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Description des principaux capteurs


Types de voies

Entrée analogique – Utilisée pour mesurer les signaux de capteurs analogiques. Dans la colonne Capteur, le type de capteur connecté est sélectionné (tension, courant, résistance, température) et dans la colonne suivante, le type de mesure correspondant est défini.

Entrée numérique – Utilisée pour enregistrer des signaux d’état numériques. Dans la colonne Type de mesure, il n’est possible de sélectionner que l’enregistrement de l’état de la fonction de mesure.

Sortie numérique – Il s’agit de la sortie relais du module. Les signaux d’état peuvent être émis automatiquement par le module en fonction des valeurs des autres voies ou il est possible de définir l’état de la sortie via le bus.

Voie arithmétique – Avec cette voie, il est possible d’effectuer des calculs avec les valeurs réelles des autres voies et avec des constantes. Les résultats des calculs sont attribués au canal arithmétique, par conséquent les voies arithmétiques peuvent également être utilisées par d’autres voies arithmétiques pour les calculs.

Voie alarme – Une voie alarme peut être utilisée pour surveiller une autre voie et pour générer un message d’alarme si l’un des 4 seuils définissables est dépassé. Le message d’alarme peut être lu via un bus.

Setpoint – La valeur de cette voie peut être réglée via le bus. De cette façon, il est possible de définir une valeur via le bus qui peut être utilisée par une autre voie arithmétique pour un traitement ultérieur (par exemple pour définir un facteur de mesure par l’utilisateur).


 

Introduction

 

Mesure de la tension

Avec la mesure de type “single ended”, la tension à mesurer est connectée entre une entrée analogique et une masse analogique. La tension de mesure ne doit pas dépasser la plage de tension.

 

Mesure du courant

Pour les mesures de courant, la source d’électricité est connectée à une entrée analogique et à la masse analogique. Pour la mesure, la charge requise sur la source de courant est régulée par une résistance interne d’une valeur de 100 Ω. La puissance maximale de ce shunt est limitée à 0,25 W, ce qui donne une plage de mesure allant jusqu’à 25 mA maximum.

Si des courants plus élevés doivent être mesurés, il convient d’utiliser une résistance externe qui est connectée en parallèle à la source de courant. Les bornes sont connectées à l’entrée de tension analogique et à la masse analogique. La puissance du shunt externe doit être adaptée à la source de courant à mesurer afin de limiter la tension à l’entrée analogique. L’entrée analogique est configurée comme l’entrée de tension. La tension doit être divisée par la résistance externe.

La précision de la mesure du courant avec le shunt externe dépend de la précision de la résistance utilisée.

 

Mesure de résistance

La mesure de la résistance est effectuée au moyen de mesures des tensions à une résistance porteuse de courant. Dans ce cas, la chute de tension qui se produit est mesurée par le capteur de résistance. L’alimentation en courant nécessaire pour les mesures de résistance assure l’alimentation interne du module.

À cette fin, le module dispose d’un point d’alimentation interne connecté à l’entrée de mesure analogique par l’intermédiaire d’une résistance de référence. La chute de tension via la résistance est nécessaire comme référence pour le traitement ultérieur du signal par le module. La valeur de la résistance du capteur peut être calculée à partir des signaux d’entrée comme un multiple de la résistance de référence.

Pont de Wheastone

Les ponts sont constitués de deux bras avec deux résistances chacun. Le pont de Wheastone est alimenté par la tension de sortie.

La grandeur à mesurer avec les ponts de Wheastone est la relation entre la tension du pont et la tension entre les deux bras de résistance. Différentes plages de mesure sont possibles.

La plupart du temps, les ponts de Wheastone comportent quatre résistances variables, de sorte que le pont de Wheastone peut être facilement équilibré par la résistance ajustable. Les variations du signal du capteur ont une influence caractéristique sur la quatrième résistance et entraînent une modification de la grandeur à mesurer.

Mesure potentiométrique

Les mesures potentiométriques sont des mesures en fonctions de la tension, dont le rapport peut être ajusté. La grandeur à mesurer est la relation entre la résistance ajustée et la résistance combinée de ce potentiomètre.

Mesure de la température par thermocouples

Les thermocouples sont constitués de deux fils thermoélectriques faits de matériaux différents qui sont soudés l’un à l’autre à une extrémité. Si la position de contact et les autres extrémités des fils thermoélectriques ont des températures différentes, une tension thermoélectrique apparaît à la position de contact des deux fils thermoélectriques. Cette tension est proportionnelle à la différence de température. Elle peut être mesurée et utilisée à des fins de mesure de la température.

