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Glossaire capteurs de pression

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Capteurs de pression

Capteur de pression pièzorésistif
Silicium
Erreur due à la température
Traitement numérique du signal
Précision globale
Hystérésis (hystérèse)
Non-linéarité
Répétitivité
Signal ratiométrique de sortie
Pression maximale (pression d'épreuve)
Pression d'éclatement
Insensibilité à la position
Pression absolue
Pression différentielle
Pression relative
Vide


Capteur de pression piézorésistif

Les capteurs de pression piézorésistifs à base de silicium sont composés d'une fine membrane dans laquelle sont intégrées des résistances formant un pont de Wheatstone. En présence d'une sollicitation en pression, les résistances électriques changent de valeur sous l'action des contraintes mécaniques (effet piézoélectrique). Si le pont de Wheatstone est alimenté par une tension électrique, on obtient à la sortie du capteur un signal proportionnel à la pression.

Silicium

Le silicium offre des avantages particuliers pour la fabrication de capteurs de pression piézorésistifs. En raison de sa structure monocristalline, il ne présente pas de déformation plastique et revient sans déformation à son état initial après une sollicitation en pression. Les effets de fatigue du matériau et d'hystérésis sont donc pratiquement exclus. Les résistances semi-conductrices implantées dans la membrane de silicium, très sensibles, réagissent en présence de sollicitations minimes ou de très faibles variations de la pression, ce qui autorise des plages de mesure commençant à quelques millibars.

Erreur due à la température

L'erreur due à la température indique l'écart maximal du signal de sortie du capteur, sur une plage de températures de fonctionnement, par rapport à une température de référence (par exemple, 25 °C). On distingue entre l'erreur due à la température sur le zéro électrique (décalage) et sur la plage de mesure. Cette erreur est fréquemment exprimée sous la forme d'un coefficient exprimé en % par °C. Ces erreurs peuvent être dues à des variations de la température du fluide à mesurer ou à des fluctuations de la température ambiante.

Traitement numérique du signal 

Grâce au traitement numérique du signal à l'intérieur des capteurs de pression de First Sensor, toutes les grandeurs d'erreur telles que le décalage, la sensibilité, l'effet de température sur le décalage, l'effet de la température sur la sensibilité, la non-linéarité et l'hystérésis sont corrigées électroniquement au niveau du système.

Le signal analogique de sortie du pont de mesure (quelques mV) est amplifié et, avec le signal de référence correspondant d'un capteur de température intégré, il est numérisé par un convertisseur AN. Sur la base de coefficients d'étalonnage spécifiques au capteur et à l'aide d'un algorithme mathématique, un microprocesseur calcule le signal de sortie corrigé du capteur. Auparavant, des mesures d'étalonnage sont effectuées pour chaque capteur individuel sur toute la plage de pression et de température pour déterminer les paramètres de correction, qui sont stockés dans une EEPROM. Le signal du capteur ainsi traité est fourni sous la forme d'une valeur numérique de pression pour une interface I²C ou SPI, ainsi que sous la forme d'une tension de sortie  analogique.

Précision globale

Erreur totale maximale du capteur sur la plage de températures compensées. Pour les capteurs de pression de First Sensor, la précision globale inclut toutes les grandeurs d'erreur telles que le décalage, la sensibilité, l'effet de température sur le décalage, l'effet de la température sur la sensibilité, la non-linéarité et l'hystérésis. La précision globale est souvent appelée bande d'erreur totale (TEB = Total Error Band).

Hystérésis (hystérèse)

Différence présentée par le signal de sortie, pour une valeur quelconque comprise dans la plage de pressions du capteur, suivant que la pression augmente ou diminue.

Non-linéarité

La non-linéarité désigne l'écart maximal entre le signal de sortie du capteur et la droite de référence sur la plage de mesure spécifiée. La droite de référence peut être déterminée par plusieurs méthodes, par exemple meilleure droite (BFSL = Best Fit Straight Line) ou valeurs limites. La meilleure droite est positionnée de manière à ce que la distance positive et négative par rapport à la caractéristique du capteur soit minimale (méthode des moindres carrés). Dans la méthode des valeurs limites, la droite de référence passe par la valeur initiale et la valeur finale de la caractéristique du capteur. La non-linéarité déterminée par les points limites peut être supérieure d'un facteur 2 à celle déterminée par la meilleure droite.

Répétitivité

On entend par répétitivité l'écart maximal du signal du capteur lorsqu'on applique une nouvelle fois la même valeur de pression dans la même direction (pression croissante ou décroissante) dans des conditions identiques.

