Comprendre les capteurs PWM :guide de fonctionnalités et de tests

Un nombre croissant de systèmes industriels remplacent les signaux analogiques traditionnels par une modulation de largeur d'impulsion propre et résistante au bruit.

Étant donné que la sortie PWM s'allume et s'éteint au lieu de maintenir un niveau analogique stable, cela entraîne une consommation d'énergie inférieure et une production de chaleur moindre. Nous expliquerons les opérations ON et OFF plus loin dans l'article.

Les capteurs à modulation de largeur d'impulsion (PWM) sont désormais partout. Dans cet article, nous expliquerons en détail comment un signal de capteur PWM peut représenter une variable de processus et vous montrerons comment le tester avec votre fidèle multimètre numérique.

Les capteurs PWM sont utilisés dans diverses applications. Par exemple, ils mesurent la position et le déplacement, la pression et la force, surveillent la vitesse et le régime, entre autres fonctions.

Capteurs analogiques et PWM

Commençons par identifier deux capteurs analogiques qui sont remplacés par des capteurs PWM.

Potentiomètres

Les potentiomètres étaient autrefois le choix préféré pour de nombreuses applications de mesure de position.

Ils étaient également courants dans les joysticks, les leviers et les pédales.

Pourquoi sont-ils remplacés par des appareils PWM ? Un potentiomètre possède un racleur métallique qui frotte contre un matériau résistif pour créer une résistance variable. Avec le temps, ils se salissent et s’usent. Les nettoyer est presque impossible, c'est pourquoi ils sont souvent remplacés.

Cependant, ils n’ont pas complètement disparu et continueront probablement d’exister pendant un certain temps.

Encodeurs d'arbre

Très bien, qu'en est-il des codeurs d'arbre ? Les codeurs optiques sont utilisés depuis des décennies pour déterminer la position de l'arbre. Il existe des codeurs absolus PWM qui offrent une meilleure résistance à la poussière, à l'huile, aux vibrations et aux chocs; ils ne s'appuient pas sur une source de lumière LED ni sur un disque de code pour générer un signal de sortie.

Comment fonctionnent les capteurs PWM

Ok, maintenant que nous avons expliqué où trouver des capteurs PWM et pourquoi, passons à autre chose et expliquons comment ils fonctionnent.

En termes simples, le PWM consiste à ajuster le cycle de service d'une forme d'onde numérique à fréquence constante. Avec un capteur PWM, les changements dans le rapport cyclique reflètent les variations d'un paramètre physique, tel que la rotation, la position ou la pression.

Cycle de service et fréquence

Alors, qu’est-ce que le cycle de service ? Commençons par discuter de la fréquence.

En Amérique du Nord, nous connaissons tous la fréquence de 60 Hz d'une tension secteur CA.

Sur un oscilloscope, la tension de la ligne CA apparaît sous la forme d'une onde sinusoïdale qui se répète à 60 cycles par seconde.

En utilisant des calculs simples, nous pouvons déterminer que le temps nécessaire pour terminer un cycle, appelé période, est de 16,67 millisecondes. Comment avons-nous obtenu cela ? La période est l'inverse de la fréquence.

P est la période d'un cycle.

Types de formes d'onde

Toutes les formes d'onde répétitives ne sont pas sinusoïdales ou de polarité alternée comme la tension de ligne. Il existe des formes d'onde en dents de scie et des formes d'onde carrées, pour n'en nommer que quelques-unes.

PWM est une forme d'onde répétitive où la durée de chaque demi-cycle peut varier.

Chaque cycle de la forme d'onde a un moment où la tension est activée et un autre lorsqu'elle est désactivée.

Le cycle de service est la proportion du temps de marche par rapport à la période, ou la durée d'un cycle. Le cycle de service est exprimé en pourcentage.

Exemple de capteur PWM

Regardons un exemple.

Nous avons un capteur PWM avec une période de 2 secondes et un temps d'activation de 0,5 seconde. Le rapport cyclique est le rapport entre le temps d'activation et la période totale. Dans cet exemple, cela représente 0,5 seconde divisée par 2 secondes. N'oubliez pas que nous exprimons le rapport cyclique sous forme de pourcentage, il est donc de 25 %.

L'appareil de la série Megatron HTP36 est un codeur absolu monotour avec une sortie PWM.

