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Les capteurs convertissent des grandeurs physiques en signaux mesurables. Leur fonctionnement fiable dépend non seulement de l’élément sensible, mais aussi d’accessoires essentiels tels que les boîtiers, les conditionneurs de signal, les connecteurs et les éléments de fixation. Ci-dessous sont décrits cinq types importants de capteurs, y compris leurs principes de fonctionnement et leurs accessoires indispensables.
1. Capteurs linéaires (Potentiométrique ou magnétostrictif)
Principe de fonctionnement : Les capteurs linéaires potentiométriques utilisent une piste résistive et un balai. Lorsque le balai se déplace linéairement, la résistance varie proportionnellement, produisant une sortie en diviseur de tension. Les capteurs magnétostrictifs contiennent un guide d’ondes et un aimant permanent ; une impulsion électrique génère une impulsion de déformation qui se réfléchit à la position de l’aimant, et le délai temporel indique le déplacement.
Accessoires principaux : Boîtiers étanches (IP67), embouts à tige ou paliers sphériques pour le couplage mécanique, faisceaux de câbles blindés et conditionneurs de signal convertissant la résistance ou le délai temporel en sorties 4–20 mA ou 0–10 V.
2. Capteurs de pesée ( Cellules de charge – Type jauges de contrainte)
Principe de fonctionnement : La plupart des capteurs de charge utilisent un élément élastique métallique (par exemple, une poutre, de type S ou en forme de galette) équipé de quatre jauges de contrainte connectées en pont de Wheatstone. Lorsqu’une force est appliquée, l’élément se déforme, générant une traction sur deux jauges (augmentation de la résistance) et une compression sur les deux autres (diminution de la résistance). Le pont délivre un signal en millivolts proportionnel à la charge.
Accessoires principaux : Boîtiers en acier inoxydable ou en acier allié pour protection contre la corrosion, boutons de chargement et plaques de fixation, boîtes de jonction permettant de sommer plusieurs capteurs, et amplificateurs de précision (avec régulation de la tension d’excitation et compensation thermique).
3. LVDT (Transformateur différentiel à variation linéaire)
Principe de fonctionnement : Un transformateur différentiel à noyau mobile (LVDT) se compose d’un enroulement primaire et de deux enroulements secondaires bobinés sur un tube creux. Un noyau ferromagnétique se déplace linéairement à l’intérieur du tube. Le primaire est excité par un signal alternatif (généralement compris entre 1 et 10 kHz). Les deux secondaires sont connectés en série opposition ; lorsque le noyau est centré, les tensions induites s’annulent (sortie nulle). Le déplacement du noyau déséquilibre les tensions, produisant une sortie alternative dont l’amplitude est proportionnelle au déplacement et dont la phase indique le sens.
Accessoires principaux : Boîtiers encapsulés en acier inoxydable ou en époxy pour des environnements sévères, tiges à noyau filetées et palpeurs à ressort, conditionneurs de signal permettant de démoduler la sortie alternative en tension continue ou en courant 4–20 mA, et câbles de raccordement à faible capacité.
4. Capteurs de couple (Type réactionnel ou rotatif)
Principe de fonctionnement : La plupart des capteurs de couple utilisent des jauges de contrainte collées sur un arbre ou une bride. Dans les capteurs de couple réactif, le corps est fixe et les jauges de contrainte mesurent le moment de torsion. Dans les capteurs de couple rotatif, un arbre tournant est équipé de jauges de contrainte ou d’un élément magnétoélastique ; le signal est transmis par des bagues collectrices, un couplage inductif ou une télémétrie radio. La variation de résistance des jauges (pont de Wheatstone) est directement proportionnelle au couple.
Accessoires principaux : Arbres cannelés ou à clavette pour transmission positive, ensembles de bagues collectrices (pour les types rotatifs), modules de télémétrie sans fil, boîtiers de protection équipés de roulements étanches, ainsi que des amplificateurs/unités de conditionnement fournissant des sorties tension ou courant filtrées et étalonnées.
Accessoires généraux communs à tous les types
Les conditionneurs de signal (amplificateurs, filtres, circuits de linéarisation), les connecteurs électriques (M12, DIN), les supports de fixation et les outils d’étalonnage sont courants à de nombreux capteurs. Une sélection appropriée des accessoires garantit précision, longévité et compatibilité électromagnétique.
Comprendre à la fois le principe de détection et le matériel associé est essentiel pour que les ingénieurs puissent déployer ces capteurs de manière fiable dans l’automatisation industrielle, les essais automobiles, la robotique et la commande des procédés.
