TDM AKA 1
Cours de techniques de mesures
Capteurs industriels usuels
TDM AKA 2
Introduction
Ce sont les capteurs qui transforment les grandeurs
physiques indispensables aux objectifs des mesu...
TDM AKA 3
Introduction
Grandeur physique
• Générer un effet de la grandeur
physique
• Transformer l’effet en une grandeur
...
TDM AKA 4
Introduction
Capteurs communs:
-Capteurs de température
-Capteurs à jauge de contrainte
-Capteurs de déplacement...
TDM AKA 5
Capteurs à jauges de
contrainte
Capteurs à jauges de contrainte
Deux grandes familles : à trames métalliques
à s...
TDM AKA 6
Capteurs à jauges de
contrainte
Illustration de quelques jauges de contrainte.
Jauges biaxiales Vishay
Jauges Vi...
TDM AKA 7
Capteurs à jauges de
contrainte
Généralités
•Les jauges de contrainte servent à mesurer des déformations.
• L'ap...
TDM AKA 8
Capteurs à jauges de
contrainte
Lois de comportement
Variation de résistance par :
L’application d’un effort F s...
TDM AKA 9
Capteurs à jauges de
contrainte
Lois de comportement
La variation de résistance est due aux variations de la rés...
TDM AKA 10
Capteurs à jauges de
contrainte
Le pont de Wheatstone
C’est le montage le plus utilisé pour mesurer avec les ja...
TDM AKA 11
Capteurs à jauges de
contrainte
TDM AKA 12
Capteurs à jauges de
contrainte
Capteurs courants à jauges de contrainte
Capteurs de pression
Basés sur la défo...
TDM AKA 13
Capteurs à jauges de
contrainte
Capteurs courants à jauges de contrainte
Capteurs de pression
.
différentiel"Ho...
TDM AKA 14
Capteurs à jauges de
contrainte
Capteurs de force
Basés sur la déformation en général en flexion d’une structur...
TDM AKA 15
Capteurs à jauges de
contrainte
Capteurs d’accélération
L’effort à l’encastrement est à l’image de l’accélérati...
TDM AKA 16
Capteurs à jauges de
contrainte
Quelques détails sur les accéléromètres.
 Corps d’épreuve: poutre en flexion
...
TDM AKA 17
Capteurs de déplacements
optique incrémentaux
 Etalon: réseau (C)
 Méthode de mesure:
– Transmission
– Réflex...
TDM AKA 18
Capteurs de déplacements
optique incrémentaux
Capteurs de déplacement optiques incrémentaux et absolus:
Incréme...
TDM AKA 19
Capteurs de déplacements
optique incrémentaux
Capteurs de déplacement optiques incrémentaux signaux
2ou1
/
2
av...
TDM AKA 20
Capteurs de déplacements
optique incrémentaux
Exploitation des signaux A,A/ & B,B/
Pour une augmentation de la ...
TDM AKA 21
Capteurs de déplacements
optique incrémentaux
Augmentation de la résolution par interpolation
Par diviseur de t...
TDM AKA 22
Capteurs de déplacements
optique incrémentaux
Exploitation des signaux A,A/ &.B,B
Pour détecter un parasite (un...
TDM AKA 23
Capteurs de déplacements
optique incrémentaux
Quelques capteurs incrémentaux
Codeur incrémental
"LTN"
Règle inc...
TDM AKA 24
Capteurs de déplacement
inductif
Les capteurs de déplacement inductif de type LVDT
(Linear Variable Différentia...
TDM AKA 25
Capteurs de déplacement
inductif
Schéma équivalent et équations
TDM AKA 26
Capteurs de déplacement
inductif
Conditionnement
On utilise la démodulation synchrone pour recueillir le signal...
TDM AKA 27
Capteurs de déplacement
inductif
Caractéristiques principales
Le LVDT est un capteur de déplacement absolu
Il e...
TDM AKA 28
Capteurs de déplacement
inductif
Quelques LVDT
LVDT
"RDP"
TDM AKA 29
Capteurs de déplacement
inductif
Couplemètre
LVDT
"RDP"
 Mesure: déformation
due au couple
 Corps d’épreuve: ...
TDM AKA 30
Capteurs de déplacement
à courants de Foucault
Le capteur de déplacement à courant de Foucault
Principe de fonc...
TDM AKA 31
Capteurs de déplacement
à courants de Foucault
Le capteur de déplacement à courant de Foucault
Conditionnement:...
TDM AKA 32
Capteurs de déplacement
à courants de Foucault
Quelques capteurs à courant de Foucault
TDM AKA 33
Capteurs de déplacement par
triangulation
Les capteurs de déplacement par triangulation
Principe de fonctionnem...
TDM AKA 34
Capteurs de déplacement par
triangulation
Les capteurs de déplacement par triangulation
Capteur à réflexion dif...
TDM AKA 35
Capteurs de déplacement
capacitif
Les capteurs de déplacement capacitif
Principe de fonctionnement:
Basé sur la...
TDM AKA 36
Capteurs de déplacement
capacitif
Quelques exécutions de déplacement capacitif
Pour cibles métalliques, et non ...
TDM AKA 37
Capteurs de déplacement
capacitif
Les capteurs de déplacement capacitif
Mise en œuvre
On impose un courant sinu...
TDM AKA 38
Capteurs de vitesse
tachymètre
 Vitesse angulaire
Ri
dynamo
U Rcharge
E
I
)(
faibletrès
)(arg


