Fiche de révision : Chaînes de mesure et conditionneurs

📋 Plan du Cours

1. Chaîne de mesure et mesurande
2. Architecture fonctionnelle de la chaîne
3. Fonctions des conditionneurs
4. Amplificateur opérationnel réel et idéal
5. Montages de référence à amplificateur opérationnel
6. Multiplication et linéarisation analogiques

📖 1. Chaîne de mesure et mesurande

🔑 Notions clés & Définitions

• Chaîne de mesure : Ensemble des dispositifs, y compris le capteur, qui permet de déterminer précisément la valeur du mesurande dans les meilleures conditions.

📝 Points essentiels

• À l’entrée de la chaîne, le capteur transforme l’action du mesurande en signal électrique utilisable, puis à la sortie ce signal est converti et traité pour permettre la lecture de la valeur mesurée.

💡 Astuce mémo

Mesurande → capteur → signal électrique → lecture

📖 2. Architecture fonctionnelle de la chaîne

★ À maîtriser

• Les principaux éléments de la chaîne sont:
  • capteurs
  • multiplexeur analogique
  • conditionneur de signal
  • échantillonneur-bloqueur
  • convertisseur analogique-numérique
  • interface d’entrées-sorties
  • microprocesseur ou microcontrôleur

Compléments

📌 Le phénomène peut être analysé simultanément ou séquentiellement selon l’organisation des voies de mesure.

💡 Astuce mémo

Capteurs → multiplexeur → conditionneur → échantillonneur-bloqueur → CAN → microcontrôleur

📖 3. Fonctions des conditionneurs

★ À maîtriser

• Les fonctions citées du conditionneur sont: adaptation d’impédance, réduction du bruit, transformation d’une grandeur en tension ou en fréquence, filtrage analogique, linéarisation

• Un amplificateur opérationnel peut réaliser une amplification linéaire, exponentielle ou logarithmique, comparer des signaux, échantillonner et bloquer un signal, sélectionner une entrée avec un multiplexeur, analyser une valeur crête ou efficace, intégrer ou générer des signaux périodiques.

Compléments

• L’amplificateur opérationnel est un système actif composé d’un très grand nombre de transistors et de résistances, qui nécessite une source d’alimentation extérieure.

📖 4. Amplificateur opérationnel réel et idéal

🔑 Notions clés & Définitions

• Tension de décalage : Tension appliquée entre les entrées inverseuse et non-inverseuse pour obtenir une tension de sortie nulle lorsque les deux entrées sont reliées à la masse.

★ À maîtriser

📌 Dans le modèle idéal, l’impédance d’entrée différentielle est infinie, le courant d’entrée est nul, la tension différentielle d’entrée est nulle, l’impédance de sortie est nulle, l’amplification différentielle et la bande passante sont infinies, et le gain est constant pour toute fréquence de 0 à +∞.

• Le modèle réel de l’amplificateur opérationnel est caractérisé par une impédance d’entrée différentielle, un courant d’entrée, une tension différentielle d’entrée, une impédance de sortie, une amplification différentielle et une bande passante finies.

Compléments

• Le courant de décalage provient du fait que l’impédance d’entrée réelle n’est pas infinie et que le courant d’entrée n’est donc pas nul, ce qui ajoute un décalage sur la tension de sortie.

💡 Astuce mémo

AO idéal : entrées parfaites et gain infini ; AO réel : offset, courants et bande passante limités

📖 5. Montages de référence à amplificateur opérationnel

🔑 Notions clés & Définitions

• Pont de Wheatstone : Montage de référence utilisé dans une chaîne de mesure et associé au conditionnement d’un signal issu d’un capteur.

📝 Points essentiels

• Le montage suiveur est un cas particulier du montage non-inverseur avec R2 = 0 et R1 infinie, et sa fonction de transfert vaut T = 1.

• Les circuits de référence sont:

  • montage inverseur
  • montage non-inverseur
  • montage suiveur

💡 Astuce mémo

INS : inverseur, non-inverseur, suiveur

📖 6. Multiplication et linéarisation analogiques

★ À maîtriser

📐 Formule — Un multiplieur analogique fournit une grandeur de sortie S vérifiant $S = \frac{X\,Y}{K}$, où K est un facteur d’échelle ajustable ou fixe.

• La courbe d’étalonnage d’un capteur peut être non linéaire dans la zone d’exploitation, puis le signal obtenu peut être linéarisé afin de conserver une sensibilité maximale de la mesure.

Compléments

📐 Formule — Dans le conditionneur multiplieur, la division est donnée par $V_s = -K\,\frac{V_e}{V_x}$.

📐 Formule — Pour le pont de Wheatstone présenté, la relation de linéarisation est donnée par $V_{s1} = A\,V_e = A\,E\,\frac{X}{1+X}$ et par $V_s = a\,X$.

💡 Astuce mémo

Non-linéarité du capteur → traitement conditionneur → signal linéarisé

📊 Tableaux de synthèse

Modèles réel et idéal de l’AO