Détecteurs de proximité

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1 GPA-668 : apteurs et actionneurs Détecteurs de proximité Inductifs apacitifs Optiques Note de cours GPA668 Note de cours GPA668 Note de cours GPA668 Robustes et fiables; Ne détectent que les métaux; Portée variant de 5 μm à 60 mm; Sensibles aux champs magnétiques. Détectent tous les matériaux; Très sensible pour la détection; Très sensible à l'environnement; Température, humidité. Portée de quelques centimètres. Détectent tous matériaux; Peuvent avoir de très longues portés; Sujet à certains problèmes en présence de: Poussières, chocs, radiations,... Ultrasoniques Note de cours GPA668 permettent la détection d un objet, indépendamment de la matière qui le compose, sa couleur, et sa transparence. relativement robuste et fiable 1

2 Principes e détecteur comporte un circuit oscillateur qui envoie une tension alternative dans une bobine localisée au bout du capteur). Un champ magnétique alternatif est émis au bout du capteur. Si un objet métallique se présente dans ce champ magnétique, il y aura apparition d un courant. Le courant de Foucault qui apparaît dans l objet métallique prélève de l énergie au circuit oscillateur. L amplitude et la fréquence de l oscillateur change lorsqu un objet est présent. Plus l objet est près, plus l amplitude diminue À partir de la réponse de l oscillateur, une tension de sortie est obtenue via l électronique de détection. D P n 0,9 0,9 Fmat. P assage. Tolérance de fabrication 10% Tolérance de température 10% Facteur du métal Passage de la cible: Axial=100% Radial=50%

3 hez Thalie inc., il faut détecter un objet en cuivre passant a moins de 4 mm selon une présentation axiale. Le détecteur de proximité inductif doit envoyer un signal logique a la charge si la distance est de 4 mm ou moins. La sortie de ce détecteur doit être de type NPN. La température de l'emplacement ou se situe le capteur varie de 10 o a 40 o. a- Parmi la liste des détecteurs données en annexe A, le ou lesquels peuvent faire l'affaire. Indiquer le numéro de modèle, ainsi que leur portée nominale et réelle. b- Quelle est la dimension minimum de la cible nécessaire pour que la détection ait lieu a la distance demandée? c- Pour une source de tension continue de 4 Volts, quelle est la plage de résistance de charge qui assure de ne pas faire circuler un courant trop grand dans le capteur? Indice : Voir "ontrol output (switching capacity)" et "Residual voltage". d- Quelle est la tension aux bornes de la charge lorsque le détecteur est active par la présence d'une cible? Il faut que la portée du détecteur soit supérieur à D=4mm D P 0,9 0,9 F P. n mat. assage 4 P 0,9 0, P 0.43 n n 4 Pn mm

4 D Uc b- Quelle est la dimension minimum de la cible nécessaire pour que la détection ait lieu a la distance demandée? La portée dépend de la taille de la cible: Épaisseur de la cible > 1mm Dimensions de la cible doit être la plus grande de ces deux valeurs: Diamètre du détecteur VS 3 fois la portée nominale P L D si D>3P L L 3P si 3P>D 3P=3x0mm=60mm D=47mm E L 60 mm L c- Pour une source de tension continue de 4 Volts, quelle est la plage de résistance de charge qui assure de ne pas faire circuler un courant trop grand dans le capteur? Indice : Voir "ontrol output (switching capacity)" et "Residual voltage". Ri I Vcc R ourant maximal de sortie = 00mA hute de tension au capteur= 1.8V Vcc Vcc Vchutte Il faut que 0.A ou 0.A Ri R R A R 111 R 0. d- Quelle est la tension aux bornes de la charge lorsque le détecteur est active par la présence d'une cible? Uc Vcc V 4V 1.8V.V chute 4

5 Détecteur capacitif Principe Lorsqu une cible s approche de la face sensible, sa présence affecte l intensité du champ électrique et la capacitance du condensateur formé par les plaques du détecteur Le détecteur de proximité capacitif détecte tout objet qui a un effet sur un champ électrique. Donc, le détecteur de proximité capacitif détectera les objets, dont la constante diélectrique relative est suffisamment différente de celle de l air et les objets métalliques qui viennent modifier la géométrie du champ électrique. d A t Dans le cas d un objet non métallique, la principale voie de détection est via le changement de la constante diélectrique du milieu présent dans le champ électrique du condensateur A d Soit un détecteur de proximité capacitif A dont la capacitance évolue selon l équation suivante qui est valide si x 3 cm : pf 3cm x p xr 8,85 A m 3cm x 0,1cm où, x est la distance entre la cible et la face du détecteur en cm, ε p est le facteur de correction du matériau de la cible, ε r est le facteur de correction pour l air (appelé aussi la constante diélectrique relative de l air) qui est de et A est la surface de la capacitance du détecteur. Le détecteur a une surface de capacitance A de 3 cm et la cible se présente de façon axiale. a- Quelles sont les valeurs extrêmes de la capacitance pour une cible en résine de mélamine ayant un facteur de correction de 10? b- Quelle est la valeur de la capacitance si la cible en résine de mélamine à 1.5 cm? c- En utilisant une cible en porcelaine (facteur de correction de 5), à quelle distance sera t elle détectée pour un seuil de capacitance égal à la valeur de la capacitance calculée en b)? 5

