Détecteurs de position et de proximité
Jean-Louis HU – 29/04/2004
Table des matières
LES DETECTEURS DE POSITION...2
LES DETECTEURS DE PROXIMITE INDUCTIFS...3
LES DETECTEURS DE PROXIMITE CAPACITIFS...4
LES DETECTEURS DE PROXIMITE PHOTO ELECTRIQUES...5
LES INTERRUPTEURS A LAME SOUPLE...7
CHOIX DES DETECTEURS...8
CABLAGE DES DETECTEURS...9
LES DETECTEURS DE POSITION
Caractéristiques
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 pré- sence. 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 ma- noeuvre 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 filsUtilisations
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'objetsPrincipe 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'at- taque (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 guidageGamme des interrupteurs de position
LES DETECTEURS DE PROXIMITE INDUCTIFS
Caractéristiques
Symbole 2 fils
3 fils
Ce type de capteur est réservée à la détection sans contact d'objets mé- talliques. 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 filsUtilisations
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 varia-
tion d'un champ magnétique à l'approche d'un objet conducteur du cou- rant électrique.
LES DETECTEURS DE PROXIMITE CAPACITIFS
Caractéristiques
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 matièrePortée de détection
•
jusqu'à 50mm pour les plus courants•
dépend de l'épaisseur des objetsTechnologie
•
3 fils. On prendra soin d'identifier le type de logique utilisée par les unités de traitementUtilisations
•
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'agroalir- nentaire, 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 varia-
tion d'un champ électrique à l'approche d'un objet quelconque.
LES DETECTEURS DE PROXIMITE PHOTO ELECTRIQUES
Caractéristiques 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 lumi- neux et modifie suffisamment la quantité de lumière reçue par le récep- teur 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 condi- tions 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
Pour réaliser la détection d'objets dans les différentes applications, 3 systèmes de base sont propo- sés:
Système barrage 2 boitiers
portée : 30m
pas les objets transparents
Symbole
Système réflex 1 boitier
portée : 15m
pas les objets transparents et réfléchissants
Symbole
Système proximité 1 boitier
portée : dépend de la couleur de l'objet (clair mieux détecté) pas les objets transparents
Symbole
LES INTERRUPTEURS A LAME SOUPLE
Caractéristiques 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 SymboleExemple : I.L.S. sur vérin
CHOIX DES DETECTEURS
Critères de choix 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 pro- jections 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'ap- plication
Phase 2 : détermination du type et de la référence du détecteur re- cherché
•
l'environnement : température, humidité, poussières, projec- tions 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 détecteursCABLAGE 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 générale- ment 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'identi- fier le type de logique utilisée par les uni- tés de traitement.
•
Détecteur électroniqueCe type de détecteur comporte un circuit électronique qui commande une ou plu- sieurs sorties statiques.
Ils existe des détecteurs pour tension continue, d'autres pour tension alterna- tive mais on rencontre aussi des détec- teurs qui se branchent indifféremment sur une tension alternative ou continue.
Malgré la nécessité d'alimenter en énergie le circuit électronique, ce type de détec- teur 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 interrup- teur, 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 ad- missible et pour certains détecteurs, la polarité.
Ce type de détecteur comporte un circuit électro- nique 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 lo- gique positive) ou NPN (pour une logique négative)Principe (ILS) Principe (photo proximité)
Schématisation (ILS) Schématisation (photo proximité)
Détecteur PNP
Pour un automate programmable la charge re- présente 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 pas- sant (contact fermé). Il va donc imposer le po- tentiel + sur la sortie S. La charge est branchée entre la sortie S et le potentiel -. Ce type de dé- tecteur 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 auto- mate au 1 logique, il faut lui imposer un poten- tiel de +24 volts).
Détecteur NPN
Pour un automate programmable la charge re- présente l'entrée
Lorsque qu'il y a détection, le transistor est pas- sant (contact fermé). Il va donc imposer le po- tentiel - sur la sortie S. La charge est branchée entre la sortie S et le potentiel +. Ce type de dé- tecteur est adapté aux unités de traitement qui fonctionnent en logique négative.
On prendra donc soin d'identifier le type de lo- gique utilisée par les unités de traitement (auto- mate programmable)
EX : l'API PB15 fonctionne exclusivement en lo- gique négative (pour mettre une entrée auto- mate au 1 logique, il faut lui imposer un poten-
