Présentation
RÉSUMÉ
Cet article présente des capteurs très spécifiques utilisés pour les mesures sans contact. Les technologies abordées sont les comparateurs pneumatiques, les capteurs à ultrasons, à micro-ondes, utilisant des rayonnements ionisants, à force atomique, à effet tunnel et enfin le GPS. Tous ces capteurs offrent des propriétés spécifiques qui permettent d'étendre les possibilités de la mesure sans contact. Pour chacune de ces technologies, cet article présente les principes, les caractéristiques techniques et les domaines d'utilisation.
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Jean-Louis CHARRON : Ingénieur au Centre technique des industries mécaniques (CETIM)
INTRODUCTION
C et article présente des capteurs aussi variés que :
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les capteurs à ultrasons 1 ;
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les comparateurs pneumatiques 2 ;
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les capteurs à micro-ondes 3 ;
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les capteurs utilisant des rayonnements ionisants 4 ;
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les capteurs à force atomique ou attraction moléculaire 5 ;
-
les capteurs à effet tunnel 6 ;
-
le GPS (Global Positioning System) 7.
Ces capteurs, à côté des méthodes plus couramment utilisées comme les capteurs inductifs ou optiques, offrent des propriétés et des possibilités complémentaires qui permettent d’étendre encore plus les possibilités des mesures dimensionnelles sans contact. En général, ces capteurs sont destinés à des applications plus ciblées comme les mesures à faible coût des grandes distances avec les capteurs à ultrasons, des capteurs robustes et précis comme les capteurs pneumatiques qui sont principalement utilisés pour le contrôle en très grande série. Les capteurs à micro-ondes sont principalement utilisés pour des mesures de niveau mais aussi des mesures de très grandes distances dans l’aéronautique. Les capteurs utilisant des rayonnements ionisants sont adaptées aux mesures à l’intérieur de matériaux et pièces opaques très divers pour des applications aussi différentes que la recherche de défauts internes ou le contrôle douanier. Les capteurs utilisant la force atomique ou l’attraction moléculaire autorisent des mesures à des échelles submicroniques sur des matériaux les plus divers, tout comme les capteurs à effet tunnel qui sont utilisés à l’échelle atomique sur des matériaux conducteurs. Le GPS permet lui un positionnement absolu à la surface de la terre, mais est aussi précis pour permettre la surveillance de barrages ou de failles tectoniques.
Cet article s’inscrit dans une série consacrée aux capteurs de mesures dimensionnelles sans contact :
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Mesures sans contact. Généralités Mesures sans contact- Généralités ;
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Mesures sans contact. Méthodes magnétiques et capacitives Mesures sans contact- Méthodes magnétiques et capacitives ;
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Mesures sans contact. Méthodes optiques (partie 1) Mesures sans contact- Méthodes optiques (partie 1) ;
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Mesures sans contact. Méthodes optiques (partie 2) Mesures sans contact- Méthodes optiques (partie 2) ;
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Mesures sans contact. Autres méthodes [R 1 334] ;
— Mesures sans contact. Comparatif Mesures sans contact[Comp. R 1 335] dans lequel le lecteur trouvera une liste des principaux fournisseurs de capteurs.
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Présentation
Capteurs à micro-ondes2. Comparateurs pneumatiques
2.1 Principe de mesure
2.1.1 Système avec lecture sur une colonne d’eau
Une colonne manométrique permet de réguler avec une très grande précision une pression de mesure de référence (figure 5). Cette pression alimente une chambre à l’aide d’un gicleur de référence, une colonne manométrique de mesure et le gicleur de mesure lui sont reliés. En fonction de la fuite d’air au gicleur de mesure, la pression dans la chambre prend une valeur ΔP inférieure à la pression de référence :
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lorsque le gicleur de mesure est fermé par la pièce à mesurer, ΔP est égale à la pression de référence ;
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lorsque le gicleur est libre, ΔP est très petite, elle est égale aux pertes de charge dans les tuyaux de liaison et dans le gicleur libre.
Les variations de la hauteur de la colonne de mesure sont fonction de la distance entre la pièce et le gicleur de mesure. Le coefficient d’amplification peut dépasser 105, il est ainsi possible de visualiser des variations de distance de 0,01 µm.
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Système avec lecture sur une colonne d’eau et une mesure différentielle
La méthode de mesure différentielle (figure 6) permet de comparer la distance à mesurer avec une distance étalon qui est simulée par un gicleur de référence. La mesure de la distance nominale est ainsi très peu dépendante des conditions d’environnement, les compensations sont automatiques.
2.1.2 Système avec une sortie électrique
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Asservissement de la perte de charge dans un gicleur de référence à l’aide d’une membrane souple
Une chambre séparée en deux par une membrane, est alimentée par de l’air à travers des gicleurs (figure 7). Une tige de capteur de déplacement équipée d’un pointeau...
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