CR & CMI 10

19/04/23Capteurs :

Position/Détection/Déplacement 1

Capteurs

Année: 2010

Capteur

Définition : d’un capteur Un capteur est un organe de prélèvement d’informations qui élabore à partir d’une grandeur physique (information entrante) une autre grandeur physique de nature différente ( la plus part du temps, électrique ). Cette grandeur, représentative de la grandeur prélevée, est utilisable à des fins de mesure ou de commande.

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Capteurs

Systèmes industriels

Chapitre 1 : les actionneurs

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19/04/23Capteurs :


Chapitre 1 : les actionneurs

Contacteurs électromécaniques.Contacteurs Mécanique-

pneumatiques Contacteurs magnétiques

Contacteurs

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Contacteurs électromécaniques

Un contact électrique est établi ou interrompu sous l’effet d’une force externe appliquée sur le capteur.

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Contacteurs mécanique-pneumatiques

Les capteurs pneumatiques sont destinés à délivrer un signal pneumatique (par ex: pression) sous l’effet d’une action mécanique.

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Contacteurs magnétiques

Contacteurs magnétiques

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Capteurs de proximité magnétiques :

1 Capteurs de proximité tubulaires électriques (Reed) ILS

2 Capteurs de proximité tubulaires pneumatiques

CAPTEURS I.L.S. (Reed).

Interrupteur à Lame Souple

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Position/Détection/Déplacement

Généralités • Les objets détectés sont des champs

magnétiques.• Ils fonctionnent grâce à deux lames

souples sensibles au champ magnétique.

• Ils décodent une information (présence d’un champ magnétique ).

• La grandeur physique captée est le champ magnétique.

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Quelle est la nature de l’information de sortie ?

Information de type logique : L’information est vraie ou fausse (=1 ou 0). Elle ne peut prendre que ces deux états. On parle aussi d’information tout ou rien.

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Principe de fonctionnement :

Les capteurs de proximité magnétiques réagissent, aux champs magnétiques permanent (aimants) et aux électro-aimants.

Lorsqu’un champ magnétique se rapproche du capteur de proximité tubulaire, les lames se réunissent par magnétisme, et un contact électrique s’établit.

CAPTEURS I.L.S.

(Reed).

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CAPTEURS I.L.S.

(Reed).

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Quand un aimant est déplacé au voisinage d’un capteur de proximité tubulaire, plusieurs zones de commutation sont possible (voir figure 2.3).

Les zones de commutation dépendent de l’orientation de l’axe du pôle de l’aimant.

CAPTEURS I.L.S.

(Reed).

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Caractéristiques de réponse d’un capteur Reed en fonction de l’orientation de l’aimant.

CAPTEURS I.L.S.

(Reed).

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Commutateur tubulaire.La méthode la plus simple et la plus

habituelle de détecter un champ magnétique est d'utiliser un commutateur tubulaire. Deux lames magnétiques en métal entre en contact au moyen d'un champ magnétique externe et un contact électrique s’établi.

En outre, il convient de noter que ce commutateur a deux ou trois zones de commutation selon la direction de l'axe du pôle magnétique.

CAPTEURS I.L.S.

(Reed).

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CAPTEURS I.L.S.

(Reed).

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Commutateur tubulaire.Si l'axe du pôle est perpendiculaire aux lames

de commutation, alors deux zones de commutation seront obtenues. Ceci est dû à la forme du modèle de flux magnétique.

Si l'axe du pôle est parallèle aux lames de commutation, alors trois zones de commutation sont créées, une zone de commutation principale plus deux zones de commutation secondaires. Les zones de commutation secondaires se produisent par les effets magnétiques d’inversion et cela ne se produit que pour de petites distances capteur-aimant .

CAPTEURS I.L.S.

(Reed).

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1.2 Application :Détection des positions de cylindre.

(a) Les contacts de commutation du capteur de proximité sont ouverts.

(b) En présence du champ magnétique, les contacts de commutation se ferment.

