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Les capteurs

Détection d’objets ou de positions
        Information TOR
        (TOUT ou RIEN)
Rôles des capteurs
Structure d’une chaîne d’acquisition

                                   Énergie électrique possible



                                               Conditionnement
             Détection   Transduction
Grandeur                                                           Signal
                                                 Transmission
physique                                                           électrique
à détecter                                                         transmis
(mesurande)Élément de    Conversion de la      Mise en forme du    vers la PC
             détection   nature du signal      signal électrique
On distingue 2 grandes familles


Capteurs de position                       Capteurs de proximité
(fin de course)



                                                  Caractéristiques :
                                -indice de protection.
Caractéristiques :              -Nature du phénomène physique (Inductif,
-indice de protection           magnétique, optique, capacitif, ect….).
-Dispositif d’attaque           -Sortie statique (NPN ou PNP) ou à contact (O, F).
-Type de contact « O, F »       -Fréquence de commutation.
-Câblage 2, 3 ou 4 fils.        -Câblage 2, 3 ou 4 fils.
                                -Portée de détection.
Capteur de position
     NO                                       NC
13        14    Contact à ouverture      21        22        Contact à fermeture


                        Capteur 2 fils
                                                   13   14


                                                   21   22




     Capteur 3 fils                           Capteur 4 fils

               Le basculement des contacts peut être :
                      à action brusque
                      à action dépendante
Fonctionnement des contacts

Contact décalé à action dépendante (rupture lente)




Contact non passant   A = Course maximale de l'organe de commande en mm ou en degrés.
                      B = Course d'approche et de relâchement du contact 21-22.
Contact passant       C= Course d'approche et de relâchement du contact 13-14.
                      P= Point à partir duquel l'ouverture positive est assurée.
Fonctionnement des contacts
      Contact à action brusque (rupture brusque)




                      A = Course maximale de l'organe de commande en mm ou en degrés.
Contact non passant   B = Course d'action de l'élément de contact.
                      C= Course de relâchement de l'élément de contact.
Contact passant       D = B - C = Course différentielle.
                      P= Point à partir duquel l'ouverture positive est assurée.
Fonctionnement des contacts
Contact à chevauchement à action dépendante




Contact non passant
Contact passant
Composition d’un capteur de position
Capteur de proximité
Des caractéristiques électriques à contrôler suivant les applications
                 Tension d’utilisation (Vu)
                 Fréquence de commutation (fc)
                 Courant commuté par la sortie (Is)

     Capteur magnétique                     Capteur inductif
     Vu de 10 à 230V (~ou =)              Vu de 10 à 230V (~ou =)
     fc = 500 à 2000 Hz                   fc = 25 à 5000 Hz
     Is = 0,2 à 2A                        Is = 40 à 75 mA



       Capteur optique                    Capteur capacitif
     Vu de 10 à 230V (~ou =)              Vu de 10 à 230V (~ou =)
     fc = 20 à 10000 Hz                   fc = 300 Hz
     Is = 100 à 500 mA                    Is = 200 mA
Capteur magnétique (ILS)




Possibilité de détection sur des distances de quelques millimètres (0 à 40 mm).
Reproductibilité de la position de commutation à ± 0,1 mm.
La matière de la paroi lors d’une détection au travers de celle-ci influence la portée.
Position de l’aimant.
Ce type de capteur est utilisé pour contrôler la position d'un vérin
Capteur inductif

                              BN        +



                              BK



                               BU       -




Possibilité de détection sur des distances de quelques millimètres (0,3 à 50 mm).
Détecte tous les types de métaux (ferreux ou non).
Peut-être monté noyé ou non dans un support même métallique.
Capteur optique


Basé sur le principe de l’émission d’un faisceau infra rouge.

Nécessite un émetteur et un récepteur.

Différentes configurations sont possibles :
                -Barrage
                -Réflex
                -Proximité
Système barrage
                                   Pièce à
                                   détecter



              émetteur                              récepteur

       -     BU                                                          BU   -
                                                                         BK

                                                                         WH

   +        BN                                                           BN   +




Possibilité de détection sur de grandes distances (jusqu’à 30 mètres).
Détecte toutes les pièces opaques.
L’alignement entre émetteur et récepteur doit être soigné.
Sensible à la lumière ambiante.
Système réflex
                      Pièce à
                      détecter
                                      Réflecteur à trièdres
                                      (catadioptre) trirectangles
 émetteur
 récepteur
                  BU      -

                                                    BK

                                                    WH

                 BN       +


Émetteur et récepteur sont regroupés dans le même boîtier.
Portée courante de 50 à 70 cm mais pouvant aller jusqu’à 10 m.
Détecte toutes les pièces opaques avec pouvoir de réflexion inférieur au catadioptre.
Le réflecteur doit être plus petit que l’objet à détecter.
Sensible à la lumière ambiante et aux ambiances poussièreuses.
Système de proximité
                       Pièce à
                       détecter
émetteur
récepteur
                                  BU   -

