Article de référence | Réf : R401 v1

Capteurs de gaz
Capteurs - Principes de constitution

Auteur(s) : Yves PARMANTIER, Frédéric KRATZ

Relu et validé le 15 mars 2022

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RÉSUMÉ

Cet article répertorie les principes de constitution des capteurs de grandeurs physiques ou mécaniques. Seuls sont présentés les dispositifs les plus couramment utilisés, pour n’en citer que quelques-uns : capteurs de couple, de force et de poids, de pression, détecteurs de proximité, capteurs de déplacement, de température, de gaz. Cette liste n’est donc pas limitative. Est évoquée pour finir la nouvelle génération de capteurs, notamment les capteurs intelligents qui intègrent un organe de calcul interne, un système de conditionnement du signal et une interface de communication, ainsi que les capteurs chimiques.

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ABSTRACT

Sensors - Design principles

This article lists the design principles of sensors of physical or mechanical quantities. It solely presents the most commonly used devises such as, for instance sensors of torque, force , weight, pressure, proximity, displacement, temperature and gas. This list is thus not exhaustive. This article finishes by presenting the new generation of sensors and in particular the smart sensors which integrate an internal calculation devise, a signal conditioning system, a communication interface and chemical sensors.

Auteur(s)

  • Yves PARMANTIER : Ingénieur de recherche - Animateur du pôle Capteurs – Automatismes, université d'Orléans

  • Frédéric KRATZ : Professeur des universités - Institut Prisme, ENSIB (École nationale supérieure d'ingénieurs de Bourges) - Responsable de l'équipe - projet MCDS (modélisation, commande et diagnostic des systèmes)

INTRODUCTION

Dans cet article, qui fait suite à [R 400], sont répertoriés les principes de constitution des capteurs de grandeurs physiques ou mécaniques. Cet article est la nouvelle édition de l'article Capteurs rédigé par Jacques Toux, auquel sont empruntés certains extraits.

Dans tous les paragraphes qui suivent, les schémas ne sont pas limitatifs, ils représentent seulement les dispositifs les plus couramment utilisés.

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De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-r401


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11. Capteurs de gaz

Les différents types de capteurs sont les suivants.

  • Sondes à électrolyte solide (figure 44)

    • capteur à oxygène, référence air (figure 44a) : le gaz circule dans un tube d'électrolyte ; deux électrodes mesurent la f.é.m entre le fil de platine du couple thermoélectrique et le fil de platine connecté à l'électrode de référence. La figure 44b montre le modèle utilisé pour les moteurs à explosion ;

    • capteur pour la mesure du chlore (figure 44c) ;

    • capteur pour la mesure d'anhydride sulfureux (figure 44d ).

  • Capteurs basés sur les propriétés magnétiques

    Un exemple de capteur d'oxygène paramagnétique est donné figure 45. Cet analyseur utilise la propriété paramagnétique de l'oxygène : dans un champ magnétique inhomogène, les molécules d'oxygène sont attirées, du fait de leur paramagnétisme, vers la zone de champ la plus élevée. Si deux gaz de concentrations différentes en oxygène se rencontrent dans un champ magnétique, il se produit entre eux une différence de pression. Le gaz de référence (figure 45) est amené à la cellule de mesure par deux canaux. L'un des deux flux de gaz de référence rencontre le gaz de mesure dans le champ magnétique (7) ; la pression, proportionnelle à la teneur en oxygène du gaz de mesure, provoque un écoulement forcé du gaz de référence par le canal de jonction, à travers un microdétecteur de débit (4) qui convertit ce débit en signal électrique.

  • Capteurs de gaz à semiconducteurs organiques ou métalliques, en couche épaisse ou mince

    La figure 46 donne l'exemple d'un capteur à oxyde d'étain fritté semiconducteur SnO2 utilisé pour la détection de gaz combustibles. L'adsorption du gaz à la surface de l'oxyde semiconducteur provoque une variation de conductivité superficielle du capteur, qui est mesurée....

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ASCH (G.) -   Les capteurs en instrumentation industrielle.  -  6e édition, Dunod (2006).

  • (2) - ASCH (G.) -   Acquisition de données. Du capteur à l'ordinateur.  -  Dunod, 2e édition (2003).

  • (3) - GROUT (M.) -   Instrumentation industrielle : spécification et installation des capteurs et des vannes de régulation.  -  Dunod (2002).

  • (4) - AVRIL (J.) et coll -   Encyclopédie d'analyse des contraintes.  -  Vishay Micromesures. Et sur le web : documents à télécharger sur le site Vishay (1984). http://www.vishay.com/

  • (5) - Capteurs français -   Textes des conférences.  -  La Documentation française (1979, 1981, 1984, 1986, 1989).

  • (6) - PLACKO (D.) -   De la physique du capteur au signal électrique : mesure et instrumentation.  -  Hermès...

1 À lire également dans nos bases

###

Base Mesures. Généralités

COURTIER (J.-C.) - GIACOMO (P.) - Vocabulaire de la mesure. - [R 113] (2003).

FESTINGER (J.-C.) - Capteurs à fibres optiques. Présentation. - [R 412] (2007).

Base Mesures mécaniques et dimensionnelles

LE GOËR (J.-L.) - AVRIL (J.) - Capteurs à jauges extensométriques. - [R 1 860] (1992).

AUDAIRE (J.-L.) - Détecteurs de rayonnements optiques. - [R 6 450] (2000).

GAMAC - Mesure de force et de couple – Capteurs de force (partie 1). - [R 1 820] (2008).

GAMAC - Mesure de force et de couple – Couplemètres (partie 2). - [R 1 821] (2008).

Base Mesures physiques

BONNIER (G.) - DEVIN (E.) - Couples thermoélectriques – Caractéristiques et mesure de température. - [R 2 590] (1997).

Base Électronique

SAVELLI (M.) - GASQUET (D.) - ORSAL (B.) - Physique des dispositifs électroniques. - [E1 100] (1996).

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