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Les transducteurs sont des dispositifs techniques qui enregistrent une quantité physique, chimique ou électrique et la convertissent en un signal électrique utilisable.

Ce signal peut ensuite être traité par un système de contrôle, une unité d'affichage ou un système d'acquisition de données. Les capteurs sont donc au cœur de la technologie moderne de mesure et d'automatisation, car ils créent le lien entre le monde réel et le monde numérique.

Vous trouverez ci-dessous un aperçu du principe de base et du mode de fonctionnement, des différents types de capteurs et de leurs variables mesurées, des types de signaux et des interfaces des capteurs, ainsi qu'un aperçu de leur utilisation et des exigences en matière de conception moderne :

Principe de base et mode de fonctionnement des transducteurs :

La fonctionnalité des transducteurs consiste en trois étapes fondamentales :

1. Acquisition de la variable mesurée :
   Cette opération est effectuée par un élément de capteur qui interagit physiquement avec la variable mesurée - par exemple par déformation, changement de température, champs magnétiques ou absorption de lumière.
2. Conversion en un signal électrique :
   La variable mesurée est convertie en une variable électrique, par exemple une tension, un courant ou une fréquence.
3. Traitement du signal :
   Le signal brut est amplifié, filtré, linéarisé ou numérisé pour le rendre utilisable par les systèmes en aval.

Le type de principe de conversion, qu'il soit mécanique, optique, piézoélectrique, magnétique, chimique, etc., dépend de la variable mesurée.

Types de transducteurs et leurs mesurandes :

Les transducteurs sont très spécialisés et peuvent être subdivisés en fonction du mesurande respectif :

1. Grandeurs mécaniques :
   a. Capteurs de pression : Ils mesurent la pression statique ou dynamique des liquides et des gaz, souvent à l'aide d'éléments piézorésistifs ou capacitifs.
   b. Capteurs de force : Convertissent la force mécanique en un signal électrique, souvent à l'aide de jauges de contrainte.
   c. Capteurs de déplacement et de distance : Ils utilisent des méthodes optiques, inductives, capacitives ou ultrasoniques pour déterminer la position.
   d. Capteurs de couple : Ils mesurent la torsion d'un arbre, souvent à l'aide de jauges de contrainte ou de méthodes magnétiques.
2. Variables thermiques :
   a. Capteurs de température : Il s'agit notamment de thermocouples, de thermomètres à résistance, de capteurs de température à semi-conducteur ou de capteurs à infrarouge.
   b. Capteurs de flux de chaleur : Déterminent le flux de chaleur à travers une couche de matériau, souvent en utilisant les principes thermoélectriques.
3. Grandeurs électriques et magnétiques :
   a. Transducteurs de courant et de tension : Mesurent les grandeurs électriques dans les alimentations, les circuits ou les systèmes.
   b. Capteurs de champ magnétique : Utilisent les principes de l'effet Hall ou de la magnétorésistance pour mesurer l'intensité des champs.
4. Grandeurs chimiques et physico-chimiques :
   a. Capteurs de gaz : Détecter les concentrations de certains gaz (par exemple, oxygène, CO₂, ammoniac) à l'aide de méthodes électrochimiques, optiques ou à semi-conducteurs.
   b. Capteurs de pH et capteurs de conductivité : Ils sont utilisés dans les techniques de mesure des processus et de l'environnement pour déterminer les propriétés chimiques des liquides.
   c. Capteurs d'humidité : Ils mesurent l'humidité relative ou absolue de l'air ou des matériaux.

Types de signaux et interfaces des transducteurs :

La plupart des transducteurs modernes fournissent des signaux de sortie normalisés :

1. Signaux analogiques : souvent 4-20 mA ou 0-10 V, adaptés à des voies de transmission simples.
2. Interfaces numériques : I²C, SPI, CAN, Modbus ou IO-Link pour les capteurs intelligents dotés de fonctions supplémentaires.
3. Systèmes de bus de terrain : Tels que Profibus, EtherCAT ou Profinet dans l'automatisation industrielle.