Signal ratiométrique de sortie

Le signal ratiométrique de sortie d'un capteur est proportionnel à la tension d'alimentation. Par exemple, si la tension d'alimentation d'un capteur à sortie de 0,5 à 4,5 V sous une alimentation de 5 V augmente de 10 % pour atteindre 5,5 V, le signal de sortie augmente lui aussi de 10 % et devient 0,55 à 4,95 V. Par opposition, on parle dans le cas des capteurs disposant d'une tension de référence interne d'un signal de sortie non ratiométrique.

Pression maximale (pression d'épreuve)

La pression maximale est la sollicitation maximale en pression admissible par le capteur sans qu'il ne se passe de dommages irréversibles mécaniques. Des pressions supérieures peuvent avoir pour effet d'endommager partiellement le capteur ou de changer ses caractéristiques de manière durable.

Pression d'éclatement

Les pressions supérieures à la pression d'éclatement peuvent provoquer une destruction du capteur, par exemple une détérioration de l'élément sensible ou une fuite du boîtier.

Insensibilité à la position

Les capteurs de pression piézorésistifs au silicium offrant des plages de mesure de quelques millibars possèdent une membrane sensible très fine ; vu cette grande sensibilité, sous certaines circonstances, ils peuvent réagir à des forces qui sont le résultat des mouvements ou des changements de position du capteur.

Les capteurs de First Sensor pour faibles pressions des séries HCL et HCLA utilisent donc une technologie spéciale de compensation qui annule presque totalement les décalages du zéro électrique et offre des signaux de sortie extrêmement stables. Par ailleurs, le zéro électrique est également stabilisé pendant la phase de préchauffe et pendant la durée de vie des capteurs, de même qu'en cas de changement de la température ambiante.

Remarques : Les capteurs pour très faibles pressions LDE/LME/LMI de First Sensor sont basés sur la mesure thermique du débit massique d'un gaz au travers d'un très petit canal d'écoulement intégré dans la puce du capteur et ne présentent pas de sensibilité à la position de montage.

Pression absolute

La pression absolue est la pression par rapport au vide (pression nulle). Les capteurs de pression absolue mesurent la pression par rapport au vide emprisonné dans l'élément sensible. Le vide de référence doit pour ce faire être si petit qu'il devient négligeable au regard de la pression à mesurer.

Les capteurs de First Sensor mesurent différents types de pression (pression absolue, relative et différentielle). Découvrez-en plus à ce sujet.


Pression différentielle

La pression différentielle est la différence entre deux pressions quelconques. Les capteurs de pression différentielle possèdent deux raccordements de pression et peuvent être étalonnés de manière à mesurer les pressions différentielles aussi
bien positives que négatives (capteurs différentiels bidirectionnels).

Les capteurs de First Sensor mesurent différents types de pression (pression absolue, relative et différentielle). Découvrez-en plus à ce sujet.


Pression relative

Les capteurs de pression relative mesurent la pression par rapport à la pression atmosphérique ambiante. En moyenne, la pression atmosphérique est de 1013,25 mbars au niveau de la mer. Les fluctuations de la pression atmosphérique dues à la météorologie et à l’altitude sont automatiquement compensées dans la valeur de pression délivrée par ces capteurs.

Les capteurs de First Sensor mesurent différents types de pression (pression absolue, relative et différentielle). Découvrez-en plus à ce sujet.


Vide

Une pression inférieure à la pression atmosphérique est appelée dépression ou encore vide relatif. Dans le langage courant, on désigne par vide un espace dans lequel l’air est largement absent. Suivant le degré du vide, on peut distinguer entre vide industriel, vide poussé et ultravide.

Les capteurs de First Sensor mesurent différents types de pression (pression absolue, relative et différentielle). Découvrez-en plus à ce sujet.

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Sur le secteur de croissance des capteurs, First Sensor développe et produit des capteurs, des circuits électroniques, des modules et des systèmes complexes sur mesure pour un nombre croissant d’applications dans l'industrie, la médecine et la mobilité. En tant que fournisseur de solutions, notre entreprise met à disposition des services de développement complets à partir du concept et de la preuve de concept jusqu'à la fabrication en série, en passant par le développement du prototype. First Sensor dispose d'une connaissance approfondie des applications, de techniques d'encapsulation ultramodernes et d'une production en salles blanches ISO de classe 8 à 5.
Expertise
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