EU
I
IREIRU ...
TDM AKA 39
Capteurs de vitesse
tachymètre
Génératrices tachymétriques
TDM AKA 40
Capteurs piézo-électriques
Les capteurs piézo-électriques
Principe de fonctionnement:
Ils sont basés sur la var...
TDM AKA 41
Capteurs piézo-électriques
Matériaux présentant un effet piezo électrique
TDM AKA 42
Capteurs piézoélectriques
Mise en œuvre
Les capteurs piezo électriques sont utilisés pour des mesures dynamique...
TDM AKA 43
Capteurs piézoélectriques
Capteurs piézoélectriques usuels
Accéléromètres:
-Excellente bande passante, fréquenc...
TDM AKA 44
Caractéristiques des capteurs
Sensibilité
dx
du
S 
TDM AKA 45
Caractéristiques des capteurs
S
R
1

Résolution
Pouvoir de résolution
Em
R
P 
résolution divisée par l’étendu...
TDM AKA 46
Caractéristiques des capteurs
Hystérésis
Ou erreur de réversibilité. On obtient des indications différentes pou...
TDM AKA 47
Caractéristiques des capteurs
Non linéarité
TDM AKA 48
Caractéristiques des capteurs
Précision
Qualité globale d’un instrument. Un instrument est d’autant plus
précis...
TDM AKA 49
Caractéristiques des capteurs
Correction
Erreur absolue changée de signe C = - E
r
E
E
X
Erreur relative
S’exp...
TDM AKA 50
Caractéristiques des capteurs
Rapidité temps de réponse
Abilité de la sortie d’un capteur à suivre les variatio...
Prochain SlideShare
Chargement dans…5
×

Slides capteurs à jauges et cinématiques

2 289 vues

Publié le

0 commentaire
0 j’aime
Statistiques
Remarques
  • Soyez le premier à commenter

  • Soyez le premier à aimer ceci

Aucun téléchargement
Vues
Nombre de vues
2 289
Sur SlideShare
0
Issues des intégrations
0
Intégrations
3
Actions
Partages
0
Téléchargements
59
Commentaires
0
J’aime
0
Intégrations 0
Aucune incorporation

