Dispositifs d'entrée analogiques : Transducteurs reliant le monde physique
Les dispositifs d'entrée analogiques (transducteurs/capteurs) convertissent des grandeurs physiques continues — température, pression, lumière, son, position — en signaux électriques continus (tension, courant, résistance, capacitance). Bien que les systèmes modernes les numérisent immédiatement (via CAN), la *physique* de la détection reste analogique.
Transducteurs de mesure physique
| Grandeur | Dispositif | Principe / Sortie |
|---|---|---|
| Température | Thermocouple | Effet Seebeck → tension μV (non-linéaire) |
| RTD (Pt100/1000) | Résistance vs T (quasi-linéaire, +0,385 Ω/°C) | |
| Thermistance (NTC/PTC) | Grand ΔR/°T (exponentielle), haute sensibilité | |
| Capteur CI (LM35, TMP36) | Tension ∝ T (10 mV/°C), étalonné | |
| Pression | Jauge contrainte / Piezorésistif | Pont Wheatstone → mV/V (ratiométrique) |
| Capacitif | ΔC par déflexion membrane | |
| Piézoélectrique | Sortie charge (pression dynamique seulement) | |
| Force/Poids | Cellule charge | Pont jauge contrainte (mV/V) |
| Accélération/Vibration | Piézoélectrique (IEPE) | Charge/tension ∝ a (couplé AC) |
| Accéléromètre MEMS | Capacitif → tension/courant (réponse DC) | |
| Position/Déplacement | LVDT / RVDT | Rapport transformateur AC → position (robuste) |
| Potentiomètre | Diviseur tension (usure, bruit) | |
| Codeur (Analogique sinus/cosinus) | Signaux quadrature 1 Vpp (interpolation) | |
| Débit | Magnétique / Ultrasonique / Coriolis | 4–20 mA ou tension (transmetteurs intelligents) |
| Niveau | Hydrostatique (DP), Radar, Ultrasonique, Flotteur | 4–20 mA / tension |
| Lumière | Photodiode / Phototransistor | Courant ∝ irradiance (linéaire) |
| LDR (CdS) | Résistance ∝ 1/lumière (lent, non-linéaire) | |
| Son | Condensateur / Micro MEMS | Modulation capacitance → tension |
| Gaz/Chimique | Cellule électrochimique | Courant ∝ concentration (ppm) |
| Pellistor / NDIR | Résistance / Absorption (inflammable/CO2) |
Dispositifs interface humaine (Sortie analogique)
- Joystick / Manette : Double potentiomètre axe ou capteurs Hall.
- Curseur / Fader : Potentiomètre linéaire ou plastique conducteur.
- Résistante force-sensible (FSR) : Résistance ∝ force.
- Écran tactile analogique (Résistif) : Diviseur tension couches X/Y.
L'Analog Front End (AFE) — Le rendre numérique
Les signaux bruts capteurs sont rarement prêts MCU. Un AFE fournit :
- Conditionnement signal : Amplification (Ampli instrumentation), Filtrage (Anti-repliement), Décalage niveau, Linéarisation (compensation jonction froide thermocouple).
- CAN (Convertisseur Analogique-Numérique) : SAR, Delta-Sigma, Pipeline. Spécs clés: Résolution (bits), Fréquence échantillonnage, ENOB, Plage entrée.
- Référence : Référence tension stable (VREF) définit précision pleine échelle.
Boucles de courant standardisées industrielles
4–20 mA est le standard analogique de facto pour transmetteurs industriels :
- Zéro vivant (4 mA = 0% = détection coupure fil).
- Mode courant = immunité chute tension longs câbles (km).
- Alimenté par boucle 2 fils (transmetteur alimenté par boucle).
- HART / WirelessHART superpose comms numériques sur mêmes fils.
Comprendre la nature *analogique* des capteurs — leur bruit, impédance, non-linéarité, dérive, et effets de charge — est essentiel pour concevoir l'AFE qui transforme la physique en données fiables.