Capteur et Mesureséance 1 : introduction, métrologie

F. Kölbl

Maître de Conférences

Laboratoire ETIS - ENSEA - UCP - CNRS UMR8051IUT Cergy-Pontoise, Dep GEII, site de Neuville

florian.kolbl@{u-cergy,ensea}.fr

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Introduction

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market forecast 2022 (1/4)

source : https://www.i-scoop.eu/global-sensor-market-forecast-2022/

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market forecast 2022 (2/4)

source : https://www.i-scoop.eu/global-sensor-market-forecast-2022/

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market forecast 2022 (3/4)

source : https://www.i-scoop.eu/global-sensor-market-forecast-2022/

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market forecast 2022 (4/4)

source : https://www.i-scoop.eu/global-sensor-market-forecast-2022/

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Points abordés dans le cours

1- métrologie, principes généraux,

2- capteurs conventionels :températurepression...

3- circuits d’interface :Amplification, aquisition, détection,Filtrage,Convertion

4- noeuds et réseaux de capteur,

5- capteurs non-conventionnels.

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Points abordés dans le cours

1- métrologie, principes généraux,2- capteurs conventionels :

températurepression...

3- circuits d’interface :Amplification, aquisition, détection,Filtrage,Convertion

4- noeuds et réseaux de capteur,

5- capteurs non-conventionnels.

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Points abordés dans le cours

1- métrologie, principes généraux,2- capteurs conventionels :

températurepression...

3- circuits d’interface :Amplification, aquisition, détection,Filtrage,Convertion

4- noeuds et réseaux de capteur,

5- capteurs non-conventionnels.

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Points abordés dans le cours

1- métrologie, principes généraux,2- capteurs conventionels :

températurepression...

3- circuits d’interface :Amplification, aquisition, détection,Filtrage,Convertion

4- noeuds et réseaux de capteur,

5- capteurs non-conventionnels.

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Points abordés dans le cours

1- métrologie, principes généraux,2- capteurs conventionels :

températurepression...

3- circuits d’interface :Amplification, aquisition, détection,Filtrage,Convertion

4- noeuds et réseaux de capteur,

5- capteurs non-conventionnels.

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Points abordés dans le cours

1- métrologie, principes généraux,2- capteurs conventionels :

températurepression...

3- circuits d’interface :Amplification, aquisition, détection,Filtrage,Convertion

4- noeuds et réseaux de capteur,

5- capteurs non-conventionnels.

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Plan du cours

11 Système International

2 Définitions

3 Chaine de mesure

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Grandeur Physique et Unités

Grandeur Physique

Propriété qui peut être calculée ou mesurée sous la forme d’un nombre (réelou complexe). Une grandeur est le plus souvent accompagnée d’une unité.

Système international

Système de 7 grandeurs de bases,

Unités de base correspondantes,

Autres grandeurs et unités définies comme dérivées

Défini par le Bureau International des Poids et Mesures

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Bureau International des Poids et Mesures

Le BIPM a pour mission d’assurer l’uniformitémondiale des mesures et leur traçabilité auSystème international d’unités (SI).

Il travaille sous l’autorité de la convention duMètre, qui est un traité diplomatique concluentre cinquante et une nations. Il exerce sonactivité avec l’aide d’un certain nombre deComités consultatifs, dont les membres sont deslaboratoires nationaux de métrologie des Étatsmembres de la convention du Mètre, et par sontravail de laboratoire.

Le BIPM effectue des recherches liées à lamétrologie. Il organise ou participe à des com-paraisons internationales d’étalons nationauxde mesure et effectue des étalonnages pour lesÉtats membres.

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Système International - convention du mètre

date d’adoption de la convention du mètre, en noir pays ne l’ayant pas encore adoptée.

utilisation systématique dans les publications scientifiques,

utilisé en EU sur les standards industriels,

attention aux unités de longueurs aux USA.

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Grandeurs et unités de base

grandeur symbole unité abréviationlongeur L mètre [m]temps T seconde [s]température Θ kelvin [K ]masse M kilogramme [kg]quantité de matière n moleIntensité électrique I ampère [A]intensité lumineuse J candela [Iv ]

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Définitions intéressantes

Temps : seconde

La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiationcorrespondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l’étatfondamental de l’atome de césium 133.

