Le choix du bon capteur de vitesse pour une application est d'une importance cruciale pour une mesure précise et fiable. Après tout, le signal du capteur est l'entrée d'un système de protection contre la survitesse. Un capteur défectueux entraîne un signal d'entrée peu fiable et a une influence négative sur la précision et la fiabilité du système de protection.
Plusieurs considérations doivent être prises en compte lors du choix du bon capteur, que l'on peut classer en considérations environnementales et en considérations relatives à la machine.
Considérations relatives aux machines:
- Quel est le nombre de tours/minute prévu ?
- Quel est l'objectif mesuré et quelles sont ses spécifications ?
- Existe-t-il des limitations de poids et de taille au niveau de l'emplacement de montage ?
- Quelle est la longueur de câble nécessaire ?
Considérations environnementales:
- Quelle est la température ambiante prévue ?
- Les mesures sont-elles effectuées dans des zones à risque d'explosion (ATEX) ?
- Des champs électromagnétiques puissants sont-ils présents ?
- La mesure est-elle effectuée dans un environnement corrosif ?
Pour les mesures de vitesse industrielles, il existe trois grands types de principes de mesure :
- Capteurs électromagnétiques - également connus sous le nom de : capteurs passifs, capteurs à réluctance variable (VR) ou capteurs magnétiques.
- Capteurs de proximité - également connus sous le nom de : capteurs à courants de Foucault ou capteurs de déplacement
- Capteurs à effet Hall - également appelés : capteurs actifs
Capteurs électromagnétiques
Un capteur électromagnétique utilise un champ magnétique pour mesurer les changements de distance entre la pointe du capteur et l'objet cible. Le capteur contient une bobine enroulée autour d'un aimant qui provoque une modification du courant magnétique (flux) et de la bobine lorsque les dents d'un engrenage passent devant le capteur. L'engrenage en mouvement crée un flux variable qui induit une tension proportionnelle dans la bobine, dont la fréquence est liée à la vitesse de rotation. Le signal est une onde sinusoïdale dont l'amplitude dépend de la taille, de la vitesse et de la distance de la cible.

Avantages
Les capteurs électromagnétiques présentent l'avantage de pouvoir être utilisés dans des applications à haute température. Il existe des types spécifiques de capteurs qui conviennent pour fonctionner à des températures supérieures à 300°C. En outre, les capteurs électromagnétiques sont faciles à utiliser et très fiables. Un autre grand avantage est que le capteur a une connexion à deux fils et s'intègre donc souvent dans les infrastructures existantes.
Inconvénients
L'un des principaux inconvénients des capteurs électromagnétiques est que l'amplitude du signal dépend d'un facteur lié à la taille, à la vitesse et à la distance de la cible. Si la vitesse est trop faible, la dent d'engrenage trop petite ou la distance à la cible trop grande, le signal sera trop plat. En revanche, si la vitesse est élevée, la dent d'engrenage grande ou la distance faible, le signal présentera d'énormes impulsions (jusqu'à 80 V). L'application et le positionnement des capteurs électromagnétiques requièrent beaucoup d'attention et d'expertise pour le bon fonctionnement des capteurs. Comme ces types de capteurs ne fonctionnent pas bien à faible vitesse, ils ne conviennent pas à la détection de vitesse nulle.

Capteurs de proximité
Un capteur de proximité utilise un champ électromagnétique pour mesurer les changements de distance par rapport à un objet. Lorsqu'un engrenage passe devant le capteur, celui-ci mesure une variation de la distance : proche (dent) et éloignée (encoche). La vitesse de rotation peut être déterminée en fonction du temps écoulé entre ces deux événements.

Avantages
L'un des principaux avantages des sondes de proximité est que le principe de mesure indique à la fois les impulsions et la position par rapport aux dents. Cela permet de connaître la distance réglée par rapport aux dents de la cible.
Les capteurs de proximité sont également disponibles avec une sortie de courant dynamique, ce qui permet d'utiliser de très grandes longueurs de câble (plus de 1000 m). Les capteurs à sortie de courant dynamique ne sont pas influencés par l'impédance du câble, comme c'est le cas des capteurs de proximité basés sur des signaux de tension, des capteurs à effet Hall et des capteurs électromagnétiques.
Inconvénients
L'utilisation de capteurs de proximité pour mesurer la vitesse présente un inconvénient. À une vitesse élevée (RPM), une saturation peut se produire, ce qui a pour effet d'aplatir de plus en plus la ligne sinusoïdale. Lorsque la dent de l'engrenage passe devant le capteur à des vitesses élevées, un capteur de proximité détecte à peine une différence de distance. Plus la vitesse est élevée, moins le capteur de proximité est efficace pour mesurer la vitesse.
Un autre inconvénient est qu'un capteur de proximité ne peut pas bien gérer l'excentricité de la cible. L'excentricité de la cible (un engrenage oscillant) génère une sinusoïde dans une sinusoïde. Cela pose des problèmes, notamment lorsque le signal correspondant est saturé. Le capteur peut émettre le sinus de l'excentricité de l'engrenage au lieu du sinus de la dent et des encoches.
Capteurs à effet Hall
Un capteur à effet Hall mesure les variations du flux magnétique entre l'aimant et le matériau cible. Les capteurs sont équipés de conditionneurs de signaux intégrés, qui génèrent un signal carré clair. Contrairement aux capteurs électromagnétiques, les capteurs à effet Hall sont sensibles à la taille du flux magnétique plutôt qu'à sa vitesse de variation. Les capteurs de vitesse à effet Hall ont une large plage de mesure et peuvent être utilisés pour mesurer à la fois des pièces stationnaires ou à faible vitesse et des pièces à grande vitesse.

Avantages
L'avantage d'un capteur à effet Hall est qu'il fournit directement une sortie numérique facile à transmettre et à traiter. Un autre avantage est que les capteurs à effet Hall sont généralement dotés d'un traitement interne du signal. Le signal est numérisé et amplifié très rapidement, ce qui le rend moins vulnérable aux interférences telles que les EMI (interférences électromagnétiques).
Inconvénients
En raison de l'électronique intégrée, les capteurs à effet Hall sont limités aux applications fonctionnant à des températures comprises entre -40 °C et + 150 °C. De plus, les capteurs à effet Hall nécessitent une connexion à 3 fils.
Pourquoi les capteurs à effet Hall sont préférables :
- Enregistrement fiable de la vitesse à partir de l'arrêt. Le permet de mesurer à partir de fréquences aussi basses que 0,1 Hz.
- Les signaux numériques sont adaptés aux longues distances (jusqu'à 300 m).
- Les signaux carrés sont faciles à traiter par les systèmes de vitesse.
- Il est possible de construire deux éléments de capteur dans un seul boîtier, ce qui permet d'effectuer des mesures de direction.
- La construction du capteur est plus petite et plus légère (poids) que les autres capteurs de vitesse.
- Un capteur à effet Hall est moins difficile à positionner correctement qu'un capteur électronique et moins sensible à l'excentricité de la cible que les capteurs de proximité.
- Ce type de capteur est le moins sensible aux vibrations et aux fluctuations de température.
Voir aussi : Systèmes de protection contre la survitesse »