Capteur logique de température TOR

Transcription

1 Les détecteurs 1

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. 2

3 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) 3

4 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 4

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. 5

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... 6

7 Comment choisir phase 1 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 : 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. 7

8 Comment choisir phase 1 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 : 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. 8

9 Comment choisir 9

10 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

11 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 11

12 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 12

13 Sortie de type contact C'est le cas des interrupteurs de position, des interrupteurs à lame souple "I.L.S." - 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). 13

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 Détecteur à sortie PNP pour les entrées automate en logique positive Logique positive : courant entrant 14

15 Câblage des détecteurs 0v Entrées 24V CC I0,00 I0,01 I0,02 I0,03 I0,04 I0,05 I0,06 I0,07 I0,08 I0,09 I0,10 I0,11 I0,12 I0,13 I0,14 I0,15 0v 24v Commun des entrées P F - + PNP + F - F P N P + - Récepteur F P N P + - Interrupteurs de position a galet A seuil de pression Fin de course Relais REED (ILS) Seuil de pression à contact Détecteur Inductif à 2 fils Sorties statiques 3 fils : Détecteur Inductif Détecteur capacitif Émetteur - + Système réflex Système proximité Vacuostat Manostat 15

16 Les détecteurs photoélectriques 16

17 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. 17

18 Les 5 systèmes de base Reflex et barrage : l objet bloque le faisceau Reflex Barrage Proximité : l objet renvoie la lumière sur le récepteur Proximité 18

19 Les 5 systèmes de base Proximité L objet renvoie la lumière sur le récepteur 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! 19

20 Reflex et barrage L objet bloque le faisceau 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. 20

21 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 21

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. Les fibres utilisées sont de 2 types : 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. Sortie électrique Raccordement des fibres Boîtier amplificateur 22

23 Détecteurs à fibres optiques Les fibres peuvent être utilisées suivant leur constitution en système barrage ou DPO (plus rarement en système reflex). 23

24 Exemple de détecteurs photoélectriques 24

25 Les détecteurs inductifs 25

26 Principe de fonctionnement Un détecteur de proximité inductif détecte sans contact la présence de tout objet en matériau conducteur. 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. 26

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 27

28 Paramètres influant sur la portée de travail A la portée nominale annoncée par le constructeur, il convient d'apporter des coefficients correcteurs fonction de : La nature du matériau conducteur ( acier, aluminium, ) Les dimensions de l objet à détecter. 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 28

29 Exemple de détecteurs inductifs Cylindrique, noyable Deux fils courant alternatif ou continu 29

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... 30

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. 31

32 Exemple de détecteurs capacitifs 32

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... 33

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 34

35 Précautions de mise en oeuvre 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 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. 35

36 Exemple de détecteurs à ultrasons 36

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 37

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 Pression à l'échappement Sortie électrique 38

39 Les détecteurs pneumatiques Autres détecteurs pneumatiques : pressostat, vacuostat et 2 détecteurs de proximité 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). 39

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. 40