Comment mesurer la position d'un vérin hydraulique ou pneumatique

Guide technique · GUEMISA

Les deux familles de solutions

Capteur intégré au cylindre

Il s'agit d'une tige en acier inoxydable qui s'insère dans un trou percé le long de l'arbre. Un repère de position, généralement un aimant annulaire, est placé sur le piston. Le capteur émet une impulsion, détecte l'instant précis où le signal revient du repère et calcule la position à partir du temps écoulé. Il fonctionne selon le principe de la magnétostriction et aucune pièce ne frotte entre elle.

La bride du capteur assure l'étanchéité du cylindre et résiste à la pression de service ; la tige doit donc être usinée et un logement prévu dans le couvercle ou le fond. Il s'agit de la solution standard pour les machines mobiles et les presses, où un capteur externe serait exposé aux chocs, à la poussière et aux projections d'eau.

Capteur extérieur

Il est monté à l'extérieur du cylindre et suit le mouvement de la tige de piston. Il existe deux variantes courantes :

• Potentiomètre à tige ou à rotules. La tige du capteur est fixée à l'élément mobile par des rotules à ses deux extrémités, ce qui compense les petits défauts d'alignement. Il mesure directement le déplacement.
• Par câble. Un câble en acier enroulé sur un tambour est fixé à l'élément mobile. Ce système permet de grandes courses et tolère un certain désalignement, mais le câble doit rester tendu et protégé.

Ces capteurs n'ont pas à résister à la pression du fluide, ils n'affectent donc pas la conception du cylindre et peuvent être ajoutés à un cylindre existant.

Critères de choix

Pression de service

Ceci s'applique uniquement au capteur intégré. La pression maximale du circuit, y compris les pics, doit être comparée à la pression de service et aux pics admissibles du capteur. Le Novotechnik TH1 a une pression de service de 350 bar, des pics jusqu'à 600 bar et une pression d'éclatement supérieure à 700 bar. Le TM1 a une pression de service de 350 bar et des pics jusqu'à 450 bar. En pneumatique, à des pressions de quelques bars, cette condition n'a plus d'incidence.

Carrière

La plage de mesure électrique du capteur doit couvrir la course du vérin. Les fiches techniques indiquent les plages suivantes : le TH1 couvre de 50 à 4 250 mm, le TM1 de 50 à 2 000 mm, les capteurs potentiométriques TX2 à rotule de 25 à 300 mm et le LWX-003 de 50 à 750 mm. Les capteurs à fil couvrent quant à eux de 1 000 à 4 000 mm pour le modèle HPS-M. Avec un capteur intégré, il est important de noter que l’indicateur ne couvre pas les extrémités de la tige ; les zones mortes sont indiquées dans la fiche technique du modèle.

type de signal de sortie

Le résultat dépend des données lues par le contrôleur :

• Tension analogique ou courant de 4 à 20 mA, pour un automate programmable à entrées analogiques. Sur le TH1, ces valeurs sont de 0,1 à 10 V ou de 4 à 20 mA.
• Bus de terrain pour contrôleur de machine mobile. Le TM1 est disponible avec CANopen (profil DS-406) et avec SAE J1939.
• Diviseur de tension dans les potentiomètres : le dispositif de commande ou le conditionneur convertit le rapport de tension en position.

Protection de la propriété intellectuelle et environnement

Un capteur externe étant visible, sa protection est primordiale. Les modèles TX2 et LWX-003 sont conformes à la norme IP67, le LWG à la norme IP65 et le TEX à la norme IP54. Parmi les capteurs intégrés, le TH1 est conforme à la norme IP67 avec un connecteur et à la norme IP68 avec un câble, tandis que le TM1 est conforme à la norme IP67 et à la norme IP69 lorsqu'il est équipé du système de connecteur M12 monté sur le cylindre. La température de fonctionnement du TH1 est comprise entre -40 et +85 °C, et celle du TM1 entre -40 et +105 °C (de -40 à +85 °C avec le système de connecteur M12).

Vie et usure

Le capteur magnétostrictif est sans contact et possède une durée de vie mécanique illimitée, d'après les fiches techniques des modèles TH1 et TM1. Les potentiomètres sont équipés d'un curseur sur une piste et leur durée de vie peut atteindre 50 millions de mouvements pour les modèles TX2 et LWX-003, selon l'application.

Tableau comparatif

Comment décider en pratique

• Si le vérin est hydraulique, il peut être usiné et le capteur sera soumis à des chocs ou à la saleté ; un capteur magnétostrictif intégré est recommandé.
• Si le cylindre est déjà fabriqué ou si la course est courte, un potentiomètre à rotules est installé sans toucher au cylindre.
• Si la course est longue et qu'aucun usinage n'est souhaité, le capteur à fil permet d'effectuer la mesure grâce à un assemblage simple.
• Si le signal est destiné à un contrôleur mobile, vous devez rechercher la version équipée d'un bus de terrain.

Aspects de l'installation à prendre en compte

Dans les capteurs à rotule, l'axe du capteur doit être parallèle à celui du cylindre ; les rotules tolèrent une rotation jusqu'à ±12,5°, mais un défaut d'alignement entraînera une usure du curseur. Pour les circuits intégrés, le joint de bride et le filetage de fixation doivent être vérifiés : le TH1 utilise un filetage M18x1,5 selon la norme ISO 6149 ou 3/4″-16UNF selon la norme SAE J475. Dans tous les cas, un câble blindé et une mise à la terre du blindage permettent d'éviter les interférences, notamment dans les machines équipées de moteurs proportionnels et de vannes.

Quels produits GUEMISA sont les plus adaptés ?

Plus d'options dans les catégories de transducteurs magnétostrictifs, capteurs linéaires potentiométriques et capteurs filaires.

Documentation et cas connexes

• Capteurs de position et de déplacement (rapport, PDF)
• Catalogue Novotechnik : Capteurs de position (PDF)
• LVDT : Définition et fonctionnement (PDF)
• Toutes les informations techniques concernant GUEMISA

Foire aux questions

Peut-on installer un capteur magnétostrictif sur un cylindre préfabriqué ?

Uniquement si la tige est perçable et que le bouchon offre suffisamment d'espace pour la bride. Un capteur externe est plus pratique pour un cylindre fermé et non percé.

Quelle pression un capteur intégré peut-il supporter ?

Cela dépend du modèle. Le Novotechnik TH1 supporte une pression de service de 350 bars et une pression de pointe de 600 bars ; le TM1, 350 bars et une pression de pointe de 450 bars. Il est toujours conseillé de comparer ces valeurs avec la pression de pointe du circuit.

Ce même capteur convient-il à un vérin pneumatique ?

Oui, la pression pneumatique est bien inférieure aux limites de ces capteurs. En pneumatique, l'espace et la course déterminent généralement les performances du capteur, et les capteurs externes sont courants.

Quelle sortie dois-je choisir pour un automate programmable ?

Une sortie de 4…20 mA ou 0…10 V si l'automate programmable dispose d'entrées analogiques ; un bus tel que CANopen ou J1939 si le contrôleur est un contrôleur de machine mobile.

Que se passe-t-il si le capteur extérieur n'est pas aligné ?

Les rotules absorbent les petites erreurs, jusqu'à un angle de ±12,5° dans les modèles Novotechnik équipés de rotules, mais un désalignement plus important génère des contraintes latérales et une usure prématurée.