Principales considérations pour sélectionner le bon capteur

Adam Jeffery Responsable de produit de capteurs montés sur carte et de semiconducteurs chez Distrelec

Adam a plus de huit ans d’expérience dans le secteur et est fier de mettre les capteurs les plus innovants du marché à la disposition des ingénieurs et des professionnels. Vouant une véritable passion au progrès technologique, Adam aide ses clients à améliorer leurs applications à l’aide de composants haute qualité.

Qu’ils soient embarqués ou non, les capteurs sont un élément essentiel de tous les systèmes électroniques intelligents. Ils reçoivent et interprètent les données du monde physique et les convertissent en données lisibles. Grâce à eux, les systèmes automatisés peuvent travailler avec une plus grande efficacité en améliorant la fiabilité, l’exactitude et en optimisant la productivité.

Principales considérations pour sélectionner le bon capteur

Les ingénieurs seront heureux d’apprendre qu’en utilisant les capteurs efficacement, les sociétés, étudiants et amateurs se voient offrir l’opportunité de passer d’une approche réactive à un modèle plus proactif, créant plus de valeur pour le consommateur final. Cette transition peut être la différence qui distingue les utilisateurs efficaces des équipements de détection.

La gamme et la variété des capteurs disponibles sur le marché est énorme. En conséquence, essayer de choisir un capteur approprié pour une finalité particulière peut être une tâche écrasante. Pour les aider dans la matière, les acheteurs doivent s’orienter avec les éléments suivants :

9 considérations clés


1. Type de capteur

Le choix du capteur sera déterminé par la composition de la propriété détectée (métal, solide, liquide, gaz, etc.). C’est le principal facteur qui déterminera si un capteur particulier est adapté ou pas.

Les capteurs couramment utilisés incluent ;

  • Les capteurs de température

Les capteurs de température sont disponibles sous plusieurs formes y compris les capteurs de température, les thermistances, les thermocouples et les capteurs de température à résistance. Leur utilisation est extensive : ordinateurs, téléphones mobiles, les automobiles et les systèmes de climatisation utilisent tous des types de capteurs de température divers.

Figure 1: Capteur de proximité inductif pour la détection du métal
  • Capteurs infrarouges (IR)

Il existe deux types de capteurs IR – transmissifs et réflectifs :

Type transmissif : le transmetteur à IR et le détecteur à IR sont positionnés face à face afin que le capteur détecte l’objet lorsqu’il passe entre eux.

Type réflectif : le transmetteur et le détecteur sont positionnés l’un à côté de l’autre, faisant face à l’objet de telle sorte que le capteur détecte l’objet lorsqu’il est face au capteur.

  • Capteurs de pression

Il existe trois types de pressions qui peuvent être mesurées : manométrique, absolue et différentielle.

1) Manométrique : mesure la pression relative à la pression atmosphérique ambiante. Ce capteur serait utile pour mesurer les niveaux de liquide dans un réservoir à pression atmosphérique en utilisant la différence entre la pression atmosphérique ambiante et la pression hydrostatique.

2) Absolue : mesure la pression relative à un vide parfait. Les capteurs de pression absolue peuvent être utilisés pour mesurer la pression atmosphérique afin de déterminer l’altitude. Une autre utilisation sont les systèmes de surveillance de pression des pneus.

3) Différentielle : mesure la différence de pression entre deux points. Ces capteurs sont souvent utilisés pour détecter la différence de pression sur les deux côtés d’un même objet. Un excellent exemple serait la surveillance du débit d’air dans les applications de climatisation.

  • Capteurs de lumière

Il existe plusieurs types de capteurs de lumière y compris les photorésistances, les photodiodes et les phototransistors.

Les phototransistors sont des composants sensibles à la lumière. Lorsqu’une lumière les atteint, leur résistance est modifiée. Ce sont les capteurs de lumière les plus couramment utilisés, et les lumières de rues sont un excellent exemple de leur utilisation.

Figure 5: Photorésistance

Les photodiodes sont des semi-conducteurs sensibles à la lumière qui sont petits, légers et peu coûteux. Ils peuvent facilement mesurer des picowatts aux milliwatts de la puissance optique et sont très réactifs, pouvant se targuer de temps de réponse courts en picosecondes. Elles sont souvent utilisées dans des applications aussi variées que les capteurs pour les ouvertures de portes, les détecteurs de fumée et les lecteurs de glycémie pour les diabétiques.

Figure 6: Photodiode

Les phototransistors sont essentiellement la combinaison d’une photodiode et d’un transistor à amplification. Ils convertissent l’énergie lumineuse en énergie électrique et produisent du courant et de la tension. Les phototransistors sont utilisés dans les systèmes de sécurité, les codeurs et pour le contrôle de l’éclairage (comme sur les autoroutes).

Figure 7: Phototransistor
  • Capteurs de flux et de niveaux

Les capteurs de flux mesurent la masse et les débits de volume. Ces capteurs sont souvent utilisés dans les appareils respiratoires, les concentrateurs d’oxygène et les unités de climatisation entre autres.