CAPTEURS I.L.S.

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Principe de fonctionnement :

Une lame est commutée à l’aide d’un aimant permanent, produisant de ce fait un signal de commande. Voir figure suivante.

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1- lame de commutation, 2- Anneau magnétique, 3-capteur,

A: Sortie de l’air; P : Entrée de l’air

a- Le capteur de proximité est au repos, la lame de commutation sous forme d’un marteau arrête la circulation d'air venant de P.

b- La lame de commutation est actionnée par un champ magnétique et la circulation de l’air passe de P vers A.

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2.2 Applications:Les capteurs de proximité magnétiques pneumatiques sont principalement utilisés pour la détection de position des vérins pneumatiques. Ils sont particulièrement appropriés aux solutions purement pneumatiques, c’est à dire là où l’air comprimé est la seule source d’énergie disponible.

Utilisation courante

On les utilise pour la détection des positions d’objet, de présence ou absence, passages ou fin de courses.

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Inconvénients

problème de rebondissement du contact.

commutation à des distances réduites.Contient des pièces mobiles.Présente trois seule zone de

commutations, quand le pôle de l’aimant est parallèle à la surface du capteur

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Avantageso Au niveau électrique, très bonne aptitude a commuter des courants de faibles

charges; une très bonne tenu au court-circuit, immunité total aux

parasites électro mécaniques.

o Au niveau mécanique, manœuvre positive d’ouverture des contacts; une grandes résistance au diverses ambiances industrielles, une bonne fidélité et un fonctionnement simple à visualisé. o En général Composant moins cher

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Les champs magnétiques étant capables de traverser de nombreux matériaux,

il n’est pas nécessaire que l’objet à détecter soit en vue directe du capteur.

L’utilisation de matériaux magnétiques (p.ex. du fer doux ) permet de conduire le champ magnétique sur des distances importantes

o Applications

Détection d’objets à travers des emballages ou des conduits en plastique

Détection d’objets plongés dans des milieux agressifs et protégés par des parois en téflon.

Détection d’objets placés dans des zones à haute température. (p.ex., fonderie métallique)

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Avantages

C Application: Vitesse de rotation apteur ILS : capteur à interrupteur à lame souple

Roueaimant

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Capteur ILS : capteur à interrupteur à lame souple

Roue

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Roue

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Roue

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Roue

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Roue

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Roue

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Période T créée à partir des signaux générés par le rotor interne passant devant le capteur ILS :

Tension U (V)

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Période T

Signal périodique fixe

20 ms 20 x 9 = T

Tension U (V)

Tension U (V)

Période T avec la référence du compteur :

T = 0.020 x 9 T=0.18 s

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Fréquence :

F = en Hz

Donc F = = 5,6 Hz

1

T

1

0,18

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Vitesse angulaire :

= 2F en rad/s

Donc = 25,6 = 35.18 rad/s

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Vitesse de rotation

V = . 60 en tours/min

Donc V = 336 tr/min

2

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Position/Detection/Déplacement 40

Capteurs

Année: 2010

Capteur de proximité magnétique inductif

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1 Principe de fonctionnement :

Ils ressemblent par leur construction aux capteurs inductifs.


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Description: Ce capteur se distingue du capteur

inductif par la présence d'une plaque de verre à charge métallique « composite verre-métal » .

Avant l'approche de l'aimant, cette plaque est le siège de courant de Foucault induit par la bobine excitatrice du capteur et donc abaissement de l'amplitude du signal au niveau de la bobine excitatrice.

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À l'approche de l'aimant, la plaque s'aimante et les courants de Foucault sont réduits dans la plaque par le champ de l'aimant. Cette réduction des courants de Foucault permet une augmentation du signal au niveau de la bobine excitatrice. C'est cette augmentation qui est détectée.

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Capteurs magnétiques inductifs

Il en résulte que l’amplitude des oscillations dans le circuit augmente à l’approche de l’aimant ; contrairement, aux capteurs inductifs.