Longeur : mètre

Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendantune durée de 1/299 792 458 de seconde.

Intensité Electrique : ampère

L’ampère est l’intensité d’un courant constant qui, maintenu dans deuxconducteurs parallèles, rectilignes, de longueur infinie, de section circulairenégligeable et placés à une distance de 1 mètre l’un de l’autre dans le vide,produirait entre ces conducteurs une force égale à 2 x 10–7 newton par mètrede longueur.

... comment est définie la force ?

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Intrus : la masse et le kilogramme

Le kilogramme est l’unité de masse ; il est égal à la masse du prototypeinternational du kilogramme.

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Préfixes du SI

10n Préfixe Symbole 10n Préfixe Symbole

101 déca da 10−1 déci d102 hecto h 10−2 centi c103 kilo k 10−3 milli m106 méga M 10−6 micro µ

109 giga G 10−9 nano n1012 tera T 10−12 pico p1015 péta P 10−15 femto f1018 exa E 10−18 atto a1021 zetta Z 10−21 zepto z1024 yota Y 10−24 yocto y

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Définitions de métrologie

Mesurage

Ensemble d’opérations ayant pour but de déterminer une valeur d’unegrandeur.

Mesure (x)

évaluation d’une grandeur avec une autre grandeur de même nature prisepour unité

Attention !!! : un capteur ne fait pas de mesure, mais c’est un élément d’unechaine de mesure !

c’est l’interface entre la grandeur et (pour nous) les grandeurs électriques.

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Incertitude de mesure

Incertitude (dx)

La mesure (x) d’une grandeur X est totalement définie par le couple (x ,dx) oudx est l’incertitude. On peut écrire avec certitude :

x − dx < X < x + dx

cette incertitude est due aux erreurs de mesure, de la chaine de mesure et aubruit.

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Erreur de mesure - quantités

Erreur absolueErreur exprimée dans l’unité de mesure, définie par :

ε = x − X

où X est la mesurande

Erreur relativeErreur de mesure normalisée par la mesurande :

εr =ε

X

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Types d’erreur (1/5)

mesurande

me

sure

courbe exactemesure

Erreur d’offsetSimple à rétablir, dans la chaine de mesure ou en post-traitement.

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Types d’erreur (2/5)

mesurande

me

sure

courbe exactemesure

Erreur d’echelleRelation linéaire entre la courbe réelle et la mesurande.Simple à rétablir, dans la chaine de mesure ou en post-traitement.

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Types d’erreur (3/5)

mesurande

me

sure

courbe exactemesure

Non-linéaritéRelation non-linéaire entre la courbe réelle et la mesurande.Erreur délicate à traiter dans la chaine de mesure, potentiellement égalementen post-traitement.

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Types d’erreur (4/5)

mesurande

me

sure

courbe exactemesure

Hystéresis

Dépendance à la mesure précédenteErreur non-traitable dans la chaine de mesure, complexe à traiter enpost-traitement.

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Types d’erreur (5/5)

mesurande

me

sure

courbe exacte

Erreur de quantification

irresolvable, la numérisation est critique dans une chaine de mesure, tant sur laquantification que sur l’échantillonage et le filtrage associé.

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Echelle de mesure

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Chaine de mesure - vue générale

Capteur Conditionnement Traitement

mesurande mesure

loi de convertionsortie analogique/numerique

amplification, interfacefiltrage

convertiontransmission

filtrage numériqueinterprétation(commande)

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Chaine de mesure - vue générale

Capteur Conditionnement Traitement

mesurande mesure

loi de convertionsortie analogique/numerique

amplification, interfacefiltrage

convertiontransmission

filtrage numériqueinterprétation(commande)

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Chaine de mesure - vue générale

Capteur Conditionnement Traitement

mesurande mesure

loi de convertionsortie analogique/numerique

amplification, interfacefiltrage

convertiontransmission

filtrage numériqueinterprétation(commande)

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Chaine de mesure - vue générale

Capteur Conditionnement Traitement

mesurande mesure

loi de convertionsortie analogique/numerique

amplification, interfacefiltrage

convertiontransmission

filtrage numériqueinterprétation(commande)

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