6 ?? x3 x0 Pourx3 8,85 3cm 8, m x3 pf m 3cm 3cm 0,1cm pf 0.03m m 0.03m 0.031m pf p 10 ; r ; A 3cm 3cm 3cm 10 3cm Pour x 0 x0 pf 3cm ,85 3cm m 3cm 0 0,1cm pf 0.3m 0.03m , m m m 6.55pF 1.5 cm? à x 1.5cm 1.5cm pf 3cm x p xr 8,85 A m 3cm x 0,1cm 0,03 0, ,0151, ,850, ,03 0,015 0,001 0,15 0, 0151, ,850, ,030, pF 6

7 X 5? p facteur de correction de 5 Pour pf 8,85 3cm p 5 pf 3cm x m 3cm x 0,1cm pf 0.03m x 5 x pf 8, m m 0.03m x 0, 001m x cm Principe Les détecteurs de proximité photoélectriques permettent la détection d une cible qui affecte la trajectoire d un faisceau lumineux. La méthode de la barrière. La méthode rétro réflective. La méthode diffuse. La méthode convergente. La méthode du champ fixe. La méthode spéculaire. 7

8 Soit un détecteur de proximité optique utilisant la méthode diffuse ayant les spéciations apparaissant dans les Figures 1 et. La portée nominale est de 1 mètre. Nous devons détecter le passage de boîtes de carton ayant un pouvoir de réflexion de 60 % sur un convoyeur. L'environnement de travail est très poussiéreux, puisque nous sommes dans une scierie. Nous devons détecter le passage de boîtes de carton ayant un pouvoir de réflexion de 60 % sur un convoyeur. L'environnement de travail est très poussiéreux, puisque nous sommes dans une scierie. a- quelle distance de la boîte pouvons-nous installer le capteur pour assurer une détection correcte de celle-ci en tout temps? Quel devrait-être le seuil pour assurer la détection de ces boîtes? b- Si un mur peinturé avec une couleur mate (40%) est présent dans le champ du capteur, le contraste sera trop faible. Proposer et justifier une autre façon de détecter la boîte. c- Si le tapis transportant les boîtes roule a 3 mètres par minute, quelle devrait être la distance minimale entre les boîtes pour que le capteur détecte l'intervalle entre celles-ci? (temps de commutation du détecteur de 8 ms). Fig.1 Puisque l'environnement est très poussiéreux une marge de fonctionnement de 50 est requise. 8

9 EG pouvoir de réflexion seuil de détection 50 Recu EG Seuil % % Seuil % Recu % EG 60% Seuil % 1.% m à 0.15m Parmi les alternatives possibles, il y aurait le détecteur capacitif ou le détecteur ultrasonique pour faire la détection de la boite. Ou encore utiliser un détecteur photoélectrique avec la méthode de la barrière. c- Si le tapis transportant les boîtes roule a 3 mètres par minute, quelle devrait être la distance minimale entre les boîtes pour que le capteur détecte l'intervalle entre cellesci? (temps de commutation du détecteur de 8 ms). L m 3000 mm Vmax L Vmax Tc 3 8ms 0.008s 0.4mm on Tc min 60 s 35mm La distance doit être supérieure à 35mm + 0.4mm 9

10 On désire mesurer la vitesse d un mobile tournant avec un détecteur de proximité inductive. e détecteur de proximité a un temps de commutation de 1.5 ms. L engrenage qui servira à détecter la vitesse du mobile tournant possède 10 dents espacées de 1.5 pouces et ayant une largeur de 1.5 pouces. a- Quelle est la vitesse maximale du moteur que l on peut mesurer (en RPM)? b- Si la vitesse du moteur est de 1 00 RPM, quelle est la fréquence générée en sortie du détecteur de proximité? c- Si le convertisseur fréquence tension à une erreur de 0.5 Hertz, quelle est l erreur absolue (en RPM) et l erreur relative à 1 00 RPM? Espacement E = 1.5 pouces Largeur L = 1.5 pouces Temps de commutation Tc= 1.5 ms Nombre de dents Nd = 10 dents V V a- Quelle est la vitesse maximale du moteur que l on peut mesurer (en RPM)? max on max off L 1.5 po po / s Tc 1.5ms E 1.5 po 1000 po / s Tc 1.5ms Vmax po / s Une rotation P 1.5 po 1.5 po po po / s Rotation max du moteur 30.3 RPS soit1818 RPM 7.5 po b- Si la vitesse du moteur est de 1 00 RPM, quelle est la fréquence générée en sortie du détecteur de proximité? 100RPM Fréquence 10 00Hz 60 10

11 c- Si le convertisseur fréquence tension à une erreur de 0.5 Hertz, quelle est l erreur absolue (en RPM) et l erreur relative à 1 00 RPM? 100RPM 00Hz a 0.5Hz 0.5Hz 100RPM a 00Hz 1.5RPM 1.5RPM r 100RPM 0.15% 11