Comme les thermocouples ne peuvent mesurer qu’une différence de température, il faut également déterminer une température de référence. On appelle cela la compensation de soudure froide interne ou externe.

Mesure de la température par Pt100 ou Pt1000

Des mesures Pt100 et Pt1000 en configuration 2, 3 et 4 fils sont possibles. Pour les mesures Pt100/Pt1000 en configuration à 2 fils, les fils d’alimentation provoquent une chute de tension supplémentaire, ce qui fausse le résultat de la mesure et influence la précision de la mesure. Il est donc nécessaire de faire attention, en particulier pour les mesures Pt100/Pt1000 à 2 fils, d’utiliser des câbles à faible impédance pour les capteurs et de s’assurer que les câbles sont bien connectés au module et au capteur. Pour les mesures Pt100/Pt1000 en 3 ou 4 fils, la chute de tension est captée directement au niveau du capteur, de sorte que les lignes d’alimentation n’influencent plus les résultats de mesure. La forme à 4 fils compense l’influence des résistances de câble non symétriques.


 

Détails

Accéléromètres

Un accéléromètre est un appareil qui va mesurer les accélérations, qu’elles soient statiques ou dynamiques. Connaître l’accélération statique permet de déterminer l’angle auquel se trouve un objet par rapport à sa position sur la terre. Connaître l’accélération dynamique d’un objet peut aider à analyser la façon dont l’objet se déplace. Un accéléromètre est doté de sorties analogiques ou numériques. Un accéléromètre à sortie analogique a généralement une tension de sortie continue qui est directement proportionnelle à l’accélération. Une sortie numérique se présente généralement sous la forme d’un PWM (une onde carrée détermine la fréquence, et la durée pendant laquelle la tension est à un niveau élevé est proportionnelle à l’accélération). Les accéléromètres sont très utilisés dans l’industrie automobile pour mesurer l’accélération d’un véhicule, fournissant des valeurs de performance du moteur qui peuvent être utilisées dans des matrices de comparaison. Ce type de capteur peut également mesurer la quantité de vibrations dans un système, qui est une variable importante qui détermine les normes de qualité et de sécurité d’un système.

 

Mesures de courant

Mesure du courant avec un shunt externe : Les mesures de courant sont effectuées en mesurant la chute de tension aux bornes d’une résistance de valeur connue (résistance de shunt). Dans les modules Q.bloxx qui sont capables de mesurer le courant continu, il s’agit d’une résistance d’une valeur de 50 Ω. Des courants allant jusqu’à 25 mA sont possibles (la puissance dissipée maximale du shunt est limitée à 0,25 W). Des courants plus élevés nécessiteraient un shunt externe qui est placé dans le circuit à mesurer. La puissance dissipée autorisée du shunt externe doit être supérieure à la puissance dissipée du shunt où le courant est mesuré. En outre, la chute de tension aux bornes de la résistance ne doit pas dépasser la tension d’entrée admissible qui est nominale pour l’entrée analogique. Configurez la voie d’entrée analogique comme une entrée de tension et divisez la tension mesurée par la résistance externe.

REMARQUE : l’erreur de mesure du courant à l’aide d’un shunt externe dépend de la précision de la résistance utilisée.

 

Mesures des jauges de contrainte

Contrainte : La déformation d’un corps due à une force appliquée, aussi connue sous le nom de déformation. Plus précisément, la déformation est la variation proportionnelle de la longueur du matériau. La déformation peut être mesurée en termes de déformation positive et négative. La mesure de la déformation est sans dimension, généralement exprimée sous forme de micro-déformation (μdef), car l’ampleur du changement est très faible dans les applications pratiques.

Jauge de contrainte : L’utilisation de jauges de contrainte est l’une des méthodes les plus courantes pour mesurer la contrainte sur les matériaux. La résistance électrique de ce dispositif varie proportionnellement à la quantité de contrainte exercée sur le matériel. La jauge de contrainte est fixée directement sur le matériau à tester ; par conséquent, la contrainte résultante sur le matériau est transférée directement sur la jauge de contrainte. La déformation mesurée correspond à un changement linéaire de la résistance électrique, et le facteur de déformation de la jauge utilisée est un paramètre important lors des mesures de déformation. Le système d’acquisition de données en tient compte lors du calcul de la déformation. Le facteur de jauge d’une jauge de contrainte est une mesure de sa sensibilité à la contrainte. Facteur de jauge = changement relatif de la résistance électrique / changement relatif de la longueur (déformation mécanique). Les modules de mesure de Gantner prennent en considération le facteur de jauge de la jauge de contrainte lors du calcul de la contrainte.