Selon l'application, le capteur peut déjà être calibré en interne, compensé en température et autodiagnostiqué.

Utilisation de transducteurs :

Les capteurs sont utilisés dans presque tous les domaines techniques. Les domaines d'application les plus importants sont les suivants

1. La technologie de l'automatisation :
Dans les installations de production industrielle, les capteurs surveillent en permanence la pression, la température, la position, la vitesse, le débit et d'autres variables du processus.
Les signaux sont utilisés pour la régulation, le contrôle et la sécurité.

2. Technologie de l'énergie :
Les transducteurs enregistrent des paramètres tels que le courant, la tension, la fréquence, la puissance ou les valeurs d'isolation dans les systèmes de distribution d'énergie, les sous-stations et les transformateurs.

3. Ingénierie automobile :
Les capteurs sont élémentaires pour le contrôle de la dynamique du véhicule, les airbags, le contrôle du moteur, la mesure des gaz d'échappement ou les systèmes de gestion de la batterie.

4. Technologie médicale :
Des capteurs biocompatibles sont utilisés pour mesurer des paramètres vitaux tels que la pression artérielle, la température corporelle, le taux de glucose ou les gaz respiratoires.

5. Technique du bâtiment :
Dans les systèmes de chauffage, de climatisation et de ventilation, les capteurs mesurent la température, l'humidité, la teneur en CO₂ et l'intensité lumineuse pour contrôler le confort et l'efficacité énergétique.

6. Technologie de mesure de l'environnement :
Des capteurs spécialisés sont utilisés pour enregistrer les données météorologiques, la qualité de l'air, les analyses d'eau ou les émissions.

Exigences relatives aux transducteurs modernes :

• Précision et répétabilité : Particulièrement cruciales dans les technologies d'assurance ou de contrôle de la qualité.
• Stabilité à long terme : Importante pour les mesures continues sur plusieurs années, par exemple dans les systèmes énergétiques ou les stations environnementales.
• Temps de réponse rapide : Particulièrement pour les processus dynamiques (par exemple, la détection d'explosions ou les mesures de chocs).
• Robustesse : Protection contre la poussière, l'eau, les vibrations, les influences chimiques et la température.
• Étalonnage : Pour la traçabilité des valeurs mesurées par rapport aux normes nationales.

Les transducteurs sont des composants indispensables dans presque toutes les applications techniques, industrielles et scientifiques. Leur tâche principale est l'enregistrement précis de variables réelles et leur conversion en un signal utilisable. La diversité des technologies disponibles permet une adaptation précise à un large éventail de tâches de mesure. Avec l'avènement des capteurs intelligents (smart sensors) et l'intégration dans les systèmes numériques, le transducteur devient de plus en plus un élément clé à l'ère de l'industrie 4.0 et de l'internet des objets (IoT).

Voici un aperçu des points les plus importants à prendre en compte lors de l'achat de transducteurs.

L'achat de transducteurs pour l'enregistrement de variables mécaniques, thermiques, électriques ou chimico-physiques nécessite une vision holistique des critères techniques, spécifiques à l'application et économiques. Il ne s'agit pas seulement de la fonction de mesure pure, mais aussi de l'interaction de la précision, de la robustesse, de l'intégration, de l'étalonnage et de la compatibilité du système.

