On a généralement, dans les domaines tels que la physique, la métrologie, la modélisation, l’électronique, le traitement du signal, etc.), de contrôler les paramètres physiques. Nous pouvons citer comme paramètre physique, la température, la force, la position, la vitesse, la luminosité... Le capteur est l'élément indispensable à la détection et au traitement de ces grandeurs physiques.

La grandeur est une propriété d'un phénomène, d'un corps ou d'une substance, que l'on peut exprimer quantitativement sous forme d'un nombre et d'une référence.

On appelle capteur, l’organe qui élabore, à partir d'une grandeur physique (mesurande), une autre grandeur physique dite grandeur utilisable (réponse), souvent de nature électrique, utilisable à des fins de mesure ou de commande.
C’est donc un organe qui élabore à partir d'une grandeur physique, une autre grandeur physique de nature différente (souvent électrique).
C’est un appareil qui mesure une quantité physique et la traduit en un signal. La quantité en question peut être par exemple la température, la longueur, la force ou bien évidemment la pression.

En fonction de la grandeur de sortie, on distingue trois grands groupes de capteurs :
• Les capteurs logiques ou TOR (Tout Ou Rien );
Deux valeurs sont possibles (0 = faux ou 1 = vrai), aussi désigné tout ou rien (TOR), logique, binaire. On parle alors de détecteurs qui sont utilisés dans les automatismes séquentiels.
Exemples : interrupteur, bouton-poussoir
• Les capteurs numériques ;
Le signal peut prendre toute une infinité de valeurs de son intervalle
• Les capteurs analogiques.
Un nombre fini de valeur est possible, \({2^n}\) valeurs pour un nombre codé sur \(n\) bits

I. Principe de captage d’une grandeur physique

Pratiquement tous les capteurs peuvent être représentés par le même schéma synoptique
En fonction de la relation entre le capteur et la grandeur physique initiale,
• Le capteur doit entrer en contact physique avec la mesurande, on parle de détection avec contact,
• Le capteur détecte le phénomène à proximité de la mesurande, on parle de détection sans contact.
Un capteur est caractérisé par, la grandeur physique observée, son étendue de mesure (gamme de mesure), sa sensibilité, sa résolution, sa précision, sa reproductibilité, sa linéarité, son temps de réponse , sa bande passante, son hystérésis , sa gamme de température d'utilisation.

L'étendue de la mesure : c'est la différence entre le plus petit signal détecté et le plus grand perceptible sans risque de destruction pour le capteur.

La sensibilité : ce paramètre caractérise la capacité du capteur à détecter la plus petite variation de la grandeur à mesurer.

La fidélité : Un capteur est dit fidèle si le signal qu'il délivre en sortie ne varie pas dans le temps pour la même mesure.

Le temps de réponse : c'est le temps de réaction d'un capteur entre la variation de la grandeur physique qu'il mesure et l'instant où l'information est prise en compte par la partie commande.

Certains principes physiques sont exploités par les capteurs pour produire les données, il s’agit de la variation de capacité, d'inductance et de résistance, de l’effet Hall, de l’effet l’induction, de l’effet Faraday, de l’effet photoélectrique, de l’effet Piézo-électricité, de la dilatation, déformation, de l’effet Doppler, du principe de la corde vibrante de l’effet thermoélectrique…

II. Classification des capteurs

En fonction de leur principe de fonctionnement, les capteurs peuvent être classés en deux grands groupes
• Les capteurs actifs,
• Les capteurs passifs.

III.1 Les capteurs actifs

On parle de capteur actif lorsque le phénomène physique qui est utilisé pour la détermination du mesurande effectue directement la transformation en grandeur électrique. C'est-à-dire que c’est la loi physique elle-même qui relie mesure et grandeur électrique de sortie.
Un capteur actif fonctionne assez souvent en électromoteur et dans ce cas, la grandeur de sortie est une différence de potentiel.
Cette conversion est souvent obtenue en utilisant l'un des effets physiques comme le montre le tableau suivant :

III.2 Les capteurs passifs :

Ce sont des capteurs modélisables par une impédance.
Une variation du phénomène physique étudié (mesuré) engendre une variation de l'impédance. Il faut leur appliquer une tension pour obtenir un signal de sortie.
Il s'agit essentiellement d’un matériau utilisé dont la caractéristique est sensible au mesurande. La variation de l'impédance peut dont être due :
• À la variation de forme géométrique du capteur;
• À la variation de la propriété du matériau (la résistivité, la perméabilité magnétique, la constante diélectrique).
Leurs caractérisés électriques sensibles aux mesurandes sont illustrés dans le tableau ci-dessous :

NB : La mesure de l'impédance permet de déduire la valeur du mesurande. Cette mesure nécessite l'utilisation d'un circuit électrique appelé conditionneur.