PROTECTION Protéger un environnement ou un système

Comment acquérir les informations à partir de capteur ?

Introduction

Pour assurer un bon fonctionnement d’une éolienne, il faut connaître en permanence le sens et la force du vent.

Pour faire fonctionner correctement une pompe à chaleur, il est indispensable de déterminer la température intérieure de la pièce à chauffer.

Exemple : Capteur de température sans fil

Autre exemple d’application

Pour économiser de l’énergie, on peut mettre en place des détecteurs de présence dans un couloir.

Introduction

L'acquisition de la grandeur physique est réalisée par un capteur qui traduit la grandeur à acquérir en une grandeur électrique (Vm). Celle-ci est ensuite traitée (amplification et filtrage) par une structure électronique adaptée afin de délivrer le signal (Vt). Puis, ce signal sera converti sous forme numérique, traité et exploité.

Signal électrique

Vm

Signal électrique traité

Vt

Acquisition de l’information

Identification de la fonction réalisée Un capteur associé à une unité de conditionnement réalise la fonction ACQUERIR de la chaîne d'information :

Définition

Le capteur est caractérisé par sa fonction : s = F(m) où s est la grandeur de sortie ou la réponse du capteur.

Mesurande (m)

Grandeur physique à mesurer

(déplacement, température…)

Capteur

Grandeur de sortie (s)

Grandeur physique exploitable

La mesure de s doit permettre, avec ou sans traitement, de « rendre accessible » la valeur de m.

Les informations transmises par le capteur

Logique : information de type tout ou rien (TOR).La fermeture d’un contact permet d’alimenter un circuit électrique

Contact

Partie de

détection

Capteur TOR

Grandeur

mesurée

t

Etat de

sortie du

capteur

t

C’est une information logique, de type Tout Ou Rien (TOR) ouvert ou fermé (0 ou 1) Les détecteurs délivrent donc un signal binaire (deux états possibles : 0 ou 1).

Les informations transmises par le capteur

Analogique : Grandeur qui évolue dans le temps et qui peut prendre une infinité de valeurs. L’information à transmettre peut varier de manière continue, comme la mesure de température d’une pièce à l’aide d’une sonde.

Grandeur mesurée

t

Etat de sortie du capteur

t

L’information à transmettre peut varier de manière continue, comme la mesure de température d’une pièce à l’aide d’une sonde.

Les informations transmises par le capteur

Numérique : Une grandeur numérique est un ensemble ordonné de grandeurs logiques.

Ces informations sont codées sur un nombre de bits définis (0 ou 1).

Information

Temps

1ère valeur

2 ème valeur

3 ème valeur

4ème valeur

Représentation d’un signal numérique codé sur 2 bits

Signal numérique

S si Caractérisation des constituants d’un système

Marc Jacubowicz

Ici 8 bits.

Les informations transmises par le capteur

Numérique : Les informations qui sont des combinaisons de signaux 0-1, sont transmises à l’unité de traitement et peuvent être lues soit en parallèle, soit en série.

Transmission parallèle

Transmission série

Système Grandeurs mesurée Nature de l’information

Exercice : Compléter le tableau.

Les deux principales catégories de capteurs

Les capteurs avec contact Les capteurs sans contact

Les deux principales catégories de capteurs

Détection avec contact Détection sans contact

Interrupteur de position

Contrôle des fluides

Codeurs rotatifs

Manutention et levage

Cellules photoélectriques

Détecteurs inductifs

Détecteurs capacitifs

Identification

Exemple de solutions techniques mises en œuvre dans le domaine

de l’équipement des machines

© Schneider Electric

© Schneider Electric

Capteurs à contact

- La détection électromécanique

Détections possibles : Tout objet solide ou non déformable (contact avec l’objet)

Capteurs sans contact

- Les codeurs optiques.

Codeur

Moteur

- Les codeurs incrémentaux - Les codeurs absolus

Ils permettent de déterminer et contrôler la situation, le déplacement d’un objet : ce sont des capteurs angulaires de position.

Capteurs sans contact

Principe de fonctionnement des codeurs optiques

Capteurs sans contact

Le codeur incrémental

Capteurs sans contact

Le codeur absolu

Capteurs sans contact

Interrupteur à lame souple ILS

Capteurs pour lesquels la détection est provoquée par « effet magnétique ». Détections possibles : Détection de fermeture de portes ou fenêtres (domotique), détection de la position d’un vérin sur les systèmes automatisés

Capteurs sans contact

Détecteur de proximité inductif D.P.I

La technologie est basée sur la variation d’un champ magnétique à l’approche d’un objet conducteur du courant électrique. Détections possibles : Sans contact pour tous les objets métalliques de forme quelconque.

Détecteur de proximité capacitif D.P.C

La technologie est basée sur la variation d’un champ électrique à l’approche d’un objet quelconque. Détections possibles : Sans contact pour tous types de matériaux conducteurs et isolants (verre, huile, bois, plastique, etc).

Capteurs sans contact

Cellule photoélectrique

Détections possibles : Sans contact pour tous les matériaux opaques (non transparents), conducteurs d’électricité ou non.

Système barrage

Système réflex

Système proximité

Capteurs sans contact

Détecteur ultrasons

Capteurs pour lesquels la détection est provoquée par un « effet piézoélectrique ». Détection possible : sans contact pour tout matériau réfléchissant, quelle que soit sa forme et sa couleur.

Capteurs sans contact

Capteur de température : les thermistances

Les thermistances sont des semi-conducteurs thermosensibles dont la résistance varie avec la température. - Si la thermistance a une résistance qui diminue lorsque la température augmente, c’est une thermistance qui a un coefficient de température négatif (CTN). (Cas le plus courant) - Si la thermistance a une résistance qui augmente lorsque la température augmente, c’est une thermistance qui a un coefficient de température positif (CTP).

Applications générales

Détection du positionnement, de l’absence ou de la présence d’une pièce. Les capteurs logiques (les interrupteurs de position, les détecteurs de proximité inductifs, capacitifs,

photoélectriques)

Détection de grandeurs physiques comme la température, l’humidité, la pression, la vitesse. Les capteurs analogiques et les capteurs logiques (les thermostats, pressostats, vacuostats, infrarouge)

Détection continue d’un déplacement Les capteurs numériques (Les codeurs optiques, incrémentaux, absolus)

Détection d’identification d’un objet. Les capteurs numériques (Les lecteurs de cartes magnétiques, de codes-barres, systèmes RFID)