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Sep 29, 2023

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01/07/2022 Micro-Epsilon UK Ltd Capteurs à courants de Foucault et inductifs

01/07/2022 Micro-Epsilon UK Ltd

Les capteurs à courants de Foucault ainsi que les commutateurs inductifs et les capteurs de déplacement ont chacun leurs avantages respectifs lors de la mesure de la position et du déplacement d'objets dans des environnements difficiles. Cependant, les progrès récents dans la conception, l'intégration, le conditionnement et la réduction des coûts globaux des capteurs à courants de Foucault ont fait de ces capteurs une option beaucoup plus attrayante, en particulier lorsqu'une linéarité élevée, des mesures à haute vitesse et une haute résolution sont des exigences essentielles, déclare Glenn Wedgbrow, responsable du développement commercial. chez Micro-Epsilon UK.

Afin d'apprécier les avantages inhérents aux capteurs à courants de Foucault par rapport aux interrupteurs inductifs et aux capteurs de déplacement, il est important de comprendre d'abord le principe de fonctionnement des deux types.

Le capteur de déplacement inductif classique comprend une bobine enroulée autour d'un noyau ferromagnétique. Lorsqu'elle est excitée par un courant alternatif à partir d'un circuit d'attaque basé sur un oscillateur, la bobine génère un champ magnétique concentré autour du noyau. Les lignes de flux interagissent avec le conducteur cible à son approche, créant des courants de Foucault qui sont l'inverse du courant d'excitation initial et ont pour effet de réduire la tension aux bornes de l'oscillateur. Ces variations de tension dues au changement de la distance de l'entrefer sont détectées et converties en un signal de sortie analogique, comme une boucle 4-20 mA, puis traitées en amont pour déterminer le déplacement.

Dans un capteur de déplacement inductif, une bobine est enroulée autour d'un noyau ferromagnétique et lorsqu'un courant alternatif traverse la bobine, il génère un champ magnétique. Les lignes de flux magnétique interagissent avec un objet conducteur à mesure qu'il se rapproche et génère des courants de Foucault opposés, conformément aux lois de Faraday sur l'induction magnétique. Les courants de Foucault repoussent le courant d'excitation pour provoquer une chute de tension dans l'oscillateur et c'est cette chute de tension qui est utilisée pour déterminer le déplacement.

Un capteur de proximité, également appelé détecteur de proximité, est une application simplifiée des principes de l'effet d'induction, détectant uniquement si un objet (la cible conductrice) est présent ou non. Un comparateur (trigger de Schmitt) détecte la chute de tension et envoie un signal à un amplificateur. Cela commute à son tour la sortie de manière binaire. La sortie peut être normalement ouverte (NO) ou normalement fermée (NF), selon le choix de configuration de l'utilisateur.

En raison du noyau ferromagnétique d'un capteur de déplacement inductif, la sortie n'est pas linéaire et doit donc être linéarisée soit dans l'électronique du capteur, soit mathématiquement à l'aide de polynômes dans le système de commande de l'usine ou de la machine.

Outre la non-linéarité, un autre inconvénient de l'utilisation d'un noyau ferromagnétique est les "pertes dans le fer" dues au noyau lui-même absorbant le champ magnétique. Ces pertes augmentent avec la fréquence, dans la mesure où un capteur de déplacement inductif plafonne à environ 50 mesures par seconde.

Un troisième problème avec les capteurs de déplacement inductifs est une faible tolérance aux variations importantes de température en raison du coefficient de dilatation thermique élevé du matériau du noyau de ferrite. Cette grande variation rend la compensation de température très difficile, entraînant généralement une grande dérive thermique des capteurs de déplacement inductifs.

Les capteurs à courants de Foucault offrent une précision améliorée

Pour surmonter ces limitations, une certaine classe de capteurs de déplacement inductifs appelés "capteurs à courants de Foucault" a été développée qui, plutôt qu'un noyau de ferrite, utilise une bobine à noyau d'air.

Les capteurs à courants de Foucault utilisent les mêmes lois d'induction magnétique que les capteurs inductifs de déplacement et de proximité. Cependant, l'utilisation d'une bobine à noyau d'air ainsi que des techniques avancées d'électronique, de fabrication et d'étalonnage, les place dans une catégorie de performances beaucoup plus élevée.

Bien que les principes de fonctionnement du capteur de courant de Foucault soient conformes aux lois de Faraday, c'est l'effet des courants de Foucault sur l'impédance de la bobine qui est mesuré plutôt que le changement de tension de l'oscillateur. Le contrôleur calcule l'impédance en examinant le changement d'amplitude et de position de phase de la bobine du capteur.

Détection haute performance avec capteurs à courants de Foucault

Alors que tous les capteurs mentionnés ci-dessus sont capables de détecter des cibles telles que des métaux et des matériaux ferromagnétiques et non ferromagnétiques dans des environnements difficiles et sans contact, l'architecture du capteur à courants de Foucault, ainsi que les techniques avancées d'électronique, de fabrication et d'étalonnage, le placent dans un catégorie beaucoup plus élevée en termes de performances.

Ces caractéristiques de performance peuvent être décomposées en deux catégories : les caractéristiques inhérentes et les caractéristiques résultant de la conception, de la fabrication et de l'étalonnage du produit. Les trois caractéristiques inhérentes les plus excitantes sont :

En raison de l'utilisation d'une bobine à noyau d'air par rapport à un noyau de ferrite, un courant alternatif jusqu'à 1 MHz peut être utilisé, bien que l'électronique des appareils tels que les eddyNCDT3001 et NCDT3005 fournissent des fréquences de mesure de 5 kHz. C'est toujours 10 fois celui de leurs homologues à déplacement inductif qui culminent généralement à 50 Hz (ce qui se traduit par 50 mesures par seconde). Les capteurs à courants de Foucault Micro-Epsilon haut de gamme peuvent atteindre 100 kHz.

