Capteurs de déplacement à courants de Foucault pour l'industrie

Les capteurs de déplacement à courants de Foucault appartiennent au groupe de capteurs de déplacement inductifs et sont bien adaptés aux applications industrielles. Contrairement aux capteurs inductifs conventionnels, le principe de mesure des capteurs à courants de Foucault permet des mesures sur des matériaux non ferromagnétiques (par exemple l'aluminium) ainsi que sur des matériaux ferromagnétiques (par exemple l'acier). Ils sont conçus pour des mesures sans contact et sans usure du déplacement, de la distance, de la position, de l'oscillation, des vibrations et de l'épaisseur. Par conséquent, ils sont parfaitement adaptés à la surveillance des machines et des systèmes - ils peuvent effectuer des mesures dans des environnements industriels difficiles, même en cas de variations de pression, de saleté ou de température.

En règle générale, les capteurs de déplacement à courants de Foucault sont utilisés lorsqu'une précision de mesure élevée est requise et que d'autres capteurs ne peuvent pas faire face aux conditions ambiantes dominantes. Les capteurs optiques, par exemple, sont influencés par la saleté ou la poussière dans l'espace de mesure et par les températures élevées. Les capteurs de déplacement inductifs conventionnels utilisent des noyaux de ferrite, qui présentent une erreur de linéarité relativement élevée et une réponse en fréquence plus faible. De plus, leur précision de mesure diminue avec la fluctuation de la température ambiante.

Seules les cibles métalliques conductrices, qu'elles soient ferromagnétiques ou non ferromagnétiques, peuvent être mesurées à l'aide de capteurs de déplacement à courants de Foucault. Les matériaux non conducteurs sont invisibles pour le système de mesure par courants de Foucault et n'ont donc aucun effet sur les résultats de mesure. Pour cette raison, ces capteurs peuvent mesurer à travers des matériaux tels que les plastiques et l'huile sur des objets métalliques. Cela permet des applications telles que les mesures d'entrefer et les mesures de distance contre les rouleaux qui guident les films plastiques.

Limites des capteurs de déplacement inductifs conventionnels

Le capteur de déplacement inductif classique utilise une bobine enroulée autour d'un noyau ferromagnétique. En raison de ce noyau, la sortie est non linéaire, elle doit donc soit être linéarisée dans l'électronique du capteur, soit l'utilisateur doit tenir compte de cette non-linéarité dans son système de contrôle de l'usine.

En plus de la non-linéarité, d'autres limitations incluent les pertes dans le fer causées par le fait que le noyau lui-même absorbe le champ magnétique. Ces pertes augmentent avec la fréquence, dans la mesure où un capteur de déplacement inductif atteint les limites de ses performances à environ 100 mesures par seconde.

Un autre problème avec les capteurs de déplacement inductifs est leur sensibilité aux variations extrêmes de température en raison du coefficient de dilatation thermique élevé du noyau de ferrite. Cela rend la compensation de température difficile, entraînant normalement une dérive thermique élevée.

Capteurs à courant de Foucault vs capteurs de déplacement capacitifs

Les capteurs à courants de Foucault et capacitifs détectent la distance par rapport à un objet de mesure électriquement conducteur en fonction des variations du champ électrique. Les capteurs à courants de Foucault mesurent la distance via le changement d'impédance de la bobine du capteur. Avec la détection capacitive, le capteur et l'objet de mesure forment les plaques d'un condensateur.

Les deux types peuvent mesurer dans la plage submicrométrique. Néanmoins, ils diffèrent considérablement en ce qui concerne l'environnement d'exploitation. Les capteurs à courants de Foucault sont parfaitement adaptés aux environnements industriels difficiles qui incluent la saleté, la poussière et l'humidité. Les capteurs capacitifs, quant à eux, nécessitent le type d'environnement propre que l'on trouve dans la production électronique, les laboratoires et les salles blanches.

Capteurs de déplacement par courants de Foucault

Bien que les capteurs à courants de Foucault utilisent les mêmes lois d'induction magnétique que les capteurs de déplacement et de proximité inductifs, leur construction de bobine à noyau d'air permet une précision, une vitesse de mesure et une stabilité supérieures - la non-linéarité et la dérive de température ne sont pas des problèmes.

Leurs avantages incluent :

• Mesures rapides jusqu'à 100 kHz.

• Haute résolution jusqu'à 0,5 μm ou mieux.

• Haute linéarité.

• Stabilité à haute température dans des températures ambiantes fluctuantes, qui peut même être améliorée avec une compensation de température active intégrée.

• Mesure à l'aide de matériaux cibles ferromagnétiques ou non ferromagnétiques.

• Ils ne sont pas affectés par la haute pression, la haute température, la saleté, la vapeur ou l'huile.

Principe de fonctionnement du capteur de courant de Foucault

Un courant alternatif dans la bobine de détection produit un champ magnétique changeant. Ce champ induit un courant dans la cible — le courant de Foucault. Le courant de Foucault alternatif produit son propre champ magnétique, qui s'oppose au champ de la bobine de détection, modifiant ainsi l'impédance de la bobine de détection. La quantité de changement d'impédance dépend de la distance entre la cible et la bobine de détection dans la sonde. Le flux de courant dans la bobine de détection, qui dépend de l'impédance, est traité pour produire la tension de sortie, qui est une indication de la position de la cible par rapport à la sonde.