Il fonctionne à une fréquence de 244 Hz. Le rapport cyclique varie de 10 % à 90 %, ce qui correspond à une rotation de 0 à 360 degrés. Avec une tension d'alimentation de 5 V CC, nous pouvons supposer que l'impulsion de tension de temps de marche est de 5 V CC.

Pourquoi le rapport cyclique varie-t-il de 10 % à 90 % ? Cette plage est courante pour les capteurs PWM, bien qu'une plage de 5 % à 95 % soit également typique. La plage complète de 0 % à 100 % n'est pas utilisée à des fins de diagnostic. Un signal inférieur à 10 % ou supérieur à 90 % indique une condition de défaut potentiel.

Observation d'un signal PWM avec un oscilloscope

Examinons la forme d'onde que nous observerions sur un oscilloscope portable Fluke 190 alimenté par batterie connecté à la sortie de cet encodeur.

Avec une rotation de 0 degré, nous observons un rapport cyclique de 10 %. La période de la forme d'onde est de 4,0 millisecondes et le temps d'activation est de 0,4 milliseconde.

Lors d'une rotation de 360 degrés, nous observons un rapport cyclique de 90 %. Comme d'habitude, la période de la forme d'onde est de 4,0 millisecondes. Le temps d'activation est de 3,6 millisecondes.

Il convient de noter ici que la spécification indique un cycle de service maximum de 90 %, soit environ 3,5 ms.

Pourquoi cette différence ? Il s’agit essentiellement d’une pratique courante en matière de fiches techniques. Le fabricant arrondit les valeurs pour plus de simplicité.

Mesure des signaux PWM avec un multimètre numérique

Eh bien, c'est formidable si vous ou votre entreprise pouvez vous permettre un oscilloscope portable coûteux, mais peu de gens le peuvent.

Tout ce dont vous avez vraiment besoin est un DMM (multimètre numérique) doté de quelques options spéciales, comme le Fluke 87V, capable de mesurer la fréquence et le rapport cyclique.

Un capteur PWM est un appareil actif, contrairement à un potentiomètre qui est passif. Il a besoin de puissance pour fonctionner. Il n'existe aucun test avec un ohmmètre que vous puissiez effectuer pour déterminer s'il est réparable.

Ce multimètre numérique particulier possède un bouton intitulé Hz avec un signe % pourcentage.

Ce bouton vous permet de mesurer la fréquence en hertz et le rapport cyclique en pourcentage d'une simple pression.

Pour mesurer la fréquence, connectez les câbles aux bornes VAC DMM et réglez le sélecteur sur AC volts. Connectez les câbles comme vous l'avez fait avec l'oscilloscope. Appuyez une fois sur le bouton Hz et l'écran affichera la fréquence en hertz.

N'oubliez pas que la fréquence PWM reste constante ; par conséquent, la lecture ne doit pas changer lors de la rotation de l'encodeur.

Pour mesurer le cycle de service, gardez les mêmes câbles connectés. Appuyez à nouveau sur le bouton Hz et l'écran affichera désormais le cycle de service en pourcentage. Vous verrez la valeur du rapport cyclique passer de 10 % à 90 % lorsque vous faites pivoter l'encodeur de 0 à 360 degrés.

Il sera évident si le capteur est mort, douteux ou instable à partir des lectures du DMM.

Test des capteurs PWM à l'aide d'une tension continue

Si votre multimètre numérique n'a pas la possibilité de mesurer la fréquence ou le rapport cyclique, tout n'est pas perdu. Vous pouvez toujours avoir une idée générale du fonctionnement d’un capteur PWM en réglant le compteur pour mesurer les volts CC. Dans ce mode, le DMM affiche la moyenne de la forme d'onde pulsée.

Comme le rapport cyclique varie avec la rotation du codeur, la tension continue moyenne change également. Lorsque le cycle de service augmente, la tension continue mesurée augmente en conséquence.

Vous ne pourrez pas déterminer le cycle de service avec cette méthode. Cependant, si la tension continue reste inchangée pendant la rotation de l'encodeur, le capteur PWM doit être considéré comme suspect.

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Résumé

Les capteurs PWM sont étonnamment faciles à tester sur le terrain avec un multimètre numérique, à condition de comprendre le rapport cyclique et la fréquence.

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18 mars 2026