Comment les fabricants peuvent-ils garantir la précision et la fiabilité des processus automatisés ? Cet article se penche sur les différents types de capteurs, qu'ils soient de proximité ou optiques, et met en lumière leurs utilisations spécifiques et leurs critères de sélection. En comprenant des facteurs clés tels que la sensibilité, la réponse en fréquence et la stabilité, vous apprendrez à choisir le bon capteur pour n'importe quelle application, afin d'améliorer l'efficacité de la production et la qualité des produits.
Les capteurs sont un type fondamental d'équipement électronique d'information dans l'industrie manufacturière, et ils sont des composants spéciaux des nouveaux dispositifs électroniques en cours de développement.
L'industrie des capteurs est reconnue, tant au niveau national qu'international, comme une industrie de haute technologie avec de grandes perspectives de développement, en raison de son contenu technique élevé, de ses avantages économiques, de sa forte capacité de pénétration et de ses vastes perspectives de marché.
Sous l'impulsion de l'industrie de l'information électronique en plein essor, l'industrie des capteurs a formé une certaine base industrielle et a réalisé des progrès significatifs en matière d'innovation technologique, de recherche et de développement indépendants, de transformation des réalisations et de compétitivité, contribuant ainsi de manière importante à la promotion du développement économique national.
Avec l'avènement de l'ère de l'information, les capteurs sont devenus le principal moyen d'obtenir des informations dans les domaines de la nature et de la production.
Dans la production industrielle moderne, en particulier dans les processus de production automatisés, divers capteurs sont utilisés pour surveiller et contrôler différents paramètres dans le processus de production, garantissant que l'équipement fonctionne dans un état normal ou optimal et produit des produits de haute qualité. Dans le domaine de la recherche fondamentale, les capteurs jouissent d'un statut exceptionnel.
Aujourd'hui, les capteurs ont déjà pénétré des domaines extrêmement vastes tels que la production industrielle, le développement spatial, la détection des océans, la protection de l'environnement, l'étude des ressources, le diagnostic médical, la bio-ingénierie et même la protection des vestiges culturels.
Il est évident que la technologie des capteurs joue un rôle important dans le développement de l'économie et la promotion du progrès social. Les statistiques montrent que le revenu annuel du marché mondial des capteurs intelligents augmentera à un rythme de 10% par an.
Actuellement, le nombre de capteurs installés avec des processeurs dans le monde est de 65 millions, et ce nombre atteindra 2,8 trillions d'ici 2019.
La connaissance des capteurs est également une discipline électrique relativement importante qui nécessite une grande expérience pour être maîtrisée. Nous en dirons plus à l'avenir, mais aujourd'hui nous parlerons surtout de la sélection.
Pour effectuer une tâche de mesure spécifique, il faut d'abord déterminer le type de principe de capteur à utiliser. Pour ce faire, il est nécessaire d'analyser soigneusement différents facteurs afin de prendre une décision.
Si l'on prend l'exemple d'un débitmètre, il existe un débitmètre électromagnétique, un débitmètre à vortex et un débitmètre à ultrasons, qui dépendent de l'objectif spécifique lors de la sélection d'un débitmètre.
En outre, il est également nécessaire de préciser le type de mode de sortie à utiliser, par exemple un signal de courant à 2 ou 4 fils, un signal de tension 0-20mA, 4-20mA, 0-10V, ou un protocole de communication.
En général, dans la plage linéaire du capteur, il est souhaitable que la sensibilité du capteur soit plus élevée. En effet, ce n'est que lorsque la sensibilité est suffisamment élevée que la valeur du signal de sortie correspondant à la variation mesurée est relativement importante.
En outre, cette sensibilité est avantageuse pour le traitement des signaux. Cependant, il est important de noter que lorsque la sensibilité du capteur est élevée, des signaux parasites externes sans rapport avec l'objet mesuré peuvent être amplifiés par le système d'amplification et affecter la précision de la mesure.
Par conséquent, le capteur lui-même doit avoir un rapport signal/bruit plus élevé et les signaux d'interférence introduits de l'extérieur doivent être réduits autant que possible.
La sensibilité du capteur est directionnelle. Lorsque l'objet mesuré est un vecteur unique et qu'il nécessite une grande directivité, il convient de choisir un autre capteur dont la sensibilité est plus faible dans d'autres directions. Si l'objet mesuré est un vecteur multidimensionnel, la sensibilité croisée du capteur doit être aussi faible que possible.
Les caractéristiques de réponse en fréquence des capteurs déterminent la gamme de fréquences de l'objet mesuré, qui doit être maintenu sans distorsion dans la gamme de fréquences autorisée.
Dans la pratique, il y a toujours un certain délai dans la réponse du capteur, et il est préférable que ce délai soit le plus court possible. Plus la réponse en fréquence du capteur est élevée, plus la plage de fréquence du signal pouvant être mesurée est large.
