Lab6

18-10-14
GPA-668 : Capteurs et actionneurs
Détecteurs de proximité
 Robustes et fiables;
 Ne détectent que les métaux;
 Portée variant de 25 μm à 60 mm;
 Sensibles aux champs magnétiques.
Inductifs
Note de cours GPA668
Capacitifs
Note de cours GPA668
 Détectent tous les matériaux;
 Très sensible pour la détection;
 Très sensible à l'environnement;
Température, humidité.
 Portée de quelques centimètres.
 Détectent tous matériaux;
 Peuvent avoir de très longues portés;
 Sujet à certains problèmes en présence de:
Poussières, chocs, radiations, ...
Optiques
Note de cours GPA668
Ultrasoniques
Note de cours GPA668
 permettent la détection d’un objet, indépendamment
de la matière qui le compose, sa couleur, et sa
transparence.
 relativement robuste et fiable
1
18-10-14
Principes
Ce détecteur comporte un circuit oscillateur qui envoie une tension alternative
dans une bobine localisée au bout du capteur). Un champ magnétique alternatif
est émis au bout du capteur. Si un objet métallique se présente dans ce champ
magnétique, il y aura apparition d’un courant. Le courant de Foucault qui
apparaît dans l’objet métallique prélève de l’énergie au circuit oscillateur.
L’amplitude et la fréquence de l’oscillateur change lorsqu’un objet est présent.
Plus l’objet est près, plus l’amplitude diminue
À partir de la réponse de l’oscillateur, une tension de sortie est obtenue via
l’électronique de détection .
D  Pn  0,9  0,9  Fmat.  Passage .
Tolérance de fabrication 10%
Tolérance de température 10%
Facteur du métal
Passage de la cible:
Axial=100%
Radial=50%
2
18-10-14
Chez Thalie inc., il faut détecter un objet en cuivre passant a moins
de 4 mm selon une présentation axiale. Le détecteur de proximité
inductif doit envoyer un signal logique a la charge si la distance est
de 4 mm ou moins. La sortie de ce détecteur doit être de type NPN.
La température de l'emplacement ou se situe le capteur varie de
10oC a 40oC.
a- Parmi la liste des détecteurs données en annexe A, le ou lesquels peuvent faire
l'affaire. Indiquer le numéro de modèle, ainsi que leur portée nominale et réelle.
b- Quelle est la dimension minimum de la cible nécessaire pour que la détection ait
lieu a la distance demandée ?
c- Pour une source de tension continue de 24 Volts, quelle est la plage de résistance de
charge qui assure de ne pas faire circuler un courant trop grand dans le capteur ?
Indice : Voir "Control output (switching capacity)" et "Residual voltage".
d- Quelle est la tension aux bornes de la charge lorsque le détecteur est active par la
présence d'une cible ?
Il faut que la portée du détecteur soit supérieur à D=4mm
D  Pn  0,9  0,9  Fmat.  Passage .
4  Pn  0,9  0,9  0.3  1
4
4  Pn  0.243
Pn 
 16.4609mm
0.243
3
18-10-14
b- Quelle est la dimension minimum de la cible nécessaire pour que la détection
ait lieu a la distance demandée ?
La portée dépend de la taille de la cible:
Épaisseur de la cible > 1mm
Dimensions de la cible doit être la plus grande de ces deux valeurs:
Diamètre du détecteur VS 3 fois la portée nominale
P
L ≥ D si D>3P
D
L ≥ 3P si 3P>D
L
E
L
3P=3x20mm=60mm
L ≥ 60 mm
D=47mm
c- Pour une source de tension continue de 24 Volts, quelle est la plage de résistance de charge
qui assure de ne pas faire circuler un courant trop grand dans le capteur ?
Indice : Voir "Control output (switching capacity)" et "Residual voltage".
I
Ri
Uc
RC
Vcc
Courant maximal de sortie = 200mA
Chute de tension au capteur= 1.8V
Il faut que
Vcc  Vchutte
Vcc
 0.2 A ou
 0.2 A
Ri  RC
RC
24  1.8
22.2
 0.2 A  RC 
 111
RC
0.2
d- Quelle est la tension aux bornes de la charge lorsque le détecteur est active par la
présence d'une cible ?
Uc  Vcc  Vchute  24V  1.8V  22.2V
4
18-10-14
Détecteur capacitif
Principe
Lorsqu’une cible s’approche de la face sensible, sa
présence affecte l’intensité du champ électrique et la
capacitance du condensateur formé par les plaques
du détecteur
Le détecteur de proximité capacitif détecte tout objet qui a un effet sur un
champ électrique. Donc, le détecteur de proximité capacitif détectera les
objets, dont la constante diélectrique relative est suffisamment différente de
celle de l’air et les objets métalliques qui viennent modifier la géométrie du
champ électrique.
Dans le cas d’un objet non‐métallique, la principale voie de détection est via
le changement de la constante diélectrique du milieu présent dans le champ
électrique du condensateur
C   A
d t
C
A
d
Soit un détecteur de proximité capacitif AC dont la capacitance évolue selon
l’équation suivante qui est valide si x ≤ 3 cm :
C  8,85
  3cm  x   p  x r 
pF
 A

