Capteur de position linéaire avec sortie 4-20 mA pour automate programmable : comment le choisir ?

Guide technique · GUEMISA

Pourquoi 4…20 mA et non une tension

Distance

Un signal de courant est indépendant de la chute de tension dans le câble : l’émetteur impose le même courant dans toute la boucle, que le câble mesure 5 m ou 200 m. Avec un signal de tension de 0 à 10 V, la résistance du câble et l’impédance d’entrée de l’automate programmable forment un diviseur de tension qui introduit une erreur. À titre indicatif, 100 m de câble de 0,5 mm² représentent une résistance aller-retour d’environ 7 Ω, négligeable par rapport à une charge de 250 Ω.

bruit électrique

L'entrée d'alimentation présente une faible impédance ; par conséquent, les tensions induites par les variateurs, contacteurs ou moteurs génèrent des courants très faibles et ont un impact moindre sur la mesure qu'avec une entrée d'alimentation à haute impédance. Néanmoins, l'utilisation d'un câble blindé dont la tresse est raccordée conformément aux recommandations du fabricant et maintenue séparée des câbles d'alimentation est recommandée.

détection de rupture de câble

Le point de départ de l'échelle est de 4 mA, et non de 0 mA (« zéro actif »). Si le câble est coupé, le courant chute à 0 mA, une valeur hors échelle que l'automate programmable peut interpréter comme un défaut. Avec une plage de 0 à 10 V, un câble coupé et une position au point de départ donnent tous deux 0 V et sont donc indiscernables.

Certains transducteurs intégrés aux puces génèrent leur propre signal d'erreur. Le TF1 délivre un courant inférieur à 3,5 mA en cas de coupure du fil. Le TM1 délivre un courant de 24 mA ou plus si le marqueur est hors de portée, et de 3,5 mA ou moins en cas de coupure du fil de masse.

Deux fils, trois fils et charge maximale

Deux et trois fils

Dans un capteur à boucle à deux fils, les mêmes conducteurs alimentent le capteur et transportent le signal ; par conséquent, le signal ne descend jamais en dessous de 4 mA, car ce courant alimente l’électronique. Dans une boucle à trois fils, l’alimentation, la masse et le signal sont transportés par des conducteurs distincts. Les transducteurs Novotechnik à sortie 4–20 mA mentionnés dans cet article possèdent des alimentations indépendantes (24 V ou 8–32 V pour le TM1) et ne fonctionnent pas comme une boucle à deux fils. Si votre installation ne comporte qu’une boucle à deux fils, il est impératif de le vérifier avant de choisir un capteur.

Charge maximale

La charge correspond à la somme de l'impédance d'entrée de l'automate (par exemple, 250 Ω sur une carte avec une résistance shunt) et de l'impédance du câble. Les connecteurs indiquent clairement la valeur maximale : 500 Ω maximum pour TH1, TP1, TF1, LS1, FTI et MUW. Pour TM1, la valeur maximale est de 500 Ω avec une alimentation de 24 V et de 250 Ω avec une alimentation de 12 V. Avec une entrée de 250 Ω et un câble de 20 Ω, la charge est de 270 Ω : elle respecte la limite de 500 Ω, mais pas celle de 250 Ω pour TM1 alimenté en 12 V.

Alternatives : sortie 0…10 V et ratiométrique

• 0–10 V : convient aux câbles courts à l’intérieur de l’armoire. De nombreux transducteurs offrent les deux sorties, comme les modèles TE1, LS1, TF1 et TM1. Les connecteurs nécessitent une charge minimale de 5 kΩ ou 10 kΩ sur la sortie de tension.
• Convertisseur ratiométrique : la tension de sortie est exprimée en pourcentage de la tension d'alimentation (par exemple, 10 à 90 %). Ce type de convertisseur est utilisé lorsque la même alimentation 5 V alimente à la fois le capteur et la tension de référence du convertisseur, et est courant dans les véhicules. Il n'est pas adapté si la tension d'alimentation varie et que le convertisseur possède une tension de référence différente.
• Interfaces numériques (SSI, CANopen, IO-Link) : Les modèles TH1 et TP1 sont également proposés avec ces interfaces, sur des cartes dédiées. Elles évitent la conversion analogique, mais nécessitent un module d’entrée compatible.

