Les Capteurs
- Réalisations technologiques
7.1 - Fonction acquisition de données
- Caractéristiques principales du signal.
- Détecteurs industriels pour automatismes pneumatiques et électriques
- Capteur analogiques et numériques
- Exemples d’utilisation
Les capteurs sont des composants de la chaîne d’acquisition dans une chaîne fonctionnelle. Les capteurs prélèvent une information sur le comportement de la partie opérative et la transforment en une information exploitable par la partie commande. Une information est une grandeur abstraite qui précise un événement particulier parmi un ensemble d’événements possibles. Pour pouvoir être traitée, cette information sera portée par un support physique (énergie), on parlera alors de signal. Les signaux sont généralement de nature électrique ou pneumatique.
Dans les systèmes automatisés séquentiels la partie commande traite des variables logiques ou numériques. L’information délivrée par un capteur pourra être logique (2 états), numérique (valeur discrète), analogique (dans ce cas il faudra adjoindre à la partie commande un module de conversion analogique numérique).
On peut caractériser les capteurs selon deux critères:
- en fonction de la grandeur mesurée; on parle alors de capteur de position, de température, de vitesse, de force, de pression, etc.;
- en fonction du caractère de l’information délivrée; on parle alors de capteurs logiques appelés aussi capteurs tout ou rien (TOR), de capteurs analogiques ou numériques.
On peut alors classer les capteurs en deux catégories, les capteurs à contact qui nécessitent un contact direct avec l’objet à détecter et les capteurs de proximité. Chaque catégorie peut être subdivisée en trois catégories de capteurs : les capteurs mécaniques, électriques, pneumatiques.
Principales caractéristiques des capteurs :
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 : c’est la plus petite variation d’une grandeur physique que peut détecter un capteur.
La rapidité : 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 prise en compte par la partie commande.
La précision : c’est la capabilité de répétabilité d’une information position, d’une vitesse,…
Différents types de capteurs :
1. Capteurs à seuil de pression pneumatique:
Ce sont des capteurs fin de course qui se montent directement sur les vérins. Pour pouvoir fonctionner correctement, il est nécessaire de les coupler avec une cellule Non-inhibition à seuil.
Le principe de fonctionnement de ce capteur est d’utiliser la contre pression (pression résistant au déplacement) qui existe dans la chambre non soumise à la pression du réseau. Lorsque le piston subit une pression il se déplace. Ce déplacement entraîne une réduction du volume de la chambre qui n’est pas soumise à la pression du réseau. Ceci entraîne une augmentation de la contre pression qui est amplifiée par des régleurs de débit. Lorsque le vérin arrive en fin de course, cette contre pression chute. Lorsqu’elle est inférieure à 1/12éme de la pression du réseau le capteur déclenche. On peut traduire cette information, soit par un signal électrique soit par un signal pneumatique.
exemple :
Schéma :
Principe de la contre pression :
Exemples de montages possibles :
(doc Télémécanique)
2. Détecteurs fluidique de proximité :
Ces capteurs sont des capteurs de proximité. Ils n’ont pas de contact direct avec l’objet à détecter. Pour pouvoir fonctionner correctement, ces capteurs doivent être couplés avec un relais amplificateur et un détendeur basse pression. Le détecteur est alimenté avec une pression de 100 à 300 mbar, en fonction de la distance de détection. Lorsqu’il n’y a pas de détection l’air s’échappe par l’orifice du capteur prévu à cet effet. Lorsque l’objet à détecter passe devant le capteur, un signal de faible pression (0.5 à 2 mbar) passe par le conduit central du capteur et va jusqu’au relais amplificateur qui amplifie le signal à la pression industrielle (3 à 8 bars).
exemple :
Les capteurs à fuite sont des capteurs de contact. Le contact avec l’objet à détecter peut se faire soit par une tige souple soit par une bille. Pour pouvoir fonctionner correctement, ces capteurs doivent être couplés avec un relais pour capteur à fuite. Le capteur est alimenté en pression par le relais. L’air peut alors s’échapper de ce capteur par un orifice prévu à cet effet. Lorsque la bille ou la lame souple est déplacée dans son logement, elle obture l’orifice d’évacuation d’air et le relais pour capteur à fuite se déclenche et émet un signal à la pression industrielle.
exemple :
Les capteurs capacitifs sont des capteurs de proximité qui permettent de détecter des objets métalliques ou isolants. Lorsqu’un objet entre dans le champ de détection des électrodes sensibles du capteur, il provoque des oscillations en modifiant la capacité de couplage du condensateur.
exemple :
exemple :
Les capteurs inductifs produisent à l’extrémité leur tête de détection un champ magnétique oscillant. Ce champ est généré par une self et une capacité montée en parallèle. Lorsqu’un objet métallique pénètre dans ce champ , il y a perturbation de ce champ puis atténuation du champ oscillant. Cette variation est exploitée par un amplificateur qui délivre un signal de sortie., le capteur commute.
(document Télémécanique)
Un capteur photoélectrique est un capteur de proximité. Il se compose d’un émetteur de lumière associé à un récepteur. La détection d’un objet se fait par coupure ou variation d’un faisceau lumineux. Le signal est amplifié pour être exploité par la partie commande.
exemples :
Détecteur photoélectrique cylindrique
(doc Télémécanique)
Détecteur photoélectrique avec signal
de sortie analogique
différents types de détection :
Système barrage (Sitelec)
Système reflex (Sitelec)
Système de proximité (Sitelec)
(réflexion directe)