Les capteurs permettent à un système électronique de mesurer des grandeurs physiques et de connaître ce qui se passe dans son environnement. Grâce à eux, une machine peut détecter la lumière, la température, la pression, la position d'un objet, un mouvement, une force ou encore la présence d'un gaz. Sans capteurs, les appareils électroniques seraient incapables de réagir automatiquement à ce qui les entoure.

Un capteur transforme une grandeur physique en un signal électrique que les circuits électroniques peuvent interpréter. Selon le type de capteur, ce signal peut être une tension, un courant, une résistance, une fréquence ou un signal numérique. Le microcontrôleur ou le microprocesseur analyse ensuite cette information afin de prendre une décision ou d'effectuer un calcul.

Les grandeurs physiques mesurées sont très nombreuses. On peut par exemple mesurer la température d'une pièce, la luminosité d'un écran, la vitesse d'un véhicule, l'humidité de l'air, la pression atmosphérique, la distance d'un obstacle, l'accélération d'un téléphone ou encore la concentration d'un gaz dans l'air.

Une mesure n'est jamais parfaitement exacte. Tout capteur possède une certaine précision, une résolution et une plage de mesure. La précision indique à quel point la valeur mesurée est proche de la réalité. La résolution correspond à la plus petite variation que le capteur est capable de détecter. La plage de mesure définit les valeurs minimales et maximales qu'il peut mesurer correctement.

Pour garantir des mesures fiables, de nombreux capteurs doivent être étalonnés. Cette opération consiste à comparer leurs mesures à une valeur de référence afin de corriger les éventuels écarts. Les instruments utilisés dans les laboratoires, les hôpitaux ou l'industrie sont régulièrement étalonnés pour conserver leur précision.

Exemple : un thermostat électronique contient un capteur de température. Celui-ci mesure en permanence la température de la pièce et transmet cette information au microcontrôleur. Si la température devient inférieure à la valeur choisie, le chauffage est automatiquement mis en marche. Lorsqu'elle est atteinte, le chauffage s'arrête.

Les capteurs sont souvent associés aux actionneurs dans les systèmes automatisés. Les capteurs observent l'environnement, le circuit électronique traite les informations reçues, puis les actionneurs réalisent les actions nécessaires. Ce fonctionnement est à la base des robots, des véhicules modernes, des appareils médicaux, des objets connectés et de nombreux systèmes industriels.

Aujourd'hui, les capteurs sont présents partout : smartphones, automobiles, satellites, avions, stations météorologiques, montres connectées, appareils électroménagers ou robots. Grâce à eux, les appareils peuvent s'adapter automatiquement à leur environnement et prendre des décisions de plus en plus intelligentes.

Les mesures électriques

Les mesures électriques permettent de connaître les principales caractéristiques d'un circuit électrique ou électronique. Elles servent à vérifier qu'un appareil fonctionne correctement, à rechercher une panne ou à contrôler les performances d'un montage. Les grandeurs les plus souvent mesurées sont la tension, le courant, la résistance et, dans certains cas, la puissance ou la fréquence.

La tension électrique, notée U, représente la différence de potentiel entre deux points d'un circuit. Elle s'exprime en volts (V). Pour mesurer une tension, on utilise un voltmètre, que l'on branche en dérivation, c'est-à-dire en parallèle du composant à mesurer. Le voltmètre possède une très grande résistance interne afin de ne presque pas perturber le fonctionnement du circuit.

Le courant électrique, noté I, correspond au déplacement des charges électriques dans un conducteur. Il s'exprime en ampères (A). On le mesure avec un ampèremètre, qui doit être placé en série dans le circuit afin que tout le courant le traverse. Sa résistance interne est très faible pour ne pas modifier l'intensité du courant.

La résistance électrique, notée R, indique la capacité d'un composant à s'opposer au passage du courant. Elle s'exprime en ohms (Ω). On la mesure avec un ohmmètre. Cette mesure doit être réalisée sur un circuit hors tension, car l'appareil envoie lui-même un faible courant pour effectuer la mesure.

Ces trois grandeurs sont liées par la célèbre loi d'Ohm :

U = R × I

Cette formule permet de calculer l'une des trois grandeurs lorsque les deux autres sont connues :

• U = R × I
• I = U / R
• R = U / I

Exemple : une résistance de 220 Ω est alimentée sous une tension de 11 V. Le courant qui la traverse vaut :

I = U / R = 11 / 220 = 0,05 A, soit 50 mA.

Aujourd'hui, la plupart des mesures sont réalisées avec un multimètre. Cet appareil regroupe plusieurs instruments dans un seul boîtier et permet de mesurer la tension, le courant, la résistance et souvent d'autres grandeurs comme la continuité, la capacité, la fréquence ou la température selon les modèles.

Pour obtenir des mesures fiables, il est indispensable de choisir le bon calibre, de connecter correctement les sondes et de respecter les règles de sécurité. Une mauvaise manipulation peut provoquer une mesure erronée, endommager l'appareil de mesure ou le circuit électronique.