En termes de linéarité et de température, la bobine à noyau d'air n'a pas à gérer les pertes de flux ou à compenser la dilatation thermique d'un noyau de ferrite, elle présente donc une amélioration de 10 fois la linéarité. Cette linéarité est également le résultat du processus de fabrication et d'étalonnage de Micro-Epsilon, selon lequel la bobine est placée dans un four et cyclée entre -20 ? et +60?C. Les modifications du matériau sont stockées dans la configuration d'étalonnage du capteur et utilisées pour compenser les fluctuations de température. Le cycle de température du capteur, puis le stockage de sa réponse pour permettre la compensation de température sur le terrain sont des étapes clés de la fabrication et de la production. C'est ce qui confère aux capteurs Micro-Epsilon une stabilité élevée sur de larges plages de températures, sur toute l'échelle de fonctionnement.

Bien que certains capteurs de déplacement inductifs aient également une compensation intégrée au capteur, celle-ci est généralement limitée à plus ou moins 3 à 5 % de la sortie pleine échelle (FSO). Les capteurs à courants de Foucault fournissent une compensation pour le canal de mesure complet (± 0,025 % FSO.) Il est également important de noter que les capteurs à courants de Foucault sont calibrés sur le matériau cible en usine pour une précision maximale, ce qui accorde une plus grande importance à ces appareils.

Les capteurs à courants de Foucault éliminent les limitations d'emballage et de boîtier

Les capteurs de proximité et de déplacement inductifs peuvent être logés dans du métal solide (compatible avec les aliments, qualités à haute résistance). Le principe de fonctionnement des capteurs à courants de Foucault implique qu'ils doivent utiliser un capot non métallique. Malgré cela, les capteurs à courants de Foucault Micro-Epsilon sont toujours certifiés IP67. De plus, le conditionnement des capteurs à courants de Foucault progresse rapidement, l'électronique étant intégrée à l'appareil.

Plus important encore, la gamme de produits eddyNCDT 3001 représente une nouvelle classe de capteurs à courants de Foucault livrés dans un boîtier M12 avec à la fois le contrôleur intégré et l'unité de conditionnement du signal. Cela les rend beaucoup plus adaptés aux formats et aux exigences mécaniques standard, tout en faisant d'eux une option de remplacement plus attrayante pour les capteurs de déplacement inductifs. Le nouveau eddyNCDT3005 de Micro-Epsilon dispose d'une électronique compacte séparée qui permet à de nombreuses plages de mesure de capteur différentes d'être emballées avec une électronique M12 compacte « dans le câble ». D'autres caractéristiques incluent la capacité de résister jusqu'à 300 bar de pression ambiante. De plus, la tension de sortie est la même que celle des capteurs de déplacement inductifs, couvrant la totalité de 0,5 à 9,5 V, ce qui les rend entièrement comparables sur une base 1:1.

Applications et utilisation

La fréquence de coupure élevée des capteurs à courants de Foucault permet la détection métrologique des valeurs de distance même dans les processus à grande vitesse tels que les machines-outils et les vilebrequins. La protection IP67 garantit qu'ils peuvent également être utilisés dans des environnements industriels difficiles où la saleté ou l'humidité n'influenceront pas le résultat de la mesure. Un exemple classique est la surveillance de l'écart de lubrification dans un moteur à combustion.

La haute précision, la robustesse, la linéarité et la tolérance à la température permettent à un capteur eddyNCDT de suivre des paramètres tels que l'écart de lubrification dans un moteur à combustion.

Des conceptions de capteurs personnalisées pour des besoins spécifiques sont possibles, y compris un étalonnage d'objet cible spécifique, des options de montage, des longueurs de câble individuelles et des plages de mesure modifiées, ainsi qu'une tolérance de pression jusqu'à 2 000 bar.

Lors de l'utilisation de capteurs eddyNCDT, il faut veiller à ce qu'ils soient placés le plus près possible de 90 ? par rapport à la surface cible afin d'obtenir la résolution et la précision de mesure les plus élevées. Parfois, un montage exact à angle droit du capteur sur la cible est difficile ou impossible.

Il est parfois difficile d'obtenir un placement à angle droit pour obtenir les meilleures performances d'un capteur à courants de Foucault. Dans de tels cas, reportez-vous aux tableaux du fabricant pour déterminer comment compenser en conséquence.

Dans de tels cas, les valeurs mesurées s'écarteront légèrement de celles acquises à angle droit, utilisez donc les graphiques du fournisseur du capteur pour prendre en compte l'effet d'un capteur incliné. Par exemple, avec un capteur de 4 mm et une cible en aluminium, une inclinaison de ±4 degrés peut être acceptée et négligée dans la plupart des applications. Pour le placement, notez que l'utilisation d'un noyau d'air signifie que la distance entre la tête du capteur et la cible doit être de 4 mm ou moins.

Les capteurs à courants de Foucault compacts M12 sont souvent utilisés pour surveiller l'épaisseur du film d'huile, par exemple dans les paliers hydrostatiques. Les capteurs mesurent la distance de la cible métallique "à travers" le film d'huile pour déterminer l'écart d'huile.

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Pour plus d'information veuillez contacter:Chris JonesMicro-Epsilon UK Ltd1, Shorelines BuildingShore RoadBirkenheadCheshire CH41 1AUTél. : +44 (0)151 355 6070E-mail : [email protected] : https://www.micro-epsilon.co.uk

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