Compensation de température

Étant donné que plusieurs conceptions différentes de capteurs à courants de Foucault sont disponibles auprès de Micro-Epsilon, les ingénieurs peuvent sélectionner le capteur optimal pour leur application particulière. Par exemple, une compensation de température active est nécessaire si des mesures très précises sont requises. Avec des températures variables, deux facteurs peuvent influencer le signal de mesure :les changements mécaniques, où les dimensions géométriques du capteur et de la cible changent sous la forme d'une extension ou d'une contraction du capteur et de la cible. Et les effets électriques ont un impact encore plus important que les effets mécaniques en raison de l'évolution des caractéristiques électromagnétiques.

Par exemple, la série eddyNCDT 3001 est spécialement conçue pour les applications où les capteurs de déplacement inductifs conventionnels ont souvent atteint leurs limites de performance. Ils ont des dimensions compactes et sont disponibles dans des boîtiers M12 et M18, couvrant des plages de mesure allant de 2 mm à 8 mm. Ils sont protégés selon IP67 et sont donc applicables dans l'automatisation, la construction de machines et la conception. De plus, ils sont compensés en température jusqu'à 70 °C. Ils ont une précision et une linéarité de mesure élevées ainsi qu'un taux de réponse en fréquence de 5 kHz et sont calibrés en usine pour les objets ferromagnétiques et non ferromagnétiques tels que l'aluminium et l'acier.

Roulements hydrostatiques

Une application pour les capteurs de déplacement à courants de Foucault est dans les grandes machines telles que les moulins à pierre ou les installations télescopiques, qui fonctionnent souvent avec des paliers hydrostatiques. Ces systèmes de roulements sont alimentés en permanence en lubrifiant liquide via une alimentation en pression externe. Le lubrifiant est pressé entre les surfaces d'appui, qui sont donc continuellement séparées les unes des autres par un mince film de lubrifiant. Les surfaces d'appui ne sont pas exposées au frottement et fonctionnent donc sans usure. Cela permet un contrôle de position inférieur au micromètre. Cependant, toute perturbation de l'hydraulique ou chute de pression peut avoir des conséquences désastreuses. Cela pourrait entraîner des dommages aux roulements et finalement une défaillance du système, entraînant des coûts de maintenance et de réparation élevés. L'écart d'huile dans les paliers hydrostatiques nécessite donc une inspection continue et fiable. Pour cette application, le capteur est monté horizontalement sur le sabot de roulement, de sorte qu'il n'est pas directement exposé à la pression d'huile. Il mesure à travers le film d'huile sur la surface d'appui opposée.

Moteurs à combustion

La position exacte du piston, des segments de piston et les conditions de pression existantes sont des informations essentielles pour les fabricants de moteurs à combustion. À l'aide d'outils de simulation, ces données sont principalement utilisées pour faire des prévisions fiables sur l'usure, le frottement et la consommation d'huile. Le capteur à courants de Foucault mesure le segment de piston et les mouvements secondaires dits de piston, avec une grande précision. Ici, les avantages des capteurs à courants de Foucault — résistance aux hautes températures des moteurs à combustion (jusqu'à 180 °C et même plus pendant une courte période) — sont évidents. Les vibrations, la pression, l'huile, le carburant, les gaz de combustion et le mouvement mécanique continu qui prévalent n'influencent pas la précision des résultats. De plus, les capteurs eddyNCDT offrent des vitesses de mesure rapides avec de petites plages de mesure (0 - 0,5 mm) et une résolution extrêmement élevée (moins de 1 μm).

Miniaturisation

Micro-Epsilon a développé un capteur qui utilise la technologie de bobine embarquée (ECT) pour la miniaturisation. Cette technique de fabrication permet des possibilités quasi illimitées en termes de conception extérieure et de forme géométrique des capteurs, tout en permettant l'intégration de l'électronique d'évaluation dans le capteur. Il est construit en incorporant une bobine à courants de Foucault bidimensionnelle dans un matériau inorganique, ce qui améliore la stabilité, la robustesse et la résistance thermique des capteurs. Ces capteurs conviennent aux applications extrêmement difficiles telles que les vides ultra poussés dans la production de semi-conducteurs.

Capteurs de déplacement par courants de Foucault – Travailleurs industriels petits mais puissants

Ces petits capteurs sont idéaux pour les environnements industriels, où les environnements sont les plus rudes et les plus difficiles, mais nécessitent des mesures extrêmement précises. Ils peuvent être utilisés dans tous les domaines, de la mesure des écarts dans les paliers hydrostatiques des grosses machines, du jeu entre le piston et le cylindre, aux mesures de distance contre les rouleaux qui guident les films plastiques.

Cet article a été écrit par Martin Dumberger, directeur général, Micro-Epsilon USA, (Raleigh, Caroline du Nord). Pour plus d'informations, contactez M. Dumberger à Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer Javascript pour le voir. ou visitez ici .