Application pratique : Les mesures de déformation sont généralement de l’ordre du millième, ce qui nécessite une mesure précise des très petites variations de résistance. Afin de mesurer de très petites variations de résistance, les jauges de contrainte sont presque toujours utilisées dans une configuration de pont en combinaison avec une tension d’excitation.

Mise à l’échelle des jauges de contrainte dans test.commander :

1.Cliquez sur “Calculateur de jauges de contrainte” ; l’unité est automatiquement remplacée par μm/m.
2. Entrez le facteur de jauge de votre jauge de contrainte dans le champ de gauche. Le facteur de jauge (k) est une mesure de la sensibilité de la jauge de contrainte et est indiqué sur la fiche technique de la jauge de contrainte. Il a généralement une valeur comprise entre 1,8 et 2,2.
3. Si vous utilisez plus d’une jauge de contrainte active dans votre circuit en pont, vous devez également indiquer le facteur de pont résultant dans le champ de droite. Le facteur dépend de l’orientation de la jauge de contrainte sur l’objet.

 

Résistance

2-fils: Cette méthode est la plus couramment utilisée en raison de sa simplicité et de son mode de fonctionnement par rapport à une mesure de résistance à 4 fils. Des mesures précises au-dessus de 100 kΩ sont faciles à obtenir. Cette méthode se heurte à l’impossibilité de corriger la résistance de fil du composant testé.

4-fils: Pour les mesures de précision comme celles en dessous de 100 kΩ, une mesure à 4 fils est plus fiable qu’une méthode à 2 fils. Une méthode à 4 fils nécessite plus de câblage ; cependant, le fait d’opter pour une précision supérieure est nécessaire dans certaines applications. C’est le cas par exemple lorsque la résistance d’un composant que nous voulons mesurer est située à une certaine distance de notre appareil de mesure. La longueur de câble utilisée entre le composant et l’appareil de mesure peut introduire une résistance supplémentaire dans le câblage. Le fait d’avoir une configuration à 4 fils annule la résistance créée par les câbles de mesure. Cette méthode est appelée la méthode Kelvin.

 

Potentiomètre

Il s’agit d’une résistance à trois pôles qui intègre un contact glissant qui se comporte comme un diviseur de tension. Fondamentalement, un potentiomètre est un diviseur de tension utilisé pour mesurer le potentiel électrique (tension). Les potentiomètres se trouvent dans les appareils électriques, tels que les équipements audio pour contrôler le volume, les transducteurs de déplacement, le contrôle de mouvement, etc.

Les trois résistances terminales d’un potentiomètre ont des diviseurs de tension (circuits linéaires), qui fournissent une tension de sortie inférieure à la tension d’entrée. Les transitions douces des niveaux de tension peuvent être rotatives ou linéaires. Tout dispositif qui nécessite une variation douce du courant peut utiliser la fonctionnalité d’un potentiomètre.

La construction d’un potentiomètre consiste en un corps de résistance, des bornes à l’extrémité du corps où les connexions électriques peuvent être fixées, et un bras oscillant qui établit un contact électrique lorsqu’il se déplace à travers le corps de résistance. Le corps résistif du potentiomètre est disponible en différentes valeurs, le corps résistif se présente sous la forme d’un corps résistif fixe.

Thermocouples

Introduction: Les thermocouples sont constitués de deux fils thermoélectriques fabriqués dans des matériaux différents (platine, platine/rhodium) et reliés à une extrémité (généralement par soudage). Si ce point de contact et les autres extrémités des fils thermoélectriques ont des températures différentes, une tension thermoélectrique est produite au point de contact. Cette tension mesurable est proportionnelle à la différence de température entre le point de contact et les extrémités des câbles.

Méthodes de mesure : Comme les thermocouples ne peuvent mesurer qu’une différence de température, il faut également déterminer une température de référence. On appelle cela la compensation de soudure froide interne ou externe.

Mesure de la température: Pour acquérir la température avec compensation de la soudure froide interne, une sonde de température supplémentaire est utilisée pour mesurer la température de référence. Pour les modules Q.bloxx, on utilise un bornier de compensation de soudure froide avec une sonde de température Pt1000 intégrée. Cette méthode permet de déterminer la température au point de transition et de corriger la tension produite par le thermocouple en fonction du type de thermocouple.

Pour mesurer la température à l’aide de la compensation externe de soudure froide, il faut un deuxième thermocouple du même type qui est connecté en série avec le premier thermocouple. La polarité est choisie de telle sorte que les tensions thermoélectriques se soustraient. Le deuxième thermocouple est situé à un point de référence fixe. Le module Q.bloxx calcule la température au point de mesure sur la base de la courbe de linéarisation. Le module Q.bloxx a besoin de la température de référence utilisée (fournir la valeur dans la configuration ICP-100/canal).

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