Aucune remarque pour cette diapositive

Slides capteurs à jauges et cinématiques

  1. 1. TDM AKA 1 Cours de techniques de mesures Capteurs industriels usuels
  2. 2. TDM AKA 2 Introduction Ce sont les capteurs qui transforment les grandeurs physiques indispensables aux objectifs des mesures, en grandeurs électriques facilement mesurables et enregistrables.
  3. 3. TDM AKA 3 Introduction Grandeur physique • Générer un effet de la grandeur physique • Transformer l’effet en une grandeur mesurable (étalon, corps d’épreuve) • Convertir / enregistrer / afficher la mesure • Augmenter la résolution Principe physique de la mesure Traitement du signal
  4. 4. TDM AKA 4 Introduction Capteurs communs: -Capteurs de température -Capteurs à jauge de contrainte -Capteurs de déplacement -Capteurs piézo-électriques
  5. 5. TDM AKA 5 Capteurs à jauges de contrainte Capteurs à jauges de contrainte Deux grandes familles : à trames métalliques à semi-conducteurs Elles sont intégrées dans un film souple qu’on peut coller sur un support rigide
  6. 6. TDM AKA 6 Capteurs à jauges de contrainte Illustration de quelques jauges de contrainte. Jauges biaxiales Vishay Jauges Vishay Diverses jauges de HBM Rosette pour membrane Rosette 45° Rosette 120° Rosette pour membrane
  7. 7. TDM AKA 7 Capteurs à jauges de contrainte Généralités •Les jauges de contrainte servent à mesurer des déformations. • L'application d'une contrainte σ (F/S) sur une pièce En respectant la loi de Hooke (domaine élastique 0.2 % ; déformation ~ contrainte) •Crée une déformation ε; ε=Δl/l. •Le module de Young E lie la contrainte et la déformation s'ils sont dans le même sens ε= σ·1/E. •Le coefficient de Poisson ν (=0.3) lie la déformation de la direction de la contrainte principale à la déformation perpendiculaire. ε┴= -ν · ε║ •Sensibilité à la température => coeff. de température βj/s ~=0.7 - 2.5 E-5 /°C Remèdes: Jauges auto compensées βj/s ~=1.5 E-6 /°C Propriétés du pont de wheastone. •Bande passante dépend de la taille (100KHz pour une jauge de 1mm2)
  8. 8. TDM AKA 8 Capteurs à jauges de contrainte Lois de comportement Variation de résistance par : L’application d’un effort F sur le support métallique se traduit par une variation relative de la longueur du support induisant une variation relative de la résistance de la jauge. Avec K: facteur de jauge valant 2 à 4 pour les jauges métalliques allant jusqu’à 150 pour les jauges semi-conductrices.
  9. 9. TDM AKA 9 Capteurs à jauges de contrainte Lois de comportement La variation de résistance est due aux variations de la résistivité et aux changement géométrique. L'effet piezorésistif avec c :constante de Bridgman montre le Lien entre la variation de la résistivité des métaux et leur variation de volume. En tenant compte des déformations longitudinales εl et transverse εt on arrive à l'expression avec K le facteur de jauges Les métaux utilisés pour les jauges métalliques ont un c =1 et ν=0.3 d’où généralement K~=2 R l 2 d R l d          V c V      l R K R    K 1 c 2 (1 c)    
  10. 10. TDM AKA 10 Capteurs à jauges de contrainte Le pont de Wheatstone C’est le montage le plus utilisé pour mesurer avec les jauges de contrainte. Car il met en évidence les différences entre les éléments constituants le pont. Propriété: Les éléments adjacents sont de signe contraire les éléments opposés sont de même signe. Les principales configurations de montage sont résumées dans le tableau suivant. Pour des montages très précis on peut être emmené à compenser la longueur des lignes dont la variation sous l’effet de T peut être du même ordre de grandeur que les mesures voulues.
  11. 11. TDM AKA 11 Capteurs à jauges de contrainte
  12. 12. TDM AKA 12 Capteurs à jauges de contrainte Capteurs courants à jauges de contrainte Capteurs de pression Basés sur la déformation d’une membrane.
  13. 13. TDM AKA 13 Capteurs à jauges de contrainte Capteurs courants à jauges de contrainte Capteurs de pression . différentiel"Honeywell" PM Instrument Pression diff. "FUJI" Automobile "ONERA" Piezorésistif "Sensortechnics"
