18 Capteurs
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18 Capteurs
Pour fonctionner, un système doit connaître l’état de la matière d’œuvre, de sa partie opérative
et parfois de son environnement (ce sont les comptes rendus).
L’utilisateur ou opérateur fournit au système des informations d’exploitation par l’intermédiaire
de boutons poussoirs, clavier, etc… (ce sont les consignes).
Ces informations sont exploitées par l’unité de traitement, puis transmises vers :
- des préactionneurs (pour réaliser une action (ce sont des ordres) ;
- l’opérateur (par l’intermédiaire de voyants, buzzer,… (ce sont les messages).
Il existe, dans tout système automatisé, un constituant qui capte ces états pour en informer ensuite
la partie commande. Ce constituant, interface indispensable du dialogue PO PC est un capteur.
2- DÉFINITION ET RÔLE DU CAPTEUR :
Les capteurs sont des composants de la chaîne d’acquisition dans une chaîne d’information.
Relever ou prélever une grandeur physique à mesurer et la transformer en un signal exploitable.
Un capteur est un dispositif essentiel de la chaîne d’information ; il doit saisir la grandeur
physique et la rendre utilisable par l’organe de traitement (la partie commande : PC).
Dans quelques cas, ce signal est pneumatique mais dans la grande majorité des cas, cette
information se fait par l’intermédiaire d’un signal électrique.
Les capteurs d’information TOUT ou RIEN (TOR) sont aussi appelés des détecteurs.
Le capteur est constitué de deux parties distinctes :
- le corps d’épreuve qui est directement soumis à la grandeur physique à acquérir ;
- l’élément sensible (ou transducteur) qui convertit la grandeur physique saisie en un signal
généralement électrique exploitable par l’organe de traitement.
3- SIGNAL DÉLIVRE PAR UN CAPTEUR :
L’information de sortie délivrée par un capteur est le plus souvent supportée par un signal
électrique (très faible niveau de tension) et parfois pneumatique.
Comme pour la grandeur physique mesurée, l’image informationnelle (signal exploitable)
délivrée par un capteur peut-être de nature logique, analogique ou numérique.
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4- FAMILLES DE CAPTEURS :
Il existe un très grand nombre de capteurs différents,
chacun adapté à un type d’application, de mesure
ou d’actionneur. Selon la nature du signal transmis,
on distingue trois catégories de capteurs, voir tableau
Capteurs analogiques, le signal délivré est
la traduction exacte de la loi de variation de la grandeur physique mesurée ;
Capteurs logiques, le signal ne présente que deux niveaux ou deux états, qui s’affichent
par rapport au franchissement de deux valeurs (signal binaire) ; ces capteurs
du type Tout Ou Rien sont également désignés par détecteurs ou capteur TOR.
Le capteur TOR est assimilable à un interrupteur (contact électrique) à :
Rupture de Circuit (RC) Établissement de Circuit (EC)
Normalement Fermé (NF) Normalement Ouvert (NO)
Capteurs numériques, le signal est codé au sein même du capteur par une électronique
associée ; ces capteurs sont également désignés par codeurs et compteurs.
Remarque : La famille la plus fournie est celle des détecteurs de présence.
On distingue les détecteurs par contact et les détecteurs de proximité.
Pour détecter la position d’un mobile ou mesurer son déplacement, on utilise
principalement des codeurs optiques.
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6- PRINCIPAUX CAPTEURS OU DÉTECTEURS :
Acquérir Acquérir une
information
Acquérir une
information sur une S DÉTECTEUR (OU INTERRUPTEUR) DE POSITION À ACTION MÉCANIQUE Avec contact
FP
l’information FT1 de position FT11 position ou sur la Fonctionnement
ou de présence d’un objet Position ou Acquérir l’information Signal logique
présence quelconque ou
présence sur une position ou la
d’une personne 1
présence d’un objet 0
quelconque
Information = 0 Information = 1
Information à A poussoir A galet A levier galet
caractère logique
Le signal supportant
l’information ne peut
prendre que deux
états possibles.
