1

Les détecteurs

2

Principe Les capteurs sont des composants de la chaîne d'information. 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.

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Principe

Dans les systèmes, la partie commande traite des variables logiques ou

numériques. L'information délivrée par un capteur pourra être logique (2

états), numérique (valeur discrète), analogique.

Capteur logique de température TOR

(Tout Ou Rien)

- grandeur physique mesurée :

température

- image informationnelle : signal logique

(Thermostat)

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Principe

Capteur de température Analogique :

- grandeur physique mesurée :

température

- image informationnelle : tension 0-10V

(Sonde thermocouple+ conditionneur)

Capteur de Position Numérique :

- grandeur physique mesurée : Position

angulaire

- image informationnelle : mot binaire

codé sur 4

bits

5

Principe

Dans les systèmes, la partie commande traite des variables logiques ou

numériques. L'information délivrée par un capteur pourra être logique (2

états), numérique (valeur discrète), analogique.

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.

6

Comment choisir

En fonction de l'application, le concepteur se trouve confronté à un choix entre interrupteur de position, détecteur photoélectrique, détecteur inductif, détecteur capacitif, détecteur à ultrasons, pour ne citer que les plus utilisés. Pour choisir il faudra prendre en compte...

7

Comment choisir phase 1

nature de l'objet à détecter : solide, liquide, gazeux, métallique ou non,

contact possible avec l'objet,

distance objet/détecteur,

masse de l'objet,

vitesse de défilement,

cadences de manœuvre,

espace d'intégration du détecteur dans la machine.

Détermination de la famille de détecteurs adaptée à l'application.

L'identification de la famille recherchée s'effectue par un jeu de

questions/réponses chronologiquement posées, portant sur des

critères généraux et fondamentaux s'énonçant en amont de tout

choix :

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Comment choisir phase 1

nature de l'objet à détecter : solide, liquide, gazeux, métallique ou non,

contact possible avec l'objet,

distance objet/détecteur,

masse de l'objet,

vitesse de défilement,

cadences de manœuvre,

espace d'intégration du détecteur dans la machine.

Détermination de la famille de détecteurs adaptée à l'application.

L'identification de la famille recherchée s'effectue par un jeu de

questions/réponses chronologiquement posées, portant sur des

critères généraux et fondamentaux s'énonçant en amont de tout

choix :

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Comment choisir

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Autres paramètres liés à la P O phase 2

Cadences de manœuvre

Espace d’intégration du

détecteur dans la machine

L’environnement : température,

humidité, poussières,

projections diverses, …

L’indice IP précise la

compatibilité du détecteur

avec son environnement.

Protégé contre les effets

d’un nettoyage haute

pression

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Les paramètres liés à la P C * Nature de la source d’alimentation : alternative (AC) ou continue (DC)

* Signal de sortie : électromécanique, statique

* Nature de la charge : bobine ou entrée unité de traitement

Tension 24VDC

Intensité 7mA

Tension ou intensité

importante

ex : 230VAC

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Autres paramètres liés à la P C

Raccordement : câble, bornier, connecteur

Signalisation du fonctionnement

Caractéristiques dynamiques du détecteur

Sortie par câble

longueur 2m

Sortie par connecteur et

raccordement sur répartiteur

Bornier interne Sortie par

câble dans presse-étoupe

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Sortie de type contact

- points forts :

Peut s’adapter à toutes tensions AC ou DC.

Peut commuter des courants importants ( bobines

d’électroaimants).

Facilité de câblage ( 2 fils, non polarisés).

- points faibles :

Durée de vie limitée.

Limité en fréquence.

Certains contacts sont inaptes à véhiculer des courants

faibles ( effet d’évanouissement du contact).

C'est le cas des interrupteurs de position, des interrupteurs

à lame souple "I.L.S."

14

Sortie électronique 3 fils

Points forts / 2 fils :

2 fils pour l’alimentation, 1 fil exclusivement pour le signal de sortie.

- Pas de courant résiduel et faible tension de déchet.

- Modèles proposés avec des performances souvent plus importantes.