  14. 14. TDM AKA 14 Capteurs à jauges de contrainte Capteurs de force Basés sur la déformation en général en flexion d’une structure. Traction , compression "TESTWELL" Couple; Rondelle charge"TEST" Traction compression "TME" "Captronics"
  15. 15. TDM AKA 15 Capteurs à jauges de contrainte Capteurs d’accélération L’effort à l’encastrement est à l’image de l’accélération subie par la masse suspendue
  16. 16. TDM AKA 16 Capteurs à jauges de contrainte Quelques détails sur les accéléromètres.  Corps d’épreuve: poutre en flexion  Mesure: déformation due à la force inertielle (jauges intégrées)  Filtre passe bas 2d ordre  Fréquences caractéristiques: fn, fref xm x c k m 2 00 2 2 1 )(     ss sG xmkxxcxm mmm  
  17. 17. TDM AKA 17 Capteurs de déplacements optique incrémentaux  Etalon: réseau (C)  Méthode de mesure: – Transmission – Réflexion  Signaux en crénaux: – Obturation – Quadrature  Signaux sinusoïdaux: – Interférence/diffraction – Interpolation  Mesure: – Incrémentale – Absolue Règle linéaire
  18. 18. TDM AKA 18 Capteurs de déplacements optique incrémentaux Capteurs de déplacement optiques incrémentaux et absolus: Incrémental Absolu
  19. 19. TDM AKA 19 Capteurs de déplacements optique incrémentaux Capteurs de déplacement optiques incrémentaux signaux 2ou1 / 2 avec cosetsin 21   i iC x ASAS   
  20. 20. TDM AKA 20 Capteurs de déplacements optique incrémentaux Exploitation des signaux A,A/ & B,B/ Pour une augmentation de la résolution d’un facteur 4
  21. 21. TDM AKA 21 Capteurs de déplacements optique incrémentaux Augmentation de la résolution par interpolation Par diviseur de tension Par traitement digital S
  22. 22. TDM AKA 22 Capteurs de déplacements optique incrémentaux Exploitation des signaux A,A/ &.B,B Pour détecter un parasite (une erreur)
  23. 23. TDM AKA 23 Capteurs de déplacements optique incrémentaux Quelques capteurs incrémentaux Codeur incrémental "LTN" Règle incrémentale ouverte "Heidenhain" Règle incrémentale fermée "Heidenhain" Palpeurs incrémentaux "Heidenhain"
  24. 24. TDM AKA 24 Capteurs de déplacement inductif Les capteurs de déplacement inductif de type LVDT (Linear Variable Différential Transformer) Principe de fonctionnement: Le champ d’une bobine primaire est plus ou moins couplé avec deux bobines secondaires selon la position d’un noyau plongeur ferromagnétique.
  25. 25. TDM AKA 25 Capteurs de déplacement inductif Schéma équivalent et équations
  26. 26. TDM AKA 26 Capteurs de déplacement inductif Conditionnement On utilise la démodulation synchrone pour recueillir le signal proportionnel au déplacement. Allure du signal à la sortie du démodulateur
  27. 27. TDM AKA 27 Capteurs de déplacement inductif Caractéristiques principales Le LVDT est un capteur de déplacement absolu Il est très robuste Sa résolution est submicronique La linéarité est de l’ordre de 0,1% de la pleine échelle
  28. 28. TDM AKA 28 Capteurs de déplacement inductif Quelques LVDT LVDT "RDP"
  29. 29. TDM AKA 29 Capteurs de déplacement inductif Couplemètre LVDT "RDP"  Mesure: déformation due au couple  Corps d’épreuve: arbre  Transformateur différentiel en rotation
  30. 30. TDM AKA 30 Capteurs de déplacement à courants de Foucault Le capteur de déplacement à courant de Foucault Principe de fonctionnement et équations
  31. 31. TDM AKA 31 Capteurs de déplacement à courants de Foucault Le capteur de déplacement à courant de Foucault Conditionnement: Montage en pont & démodulation synchrone Caractéristiques et utilisation: -excellente résolution 30nm -utiliser sur une portion linéaire -on trouve aussi des exécutions détecteur -être attentif à la taille de la cible. -être attentif à la nature et à la structure de la cible
  32. 32. TDM AKA 32 Capteurs de déplacement à courants de Foucault Quelques capteurs à courant de Foucault