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Caractéristique de réponse du capteur de proximité inductif-magnétique.

x

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Les avantages des capteurs de proximité inductif-magnétiques par rapport aux capteurs de proximité tubulaires : Absence de problème de rebondissement du

contact.Une capacité de commutation à des distances

importantes, au regard de leurs faibles dimensions.Aucunes pièces mobiles.Seulement une seule zone de commutation est

créée, si le pôle magnétique est bien aligné avec l’axe ox.

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Application :Comme les capteurs de proximité tubulaire les capteurs de proximité magnétique inductifs sans contact peuvent être utilisés pour la détection de position des vérins pneumatiques. Ils peuvent aussi être employés pour plusieurs applications, semblable à celle des capteurs de proximité tubulaires.

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5 Différence entre le capteur inductif et le capteur magnétique inductif

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Autres types de capteurs magnétiques

- Capteurs de Hall de proximité - Capteurs de proximité magnéto-

résistants - Capteurs de proximité de Wiegand

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Capteurs de proximité magnétiques Effet Hall PRÉSENTATION

Phénomène électromagnétique se traduisant par l’apparition d’une charge électrique sur les surfaces d’un conducteur placé dans un champ magnétique. Lorsqu’un courant électrique parcourt un conducteur ou un semi-conducteur, et qu’un champ magnétique est appliqué perpendiculairement au courant électrique, il en résulte une tension dans le matériau, dans une direction perpendiculaire au courant électrique et au champ magnétique. Cette tension est connue sous le nom de tension de Hall.

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Capteurs de proximité magnétiques Effet Hall

Explication : Un courant électrique circulant dans un fil

correspond à des charges électriques q en mouvement, avec une vitesse v. Lorsqu’une particule chargée se déplace dans un champ magnétique, elle est soumise à une force f (force de Laplce), de la forme : . La particule est alors déviée latéralement. Comme les charges s’accumulent d’un côté du fil, il en résulte un champ électrique, et donc une tension, qui s’oppose à la force de Lorentz à l’équilibre.

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Capteurs de proximité magnétiques Effet Hall

Applications:

Cet effet est utilisé en physique pour étudier les semi-conducteurs, car il est sensible à la nature et à la densité des porteurs de charge.

Mesure de champs magnétiques.

L'effet Hall est largement utilisé dans la conception de capteurs sensibles au champ magnétique.

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Capteurs de proximité magnétiques

Représentation schématique de l'effet de hall.• VH = RH .I. (B/t).

VH = tension de Hall, RH = constante de Hall, I = courant, B = induction magnétique, t = épaisseur de plaque.

L’effet Hall et ses applications

Rappel sur la loi de LorentzUGN3503, capteur à effet HallMesure d’un champ magnétique ou

d’un déplacementCalcul du module d’élasticité d’un

matériau

La Loi de Lorentz Une charge q se déplaçant à la vitesse v dans un champ électromagnétique

subit une force F qui suit la loi de Lorentz :On perçoit nettement la contribution de la part électrique de celle de la part magnétique

F = q.E + q·v ^ B

En l’absence de champ électrique, cette force se réduit à : F = q·v ^ B

La tension de Hall, différence de potentiel entre deux points A et B d’un conducteur placé dans un champ magnétique, dépend de cette force. En effet, le chemin de courant entre ces deux points augmentera avec la valeur du champ magnétique, augmentant ainsi et la résistance, et par la loi d’Ohm la tension mesurée entre A et B.

Cette tension est proportionnelle à la vitesse de déplacement des porteurs de charge qui est considérablement plus grande dans les matériaux semi-

conducteurs que dans les conducteurs métalliques.

Capteur à Effet Hall UGN3503

Aimant Etalon 3000 Gauss

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 20 40 60 80 100 120

distance au contact (mm)

Ch

am

p I

nd

uc

tio

n (

Ga

us

s)

Série1

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