Les capteurs et détecteurs document professeur

Les interrupteurs de position électromécanique se répartissent en deux grandes familles : ... contrôler, précision et fidélité exigées, sur-course possible dans l'un ou ... type de fonctionnement, surveillance d'un seuil ou régulation entre deux seuils, ... Ces courants constituent une surcharge pour le système oscillateur et ...

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un extrait du document



I) Interupteur de position (capteur).
1) Introduction.
Les capteurs et détecteurs sont très présent dans les secteurs de
l'électrotechnique. On les retrouvent dans le positionnement, détection des
mouvements, capteurs de pression de température.... Les interrupteurs de position électromécanique se répartissent en deux
grandes familles :
- les interrupteurs de commande dont le rôle, dans les équipements
d'automatismes, est la
détection de présence ou de passage. Ils sont connectés aux entrées de
l'unité de traitement
des données.
- les interrupteurs de puissance insérés dans les phases d'alimentation des
actionneurs.
Leur rôle se limite généralement à une fonction de sécurité. Les interrupteurs de position électromécaniques sont utilisés dans des
applications très variées en raison de leurs nombreuses qualités : sécurité
de fonctionnement (fiabilité des contacts, man?uvre positive d'ouverture),
grande précision (fidélité sur les points d'enclenchement de 0,1 à 0,01 mm
selon les modèles), courant nominal thermique 10 A, immunité naturelle aux
perturbations électromagnétiques, convivialité (mise en ?uvre simple,
fonctionnement "visible")... 2) Généralités.
Les principaux facteurs qui interviennent dans le choix d'un interrupteur
de position à commande mécanique sont :
- la protection recherchée contre les chocs, les projections de liquide,...
- la nature de l'ambiance : humide, poussiéreuse, corrosive,
température,...
- la place disponible pour loger, fixer et régler l'appareil,
- les conditions d'exploitation : fréquence de man?uvres, nature, masse et
vitesse du mobile à
contrôler, précision et fidélité exigées, sur-course possible dans l'un
ou l'autre sens, effort
nécessaire pour actionner le contact,
- le nombre de cycles de man?uvres,
- le nombre et la nature des contacts : rupture lente ou brusque,
possibilité de réglage,
- la nature du courant, la valeur de la tension et du courant à contrôler. 3) Constitution des interrupteurs de position.
Les interrupteurs de position sont constitués à partir des trois éléments
de base suivants : un contact électrique, un corps, et une tête de commande
avec son dispositif d'attaque. La plupart de ces appareils sont composables à partir de différents modèles
de corps équipés d'un contact électrique, de têtes de commande et de
dispositifs d'attaque.
Cette modularité facilite grandement la maintenance par un échange aisé de
l'un des éléments. a) Contact électrique.
C'est le dénominateur commun de la plupart des appareils. II existe en
versions 1 NO/NC, 2 NO/NC simultanés. b) Corps.
Différentes versions sont proposées : normalisé CENELEC ou à encombrement
réduit, fixe ou embrochable, métallique ou thermoplastique, une ou
plusieurs entrées de câble. c) Têtes de commande, dispositifs d'attaque.
De nombreux modèles peuvent être associés au corps renfermant l'élément de
contact :
- Têtes à mouvement rectiligne
- Poussoir à bille ou à galet en bout, de côté à galet vertical ou
horizontal,
- Levier à galet à action horizontale ou verticale.
- Têtes à mouvement angulaire
- Levier à galet thermoplastique ou acier, longueur fixe ou réglable,
position angulaire réglable
sur 360° de 5 en 5° ou tous les 45° par retournement du levier, action
dans un ou deux sens,
- Tige rigide acier ou polyamide, action dans un ou deux sens,
- Ressort ou tige à ressort, action dans un ou deux sens,
- Multidirections, à tige souple à ressort ou tige rigide à ressort. Sur les modèles à action dans un ou deux sens, le choix du sens s'effectue
par un simple réglage de la tête. [pic] II) appareils de contrôle.
Les appareils de contrôle constituent des compléments aux constituants
électromécaniques, indispensables dans bien des cas à la marche des
installations et équipements automatiques.
Ces produits réalisent des contrôles de position d'un liquide, de
température. 1) Interrupteur de contrôle de niveau.
L'interrupteur de contrôle de niveau est utilisé principalement pour
commander le démarrage et l'arrêt des groupes électro-pompes et pour
signaler le niveau dans le réservoir.
Sa conception est telle qu'il contrôle indifféremment le point haut ( pompe
d'épuisement ) ou le point bas ( pompe d'alimentation ). Le choix du modèle est tributaire des caractéristiques du réservoir, de la
nature et de la température du liquide, de l'ambiance dans laquelle
fonctionne l'appareil. Un interrupteur à flotteur est constitué de l'interrupteur lui-même sous la
forme d'un boîtier étanche refermant les contacts entraînés par un levier
fléau, d'un flotteur, d'un contrepoids, et d'un filin. 2) Contrôleur de pression
Ces appareils sont destinés à réguler ou à contrôler une pression ou une
dépression dans les circuits pneumatiques ou hydrauliques. Lorsque la pression ou la dépression atteint la valeur de réglage, le
