souvent associés à des amplificateurs électroniques, car la puissance prélevée
à la mesure affectée du rendement de conversion est en général insuffisante pour assurer le fonctionnement
de la chaîne de mesure. Il peut donc y avoir, même dans le cas de l’utilisation de capteurs actifs, nécessité de
disposer d’une source auxiliaire d’énergie.