Détecteurs de position et de proximité 29/04/2004  Jean-Louis HU 
Liste des cours

 LES DETECTEURS DE POSITION 

 Caractéristiques 

position

 

 

 

 Symbole 

symbole

Les capteurs mécaniques de position, appelés aussi interrupteurs de position, sont surtout employés dans les systèmes automatisés pour assurer la fonction détecter les positions. On parle aussi de détecteurs de présence.

Ils sont réalisés à base de microcontacts placés dans un corps de protection et muni d'un système de commande ou tête de commande.

Avantages

  • sécurité de fonctionnement élevée : fiabilité des contacts et manoeuvre positive d'ouverture
  • bonne fidélité sur les points d'enclenchement (jusqu'à 0,01 mm)
  • séparation galvanique des circuits
  • bonne aptitude à commuter les courants faibles, combinée à une grande endurance électrique
  • tension d'emploi élevée
  • mise en oeuwe simple, fonctionnement visualisé
  • grande résistance aux ambiances industrielles

Détections
tout objet solide

Technologie
2 fils

Utilisations

Les plus significatives se rencontrent dans la mécanique et la machine-outil (usinage, manutention, levage), dans l'agro-alimentaire et la chimie (conditionnement, emballage), sur des types d'applications relevant de :

  • la détection de pièces machines (cames, butées, pignons)
  • la détection de balancelles, chariots, wagons
  • la détection directe d'objets

 Principe 

principe

C'est un commutateur, commandé par le déplacement d'un organe de commande (corps d'épreuve).
Lorsque le corps d'épreuve est actionné, il ouvre ou ferme un contact électrique.
De nombreux modèles peuvent être associés au corps : tête à mouvement rectiligne, angulaire ou multidirection associée à différents dispositifs d'attaque (à poussoir, à levier, à tige).

La tête de commande et le dispositif d'attaque sont déterminés à partir de :

  • la forme de l'objet : came 30°, face plane, forme quelconque
  • la trajectoire de l'objet : frontale, latérale, multidirectionnelle
  • la précision de guidage

Gamme des interrupteurs de position

 

gamme

 LES DETECTEURS DE PROXIMITE INDUCTIFS 

 Caractéristiques 

inductif

 

 Symbole 

2 fils  2 fils

3 fils  3 fils

Ce type de capteur est réservée à la détection sans contact d'objets métalliques.
L'objet est donc à proximité du capteur mais pas en contact contrairement à un détecteur de position.

Avantages

  • pas de contact physique avec l'objet détecté : possibilité de détecter des objets fragiles, fraîchement peints
  • pas d'usure, durée de vie indépendante du nombre de manoeuvres 
  • détecteur statique, pas de pièces en mouvement
  • produit entièrement encapsulé dans la résine (étanche)
  • très bonne tenue à l'environnement industriel (atmosphère polluante)

Détections
tout objet métallique

Portée de détection

  • jusqu'à 50mm pour les plus courants
  • dépend de l'épaisseur des objets

Technologie

  • 2 fils
  • 3 fils

Utilisations

Machine-outil, robotique, chimie fine, agro-alimentaire, domaines d'applications de l'usinage, manutention, assemblage, convoyage

 Principe 
La technologie des détecteurs de proximité inductifs est basée sur la variation d'un champ magnétique à l'approche d'un objet conducteur du courant électrique.

champ
gif issu de SITELEC (//perso.wanado.fr/grc/)


 LES DETECTEURS DE PROXIMITE CAPACITIFS 

 Caractéristiques 

capacitif

 

 Symbole 

symbole

Les détecteurs capacitifs présentent l'avantage de pouvoir détecter à courte distance la présence de tous types d'objets.
L'objet est donc à proximité du capteur mais pas en contact contrairement à un détecteur de position.

