投稿者: yako77

Qu’est-ce qu’un capteur infrarouge ?

Les capteurs infrarouges détectent les rayons lumineux dans le domaine de l’infrarouge. La couleur et les caractéristiques de la lumière varient en fonction de sa longueur d’onde. L’on considère que la longueur d’onde de la lumière visible se situe entre 400 et 800 nm, et que toute autre longueur d’onde n’est pas visible à l’œil. Pour l’œil humain, les rayons lumineux d’une longueur d’onde d’environ 400 nm apparaissent violets et les rayons lumineux d’une longueur d’onde d’environ 800 nm apparaissent rouges.

Les rayons lumineux invisibles d’une longueur d’onde inférieure ou égale à 400 nm sont appelés rayons ultraviolets, tandis que les rayons lumineux d’une longueur d’onde supérieure ou égale à 800 nm sont appelés rayons infrarouges. Les capteurs infrarouges sont des capteurs qui détectent les rayons infrarouges susmentionnés. Outre la détection des rayons infrarouges, il existe également des méthodes qui émettent des rayons infrarouges et détectent les ondes réfléchies.

Utilisations des capteurs infrarouges

Les capteurs infrarouges sont utilisés de diverses manières dans les produits de consommation. Une utilisation typique est celle des télécommandes de téléviseurs. Le capteur infrarouge du téléviseur reçoit les signaux de fonctionnement de la télécommande. Cette utilisation met à profit les propriétés invisibles de la lumière infrarouge.

Les capteurs infrarouges sont également utilisés dans les thermomètres. La température est détectée grâce à la propriété suivante : plus la substance est chaude, plus elle émet de lumière infrarouge. Comme les températures peuvent être détectées rapidement et sans contact, ces capteurs ont été utiles lors de l’apparition de maladies infectieuses. Dans les domaines industriels, les capteurs infrarouges ont un large éventail d’utilisations, y compris dans l’exploration spatiale et dans le domaine militaire.

Types de capteurs infrarouges

Les capteurs infrarouges font l’objet de recherches actives et sont disponibles dans divers matériaux. Le principe est principalement divisé en types thermiques et quantiques. Les longueurs d’onde infrarouges sont classées en infrarouge proche, infrarouge moyen et infrarouge lointain, et chaque capteur a son propre domaine d’expertise.

1. Capteurs infrarouges de type thermique

Un exemple typique de capteur infrarouge de type thermique est le type pyroélectrique. Les capteurs infrarouges pyroélectriques sont fabriqués à partir de céramiques pyroélectriques ferroélectriques et utilisent l’effet pyroélectrique. Lorsque le capteur est chauffé par un rayonnement infrarouge, la quantité de charge sur la céramique change en raison de l’effet pyroélectrique. Le courant qui traverse le capteur est détecté en fonction de la quantité de charge modifiée.

Même le plus petit rayonnement infrarouge émis par le corps humain peut être détecté. Les capteurs à thermopile sont un autre type de capteur thermique. Les thermopiles sont des capteurs thermoélectromoteurs qui se composent de plusieurs thermocouples et convertissent l’énergie thermique du rayonnement infrarouge en force électromotrice.

2. Capteurs infrarouges de type quantique

Les capteurs infrarouges quantiques sont des capteurs qui détectent l’énergie de la bande interdite sous forme de courant électrique. Le mécanisme est le même que celui des panneaux solaires, qui sont fabriqués à partir de matériaux comportant des éléments qui génèrent de l’électricité aux longueurs d’onde infrarouges. Si la sensibilité de détection est 100 à 1 000 fois supérieure à celle des capteurs thermiques, le capteur lui-même génère de la chaleur et doit donc être suffisamment refroidi.

Autres informations sur les capteurs infrarouges

1. Inconvénients des capteurs infrarouges

Les capteurs infrarouges peuvent présenter des dysfonctionnements ou des défaillances. Les cas de dysfonctionnement sont les suivants : lorsque le capteur est bloqué par un objet qui ne transmet pas le rayonnement infrarouge lointain, comme le verre ou l’acrylique, ou lorsque l’objet détecté est à peine en mouvement.

Les portes automatiques en sont un exemple. Les portes automatiques détectent les objets en fonction du taux de changement de la quantité de réflexion infrarouge. En raison de son principe, elles fonctionnent mal si vous portez des vêtements de la même couleur que le tapis ou si vous vous approchez doucement de la porte automatique.