• La première étape consiste à définir exactement quelle grandeur physique doit être mesurée et dans quelles conditions :
• Variables mécaniques : Variables mécaniques : force, pression, couple, poids
• Variables thermiques : Température, flux de chaleur
• Grandeurs électriques : Tension, courant, résistance, capacité
• Variables physico-chimiques : pH, conductivité, concentration, humidité
• Chacune de ces variables nécessite une technologie de capteur différente - et donc des exigences différentes en termes de conception, de traitement des signaux et de matériaux.
• Le choix du bon principe de mesure est crucial pour l'enregistrement des valeurs mesurées souhaitées :
• Jauges de contrainte (DMS) : pour les variables mécaniques telles que la force et la pression
• Thermocouples ou RTD (Pt100) : Pour les mesures de température
• Effet Hall ou méthodes inductives : Pour les variables électriques et magnétiques
• Électrodes sélectives d'ions ou capteurs photochimiques : Pour les variables chimiques-physiques mesurées
• Le choix du principe de mesure détermine la sensibilité, la robustesse et le traitement du signal.
• Le choix du capteur doit correspondre à la plage de mesure attendue - ni trop grande (perte de résolution), ni trop petite (risque de surcharge).
• En même temps, il faut vérifier la résolution et la précision souhaitées, selon qu'il s'agit d'une surveillance grossière de processus ou d'applications de laboratoire de haute précision.
• Il est particulièrement important que le transducteur s'adapte mécaniquement à la situation d'installation :
• Taille et géométrie : Il doit pouvoir être intégré dans les systèmes existants
• Position d'installation : Horizontale, verticale, symétrique de rotation
• Possibilités de montage : Bride, montage par vis, systèmes enfichables
• Acheminement des câbles et types de connecteurs : Doit correspondre au câblage sur place
• En fonction de l'environnement, le capteur doit être particulièrement robuste :
• Résistance à la corrosion : Pour les processus chimiques ou à l'extérieur, par exemple
• Résistance à la température : Pour les applications à haute température ou cryogéniques
• Étanchéité (classe de protection IP) : Par exemple, IP67 ou supérieur pour l'humidité ou la saleté
• Capacité de charge mécanique : Vibrations, chocs, impulsions de pression
• Le transducteur doit être adapté à la technologie d'évaluation et à l'environnement d'automatisation existants :
• Signaux analogiques : par exemple mV/V, 0-10 V, 4-20 mA
• Interfaces numériques : par exemple CANopen, Modbus, EtherCAT, IO-Link
• Compatibilité avec les systèmes de contrôle et les enregistreurs de données
• Protection CEM et immunité aux interférences : particulièrement importantes dans les environnements électriques ou industriels
• Seuls les capteurs étalonnés fournissent des valeurs mesurées fiables, c'est pourquoi un étalonnage en usine avec rapport d'essai est une exigence minimale.
• L'étalonnage DAkkS ou équivalent pour les exigences les plus élevées, par exemple QS selon ISO 9001, automobile, produits pharmaceutiques.
• La traçabilité aux normes nationales garantit la comparabilité. Les cycles de réétalonnage doivent être définis en fonction de l'intensité de l'utilisation.
• Un transducteur doit mesurer de manière stable pendant de nombreuses années :
• Par conséquent, le point zéro et la dérive du capteur doivent être évalués en fonction de la température, du vieillissement et des contraintes mécaniques.
• Le comportement de fluage sous charge constante doit être pris en compte. En particulier pour les variables mécaniques.
• Les conformités sont cruciales, en particulier dans les environnements industriels ou de sécurité :
• Marquage CE et directives européennes spécifiques aux produits.
• Approbation ATEX pour les atmosphères potentiellement explosives.
• Conformité RoHS et REACH.
• Exigences industrielles spécifiques telles que GMP (produits pharmaceutiques), HACCP (produits alimentaires), SIL (industrie de transformation).
• La qualité du transducteur est étroitement liée à l'expérience et aux références du fabricant, à l'assistance technique et aux conseils d'application.
• Ce n'est pas seulement le prix unitaire qui est décisif, mais la rentabilité globale.

Une application clairement définie, le choix du bon principe de mesure, une bonne intégration dans la chaîne de mesure et le soutien d'un fabricant expérimenté sont particulièrement importants. C'est la seule façon de construire un système de mesure durablement précis, stable et nécessitant peu d'entretien, qu'il s'agisse de mesurer des forces mécaniques, des températures, des variables électriques ou des paramètres chimico-physiques.

Les transducteurs peuvent être obtenus auprès de différents fournisseurs. Des informations complètes sur les fabricants et les fournisseurs de transducteurs du monde entier peuvent être trouvées sur exportpages.