Avantages

  • pas de contact physique avec l'objet détecté : possibilité de détecter des objets fragiles, fraîchement peints
  • pas d'usure, durée de vie indépendante du nombre de manoeuvres
  • détecteur statique, pas de pièces en mouvement
  • produit entièrement encapsulé dans la résine (étanche)
  • très bonne tenue à l'environnement industriel (atmosphère polluante)

Détections
toute matière

Portée de détection

  • jusqu'à 50mm pour les plus courants
  • dépend de l'épaisseur des objets

Technologie

  • 3 fils. On prendra soin d'identifier le type de logique utilisée par les unités de traitement

Utilisations

  • contrôle de remplissage de liquides dans des flacons ou des cuves
  • détection de la présence de matériaux pulvérulents dans des trémies

Les domaines d'utilisation les plus significatifs se rencontrent dans l'agroalirnentaire, la chimie, la transformation des matières plastiques, le bois, les matériaux de construction.

 Principe  La technologie des détecteurs de proximité capacitifs est basée sur la variation d'un champ électrique à l'approche d'un objet quelconque.

 LES DETECTEURS DE PROXIMITE PHOTO ELECTRIQUES 

 Caractéristiques 

photo

Un détecteur photoélectrique réalise la détection d'une cible, qui peut être un objet ou une personne, au moyen d'un faisceau lumineux.
Les détecteurs photoélectriques se composent essentiellement d'un émetteur de lumière associé à un récepteur photosensible.
La détection est effective quand l'objet pénètre dans le faisceau lumineux et modifie suffisamment la quantité de lumière reçue par le récepteur pour provoquer un changement d'état de la sortie.

Elle est réalisée selon deux procédés :

  • blocage du faisceau par la cible
  • renvoi du faisceau sur le récepteur par la cible

Avantages

  • pas de contact physique avec l'objet détecté
  • détection d'objets de toutes formes et de matériaux de toutes natures
  • détection à très grande distance
  • sortie statique pour la rapidité de réponse ou sortie à relais pour la commutation de charges jusqu'à 2 A
  • généralement en lumière infrarouge invisible, indépendante des conditions d'environnement

Détections

  • tout objet
  • dépend de l'opacité et de la réflection de l'objet

Portée de détection

  • jusqu'à plusieurs mètres
  • dépend du système employé

Technologie
3 fils

Utilisations

  • détection d'objets et de produits dans la manutention et le convoyage
  • détection de pièces dans les secteurs de la robotique
  • détection de personnes, de véhicules ou d'animaux dans les secteurs des ascenseurs et du bâtiment en général
Pour réaliser la détection d'objets dans les différentes applications, 3 systèmes de base sont proposés:
Système barrage
  • 2 boitiers
  • portée : 30m
  • pas les objets transparents

 Symbole 

symbole

barrage

Système réflex
  • 1 boitier
  • portée : 15m
  • pas les objets transparents et réfléchissants

 Symbole 

symbole

réflex

Système proximité
  • 1 boitier
  • portée : dépend de la couleur de l'objet (clair mieux détecté)
  • pas les objets transparents

 Symbole 

symbole

proxy

gifs issus de SITELEC (//perso.wanado.fr/grc/)

 LES INTERRUPTEURS A LAME SOUPLE 

 Caractéristiques 


ils

Un interrupteur à lame souple (I.L.S.) est constitué d'un boîtier à l'intérieur duquel est placé un contact électrique métallique souple sensible aux champs magnétiques.
Lorsque le champ est dirigé vers la face sensible du capteur le contact se ferme.

Avantages

  • pas de contact physique avec l'objet détecté : possibilité de détecter des objets fragiles, fraîchement peints
  • pas d'usure, durée de vie indépendante du nombre de manoeuvres
  • produit entièrement encapsulé dans la résine (étanche)
  • encombrement réduit

Détections
tout objet magnétique

Portée de détection
dépend de l'objet magnétique

Technologie
2 fils ou 3 fils

Utilisations

  • détection de fermeture de portes ou fenêtres (domotique)
  • détection de la position d'un vérin sur les systèmes automatisés

 

 Symbole 

symbole

Exemple : I.L.S. sur vérin

vérin

 Principe 

animation d'une association ILS / vérin pneumatique


 CHOIX DES DETECTEURS 

 Critères de choix 

choixchoix

choixchoix

Parmi les principaux et nombreux facteurs qui interviennent dans le choix d'un détecteur, citons :
  • les conditions d'exploitation, caractérisées par la fréquence de manoeuvres, la nature, la masse et la vitesse du mobile à contrôler, la précision et la fidélité exigées
  • l'effort nécessaire pour actionner le contact
  • la nature de l'ambiance, humide, poussiéreuse, corrosive, ainsi que la température
  • le niveau de protection recherché contre les chocs, les projections de liquides
  • le nombre de cycles de manoeuvres
  • la nature du circuit électrique
  • le nombre et la nature des contacts
  • la place disponible pour loger, fixer et régler l'appareil