m
 3cm   x  0,1cm  
où, x est la distance entre la cible et la face du détecteur en cm, εp est le facteur de
correction du matériau de la cible, εr est le facteur de correction pour l’air (appelé
aussi la constante diélectrique relative de l’air) qui est de 1.000264 et A est la surface
de la capacitance du détecteur.
Le détecteur a une surface de capacitance A de 3 cm2 et la cible se présente de façon
axiale.
a- Quelles sont les valeurs extrêmes de la capacitance pour une cible en résine de
mélamine ayant un facteur de correction de 10 ?
b- Quelle est la valeur de la capacitance si la cible en résine de mélamine à 1.5 cm ?
c- En utilisant une cible en porcelaine (facteur de correction de 5), à quelle distance
sera‐t‐elle détectée pour un seuil de capacitance égal à la valeur de la capacitance
calculée en b) ?
5
18-10-14
Cx3 ?
 p  10 ;  r  1.000264 ; A  3cm2
Cx0 ?
Pour x  3
C  8,85
  3cm  3cm 10  3cm 1.000264 
pF
 3cm 2 

m
3cm   3cm  0,1cm 


C  8,85
 0.03m 1.000264 
pF
 0.0003m 2 

m
 0.03m   0.031m  
Cx 3  0.8566 pF
Pour x  0
C  8,85
  3cm  0 10  0 1.000264 
pF
 3cm 2 

m
3cm   0  0,1cm 


C  8,85
pF
 0.3m  0.03m 1.000264 
 0.0003m 2 

m
0.00003m 2

Cx 0  26.55 pF
C1.5cm ?
à x  1.5cm
C  8,85
  3cm  x   p  x r 
pF
 A

m
3
cm

x

0,1
cm




  0, 03  0, 015 10  0, 015 1, 000264 
C  8,85  0, 0003 

0, 03   0, 015  0, 001


 0,15  0, 015 1, 000264 
8,85  0, 0003 

0, 03  0, 016


C1.5cm  0.9127 pF
6
18-10-14
X  p 5 ?
facteur de correction de 5
Pour C  0.9127 pF
C  8,85
  3cm  x  5  0 1.000264 
pF
 3cm 2 