Points faibles / 2 fils :

Choix à faire entre 2 types de sortie 3 fils

Logique positive : courant entrant

Détecteur à sortie PNP

pour les entrées

automate en logique

positive

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Câblage des détecteurs

Récepteur

Émetteur

0

I0,00

1

I0,01

2

I0,02

3

I0,03

4

I0,04

5

I0,05

6

I0,06

7

I0,07

8

I0,08

9

I0,09

10

I0,10

11

I0,11

12

I0,12

13

I0,13

14

I0,14

15

I0,15

24v 0v

0v

Entrées

24V CC

P -

+

F PNP

F +

-

P

N

P

+

- F

P

N

P

+

-

F

-

+

Interrupteurs de position a galet

Fin de course

Relais REED (ILS)

Seuil de pression à contact

Détecteur Inductif à 2 fils

Sorties statiques 3 fils : Détecteur Inductif

Détecteur capacitif

A seuil de pression Système réflex

Système proximité

Manostat

Vacuostat

Commun des entrées

16

Les détecteurs photoélectriques

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Principe de fonctionnement

Selon les modèles de détecteurs et les

impératifs applicatifs, l’émission se fait en

lumière non visible infrarouge (cas le plus

courant) ou ultraviolet (détection de

matériaux luminescents) mais aussi en

lumière visible rouge ou verte (lecteurs de

repères...) et laser rouge (grande portée et

petite focale).

Modulation du faisceau lumineux La très grande rapidité de réponse des DEL permet d'insensibiliser le système à la

lumière ambiante. Le courant traversant la DEL est modulé de façon à obtenir une

émission lumineuse pulsée. Ainsi seul le signal pulsé sera utilisé par le phototransistor

et traité pour commander la charge.

18

Les 5 systèmes de base…

Proximité : l’objet renvoie la lumière sur le récepteur

Reflex et barrage : l’objet bloque le faisceau

Reflex

Barrage

Proximité

19

Les 5 systèmes de base… Proximité

Le DPO ( Détecteur Proximité Optique) fonctionne avec les objets

réfléchissants, même s’ils sont transparents ou translucides.

Avec un DPO il faut faire attention à l’angle de réflexion du faisceau sur l’objet !

L’objet renvoie la lumière sur le récepteur

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Reflex et barrage

Un détecteur barrage est plus cher qu’un reflex de même portée.

L’alignement est plus facile à réaliser en reflex (E/R et réflecteur) qu’en barrage (E et R).

Pour des distances de détection faibles il faut prendre en reflex des réflecteurs à gros trièdres.

L’objet bloque le faisceau

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Mode de fonctionnement

En détection photoélectrique les fonctions traditionnelles "NO" et "NF"

sont encore parfois remplacées ou associées aux termes : commutation

CLAIRE ou SOMBRE.

Commutation CLAIRE : Sortie activée si le faisceau lumineux est reçu

Absence d’objet en barrage et reflex.

Présence d’objet en proximité.

Commutation SOMBRE : Sortie activée si le faisceau lumineux n’est pas reçu.

Présence d’objet en barrage et reflex.

Absence d’objet en proximité.

Souvent le mode de fonctionnement, claire ou sombre, peut être choisi par câblage.

Pour Télémécanique un détecteur NO a sa sortie passante en présence

de l’objet quelque soit son type DPO, reflex ou barrage.

Un détecteur NC a sa sortie passante en absence de l’objet

22

Détecteurs à fibres optiques

Utilisés si l’objet à détecter est très petit ou pour accéder à des

zones où l’implantation d’un détecteur classique est impossible.

Fibres plastiques à associer avec un module amplificateur émettant en rouge visible.

Rayon de courbure minimal 10mm pour un coeur de 0,25mm. Mise à longueur simple.

Fibres de verre à associer avec un amplificateur émettant dans l'infrarouge. Rayon de

courbure minimal 10mm. Chaque "fibre" est constituée d'une multitude de fibres

unitaires de 50 microns.

Les fibres utilisées sont de 2 types :

Boîtier amplificateur

Sortie électrique

Raccordement des fibres

23

Détecteurs à fibres optiques

Les fibres peuvent être utilisées suivant leur constitution en système

barrage ou DPO (plus rarement en système reflex).

24

Exemple de détecteurs photoélectriques

25

Les détecteurs inductifs

26

Principe de fonctionnement

Il comporte un oscillateur qui crée en avant de sa

face sensible un champ électromagnétique alternatif

de fréquence comprise entre 100KHz et 600KHz.

Lorsqu'un objet conducteur pénètre dans ce champ

il est le siège de courants induits. Ces courants

constituent une surcharge pour l'oscillateur et

entraînent une réduction de l'amplitude des

oscillations.

La détection de l'objet conducteur est effective

lorsque la réduction d'amplitude est suffisante pour

provoquer une commutation de l'étage de sortie.

Un détecteur de proximité inductif détecte

sans contact la présence de tout objet en

matériau conducteur.

27

Paramètres influant sur le champ electromagnétique produit

Ces paramètres sont relatifs à l'implantation des détecteurs

inductifs et au milieu ambiant.