Un capteur de niveau est un appareil qui détermine la quantité/le niveau de fluides qui s’écoulent dans un système ouvert ou clos. Il existe deux types de mesures de niveau : continue et niveau. Les capteurs de niveau continus mesurent jusqu’à une limite spécifique fournissant des résultats exacts, tandis que les capteurs de niveau déterminent uniquement si le niveau liquide est élevé ou bas.

2. Application prévue

Toutes les exigences des applications doivent être prises en considération avant de choisir un capteur. Celles-ci peuvent inclure des facteurs tels que :

  • La distance de la cible – Cela fournira des indications quant à la sensibilité requise du capteur pour trouver sa cible et le champ nécessaire pour garantir qu’il soit adapté à l’usage prévu.
  • L’emplacement du capteur- L’environnement dans lequel le capteur est placé déterminera la taille appropriée du capteur et indiquera l’ampleur des options de montage.

Quelle que soit l’efficacité d’un capteur isolément, il est essentiel que l’environnement dans lequel le capteur est placé soit pris en considération.

3. Exactitude et précision

L’exactitude est souvent une spécification critique que doit satisfaire un produit. En matière de commercialisation des capteurs, l’exactitude et la précision sont régulièrement utilisées de façon interchangeable mais en réalité, elles représentent deux choses différentes. Il est impératif de bien comprendre la différence entre les deux lorsque vous devez décider quelle spécification est une priorité.

Figure 8: Exactitude contre Précision

L’exactitude est souvent une spécification critique que doit satisfaire un produit. En matière de commercialisation des capteurs, l’exactitude et la précision sont régulièrement utilisées de façon interchangeable mais en réalité, elles représentent deux choses différentes. Il est impératif de bien comprendre la différence entre les deux lorsque vous devez décider quelle spécification est une priorité.

4. Durabilité 

Au moment de choisir un capteur, il est important de considérer les facteurs liés à sa durabilité. Les questions à prendre en compte incluent :

  • Quelle est la durabilité du capteur ?
  • Durera-t-il longtemps sans avoir besoin d’être remplacé ?
  • Résistera-t-il à des environnements difficiles ?

Chaque capteur a une durée de vie limitée qui est souvent déterminée par sa durée de vie utile, sa durée de stockage ou la date d’expiration du capteur. Les facteurs qui peuvent affecter la longévité d’un capteur incluent  la conception, le matériel, le processus de fabrication, les niveaux de concentration mesurés et les conditions environnementales entourant le capteur.

Par exemple, certains capteurs qui consomment des matériaux comme l’oxygène ou le glucose sont plus susceptibles d’avoir une durée de vie courte tandis que d’autres capteurs, habituellement les capteurs de température, ont une durée de vie supérieure à 10 ans. Il convient cependant de noter que même les capteurs avec une longévité plus longue peuvent vieillir avec le temps et perdre leur sensibilité et leur exactitude en conséquence.

La durabilité est importante pour garantir que les capteurs sont rentables, adaptés à leur usage prévu, et pour réduire la possibilité de dérives. Bien que les dérives (qui se produisent lorsqu’un capteur est exposé à des conditions qui réduisent son exactitude) soient inévitables avec le temps, cela peut être minimisé en prenant en considération l’environnement et la durabilité du capteur.

5. Types de sorties  

Il existe trois types de sorties clés :

1) Tension analogique

2) PWM

3) Numérique de série

Les signaux numériques sont souvent préférés aux signaux analogues, ces derniers ayant tendance à être affectés par les bruits externes. Cela peut être à l’origine d’erreurs dans le signal de sortie. Par ailleurs, une sortie numérique peut être considérée comme plus avancée du fait de sa compatibilité avec les programmes informatiques. Cependant, cela ne sera pas pertinent pour toutes les applications puisque certaines données peuvent être interprétées sans l’aide d’un programme d’ordinateur. De plus, avec l’aide d’un convertisseur analogique-numérique, il est possible de convertir la sortie d’un capteur analogique vers une sortie numérique.

Figure 9: Convertisseur Analogique-numérique

De nombreux capteurs de contrôle utilisent des boucles de courant de 4 à 20 mA, où 4 mA représente un signal analogique faible et 20 mA représente un signal élevé. Ils sont souvent utilisés pour la transmission de données parce que les boucles de courant sont insensibles au bruit électrique.

6. Temps de réponse   

La plupart des capteurs ont des temps de réponse mesurés en millisecondes, bien que certains (souvent les capteurs pour les gaz et les fuites) puissent être mesurés en secondes voire en minutes. Le temps de réponse optimum sera souvent déterminé par les données obtenues.

7. Répétabilité

Il est important de considérer si la variable qui est détectée peut-être mesurée de façon constante dans le même environnement. La répétabilité fait référence à la constance d’un capteur par rapport à lui-même, en déterminant s’il fournit le même résultat dans les mêmes circonstances encore et encore. Cependant, cette valeur est souvent associée à l’exactitude, un capteur peut-être inexact et fournir néanmoins des observations répétées.