Elles peuvent également dysfonctionner en raison de sources de chaleur autres que le corps humain, par exemple, la lumière du soleil ou à une lumière incandescente. Il arrive par ailleurs qu’elles dysfonctionnent en cas de changement soudain de température à proximité d’équipements de climatisation ou de chauffage.

2. Capteurs infrarouges et véhicules

La conduite de nuit augmente la probabilité d’accidents en raison de la mauvaise visibilité. Les capteurs infrarouges sont de plus en plus considérés comme les “nouveaux yeux” : ils permettent de résoudre les problèmes liés à la conduite de nuit et d’accroître la sécurité.

Systèmes de vision nocturne
Les capteurs infrarouges visualisent les piétons et autres objets et les affichent sur un écran. Avec les capteurs passifs, le rayonnement infrarouge lointain est détecté directement, de sorte qu’un éclairage lumineux n’est pas nécessaire. Les types actifs utilisent des lumières à infrarouge proche pour éclairer la route et une caméra infrarouge pour capturer la lumière réfléchie. GM et Honda utilisent la méthode de l’infrarouge lointain, tandis que Toyota a mis en pratique la méthode de l’infrarouge proche.

Surveillance du périmètre du véhicule
Des caméras infrarouges sont installées sur les quatre côtés du véhicule pour détecter les piétons dans les angles morts. Un système a été mis au point pour alerter le conducteur au démarrage du véhicule en cas de présence de piétons et le dissuader de démarrer le véhicule.

Systèmes de climatisation
Un système de contrôle de la climatisation a été mis au point. Il utilise le rayonnement infrarouge lointain émis par les occupants pour mesurer la température de la surface et commuter les sorties d’air.

Qu’est-ce qu’un interrupteur à membrane ?

Les interrupteurs à membrane sont des interrupteurs qui utilisent une feuille de film PET ou autre film mince, ce qui correspond à la notion de membrane, comme point de contact sur un circuit.

Les interrupteurs à membrane sont largement utilisés comme boutons sur les appareils électroménagers, les équipements d’inspection et d’autres dispositifs qui nécessitent une commande manuelle. Les interrupteurs à membrane ont des contacts sur le circuit de commutation à l’intérieur d’une feuille de film mince. L’interrupteur est connecté en appuyant manuellement sur le film mince.

Grâce à cette structure, l’interrupteur n’est pas exposé à l’air extérieur, ce qui en fait un interrupteur très étanche à la poussière et à l’eau. Les interrupteurs à membrane comprennent des produits qui utilisent un disque à l’intérieur pour donner une sensation de clic lorsque l’on appuie sur l’interrupteur, et des produits avec des lettres, des chiffres, etc. imprimés sur un film à la surface. La variété est extrêmement grande, y compris les différences de détail.

Utilisations des interrupteurs à membrane

Les interrupteurs à membrane sont largement utilisés pour les connexions d’interrupteurs en circuit dans les produits qui nécessitent d’appuyer manuellement sur des boutons et des interrupteurs. Il s’agit par exemple d’appareils ménagers, d’équipements électroniques, d’équipements d’inspection, d’équipements de laboratoire et de composants automobiles. Les interrupteurs à membrane sont également largement utilisés dans d’autres produits qui nous entourent :

• Pièces d’entrée pour les chiffres et les signes sur les calculatrices.
• Boutons sur les machines à laver domestiques.
• Boutons de commande sur les équipements de bureautique tels que les photocopieurs et les claviers de PC.
• Boutons des panneaux de commande résistants au vent et à la pluie dans les parkings à pièces.

Lors du choix d’un interrupteur à membrane, il convient de prendre en compte les différentes spécifications requises pour un interrupteur telles que la résistance à la chaleur, la durabilité et la taille, en plus des propriétés d’étanchéité à la poussière et à l’eau qui sont caractéristiques des interrupteurs à membrane.

Principe des interrupteurs à membrane

Le principe d’un interrupteur à membrane est basé sur le fonctionnement d’un interrupteur mécanique à couche mince. Une feuille de surface à couche mince, telle qu’un film PET, y est pressée avec un doigt, ce qui fait que la feuille de contact supérieure interne entre en contact avec la feuille de contact inférieure, qui est laminée via une entretoise, et que les points de contact se touchent l’un l’autre pour alimenter l’interrupteur.