La démarche d'aide au choix s'établit en deux temps :

Phase 1 : détermination de la famille de détecteurs adaptée à l'application

Phase 2 : détermination du type et de la référence du détecteur recherché

  • l'environnement : température, humidité, poussières, projections diverses
  • la source d'alimentation : alternative ou continue
  • le signal de sortie : électromécanique, statique
  • le type de raccordement : câble, bomier, connecteur
Choix d'une famille de détecteurs

organigramme

 CABLAGE DES DETECTEURS 

 Câblage d'un détecteur 2 fils   Câblage d'un détecteur 3 fils 
Il existe 2 types de détecteurs 2 fils :
  • Détecteur à contacts " sec "
    Ce type de détecteur comporte généralement 2 contacts électriques ( un EC et un RC ). Il peut être utilisé sous différentes tensions (inférieure à la tension maximum admissible) et n'est pas polarisé. Il se branche comme un interrupteur, en série dans le circuit. On prendra soin d'identifier le type de logique utilisée par les unités de traitement.

  • Détecteur électronique
    Ce type de détecteur comporte un circuit électronique qui commande une ou plusieurs sorties statiques.
    Ils existe des détecteurs pour tension continue, d'autres pour tension alternative mais on rencontre aussi des détecteurs qui se branchent indifféremment sur une tension alternative ou continue.
    Malgré la nécessité d'alimenter en énergie le circuit électronique, ce type de détecteur ne comporte que deux fils.
    Il est souple d'utilisation puisqu'il se connecte comme un détecteur à contacts secs. Il se branche comme un interrupteur, en série dans le circuit. On prendra soin d'identifier le type de logique utilisée par les unités de traitement.
    Il faut néanmoins vérifier la tension admissible et pour certains détecteurs, la polarité.

Ce type de détecteur comporte un circuit électronique qui commande une ou plusieurs sorties statiques. S'il ne comporte qu'une seule sortie statique, c'est un détecteur 3 fils sinon ce sera un 4 fils (2 sorties statiques).

Il fonctionne uniquement en tension continue.

On prendra soin d'identifier le type de logique utilisée par les unités de traitement (automate programmable)

Le type de logique entraînera :

  • un câblage différent
  • un choix de détecteur PNP (pour une logique positive) ou NPN (pour une logique négative)

Principe (ILS)

ils

cas d'un automate à logique positive

Principe (photo proximité)



proxy

Schématisation (ILS)

symbole

Schématisation (photo proximité)

symbole

Détecteur PNP

pnp

Pour un automate programmable la charge représente l'entrée

Le détecteur PNP ou NPN comporte un transistor. Pour comprendre le branchement, on assimilera ce dernier à un contact électrique.

Lorsque qu'il y a détection, le transistor est passant (contact fermé). Il va donc imposer le potentiel + sur la sortie S. La charge est branchée entre la sortie S et le potentiel -. Ce type de détecteur est adapté aux unités de traitement qui fonctionnent en logique positive.

EX : l'API TSX 17 fonctionne exclusivement en logique positive (pour mettre une entrée automate au 1 logique, il faut lui imposer un potentiel de +24 volts).

Détecteur NPN

npn

Pour un automate programmable la charge représente l'entrée

Lorsque qu'il y a détection, le transistor est passant (contact fermé). Il va donc imposer le potentiel - sur la sortie S. La charge est branchée entre la sortie S et le potentiel +. Ce type de détecteur est adapté aux unités de traitement qui fonctionnent en logique négative.

On prendra donc soin d'identifier le type de logique utilisée par les unités de traitement (automate programmable)

EX : l'API PB15 fonctionne exclusivement en logique négative (pour mettre une entrée automate au 1 logique, il faut lui imposer un potentiel de 0 volts).

http://perso.wanadoo.fr/hu.jean-louis

http://www.stigmprod.ac-aix-marseille.fr

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