Figure 10: Exactitude contre Répétabilité

8. Coût  

Les capteurs fonctionnent généralement dans les limites d’un réseau d’infrastructure plus large. À ce titre, lorsque vous prenez en considération le potentiel de développement et l’évolutivité, le coût du capteur est un facteur important. Si les capteurs sont souvent un élément essentiel de toute infrastructure, ils doivent être tarifés à un niveau proportionnel à la portée financière de l’ensemble du projet qu’ils soutiennent.

9. Exigences particulières

Il peut y avoir des exigences particulières spécifiques à un capteur où à l’utilisation d’un capteur précis qui doivent être prises en considération. Ces exigences peuvent inclure des températures excessivement élevées, de l’humidité ou une grande proximité avec des processus de soudure qui peuvent rendre un capteur autrement adapté inapproprié pour une utilisation particulière.

Le rôle des capteurs dans la lutte contre la Covid-19

Les capteurs ont joué un rôle essentiel dans la lutte contre la Covid-19 de trois manières principales : en favorisant la distanciation sociale, en permettant des contrôles médicaux efficaces et en améliorant les équipements de protection individuelle (EPI).

La technologie des capteurs permet donc aux lieux de travail de rendre leur environnement de travail aussi sûr que possible pour tous les employés en permettant le suivi des contacts et en offrant des contrôles médicaux avant d’entrer. La technologie portable a également été extrêmement bénéfique pendant la pandémie grâce aux données sanitaires collectées par des capteurs intégrés. Ces progrès technologiques se sont accélérés au cours de la pandémie de Covid-19 et continueront probablement à le faire à l’avenir.

Capteurs de l’avenir  

Les développements dans les domaines des microtechnologies et des nanotechnologies façonnent de plus en plus l’avenir des capteurs, leur permettant d’être utilisés de façons plus créatives et versatiles. La demande de plus petits capteurs a augmenté du fait de leur utilisation intégrée dans les smartphones et les appareils portables. L’utilisation des accéléromètres dans les téléphones portables pour garantir que l’affichage sur le téléphone est toujours dans le bon sens quelle que soit la rotation de l’appareil en est un excellent exemple. De plus, lorsque ces micros capteurs sont combinés à des composants électroniques numériques et mécaniques (les systèmes micro-électro-mécaniques) ils peuvent être utilisés pour actionner des applications d’IoT plus vastes et ont donc une utilisation plus large de ce point de vue.

Figure 11: Internet des Objets (IoT)

Par ailleurs, des technologies sont développées pour inclure les systèmes intelligents qui fonctionnent de plus en plus comme des êtres sensibles. Ces technologies sont auto-surveillantes, auto-correctrices et auto-modificatrices souvent avec la capacité de voir, de ressentir, de sentir, d’entendre et de communiquer grâce à la progression rapide du développement des capteurs. Les capteurs intelligents qui fonctionnent de cette manière seront immanquablement plus efficaces pour remplir leur rôle et réduiront le besoin d’interventions humaines, résultant dans une expérience plus pratique pour les consommateurs.

capteurs d’identification par radiofréquence (RFID). En effet, les capteurs RFID ont permis la création d’un système de facture sans papier dans les smartphones et ont amélioré les procédures de sécurité grâce à l’utilisation de systèmes d’ouverture de porte automatisés. Les capteurs RFID ont également eu un impact sur le marché mondial des emballages numériques parce qu’ils permettent un traitement, un transport et une livraison plus rapides. Cela est grandement avantageux pour les industries qui ont besoin de livrer des marchandises dans des délais courts, tels que des biens périssables dans le secteur des aliments et des boissons.

Figure12: RFID Reader

Un autre développement récent de la technologie des capteurs est le recours accru à la fusion de capteurs. Lorsqu’une combinaison de capteurs est utilisée simultanément, les points forts de chaque capteur compensent les faiblesses des autres. Cela conduit à la création d’appareils plus efficaces qui bénéficient des attributs combinés de plusieurs capteurs. Un nombre considérable d’applications ont des avantages dérivés de la fusion de capteurs, notamment pour la surveillance de santé, les systèmes de transport, l’industrie des loisirs et des prévisions météorologiques pour n’en citer que quelques-unes. Cette capacité à détecter plusieurs qualités, obtenir des données intelligentes et à initier des actions est révolutionnaire pour un vaste éventail d’industries.

Avec ces développements à l’esprit, et à la lumière des considérations étudiées dans ce guide, choisir le meilleur capteur pour votre application devrait désormais être une tâche moins intimidante. La très large gamme de capteurs disponibles sur le marché est prometteuse pour l’avenir de la technologie puisque cela rend possible l’opportunité de plus grands progrès innovants.

Produits recommandés

Capteur de proximité inductif 

Un commutateur de proximité cylindrique bénéficiant d’une distance de détection simple et double. Ce capteur versatile peut fonctionner à des températures allant de -25°C à 70°C. 

Capteur de pression avec affichage

Un capteur de pression compact et économique avec une fonction de valeur maximum et minimum. Ce capteur offre une résolution élevée et une bonne constance avec la capacité de mesurer et d’afficher la pression deux fois par seconde. 

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