La feuille de surface est celle que l’utilisateur touche réellement avec ses mains ; elle est imprimée de chiffres et de lettres, et certains produits sont imperméabilisés. Les boutons conducteurs sont fixés à la feuille de contact supérieure et les composants de la feuille de contact inférieure sont des boutons et un câblage de circuit correspondant à la feuille de contact supérieure.

L’entretoise empêche le bouton de la feuille de contact supérieure et le bouton de la feuille de contact inférieure d’entrer en contact dans des conditions normales ; elle est percée d’un trou correspondant au bouton. Lorsque l’on appuie sur le bouton, la feuille entière est enfoncée et les contacts entrent en contact l’un avec l’autre pour s’alimenter. La feuille de support est utilisée pour coller l’interrupteur à membrane à l’appareil utilisant l’interrupteur à membrane.

Cette configuration de feuille est la base des interrupteurs à membrane. La feuille de surface peut également servir de feuille de contact supérieure, ou un dôme gaufré ou métallique peut être utilisé en combinaison pour obtenir une sensation de clic.

Types d’interrupteurs à membrane

Il existe un grand nombre de types de construction d’interrupteurs à membrane, en raison de leur polyvalence et de la variété de leurs applications. Les trois types de base sont les suivants.

1. Type plat

Avec une surface plane et sans irrégularités, ces interrupteurs peuvent facilement être rendus plus minces. Ils ont également la structure la plus simple et peuvent être placés librement. Cependant, il n’y a pas de sensation de cliquetis lorsque l’on appuie sur l’interrupteur.

2. Type gaufré

La surface de la feuille est gaufrée, ce qui donne une sensation de clic et de course lorsque l’on appuie sur l’interrupteur.

3. Type dôme métallique

Une plaque métallique appelée dôme métallique est incorporée à l’intérieur de la feuille de surface pour donner une sensation de clic mécanique.

Autres informations sur les interrupteurs à membrane

1. Interrupteurs à membrane avec LED intégrée

Les interrupteurs à membrane sont structurellement multicouches, de sorte que des LED peuvent être montées à l’intérieur pour faciliter l’allumage et l’extinction visuels de l’interrupteur. La membrane est en PTFE transparent.

Les feuilles de membrane sont souvent constituées de feuilles PET transparentes et, lorsque des fonctions multiples doivent être exprimées en utilisant les couleurs d’émission des LED voisines, il est nécessaire de concevoir la disposition des LED et la structure de la couche interne afin d’éviter les fuites de lumière.

2. Interrupteurs à membrane pour l’automobile

Les interrupteurs à membrane sont utilisés dans les applications automobiles et servent de capteurs pour détecter les occupants. Avec l’introduction du port obligatoire de la ceinture de sécurité, les constructeurs automobiles ont mis au point des systèmes qui rappellent aux passagers d’attacher leur ceinture.

Les interrupteurs à membrane sont intégrés dans la surface du siège et sont activés par l’enfoncement de la surface du siège lorsque l’occupant s’assoit. Il est possible de détecter si une personne est assise sur le siège en fonction de l’activation ou non de l’interrupteur à membrane. Dans de nombreux cas, des interrupteurs à membrane de la taille d’une paume de main sont utilisés afin d’éviter les dysfonctionnements, tels que le non fonctionnement de l’interrupteur en raison d’une position assise inégale.

3. Claviers de PC

La principale utilisation actuelle des interrupteurs à membrane est celle des claviers de PC. Les circuits de câblage des différents interrupteurs pour les multiples touches sont formés par un processus d’impression sur une grande feuille couvrant l’ensemble du clavier. Plusieurs boutons conducteurs sont ensuite fixés, qui sont activés en appuyant sur les touches.

Les claviers à structure mécanique constituent une structure opposée. Les claviers mécaniques se caractérisent par une sensation tactile car les touches sont indépendantes les unes des autres. Toutefois, la complexité de la structure rend le clavier plus coûteux. Il est donc comparativement moins cher d’utiliser des interrupteurs à membrane, à la structure est simple, et qui se prêtent à la production de masse. Les interrupteurs à membrane sont aujourd’hui largement utilisés dans de nombreux claviers de PC car ils sont faciles à rendre plus minces et sont étanches à la poussière et à l’eau.

Qu’est-ce qu’un transistor de puissance ?