                                                                BK

                                                                WH

                              BN       +


C’est l’objet qui sert de réflecteur.
Détecte toutes les matières solides ou liquides sur plusieurs dizaines de centimètres.
La distance de détection est fonction de :
                                      -la couleur
                                      -La brillance
                                      -L’état de surface
Sensible à la lumière ambiante.
Capteur capacitif

                                    BN        +



                                     BK



                                     BU       -




Basé sur le principe de la modification de la permittivité de l’air.
Possibilité de détection sur des distances de quelques millimètres (0,5 à 10 mm).
Détecte tous les types de matériaux et au travers des parois.
technologie des sorties
2 possibilités                Bobine non     O
                              accessible
                                             F
            Sortie à relais                 O+F
          électromécanique                  O+O
                                            F+F


            Sortie statique
                              2 fils

                              3 ou 4 fils
Ordre de prix des différentes technologies
   détecteur             Détecteur          Détecteur         Détecteur
    électro               inductif          capacitif       photoélectrique
   mécanique




 Corps plastique +     Cylindrique        Cylindrique          Barrage 15 m
  tête quelconque     métallique 5 mm   métallique 15 mm
                                                                    75 €
       25 €                 42 €               90 €         XUK 2AKSAL2

                                                              Proximité 0,4m
XCK S101             XS1 M18PA370       XT1 M18PA372                67 €
                                                            XU5B18PP340



                                                        Prix public HT 2003 Schneider
choix
retour


                     Le condensateur

           S
C = ε 0ε r                                               S
                                                             e
           e                                   ε0   εr

S   surface des armatures
e   distance entre les armatures
ε0  permittivité du vide (≈8,85. 10-12 Fm-1)
εr permittivité relative du diélectrique
retour


              technologie des sorties
                 Sortie statique type 2 fils
                      BN ~                                BN ~/=
  AC 2 fils                             AC 2 fils


                  charge                              charge
                        BU ~                                BU ~/=




  DC 2 fils           BN -/+          DC 2 fils
non polarisés                         polarisés
                                                       BN +
                  charge
                        BU -/+                      charge
                                                          BU -
retour


          technologie des sorties
                Sortie statique type 3 ou 4 fils
  Type 3 fils                                     Type 3 fils
    PNP                                             NPN
                      BN +                                             BN +


                                                                                 charge
                  BK                                                BK
                             charge


                    BU -                                              BU -


3 fils programmable
                                      polarité cas 1            polarité cas 2
PNP / NPN / NO / NC
                        BN                BN +   C                  BN +     C
                                                       NPN                         PNP
                                                       NC                          NC
                        BK                BK                        BK
                                                       PNP                         NPN
                        BU                BU -   C     NO
                                                                    BU -     C     NO