Dans les mesures dynamiques, les caractéristiques de la réponse doivent être basées sur les caractéristiques du signal (état stable, transitoire, aléatoire, etc.) afin d'éviter des erreurs significatives.
Après une certaine période d'utilisation du capteur, la capacité du capteur à maintenir ses performances est appelée stabilité. Les facteurs qui affectent la stabilité à long terme du capteur ne sont pas seulement liés à la structure du capteur, mais aussi principalement à l'environnement d'utilisation du capteur.
Par conséquent, pour garantir une bonne stabilité, le capteur doit avoir une forte capacité d'adaptation à l'environnement.
Avant de choisir un capteur, il convient d'étudier l'environnement d'utilisation et de sélectionner les capteurs appropriés en fonction de l'environnement d'utilisation spécifique ou des mesures appropriées prises pour réduire l'impact de l'environnement.
La précision est un indicateur de performance important pour les capteurs et constitue un lien important avec la précision de mesure de l'ensemble du système de mesure. Cependant, la précision du capteur est limitée par sa portée.
En règle générale, plus la portée est grande, plus la précision est faible, mais les capteurs de haute précision sont très susceptibles d'avoir une portée insuffisante. C'est pourquoi les capteurs de haute précision à grande portée sont très coûteux.
Il convient donc de procéder à des ajustements lors de la sélection des capteurs en fonction de ces considérations.
Lors de la sélection d'un capteur d'échantillonnage, il est nécessaire de s'assurer que l'appareil peut répondre aux conditions de fonctionnement de base de l'application (on peut se référer à la fiche technique fournie par le fabricant).
Les 6 conditions de fonctionnement les plus importantes sont les suivantes
Lorsque l'on envisage d'utiliser des capteurs avec IO-Link, il y a également 6 autres éléments à prendre en compte :
Dans la production industrielle moderne, en particulier dans les processus de production automatisés, divers capteurs sont utilisés pour surveiller et contrôler différents paramètres dans le processus de production, afin que l'équipement fonctionne dans un état normal ou optimal et que les produits atteignent la meilleure qualité.
On peut donc dire que sans de nombreux et excellents capteurs, la production moderne perdrait ses fondements. Nous présenterons ensuite en détail plusieurs des types de capteurs les plus courants dans l'industrie manufacturière, ainsi que des techniques d'application et des idées.
Les capteurs de proximité détectent la présence d'objets à proximité sans contact physique. Il s'agit de dispositifs à sortie discrète.
En règle générale, les capteurs de proximité magnétiques détectent si un actionneur a atteint une position spécifique en détectant un aimant situé dans l'actionneur.
Il n'est généralement pas judicieux d'acheter un actionneur auprès d'une société et un capteur de proximité magnétique auprès d'une autre. Bien que le fabricant du capteur puisse indiquer que le capteur est compatible avec les actionneurs X, Y et Z, la réalité est que les changements d'aimants ou de position de montage peuvent entraîner des problèmes de détection.
Par exemple, le capteur peut s'activer ou ne pas s'activer lorsque l'aimant n'est pas dans la bonne position. Si le fabricant de l'actionneur propose des capteurs de proximité adaptés à l'actionneur, ces capteurs doivent être privilégiés.
Les capteurs de proximité à transistor ne comportent aucune pièce mobile et ont une longue durée de vie. Les capteurs de proximité à ressort utilisent des contacts mécaniques, ont une durée de vie plus courte, mais sont moins coûteux que les types à transistor. Les capteurs à ressort conviennent mieux aux applications nécessitant une alimentation en courant alternatif et à celles qui fonctionnent dans des environnements à haute température.
Les capteurs de position ont une sortie analogique et affichent la position de l'actionneur sur la base de l'indicateur de position de l'aimant qui y est monté. Du point de vue du contrôle, les capteurs de position offrent une grande flexibilité. Les ingénieurs de contrôle peuvent établir une série de valeurs de consigne adaptées aux changements de composants.
Étant donné que ces capteurs de position sont basés sur des aimants (comme les capteurs de proximité), il est préférable d'acheter les capteurs et les actionneurs auprès du même fabricant (si possible). La fonctionnalité IO-Link permet d'obtenir les données des capteurs de position, ce qui peut également simplifier la commande et permettre le paramétrage.
Les détecteurs de proximité inductifs utilisent la loi d'induction de Faraday pour mesurer la présence ou la position analogique d'un objet. Le facteur le plus critique lors de la sélection d'un capteur inductif est de déterminer le type de métal que le capteur détectera, ce qui détermine la portée.
Par rapport aux métaux noirs, la plage de détection des métaux colorés est réduite de plus de 50%. Le manuel du fabricant devrait fournir des informations sur la sélection de l'échantillon nécessaire.