contact NO/NC à action brusque change d'état. Dès que la valeur de la pression ou de la dépression diminue, compte tenu
de l'écart réglable sur certains modèles, les contacts reviennent à leur
position initiale. Les pressostats sont utilisés fréquemment pour :
- commander la mise en marche des groupes compresseurs en fonction de la
pression dans le
réservoir,
- s'assurer de la circulation d'un fluide de lubrification ou de
refroidissement,
- limiter la pression sur certaines machines-outils munies de vérins
hydrauliques,
- arrêter le fonctionnement d'une machine en cas de baisse de pression. Les principaux critères de choix sont les suivants :
- type de fonctionnement, surveillance d'un seuil ou régulation entre deux
seuils,
- nature des fluides ( huiles hydrauliques, eau, air,... ),
- valeur de la pression à contrôler,
- environnement,
- nature du circuit électrique, circuit de commande ( cas le plus courant
), circuit de puissance
( pressostat de puissance ).
3) Contrôle de température
Le thermostat est utilisé pour détecter un seuil de température.
Le contact électrique du thermostat change d'état lorsque la température
atteint le point de consigne affiché. Les thermostats sont employés fréquemment pour contrôler ;
- la température sur presses, compresseurs, groupes de climatisation,
installations de chauffage,
etc.
- le refroidissement sur circuits d'huile, machines de nettoyage, machines-
outils, matériel de
fonderie, etc. Les principaux critères de choix sont semblables à ceux des pressostats. [pic] 4) Les thermocouples
Les couples thermoélectriques sont certainement les capteurs de température
les plus universellement utilisés.
Ils sont choisis en raison de leurs large domaine d'utilisation ( - 200°C à
+ 1600°C ).
Ils sont présents dans l'industrie, en laboratoire et même chez les
particuliers. Un couple thermoélectrique est constitué de deux conducteurs métalliques de
nature différente M1 et M2, réunis à une extrémité. En plaçant la jonction au lieu de la température à mesurer on obtient une
force électromagnétique E proportionnel à la température mesurer. [pic]
Ils existent plusieurs types de thermocouples ( voir document 1 ). 5) Les thermistances
Ce sont des résistances dont la valeur varie en fonction de la température. Il suffit de réaliser un montage pour utiliser cette propriété.
En exemple la sonde PT 100 d'on la valeur est de 100 ohms à 0 °C. III) Detecteurs.
Ces appareils, utilisés principalement dans des applications industrielles,
détectent sans contact tout objet métallique : contrôle de présence ou
d'absence, détection de passage, de défilement, de bourrage,
positionnement, comptage. L'emploi des détecteurs de proximité inductifs apporte de nombreux
avantages :
- Compatibilité avec les automatismes électroniques grâce aux possibilités
de cadences élevées,
- Durée de vie indépendante du nombre de cycles de man?uvres ( aucune pièce
mobile donc pas
d'usure mécanique, contacts de sortie statiques),
- Adaptation aux ambiances humides, corrosives et colmatantes, détection
d'objets fragiles,
fraîchement peints, etc. 1) détecteurs de proximité inductifs.
Un détecteur de proximité inductif détecte sans contact physique la
présence de tout objet en matériau conducteur. Il comporte un oscillateur dont les bobinages constituent sa face sensible,
et un étage de sortie. L'oscillateur crée en avant de la face sensible un
champ électromagnétique alternatif ayant une fréquence de 100 à 600 kHz
selon le modèle. Lorsqu'un objet conducteur pénètre dans ce champ, il est le siège de
courants induits circulaires qui se développent à sa périphérie (effet de
peau). Ces courants constituent une surcharge pour le système oscillateur et
entraînent de ce fait une réduction de l'amplitude des oscillations au fur
et à mesure de l'approche de l'objet, jusqu'à leur blocage complet.
La détection de l'objet est effective lorsque la réduction de l'amplitude
des oscillations est suffisante pour provoquer un changement d'état de la
sortie du détecteur. [pic] 2) détecteur photoélectrique
Un détecteur photoélectrique réalise la détection d'une cible, qui peut-
être un objet ou une personne, au moyen d'un faisceau lumineux.
Ses deux constituants de base sont donc un émetteur et un récepteur de
lumière. a) Système barrage.
Emetteur et récepteur sont situés dans deux boîtiers séparés.
C'est le système qui autorise les plus longues portées, jusqu'à 30 m pour
certains modèles. Le faisceau est émis en infrarouge. A l'exception des objets transparents qui ne bloquent pas le faisceau
lumineux, il peut détecter des objets de toutes natures (opaques,
réfléchissants...), ceci avec une excellente précision grâce à la forme
cylindrique de la zone utile du faisceau.
[pic]
b) Système avec effacement de l'arrière plan
Ce système est utilisé dans le cas d'une pièce réfléchissante. [pic] 3) détecteur capacitif.
Les détecteurs capacitifs sont destinés à la détection d'objets ou produits
non métalliques de toutes natures ( papier, verre, plastique, liquides,
etc.).
Un détecteur de position capacitif se compose d'un oscillateur dont les
condensateurs constituent la fa
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