Schématisation
Objet
réfléchissant
Système barrage Système reflex Système de proximité
Schématisation
Symbole générale
d’un détecteur
de proximité
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Acquérir une S DÉTECTEUR MAGNÉTIQUE (INTERRUPTEUR À LAME SOUPLE (ILS)) Sans contact
information sur une
FT12 position ou sur la Fonctionnement Position ou Acquérir l’information Signal logique
présence d’un objet
magnétique présence sur une position ou la 1
présence d’un objet 0
magnétique
Absence de champ magnétique : Présence de champ magnétique :
Schématisation
Lorsque la pièce
métallique est placée dans
le champ électromagnétique, des
courants induits arrêtent les oscillations
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Acquérir une S POTENTIOMÈTRE (RECTILIGNE OU ANGULAIRE) (capteur de déplacement) Avec contact
information sur les
FT15 positions rectiligne
ou angulaires Fonctionnement : On utilise la variation de la résistance d’un potentiomètre ou le
d’un objet flux magnétique de la capacité d’un condensateur. Ces capteurs sont en général
constitués de deux parties : une partie fixe (ou liée à la référence) et l’autre partie
Information à
caractère analogique
liée au mobile. Le déplacement relatif de ces deux parties engendre la variation
d’un phénomène physique qui est mesuré. Cette mesure est ensuite interprétée sous
la forme d’une distance linéaire pour une translation ou d’un angle pour une rotation.
Le signal supportant
l’information peut varier Positions Acquérir l’information Signal analogique
de façon continue. sur les positions
rectiligne ou angulaires
d’un objet
Potentiomètre Potentiomètre
rectiligne angulaire
Acquérir une S CAPTEUR DE DÉPLACEMENT Sans contact
FT16 information sur les
positions angulaires Fonctionnement : La position de la sourie sur le tapis est la grandeur
d’un axe
physique à acquérir (entrée analogique). La boule entraîne le disque à encoches.
Information à
caractère numérique
Chaque encoche en passant devant la source lumineuse crée par une diode,
permet d’obtenir une impulsion électrique. Le nombre d’impulsion est limage
de la distance par courue par la souris sur le tapis. C’est une grandeur de sortie
Le signal supportant
l’information est mesurable, numérique. Positions Acquérir l’information Signal numérique
il varie de façon discrète sur les positions
(par incrément). angulaires d’un axe
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Acquérir une S TACHYMÈTRE À FIL = capteur de vitesse linéaire à faible amplitude ou angulaire
information sur la
FT22 vitesse linéaire ou Fonctionnement : Transforme le mvt
angulaire d’un Acquérir Signal analogique
de translation en mvt de rotation Vitesse l’information sur
objet
par un câble accroché au mobile du vent la vitesse linéaire
qui s’enroule sur un tambour. ou angulaire
L’évolution des systèmes de production conduit à un besoin croissant d’informations de position, de vitesse ou de
déplacement des parties mobiles à tout instant du processus et non uniquement en fin de course
Pour détecter la position d’un mobile ou mesurer son déplacement, on utilise principalement des codeurs optiques.
Le codeur émet divers signaux électriques à destination de la partie commande chargée de les exploiter et de leur
donner un sens (par mesure de la fréquence, comptage, décodage …)
Acquérir une S CODEURS INCRÉMENTAUX – CODEURS NUMÉRIQUES
FT23 information sur la
position et la Fonctionnement : Ils sont constitués d’un disque comportant des zones opaques et des zones
vitesse translucides. Des diodes électroluminescentes (LED) émettent une lumière qui peut traverser
les zones transparentes. Des photo-transistors, situés de l’autre côté du disque en regard des
LED, captent cette lumière lorsqu’ils sont face à une ouverture et délivrent un signal électrique,
image de la présence de cette ouverture. Il existe deux principaux types de codeurs optiques :
Les codeurs incrémentaux qui délivrent une Les codeurs numériques de position pour
information de déplacement angulaire du lesquels chaque position du disque
disque sous forme d’un train d’impulsions dont correspond à une valeur numérique différente
le nombre permet de déduire le déplacement identifiable par la partie commande.
et dont la fréquence est proportionnelle à la
vitesse de déplacement.
Déplacement Acquérir Signal Déplacement Acquérir Signal
l’information sur numérique l’information sur numérique
la position ou la la position ou la
vitesse vitesse
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Acquérir une Acquérir une S PRESSOSTAT (capteur de pression ; manocontact ; contact électrique à pression)
FT3 information FT31 information sur
de pression la pression Fonctionnement Acquérir Signal logique
Pression l’information sur
supérieure la pression d’une 1
0
à la pression installation
atmosphérique
Schématisation
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I- Généralité :
1- Expliquer comment on peut déterminer le sens de rotation d’un codeur incrémental.
2- Qu’est-ce qui différencie un codeur absolu d’un codeur incrémental ?
3- Combien de positions comporte un codeur absolu 5 bits et un codeur incrémental 1000 pts/tr ?
2- Un codeur absolu délivre un code binaire évoluant au cours de la rotation ; c’est un signal
numérique. Un codeur incrémental délivre un signal logique.
3- Codeur absolu 5 bits : 25 = 32 positions ;
Codeur incrémental 1000 pts/tr : 1000 positions.
II- Choix d’un codeur incrémental :
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