Signaux et capteurs

A

Généralités

• Un circuit électrique est composé d’au moins un générateur, un récepteur (résistance, moteur, DEL, etc.) et de fils de connexion.


• Un dipôle est un élément d’un circuit électrique possédant deux bornes.


• Un nœud est une connexion qui relie au moins trois dipôles entre eux.


• Une maille est un chemin fermé, ne comportant pas forcément de générateur.


• Il existe deux types d’association des dipôles  :
  ❯ l'association en série : lorsque deux dipôles sont situés dans la même maille et ne sont pas séparés par un nœud ;
  ❯ l'association en dérivation : lorsque deux dipôles ont leurs bornes qui sont connectées aux mêmes nœuds.

B

Définition de l'intensité du courant

• Le courant électrique est un mouvement d’ensemble de particules chargées (porteurs de charge). Dans un circuit électrique, les électrons chargés négativement sont mis en mouvement par le générateur.


• L’intensité $I$ du courant, exprimée en ampère (A), est une grandeur quantifiant le nombre d’électrons qui traversent un fil ou un dipôle par seconde.


• L'intensité d’un courant est mesurée avec un ampèremètre toujours placé en série.


• Le symbole de l’ampèremètre est :
  

  

C

Définition de la tension électrique

• La tension électrique $U$, exprimée en volt (V), est une grandeur caractérisant une différence d’état électrique entre deux points d’un circuit.


• La tension électrique aux bornes d’un dipôle se mesure avec un voltmètre toujours placé en dérivation sur les bornes de ce dipôle.


• Le symbole du voltmètre est :
  

  

A

La loi d’Ohm

• La loi d’Ohm est la relation entre la tension aux bornes d’un résistor (une « résistance ») et l’intensité du courant qui le traverse.
  
  
  

  
• Son expression est $U=R\cdot I$.


• Attention : pour que les tensions représentées correspondent à des valeurs positives de tension, l’orientation des flèches de tension est importante. Dans le cas d’un générateur, la flèche représentant la tension est orientée dans le même sens que le sens de parcours du courant électrique.

B

Relation entre les intensités

• La quantité d’électrons qui circulent dans le circuit se conserve.


• La loi des nœuds traduit cette conservation : la somme des courants entrant à un nœud est égale à la somme des courants sortant $I_1+I_2=I_3+I_4$.


• Dans le cas de deux dipôles en série, il n'y a pas de nœud et l’intensité reste la même.

C

Relation entre les tensions

• Selon la loi des mailles, la somme des tensions des dipôles le long d’une maille est égale à 0 V.

A

De quoi s’agit-il ?

• Un dipôle est caractérisé par la relation entre la tension à ses bornes et l’intensité du courant qui le traverse.


• Cette relation peut être représentée par une courbe du type $U=f(I)$ ou $I=g(U)$ : c’est la caractéristique du dipôle.


• Dans le cas d’un résistor, la courbe est modélisée par une droite dont l’équation est $y=\text{a}\cdot x$, qui passe par l’origine.

A

Généralités

• Dans le domaine de la santé, certains capteurs permettent de surveiller les grandeurs physiques du corps humain en temps réel
  Exemple : capteur de pulsation cardiaque, capteur de saturation en dioxygène $({\text{O}}_2)$ ou capteur de température.


• Un capteur transforme une grandeur physique mesurable en une grandeur exploitable par un dispositif de commande. La grandeur de sortie est souvent une tension électrique.

B

Généralités

• Certains dipôles sont utilisés comme capteurs : la photorésistance (capteur d'éclairement), la thermistance (capteur de température), le capteur de mouvement, le pressiostat (capteur de pression), le capteur de champ magnétique.
  


• Ces capteurs permettent l’automatisation de certaines tâches, en interaction avec un microcontrôleur de type Arduino, par exemple.

• Le capteur délivre en sortie une tension électrique qui dépend de la grandeur mesurée en entrée.


• Le signal délivré en sortie peut être « faussé » pour plusieurs raisons :
• des variations de température, de pression, d’humidité ou une perturbation par un champ magnétique extérieur peuvent modifier la valeur mesurée ;
• le temps de réaction dépend des réacteurs : certains nécessite un espacement entre deux mesures ;
• La précision des capteurs dépend de leur technologie et de leur prix.


• Le microcontrôleur Arduino peut convertir un signal d’entrée analogique en un signal numérique (conversion analogique/ numérique), pour des signaux de fréquence 1 kHz maximum.