Sortie intégrée ou potentiomètre avec conditionneur

Un transducteur potentiométrique est un diviseur de tension : il délivre une tension proportionnelle à sa position et nécessite un conditionneur de signal pour la convertir en un signal normalisé. Un transducteur à sortie intégrée possède l’électronique à l’intérieur de son boîtier.

Quand chaque option est-elle utile ?

• Sortie intégrée : un seul composant, moins de câblage et un seul câble vers l’automate programmable. Cette solution est courante dans les environnements à fonctionnement continu ou à haute pression, comme les circuits magnétostrictifs.
• Potentiomètre avec conditionneur : il permet de choisir parmi différents capteurs de course et formats (LWH, TLH ou TEX) et de modifier la sortie (0…10 V, ±10 V, 0…20 mA, 4…20 mA) sans changer le capteur. Le conditionneur fournit au potentiomètre une référence stable et détecte le curseur avec une charge quasi nulle.

Après-shampooings Novotechnik

• MUW-200/250 : s’insère dans le boîtier de connecteur DIN 43650 des transducteurs LWH et TLH. Sortie : 0…10 V, 0…20 mA ou 4…20 mA ; alimentation : 18…30 V CC ; IP65. La série 200 est à plage fixe ; la série 250 est à plage réglable.
• MUK-350 : Boîtier en aluminium moulé sous pression IP66, sortie 0…10 V, ±10 V, 0…20 mA ou 4…20 mA, avec zéro et plage réglables, et alimentation 18…30 VDC.
• MUP-080 : rail DIN, sortie 0…10 V ou 4…20 mA, charge jusqu'à 500 Ω, sans isolation galvanique.
• MUP-100/150 et MUP-110/160 : rail DIN ; les modèles MUP-150 et MUP-160 ajoutent une isolation galvanique entre l’alimentation et la sortie.
• MUP-410 : Rail DIN, contrôlé par microprocesseur, sortie 4…20 mA, 0…10 V ou ±10 V.

Tableau des options avec les produits réels

Quels produits GUEMISA sont les plus adaptés ?

Pour voir plus de modèles, consultez la catégorie transducteurs linéaires et la catégorie Convertisseurs de résistance et potentiomètres.

Documentation et cas connexes

• Potentiomètres : Définitions techniques de Novotechnik (PDF, anglais)
• Capteurs Novotechnik avec interface IO-Link (PDF, anglais)
• Capteurs de position et de déplacement (rapport, PDF)
• Toutes les informations techniques concernant GUEMISA

Foire aux questions

Comment convertir un courant de 4…20 mA en millimètres dans un automate programmable ?

Elle est mise à l'échelle linéairement : position = course × (I − 4 mA) / 16 mA. À une entrée avec une résistance de 250 Ω, la carte voit de 1 V à 5 V, et la mise à l'échelle est configurée avec ces valeurs.

Que signifie une valeur inférieure à 4 mA ?

Cela ne devrait pas se produire avec un capteur en bon état de fonctionnement. Cela indique un câble endommagé, une coupure de courant ou un dysfonctionnement du capteur. Certains transducteurs, comme le TF1 et le TM1, signalent explicitement ce problème par un courant inférieur à 3,5 mA.

Puis-je utiliser un transducteur 4…20 mA avec une alimentation de 12 V ?

Uniquement si le connecteur le permet. Le TM1 accepte une tension continue de 8 à 32 V, mais la charge maximale est limitée à 250 Ω à 12 V. Les autres modèles du tableau sont alimentés par une tension de 16 à 32 V, selon le modèle.

Quelle longueur de câble une sortie 4…20 mA prend-elle en charge ?

Le signal lui-même supporte de longues distances car le courant est indépendant de la longueur. La limite est déterminée par la charge totale, qui ne doit pas dépasser la capacité maximale du connecteur, et par le bruit. L'utilisation d'un câble blindé, séparé des câbles d'alimentation, est recommandée.

Quand est-il conseillé d'utiliser un potentiomètre avec conditionneur ?

Lorsque vous avez besoin d'un type de course ou de montage ne disposant pas d'une sortie intégrée, ou lorsque vous souhaitez choisir le signal de sortie ultérieurement, le MUW (avec LWH ou TLH) s'insère dans le boîtier de connexion et dépose le signal 4…20 mA à proximité du capteur.