Le choix du capteur de vitesse adapté à une application revêt une importance cruciale pour obtenir une mesure précise et fiable. En effet, le signal du capteur constitue l’entrée d’un système de protection contre la survitesse. Un capteur défectueux entraîne un signal d’entrée non fiable et a une influence négative sur la précision et la fiabilité du système de protection.
Plusieurs éléments doivent être pris en compte lors du choix du capteur approprié ; ceux-ci peuvent être classés en deux catégories : les considérations environnementales et les considérations relatives à la machine.
Considérations relatives aux machines :
- Quelle est l’audience visée en termes de RPM ?
- Quelle est la grandeur mesurée et quelles sont ses spécifications ?
- Y a-t-il des restrictions concernant le poids et les dimensions sur le lieu d’installation ?
- Quelle est la longueur de câble nécessaire ?
Considérations environnementales :
- Quelle est la température ambiante prévue ?
- La mesure a-t-elle lieu dans des zones à risque d’explosion (ATEX) ?
- Y a-t-il des champs électromagnétiques puissants ?
- La mesure a-t-elle lieu dans un environnement corrosif ?
En matière de mesures de vitesse industrielles, il existe trois grands types de principes de mesure :
- Capteurs électromagnétiques – également appelés : capteurs passifs, capteurs à réluctance variable (VR) ou capteurs magnétiques
- Capteurs de proximité – également appelés : capteurs à courants de Foucault ou capteurs de déplacement
- Capteurs à effet Hall – également appelés : capteurs actifs
Capteurs électromagnétiques
Un capteur électromagnétique utilise un champ magnétique pour mesurer les variations de distance entre la pointe du capteur et l’objet cible. Le capteur contient une bobine enroulée autour d’un aimant, ce qui provoque une variation du flux magnétique dans la bobine lorsque les dents d’un engrenage passent devant le capteur. L’engrenage en mouvement crée un flux variable qui induit une tension proportionnelle dans la bobine, dont la fréquence est liée à la vitesse de rotation. Le signal est une onde sinusoïdale dont l’amplitude dépend de la taille, de la vitesse et de la distance de la cible.
Avantages
L’un des avantages des capteurs électromagnétiques réside dans leur aptitude à être utilisés dans des applications à haute température. Il existe des types spécifiques de capteurs adaptés à des températures supérieures à 300 °C. De plus, les capteurs électromagnétiques sont faciles à utiliser et très fiables. Un autre avantage majeur est que le capteur dispose d’une connexion à deux fils et s’intègre donc souvent aux infrastructures existantes.
Inconvénients
L’un des principaux inconvénients des capteurs électromagnétiques réside dans le fait que l’amplitude du signal dépend de la taille, de la vitesse et de la distance de la cible. Si la vitesse est trop faible, si la dent de l’engrenage est trop petite ou si la distance par rapport au matériau cible est trop grande, le signal sera trop faible. À l’inverse, si la vitesse est élevée, si la dent d’engrenage est grande ou si la distance est faible, le signal présentera des impulsions très importantes (jusqu’à 80 V). L’application et le positionnement des capteurs électromagnétiques requièrent beaucoup d’attention et d’expertise pour garantir leur bon fonctionnement. Comme ce type de capteurs ne fonctionne pas bien à faible vitesse, ils ne sont pas adaptés à la détection de vitesse nulle.
Capteurs de proximité
Un capteur de proximité utilise un champ électromagnétique pour mesurer les variations de distance par rapport à un objet. Lorsqu’un engrenage passe devant le capteur, celui-ci mesure une variation de distance : proche (dent) et éloigné (encoche). La vitesse de rotation peut être déterminée à partir du temps écoulé entre ces événements.
Avantages
L’un des principaux avantages des capteurs de proximité réside dans le fait que leur principe de mesure indique à la fois les impulsions et la position par rapport aux dents. Cela permet de connaître la distance définie par rapport aux dents de la cible.
Les capteurs de proximité sont également disponibles avec une sortie de courant dynamique, ce qui permet d’utiliser des câbles de très grande longueur (plus de 1 000 m). Les capteurs à sortie de courant dynamique ne sont pas influencés par l’impédance du câble, contrairement aux capteurs de proximité basés sur des signaux de tension, à effet Hall ou électromagnétiques.
Inconvénients
L’utilisation de capteurs de proximité pour les mesures de vitesse présente un inconvénient. À une vitesse élevée (tr/min), une saturation peut se produire, ce qui a pour conséquence d’aplatir progressivement la courbe sinusoïdale. Lorsque les dents d’un engrenage passent devant le capteur à grande vitesse, celui-ci détecte à peine une différence de distance. Plus la vitesse est élevée, moins un capteur de proximité sera efficace pour mesurer la vitesse.
Un autre inconvénient réside dans le fait qu’un capteur de proximité ne gère pas bien l’excentricité de la cible. L’excentricité de la cible (un engrenage en mouvement) génère une sinusoïde à l’intérieur d’une sinusoïde. Cela pose des problèmes, en particulier lorsque le signal concerné est saturé. Le capteur peut alors émettre la sinusoïde correspondant à l’excentricité des engrenages au lieu de celle des dents et des encoches.
Capteurs à effet Hall
Un capteur à effet Hall mesure les variations du flux magnétique entre l’aimant et le matériau cible. Ces capteurs intègrent des conditionneurs de signal qui génèrent un signal carré clair. Contrairement aux capteurs électromagnétiques, les capteurs à effet Hall sont sensibles à l’amplitude du flux magnétique plutôt qu’à la vitesse à laquelle il varie. Les capteurs de vitesse à effet Hall disposent d’une large plage de mesure et peuvent être utilisés pour mesurer aussi bien des pièces à faible vitesse ou immobiles que des pièces à grande vitesse.
Avantages
L’un des avantages d’un capteur à effet Hall réside dans le fait qu’il fournit directement une sortie numérique facile à transmettre et à traiter. Un autre avantage est que les capteurs à effet Hall intègrent généralement un traitement interne du signal. Le signal est numérisé et amplifié très rapidement, ce qui le rend moins vulnérable aux interférences telles que les interférences électromagnétiques (EMI).
Inconvénients
En raison de leurs composants électroniques intégrés, les capteurs à effet Hall sont limités à des applications fonctionnant à des températures comprises entre -40 °C et +150 °C. De plus, les capteurs à effet Hall nécessitent une connexion à trois fils.
Pourquoi les capteurs à effet Hall sont-ils privilégiés :
- Enregistrement fiable de la vitesse à partir de l’arrêt. Cela permet de mesurer des fréquences aussi basses que 0,1 Hz.
- Les signaux numériques conviennent aux longues distances (jusqu’à 300 m).
- Les signaux à onde carrée sont faciles à traiter par les systèmes de mesure de vitesse.
- Il est possible d’intégrer deux éléments de capteur dans un seul boîtier de capteur, ce qui permet d’effectuer des mesures directionnelles.
- La conception du capteur est plus compacte et plus légère (en termes de poids) que celle des autres capteurs de vitesse.
- Un capteur à effet Hall est plus facile à positionner correctement qu’un capteur électronique et moins sensible à l’excentricité de la cible que les capteurs de proximité.
- Ce type de capteur est le moins sensible aux vibrations et aux fluctuations de température.
Voir aussi : Systèmes de protection contre la survitesse »