Assurez-vous que les capteurs de pression ou de vide peuvent mesurer la plage de pression en mesures impériales (livres par pouce carré) et métriques (bars). Spécifier la forme et la taille les plus appropriées pour l'espace alloué.
Lors de l'installation de l'équipement, il convient de déterminer si le capteur doit être configuré avec des voyants lumineux ou un écran d'affichage pour faciliter l'utilisation par l'opérateur. S'il est nécessaire de modifier rapidement les valeurs de consigne, les capteurs de pression et de vide dotés d'une configuration IO-Link peuvent être envisagés.
Comme les capteurs de pression et de vide, les capteurs de débit peuvent être sélectionnés en fonction de la plage de débit, de la taille et des valeurs de consigne variables. Les options d'affichage peuvent être spécifiées lors de la commande des capteurs.
Les capteurs de débit ayant des débits relativement faibles peuvent être sélectionnés pour une zone particulière de l'équipement ou pour l'ensemble de l'équipement.
Les types de capteurs optiques les plus courants sont la diffusion photoélectrique, la réflexion et le faisceau traversant. Les capteurs laser et les dispositifs de détection à fibre optique entrent également dans la catégorie des capteurs optiques.
Les capteurs photoélectriques sont principalement des capteurs de présence qui détectent des objets en réfléchissant ou en interrompant un faisceau de lumière. En raison de leur faible coût, de leur polyvalence et de leur grande fiabilité, ces capteurs sont parmi les plus utilisés dans l'industrie manufacturière.
Les capteurs photoélectriques diffus n'ont pas besoin de réflecteurs. Ce sont des capteurs économiques utilisés pour détecter la présence d'objets à proximité.
Les capteurs photoélectriques à faisceau traversant peuvent fournir la plus grande portée de détection. Ces capteurs sont dotés d'unités d'émission et de réception séparées, installées en deux points. Les capteurs de sécurité pour portes de garage sont des capteurs à faisceau. L'interruption du faisceau indique la présence d'une cible.
Les capteurs photoélectriques à fente constituent une variante intéressante du barrage ; ils combinent un émetteur et un récepteur dans une unité compacte. Les capteurs à fente sont utilisés pour détecter la présence ou l'absence de petites pièces.
Les détecteurs photoélectriques à réflexion comportent un capteur et un réflecteur et sont utilisés pour la détection de présence de moyenne portée. En termes de précision et de coût, ces capteurs se situent entre les capteurs à faisceau diffus et les capteurs à faisceau traversant.
Les dispositifs de détection à fibre optique sont utilisés pour la détection de présence et de distance. Les paramètres de ces capteurs multifonctionnels peuvent être ajustés pour détecter différentes couleurs, arrière-plans et distances.
Les capteurs laser peuvent être utilisés pour la détection de présence à longue portée et sont les plus précis pour les applications de mesure à courte portée.
Les capteurs de vision peuvent être utilisés pour la lecture de codes-barres, le comptage, la vérification de formes, etc. Les capteurs de vision constituent une application visuelle économique et efficace qui peut être utilisée dans des situations où les systèmes de caméras sont coûteux et complexes.
Les capteurs de vision sont utilisés pour la lecture de codes-barres, le suivi de composants individuels et l'exécution d'étapes de processus adaptées au composant. Les capteurs peuvent vérifier la fonctionnalité du nombre de pièces présentes sur le composant. Les capteurs de vision peuvent déterminer si une courbe ou une autre forme spécifiée a été obtenue.
Étant donné que ces capteurs traitent la lumière, il est essentiel de les tester dans des conditions aussi proches que possible de l'environnement de travail, en tenant compte de la lumière ambiante et de la réflectivité de l'arrière-plan.
Dans la plupart des applications, il est recommandé de placer les capteurs de vision à l'intérieur d'un boîtier afin de les isoler des sources de lumière externes. Il est conseillé de demander l'aide du fabricant du capteur de vision pendant l'essai du capteur. N'oubliez pas non plus de sélectionner le bus de terrain approprié.
Les convertisseurs de signaux convertissent le signal de sortie analogique d'un capteur en un signal binaire sur le convertisseur, ou le convertissent en données de processus IO-Link.
(1) Interrupteur magnétique :
Il s'agit d'un nom spécialisé pour les capteurs utilisés dans les cylindres, principalement pour détecter la position des pistons du cylindre. En général, il est fourni par le fournisseur du cylindre en fonction de l'utilisation du client. Comme son nom l'indique, le commutateur magnétique détecte l'objet cible par induction électromagnétique, de sorte que sa précision de détection est relativement faible.
(2) Interrupteur de proximité :
Le détecteur de proximité est également conçu et fabriqué sur la base du principe de l'induction électromagnétique, de sorte qu'il ne peut mesurer que des objets cibles métalliques, et qu'il existe une légère différence dans la distance de détection pour les objets cibles métalliques. différents métaux.