Proximité de 2 détecteurs : il faudra respecter un écart minimum.

Présence de masses métalliques environnantes : il faudra choisir un

détecteur noyable dans le métal. Ces détecteurs ont une portée plus

faible que les non noyables de type voisin.

Présence de limaille : éviter son accumulation sur la face sensible du

détecteur qui sera choisi noyable.

Noyable Non noyable

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A la portée nominale annoncée par le constructeur, il convient d'apporter

des coefficients correcteurs fonction de :

Paramètres influant sur la portée de travail

Les dimensions de l’objet à détecter.

La nature du matériau conducteur

( acier, aluminium, …)

La taille de la pièce à détecter est au

moins aussi grande que la face active du

détecteur inductif, sinon diminution de

Sa. Tenir compte du défaut de planéité

de la pièce à détecter

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Exemple de détecteurs inductifs

Cylindrique, noyable Deux fils courant alternatif ou continu

30

Les détecteurs capacitifs

Un détecteur de proximité capacitif est principalement constitué d'un

oscillateur dont le condensateur est formé par 2 électrodes placées à l'avant

de l'appareil.

Lorsqu'un objet de matière quelconque se trouve en regard de la face

sensible du détecteur, ceci se traduit par une variation du couplage capacitif.

Cette variation de capacité provoque la commutation de la sortie.

Il peut détecter tout type de matériaux conducteur ou non, mais sa portée

dépend beaucoup de l’objet détecté et de son état...

31

Applications

Ils sont destinés à la détection à faible distance ( < 10mm) d'objets ou produits

conducteurs ou non conducteurs :

Papier, verre, plastique, liquide, produits pulvérulents, métaux.

Cette détection peut être directe ou au travers d’une paroi isolante.

Ils disposent d'un réglage

permettant de s'adapter au

produit à détecter et à sa

distance par rapport à la face

sensible du détecteur. Ils sont

sensibles à :

une variation de permittivité

des objets ou produits.

une variation de la distance

de détection.

32

Exemple de détecteurs capacitifs

33

Les détecteurs à ultrasons La détection par ultrasons est un

principe sans contact qui permet de

travailler sur des objets solides ou

liquides quelques soient leur couleur,

leur brillance et leur opacité.

Ils sont utilisés pour détecter :

le passage d’objets sur des convoyeurs:

bouteilles en verre, emballages cartonnés…

Le niveau de peinture de différentes couleurs

dans des pots...

34

Principe de fonctionnement

Le principe est exploité en mode barrage : un détecteur émet l’onde et

un autre détecteur monté en face de l’émetteur, la reçoit ou plus

souvent en mode proximité : un seul et même détecteur émet l’onde

sonore puis écoute l’écho renvoyé par un objet

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Précautions de mise en oeuvre

Environnement

La vitesse du son diminue avec l'augmentation de la température de l'air ou de

la pression atmosphérique ou du taux d’humidité relative.

Les détecteurs ultrasoniques ne fonctionneront pas dans le vide.

Les matériaux souples tels que le tissu ou le caoutchouc mousse sont difficiles

à détecter par les ultrasons parce qu’ils ne renvoient pas les sons.

Zone morte

La face de détection des détecteurs à

ultrasons comporte une zone morte.

La taille de la zone morte dépend de

la fréquence du capteur. Il est

impossible de détecter les objets

situés dans la zone morte de façon

fiable

36

Exemple de détecteurs à ultrasons

37

Les détecteurs magnétiques

Ces détecteurs sont montés sur le corps des vérins à piston magnétique

Sortie électronique 2 ou 3 fils

ILS, sortie contact

38

Les détecteurs pneumatiques

Le détecteur à chute de pression est monté sur le vérin à l’échappement.

Il est utilisé lorsque la course du vérin est variable et donne une

information de fin de course

Sortie électrique Pression à

l'échappement

39

Les détecteurs pneumatiques

Détecteur à fuite : l'objet à détecter obture une fuite à faible débit

(contact entre détecteur et objet).

Détecteur fluidique : sans contact avec l'objet qui coupe simplement un

jet d'air à basse pression (100 à 200 mbar).

Autres détecteurs pneumatiques : pressostat, vacuostat et 2 détecteurs de proximité

40

Les détecteurs électromécaniques

Les interrupteurs de position sont disponibles en très grande variété

pour le corps (dimensions, IP, matière) et la tête de détection

(poussoir , levier à galet, levier à ressort, tige rigide ou souple,...).

La sortie est de type contact, généralement 1 NC + 1 NO, plusieurs

types de fonctionnement possibles également pour ces contacts.