| Mesures de déplacement sans contact |
1-1 Principe de mesures
La mesure de la réluctance d'un circuit magnétique permet de réaliser des capteurs de déplacement sans contact.
Ces capteurs peuvent mesurer la position de pièces ferromagnétiques (aciers ,fontes)ou de pièces simplement
conductrices (alliages d'aluminium, alliages de cuivre).
C'est la proximité de la pièce à mesurer, la variation de l'entrefer, qui modifie la réluctance du circuit magnétique.
Les variations de réluctance sont mesurées à l'aide d'un ou deux bobinages montés sur le circuit magnétique.
L'utilisation de deux bobinages permet de realiser un capteur particulièrement peu sensible aux variations de resistance
des bobinages est des fils de liaisons (par exemple pour des applications de mesure sous très hautes pressions).
L'utilisation d'une fréquence d'exitation basse(< 10 kHz) est préférable pour mesurer les déplacements ou la distance
d'une pièce ferromagnétique (capteurs inductifs).Une fréquence d'exitation plus élevée (20 kHz à 2 MHz) est utilisée
pour mesurer des pièces seulement conductrices (capteurs à courants de Foucault).
Schèma d'un capteur à variation de reluctance utilisant un transformateur et de son conditionneur.
Le conditionneur est composé par exemple d'un oscillateur, d'un convertisseur tension courant pour
l'alimentation du circuit primaire du capteur, d'un amplificateur de filtres et d'un démodulateur
pour mesurer la tension qui apparait aux bornes du circuit secondaire. A la suite de ces parties essentielles
du conditionneur on peut utiliser un linéarisateur analogique qui se sert de la modélisation de la réponse
hyperbolique du capteur. Une réponse linéaire peut aussi être obtenue en utilisant des tables de conversion mises
en mémoire dans des PROM. Enfin si l'on désire mettre en mémoire les signaux de plusieurs capteur sous forme numérique
il peut être plus économique de les numériser avant linéarisation et de convertir les tensions mesurées en
déplacement en utilisant les courbes d'étalonnage. Si de plus une mesure de température est associée au capteur
il est possible d'effecter par calcul la compensation des dérives qui leur sont dues.
Une licence de fabrication a été cédée à la société SENSOREX ZI de la Chatelaine à Gaillard (74).
Schéma d'un capteur à courants de Foucault utilisant un seul bobinage et de son conditionneur.
Dans cet exemple un seul bobinage a été utilisé, il n'a pas été utilisé de pot en ferrite pour concentrer les
ligne de champ, cela permet d'augmenter la portée du capteur, par contre sa sensibilité est diminuée au courtes
distances. Ce capteur est beaucoup plus sensible à l'influance de piéces métalique qui l'environne, le pot en
ferrite ne fait plus écran. Dans le conditionneur le démodulateur simple a été remplacé par un démodulateur
synchrone afin de ne mesurer que le signal qui est proportionnel à la partie réactive de l'impédance du capteur.
Cette séparation n'est plus faite par le transformateur.
1-1 Les étendues de mesures vont du dixième de millimètre à quelques centimètres,elles sont fonction de
la taille et du mode de fonctionnement du capteur.
Lorsque le circuit magnétique du capteur est composé d'un pot en ferrite, la distance de mesure optimale est
d = D/30 (D diamètre du pot en ferrite). L'étendue de mesure choisie est en général égale au double pour
obtenir de très bonnes caractéristiques. Elle peut être étendue à 8 fois cette valeur, en acceptant de
perdre en linéarité.
Si le capteur est réalisé seulement avec des bobinages, il est possible d'obtenir des plus grandes
étendues de mesure (jusqu'a 5 centimètres pour des capteur à courants de Foucault)
1-2 La justesse obtenue varie entre 1 et 0,1 % de l'étendue de mesure
La linéarité de la réponse est obtenue en linéarisant le signal fourni par le capteur.En première
approximation elle suit une loi hyperbolique.
Réponse d'un capteur à variation de reluctance inductif. La reluctance du circuit magnétique diminue
lorsque la pièce à mesurer se rapproche du capteur, la tension aux bornes du circuit secondaire augmente si le circuit primaire
est alimenté avec un courant de valeur efficace constante.
La reluctance du circuit magnétique d'un capteur de déplacement à courants de Foucault
augmente lorsque la pièce à mesurer se rapproche du capteur, car ces courants qui se créent en
surface de la pièce à mesurer, s'opposent au passage du flux magnétique
la tension aux bornes du circuit secondaire diminue si le circuit primaire
est alimenté avec un courant de valeur efficace constante.
En linéarisant à l'aide de l'équation hyperbolique, il est possible d'obtenir une erreur de linéarité maximale
de 0,1 % pour une étendue de mesure de 1 mm, avec un pot en ferrite de diamètre 11 mm. Une difficulté majeure
si on veut faire des mesures de distance absolues est de définir le point de référence ( le zéro ),
on se trouve souvant limité par l'état de surface des pièces à mesurer.
1-3 Stabilité, dérive(0,001%/°C de l'étendue de mesure)
La principale cause de dérive du capteur est l'influence de la température. Elle augmente avec la fréquence du courant
d'alimentation du capteur.A une distance donnée et pour une cible donnée elle peut être parfaitement compensée( à la
performance des moyens de contrôle utilisés, +/- 0,005 µm/°C).Pour une étendue
de mesure de 600 µm, une dérive inférieure à 0,05 µm/°C peut être obtenue.
Un bruit résiduel de 0,05 µm peut être obtenu.
1-4 Les bandes passantes sont au mieux égales au tiers de la fréquence du courant d'alimentation du capteur (3 kHz
avec une porteuse de 10 kHz pour des capteurs inductifs,50 kHz avec une porteuse de 1 MHz pour des capteurs à courants
de Foucault).
1-5 Applications
1-5-2 Mesure des contraintes dans les raccords de tuyau d'injecteur de moteur diesel
1-5-3 Mesure des contraintes dans les tiges de vannes
1-5-4 Mesure des efforts dans les paliers à roulement à billes
1-5-5 Mesure de la rectitude des rails