Actuellement, les distances de détection couramment utilisées pour les détecteurs de proximité sont les suivantes : 1 mm, 2 mm, 4 mm, 8 mm, 12 mm, etc. Il existe généralement deux types de détecteurs de proximité : les détecteurs intégrés et les détecteurs non intégrés.
Le type dit "encastré" fait référence au fait que la tête de détection du détecteur de proximité ne détecte pas la cible métallique dans sa direction circonférentielle, mais uniquement la cible métallique située devant elle, et que la tête de détection du capteur peut être installée sans exposer les supports de montage métalliques.
Le type dit "non incorporé" signifie que la tête de détection du détecteur de proximité détectera simultanément la cible métallique située devant elle et la cible métallique située dans sa direction circonférentielle, et que la tête de détection du capteur doit exposer le support de montage métallique sur une certaine distance, et qu'il ne doit pas y avoir de cible métallique dans une certaine plage dans la direction circonférentielle pour éviter les jugements incorrects.
La précision de détection des détecteurs de proximité est supérieure à celle des détecteurs magnétiques. Les détecteurs de proximité sont généralement utilisés dans des situations où les exigences en matière de précision de position pour juger de la présence ou de l'absence de produits et du positionnement des appareils sont relativement faibles.
(3) Interrupteur photoélectrique :
La méthode de détection photoélectrique présente les avantages d'une grande précision, d'une réponse rapide et d'une absence de contact, et peut mesurer plusieurs paramètres. La structure du capteur étant simple et flexible, les capteurs photoélectriques sont largement utilisés dans la détection et le contrôle.
Il existe environ trois types de commutateurs photoélectriques que nous mentionnons habituellement : un capteur photoélectrique à réflexion, un capteur photoélectrique à faisceau traversant et un capteur photoélectrique qui utilise une plaque de réflexion pour refléter la lumière.
Les deux dernières sont détectées par l'ombrage dû à l'objet cible, tandis que la première est obtenue par la réflexion de la lumière à travers l'objet cible.
Par conséquent, les deux derniers ont généralement des distances de détection plus longues et une plus grande précision. En raison de la précision de détection relativement élevée des capteurs photoélectriques, ils sont généralement utilisés pour détecter la position précise de produits ou de pièces, ainsi que comme dispositifs de rétroaction pour les systèmes pas à pas et les systèmes asservis.
(4) Capteur à fibre optique :
Le capteur à fibre optique est également un type d'élément de détection qui utilise la conversion du signal photoélectrique. Par rapport aux commutateurs photoélectriques, il peut généralement détecter des objets cibles plus petits, avoir une plus grande distance de détection et une plus grande précision.
C'est pourquoi les capteurs à fibre optique sont généralement utilisés dans des applications de détection plus précises et des dispositifs de retour de positionnement pour les systèmes pas à pas et les systèmes asservis.
(5) Grille :
La grille est également un capteur qui utilise des signaux photoélectriques. La zone de détection de la grille est large, c'est pourquoi elle est également appelée capteur de zone. Le principal domaine d'application de la grille est l'interverrouillage et les fonctions de sécurité entre les équipements, en particulier pour la protection des personnes.
(6) Thermocouple :
Les thermocouples sont principalement utilisés pour détecter la température ambiante autour d'eux.
(7) Détecteur laser :
La fonction principale du détecteur laser est de mesurer avec précision les dimensions extérieures de l'objet cible.
(8) Caméra industrielle :
La caméra industrielle est également connue sous le nom de CCD (Charge-coupled Device) en ingénierie. Elle est principalement utilisée pour détecter la forme externe et la position de l'objet cible. Grâce à l'amélioration de la technologie CCD actuelle, les caméras industrielles à haute résolution peuvent désormais être utilisées dans des domaines de mesure précis.
(9) Encodeur :
Selon leurs principes de fonctionnement, les codeurs peuvent être divisés en deux catégories : les codeurs incrémentaux et les codeurs absolus. Les codeurs incrémentaux convertissent le déplacement en signaux électriques périodiques, puis convertissent ce signal électrique en impulsions de comptage, le nombre d'impulsions représentant l'importance du déplacement.
Le codeur absolu correspond à un code numérique spécifique pour chaque position, de sorte que son indication n'est liée qu'aux positions de départ et d'arrivée de la mesure et n'est pas liée au processus de mesure en cours.
Les codeurs sont généralement utilisés dans les systèmes de contrôle en boucle fermée ou semi-fermée avec des moteurs pas à pas ou des servomoteurs.
(10) Microrupteur :
Le microrupteur est un capteur de type contact, principalement utilisé pour la connexion entre les équipements ou la détection de l'état des portes de sécurité et de protection des équipements.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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