1

Cours: Capteurs & Actionneurs Niveau: IIA2

Par: Nesrine Belhaj Youssef ©Année universitaire: 2019/2020

Organisation des enseignements

• Cours intégré: 22.5 hrs

• Travaux pratiques: 15 hrs (5 x 3 hrs)

• Module: Électronique de puissance

• Coefficient: 3

• Pré-requis: physique (optique, électromagnétisme, électricité), électronique, automatique, statistiques.

Disponible à la librairie de l’INSAT ou au site: www.classes2010-2011.e-monsite.com

2

CHAPITRE I

RAPPEL SUR LES SYSTEMES AUTOMATISES DE PRODUCTION

(SAP)

Structure d’un système automatiséSchéma fonctionnel

Matières

d’œuvre

d’entrée

Matières

d’oeuvre

+

Valeur

ajoutée

3

Structure d’un système automatiséChaîne d’information

Boutons poussoirs Boutons d’urgence Détecteurs de fumée

Détecteurs de niveau

Capteurs de pressionCapteurs de température

Détecteursde

présence

Capteur de vitesse

Chaîne d’informationFonction « Acquérir »: exemples

4

Chaîne d’informationFonction « Traiter »

Microcontrôleur API

Chaîne d’informationFonction « Traiter »: exemples

5

Périphériquesde

sortie

Périphériquesd’entrée

Périphériquesd’entrée/sortie

μP+

mémoires+

Interfaces d’E/S

Microcontrôleurs: définition

Automatismes

Industriels

SMART

PHONESDAB

Robotique

IndustrielleAutomobile

Consommation

du carburant

Émission de CO2

ABS

Contrôle moteur

Microcontrôleurs: applications

6

Chaîne d’informationFonction « communiquer »

Chaîne d’informationFonction « communiquer »: exemples

Coffret de commandeÉcran tactile Interface graphique

VoyantsAfficheur industriel

7

Structure d’un système automatiséChaîne d’énergie

Chaîne d’énergieFonction « Alimenter »: sources électriques

Source monophasée (220 V)

Source triphasée (380 V)

Pile

Batterie

8

Compresseur

Chaîne d’énergie

Fonction « Alimenter »: sources pneumatiques

Convertisseur AC/DC(Redresseur)

Convertisseur DC/AC(Onduleur)

Chaîne d’énergie

Fonction « Alimenter »: conversion électrique

9

Chaîne d’énergie

Fonction « Alimenter »: énergies renouvelables

Chaîne d’énergieFonction « Distribuer »

10

Contacteur/relais Variateur de vitesse Distributeurs pneumatiques/

hydrauliques

Chaîne d’énergieFonction « Distribuer »: exemples

Chaîne d’énergieDistribution par relais électromagnétique

11

Chaîne d’énergieDistribution par distributeur pneumatique

Chaîne d’énergieFonction « Convertir »

12

Moteur

Électrovanne

Ventilateur

Buzzer

Vérin

Afficheur

Résistance

chauffante

Voyants

Chaîne d’énergieFonction « Convertir »: exemples d’actionneurs

Chaîne d’énergieFonction « Convertir »: vérins

Tige (partie mobile)

Alésage (partie fixe)

13

Chaîne d’énergieFonction « Convertir »: vannes

Vanne manuelleÉlectrovanne

Flux liquid

e

Signalélectrique

Chaîne d’énergieFonction « Transmettre»/ « Transformer »

14

Rotation-Rotation(Ex: Système d’engrenages)

Rotation-RotationEx: Poulie-courroie, vis-roue

Chaîne d’énergieFonction « Transmettre»: exemples

Chaîne d’énergieFonction « Transformer»: exemples

Rotation-Translation(Ex: Pignon-crémaillère)

Translation-Rotation(Ex: came)

15

Structure d’un système automatiséExemple illustratif: porte de garage automatisée

•Actionneurs et commandes:

- Moteur pour ouvrir et fermer la

porte.

•Capteurs et mesures:

- Positions porte ouverte/fermée.

- Détecteur d’obstacle.

•Ordres:

- Signal de la télécommande.

•Rapports:

- Voyant porte en mouvement.

Porte de garage automatiséeChaîne d’information

16

Porte de garage automatiséeChaîne d’énergie

CHAPITRE II

INTRODUCTION AUXCAPTEURS

17

• Un capteur est un dispositif qui permet de mesurer une grandeur physique sous forme d’un signal exploitable par une machine (le plus généralement électrique).

Mesurande Mesure

0/1

01100101…

Introduction aux capteursDéfinition

• Tension tout ou rien: 5V (TTL)24 /48 VDC120 - 220 VAC

• Courants analogiques: 0 - 20 mA4 - 20 mA

± 20 mA

• Tensions analogiques: ± 5 V, ± 10 V0 - 10 V, 0 - 5 V

Introduction aux capteursSignal de sortie standard (exploitable)

18

CAPTEURS TOUT OU RIEN (ToR)

Inductif Photoélectrique

MagnétiqueMécanique

CAPTEURS ANALOGIQUES

Température Poids Pression

Capteur CCD Codeur

CAPTEURS NUMERIQUES

Introduction aux capteursExemples

Electromécanique Optoélectroniqueou

Photoélectrique

Electro-magnétique Numérique

Capteurs de position

Introduction aux capteursTechnologies

19

37

Introduction aux capteursSchéma structurel

38

• Corps d’épreuve: élément mécanique qui réagit à la grandeur mesurée (mesurande). La réaction du corps d’épreuve se traduit généralement par une

déformation (compression, dilatation, torsion,…).

• Transducteur: élément sensible lié au corps d’épreuve. Il traduit les réactions de ce dernier en une grandeur électrique (une variation de résistivité par exemple).

• Conditionneur: module électronique assurant l’une ou l’ensemble des fonctions suivantes:

– Alimentation électrique du capteur (cas de capteurs passifs),

– Filtrage, amplification du signal,

– Conversion du signal (Conversion Analogique Numérique).

Introduction aux capteursDescriptif des constituants

20

39

• Les grandeurs d’influence sont des grandeurs externes au capteur qui,

selon leur nature et leur intensité, peuvent causer des perturbations sur le

fonctionnement du capteur, et par suite, des dérives sur ses mesures.

• Exemples:

- Température,- Pression environnante,- Vibrations mécaniques ou acoustiques,- Humidité, projection d’eau, submersion,- Corrosion,- Émissions électromagnétiques,- Rayonnements électriques….

Introduction aux capteursGrandeurs d’influence: définition et exemples

Introduction aux capteursGrandeurs d’influence: compensation

Compensation des grandeurs d’influence

Stabilisation

Ex: maintien d’une température fixe dans le local de mesure

Réduction

Ex: utilisation de glace électroniquecomme température de référence

21

Introduction aux capteursclassification des capteurs

Classes des capteurs

Selon type de sortie Selon mode de fonctionnement

Logiqueou ToR

Numérique Analogique Actif Passif

- Courant- Tension- Charge

- Impédance- Cste diélectrique

- Perméabilité