  33. 33. TDM AKA 33 Capteurs de déplacement par triangulation Les capteurs de déplacement par triangulation Principe de fonctionnement: Un faisceau lumineux incident est focalisé sur la cible. Le faisceau réfléchi éclaire en fonction de la distance un endroit sur un capteur optique de type CCD ou PSD. Principaux type -Les capteurs à réflexion diffuse -Les capteurs à réflexion spéculaire Plage: 20 à 75mm Plage: environ 50 µm Résolution: 2 à 5 µm Résolution: environ 15 nm
  34. 34. TDM AKA 34 Capteurs de déplacement par triangulation Les capteurs de déplacement par triangulation Capteur à réflexion diffuse "SUNX" Capteur laser "Keyence"
  35. 35. TDM AKA 35 Capteurs de déplacement capacitif Les capteurs de déplacement capacitif Principe de fonctionnement: Basé sur la variation de la capacité d’un condensateur plan en fonction de la distance entre les armatures. Principales exécutions -Tout types de cibles -Cibles métalliques
  36. 36. TDM AKA 36 Capteurs de déplacement capacitif Quelques exécutions de déplacement capacitif Pour cibles métalliques, et non métalliques "Micro Epsilon"
  37. 37. TDM AKA 37 Capteurs de déplacement capacitif Les capteurs de déplacement capacitif Mise en œuvre On impose un courant sinusoïdal à la capacité; la tension à ses bornes vaut: La tension est proportionnelle à la distance. Caractéristiques principales Les capteurs capacitifs peuvent descendre à 3nm de résolution La dynamique est supérieure à 10KHz Ils conviennent à tout types de cibles.
  38. 38. TDM AKA 38 Capteurs de vitesse tachymètre  Vitesse angulaire Ri dynamo U Rcharge E I )( faibletrès )(arg   EU I IREIRU iech  
  39. 39. TDM AKA 39 Capteurs de vitesse tachymètre Génératrices tachymétriques
  40. 40. TDM AKA 40 Capteurs piézo-électriques Les capteurs piézo-électriques Principe de fonctionnement: Ils sont basés sur la variation de la polarisation D d’un réseau cristallin soumis à une contrainte mécanique. Repère et efforts
  41. 41. TDM AKA 41 Capteurs piézo-électriques Matériaux présentant un effet piezo électrique
  42. 42. TDM AKA 42 Capteurs piézoélectriques Mise en œuvre Les capteurs piezo électriques sont utilisés pour des mesures dynamiques. Schéma équivalent électrique Pour conditionner un capteur piezo on utilise un amplificateur de charge. Leur particularité est une très grande impédance d’entrée. Schéma de l’ensemble capteur câble ampli.
  43. 43. TDM AKA 43 Capteurs piézoélectriques Capteurs piézoélectriques usuels Accéléromètres: -Excellente bande passante, fréquence de résonnance jusqu’à 150 KHz Capteurs de force: -Rigidité et fréquence de résonnance plus grandes que ceux des capteurs à jauges de contrainte. Capteurs de pression: -Excellente dynamique temporelle, haute plage de pression. "Kistler" Accéléromètre piezoélectrique Triaxial "Bruel&Kjaer" Rondelle de charge "Kistler"
  44. 44. TDM AKA 44 Caractéristiques des capteurs Sensibilité dx du S 
  45. 45. TDM AKA 45 Caractéristiques des capteurs S R 1  Résolution Pouvoir de résolution Em R P  résolution divisée par l’étendue de la mesure
  46. 46. TDM AKA 46 Caractéristiques des capteurs Hystérésis Ou erreur de réversibilité. On obtient des indications différentes pour la même mesurande en croissant ou en décroissant
  47. 47. TDM AKA 47 Caractéristiques des capteurs Non linéarité
  48. 48. TDM AKA 48 Caractéristiques des capteurs Précision Qualité globale d’un instrument. Un instrument est d’autant plus précis que la valeur fournie est proche de la valeur vraie. Finesse Capacité à peu perturber la mesurande. Erreur absolue Différence entre la mesure et la mesurande E = Xm - X
  49. 49. TDM AKA 49 Caractéristiques des capteurs Correction Erreur absolue changée de signe C = - E r E E X Erreur relative S’exprime en % Erreur absolue sur valeur vraie Erreur systématique Erreur qui reste constante en valeur absolue et en signe quand on fait plusieurs mesures
  50. 50. TDM AKA 50 Caractéristiques des capteurs Rapidité temps de réponse Abilité de la sortie d’un capteur à suivre les variations temporelles de la mesurande. Étalonnage Permet d’ajuster et de déterminer sous forme algébrique ou graphique, la relation entre la grandeur de sortie et la mesurande.

×