m
3cm   x  0,1cm 


0.9127 pF  8,85
  0.03m  x  5  x 1.000264 
pF
 0.0003m 2 

m
 0.03m   x  0, 001m  
x p 5  0.98cm
Principe
Les détecteurs de proximité photoélectriques permettent la détection d’une cible qui
affecte la trajectoire d’un faisceau lumineux.
La méthode de la barrière.
La méthode convergente.
La méthode rétro‐réflective.
La méthode du champ fixe.
La méthode diffuse.
La méthode spéculaire.
7
18-10-14
Soit un détecteur de proximité optique utilisant la méthode diffuse ayant les spéciations
apparaissant dans les Figures 1 et 2. La portée nominale est de 1 mètre.
Nous devons détecter le passage de boîtes de carton ayant un pouvoir de réflexion de 60 % sur
un convoyeur. L'environnement de travail est très poussiéreux, puisque nous sommes dans
une scierie.
Nous devons détecter le passage de boîtes de carton ayant un pouvoir de réflexion de 60 %
sur un convoyeur. L'environnement de travail est très poussiéreux, puisque nous sommes
dans une scierie.
a- quelle distance de la boîte pouvons-nous installer le capteur pour assurer une détection
correcte de celle-ci en tout temps ? Quel devrait-être le seuil pour assurer la détection de ces
boîtes ?
b- Si un mur peinturé avec une couleur mate (40%) est présent dans le champ du capteur, le
contraste sera trop faible. Proposer et justifier une autre façon de détecter la boîte.
c- Si le tapis transportant les boîtes roule a 3 mètres par minute, quelle devrait être la distance
minimale entre les boîtes pour que le capteur détecte l'intervalle entre celles-ci ? (temps de
commutation du détecteur de 8 ms).
Fig.1
Puisque l'environnement est très poussiéreux une marge de fonctionnement de 50 est
requise.
8
18-10-14
EG 
pouvoir de réflexion
seuil de détection
EG 
50
Recu %
Seuil %
 Seuil % 
Seuil % 
Recu %
EG
60%
 1.2%
50
0.05m à 0.15m
Parmi les alternatives possibles, il y aurait le détecteur capacitif ou le détecteur
ultrasonique pour faire la détection de la boite.
Ou encore utiliser un détecteur photoélectrique avec la méthode de la barrière.
c- Si le tapis transportant les boîtes roule a 3 mètres par minute, quelle devrait être la
distance minimale entre les boîtes pour que le capteur détecte l'intervalle entre cellesci ? (temps de commutation du détecteur de 8 ms).
Vmaxon 
L
m
3000 mm
 L  Vmax  Tc  3
 8ms 
 0.008s  0.4mm
Tc
min
60 s
≈35mm
La distance doit être supérieure à 35mm + 0 .4mm
9
18-10-14
On désire mesurer la vitesse d’un mobile tournant avec un détecteur de proximité
inductive. Ce détecteur de proximité a un temps de commutation de 1.5 ms. L’engrenage
qui servira à détecter la vitesse du mobile tournant possède 10 dents espacées de 1.5
pouces et ayant une largeur de 1.25 pouces.
a- Quelle est la vitesse maximale du moteur que l’on peut mesurer (en RPM) ?
b- Si la vitesse du moteur est de 1 200 RPM, quelle est la fréquence générée en sortie
du détecteur de proximité ?
c- Si le convertisseur fréquence tension à une erreur de 0.25 Hertz, quelle est l’erreur
absolue (en RPM) et l’erreur relative à 1 200 RPM ?
Espacement E = 1.5 pouces
Largeur L = 1.25 pouces
Temps de commutation Tc= 1.5 ms
Nombre de dents Nd = 10 dents
a- Quelle est la vitesse maximale du moteur que l’on peut mesurer (en RPM) ?
Vmaxon 
Vmaxoff
L 1.25 po

 833.33 po / s
Tc 1.5ms
E 1.5 po


 1000 po / s
Tc 1.5ms
Vmax  833.33 po / s
Une rotation P  1.25 po 1.5 po  10  27.5 po
Rotationmax du moteur 
833.33 po / s
 30.3 RPS
27.5 po
soit 1818 RPM
b- Si la vitesse du moteur est de 1 200 RPM, quelle est la fréquence générée en
sortie du détecteur de proximité ?
Fréquence 
1200 RPM
10  200Hz
60
10
18-10-14
c- Si le convertisseur fréquence tension à une erreur de 0.25 Hertz, quelle est l’erreur
absolue (en RPM) et l’erreur relative à 1 200 RPM ?
1200 RPM
a
a 
r 
 200 Hz
 0.25Hz
0.25Hz 1200 RPM
 1.5RPM
200 Hz
1.5RPM
 0.125%
1200 RPM
11