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Les capteurs

  • 1. Les capteurs Détection d’objets ou de positions Information TOR (TOUT ou RIEN)
  • 3. Structure d’une chaîne d’acquisition Énergie électrique possible Conditionnement Détection Transduction Grandeur Signal Transmission physique électrique à détecter transmis (mesurande)Élément de Conversion de la Mise en forme du vers la PC détection nature du signal signal électrique
  • 4. On distingue 2 grandes familles Capteurs de position Capteurs de proximité (fin de course) Caractéristiques : -indice de protection. Caractéristiques : -Nature du phénomène physique (Inductif, -indice de protection magnétique, optique, capacitif, ect….). -Dispositif d’attaque -Sortie statique (NPN ou PNP) ou à contact (O, F). -Type de contact « O, F » -Fréquence de commutation. -Câblage 2, 3 ou 4 fils. -Câblage 2, 3 ou 4 fils. -Portée de détection.
  • 5. Capteur de position NO NC 13 14 Contact à ouverture 21 22 Contact à fermeture Capteur 2 fils 13 14 21 22 Capteur 3 fils Capteur 4 fils Le basculement des contacts peut être : à action brusque à action dépendante
  • 6. Fonctionnement des contacts Contact décalé à action dépendante (rupture lente) Contact non passant A = Course maximale de l'organe de commande en mm ou en degrés. B = Course d'approche et de relâchement du contact 21-22. Contact passant C= Course d'approche et de relâchement du contact 13-14. P= Point à partir duquel l'ouverture positive est assurée.
  • 7. Fonctionnement des contacts Contact à action brusque (rupture brusque) A = Course maximale de l'organe de commande en mm ou en degrés. Contact non passant B = Course d'action de l'élément de contact. C= Course de relâchement de l'élément de contact. Contact passant D = B - C = Course différentielle. P= Point à partir duquel l'ouverture positive est assurée.
  • 8. Fonctionnement des contacts Contact à chevauchement à action dépendante Contact non passant Contact passant
  • 10. Capteur de proximité Des caractéristiques électriques à contrôler suivant les applications Tension d’utilisation (Vu) Fréquence de commutation (fc) Courant commuté par la sortie (Is) Capteur magnétique Capteur inductif Vu de 10 à 230V (~ou =) Vu de 10 à 230V (~ou =) fc = 500 à 2000 Hz fc = 25 à 5000 Hz Is = 0,2 à 2A Is = 40 à 75 mA Capteur optique Capteur capacitif Vu de 10 à 230V (~ou =) Vu de 10 à 230V (~ou =) fc = 20 à 10000 Hz fc = 300 Hz Is = 100 à 500 mA Is = 200 mA
  • 11. Capteur magnétique (ILS) Possibilité de détection sur des distances de quelques millimètres (0 à 40 mm). Reproductibilité de la position de commutation à ± 0,1 mm. La matière de la paroi lors d’une détection au travers de celle-ci influence la portée. Position de l’aimant. Ce type de capteur est utilisé pour contrôler la position d'un vérin
  • 12. Capteur inductif BN + BK BU - Possibilité de détection sur des distances de quelques millimètres (0,3 à 50 mm). Détecte tous les types de métaux (ferreux ou non). Peut-être monté noyé ou non dans un support même métallique.
  • 13. Capteur optique Basé sur le principe de l’émission d’un faisceau infra rouge. Nécessite un émetteur et un récepteur. Différentes configurations sont possibles : -Barrage -Réflex -Proximité
  • 14. Système barrage Pièce à détecter émetteur récepteur - BU BU - BK WH + BN BN + Possibilité de détection sur de grandes distances (jusqu’à 30 mètres). Détecte toutes les pièces opaques. L’alignement entre émetteur et récepteur doit être soigné. Sensible à la lumière ambiante.
  • 15. Système réflex Pièce à détecter Réflecteur à trièdres (catadioptre) trirectangles émetteur récepteur BU - BK WH BN + Émetteur et récepteur sont regroupés dans le même boîtier. Portée courante de 50 à 70 cm mais pouvant aller jusqu’à 10 m. Détecte toutes les pièces opaques avec pouvoir de réflexion inférieur au catadioptre. Le réflecteur doit être plus petit que l’objet à détecter. Sensible à la lumière ambiante et aux ambiances poussièreuses.
  • 16. Système de proximité Pièce à détecter émetteur récepteur BU - BK WH BN + C’est l’objet qui sert de réflecteur. Détecte toutes les matières solides ou liquides sur plusieurs dizaines de centimètres. La distance de détection est fonction de : -la couleur -La brillance -L’état de surface Sensible à la lumière ambiante.
  • 17. Capteur capacitif BN + BK BU - Basé sur le principe de la modification de la permittivité de l’air. Possibilité de détection sur des distances de quelques millimètres (0,5 à 10 mm). Détecte tous les types de matériaux et au travers des parois.
  • 18. technologie des sorties 2 possibilités Bobine non O accessible F Sortie à relais O+F électromécanique O+O F+F Sortie statique 2 fils 3 ou 4 fils
  • 19. Ordre de prix des différentes technologies détecteur Détecteur Détecteur Détecteur électro inductif capacitif photoélectrique mécanique Corps plastique + Cylindrique Cylindrique Barrage 15 m tête quelconque métallique 5 mm métallique 15 mm 75 € 25 € 42 € 90 € XUK 2AKSAL2 Proximité 0,4m XCK S101 XS1 M18PA370 XT1 M18PA372 67 € XU5B18PP340 Prix public HT 2003 Schneider
  • 20. choix
  • 21. retour Le condensateur S C = ε 0ε r S e e ε0 εr S surface des armatures e distance entre les armatures ε0 permittivité du vide (≈8,85. 10-12 Fm-1) εr permittivité relative du diélectrique
  • 22. retour technologie des sorties Sortie statique type 2 fils BN ~ BN ~/= AC 2 fils AC 2 fils charge charge BU ~ BU ~/= DC 2 fils BN -/+ DC 2 fils non polarisés polarisés BN + charge BU -/+ charge BU -
  • 23. retour technologie des sorties Sortie statique type 3 ou 4 fils Type 3 fils Type 3 fils PNP NPN BN + BN + charge BK BK charge BU - BU - 3 fils programmable polarité cas 1 polarité cas 2 PNP / NPN / NO / NC BN BN + C BN + C NPN PNP NC NC BK BK BK PNP NPN BU BU - C NO BU - C NO