Les transistors de puissance sont des transistors dont la puissance autorisée est égale ou supérieure à 1 W lorsqu’ils fonctionnent.

Ils sont utilisés dans les équipements électriques alimentés par des courants importants. Les principaux rôles des transistors de puissance sont l’amplification du courant, la commutation et le redressement du courant alternatif.

En raison des courants importants qu’ils traitent, ils génèrent beaucoup de chaleur pendant leur fonctionnement. Certains produits ont des boîtiers en métal résistant à la chaleur ou sont dotés d’ailettes pour la dissipation de la chaleur. Il existe plusieurs types de transistors de puissance, dont les transistors de puissance bipolaires, les MOSFET et les IGBT sont des exemples typiques.

Utilisations des transistors de puissance

Les transistors de puissance sont utilisés pour des utilisations telles que la commutation et l’amplification du courant dans les équipements électriques qui nécessitent un courant important pour fonctionner. Les utilisations typiques comprennent les appareils ménagers tels que les climatiseurs, les réfrigérateurs et les machines à laver, la production d’énergie solaire et les véhicules électriques.

Selon l’utilisation, il faut tenir compte du courant et de la tension admissibles, de la chaleur générée pendant le fonctionnement et de la taille. Si l’utilisation prévue concerne des produits devant fonctionner avec une grande précision, la vitesse de commutation et d’autres facteurs doivent également être pris en compte, tels que la vitesse de commutation du courant circulant dans le circuit et l’amplification du courant.

Principe des transistors de puissance

Le principe de fonctionnement des transistors de puissance dépend du type, par exemple les transistors bipolaires, les MOSFET et les IGBT.

1. Transistor bipolaire

Un transistor bipolaire est un transistor dont la structure est constituée de trois couches de semi-conducteurs de type N et P assemblées. Les semi-conducteurs qui composent le transistor bipolaire ont des bornes qui sortent de chaque semi-conducteur, appelées base, émetteur et collecteur.

Lorsqu’une tension est appliquée à l’émetteur et au collecteur, un courant important circule entre l’émetteur et le collecteur lorsqu’un courant circule dans la base.

2. MOSFET

Un MOSFET est un transistor dont la structure est similaire à celle d’un transistor bipolaire. Les bornes sont appelées source, drain et grille.

Lorsqu’une tension est appliquée à la grille, un courant circule entre la source et le drain. En raison de leur capacité de commutation à grande vitesse, ces transistors sont utilisés dans les produits qui nécessitent un contrôle rapide.

3. IGBT

Les IGBT sont des transistors dont la structure est similaire à celle des deux transistors précédents. Les bornes sont appelées grille, émetteur et collecteur.

La structure est une combinaison de l’émetteur et du collecteur d’un transistor bipolaire et de la grille d’un MOSFET. Il s’agit d’un type de transistor flexible qui combine les avantages des deux transistors susmentionnés.

Types de transistors de puissance

Il existe deux principaux types de transistors de puissance : les transistors bipolaires et les transistors à effet électrolytique. Il est à noter que le terme “transistor” désigne généralement les transistors bipolaires.

1. Transistor bipolaire

Les transistors bipolaires sont des dispositifs contrôlés par le courant. Il existe des types NPN et PNP, en fonction de la façon dont les semi-conducteurs sont empilés. Ils ont généralement trois bornes, deux voies pour le courant de sortie (entrée et sortie) et une entrée qui contrôle le courant de sortie.

Les circuits à émetteur mis à la terre sont couramment utilisés, avec le signal d’entrée à la base (B), l’alimentation + au collecteur (C) et l’émetteur (E) mis à la terre. Le facteur d’amplification du courant continu des transistors bipolaires est exprimé par β ou hFE et varie de quelques dizaines à 200. Il existe également des transistors de Puissance à structure Darlington qui permettent de gagner des β (ici β est compris entre des centaines et des milliers).

2. Transistors à effet de champ

Les transistors à effet de champ, quant à eux, sont des dispositifs contrôlés par la tension ; ils se présentent sous la forme de structures à canal N ou P. Ils sont généralement dotés de trois bornes, de deux chemins d’accès et de deux canaux.

Ils ont généralement trois bornes, deux voies pour la tension de sortie (entrée et sortie) et une entrée qui contrôle la tension de sortie. Un circuit source-masse est couramment utilisé, avec le signal d’entrée sur la grille (G), l’alimentation + sur le drain (D) et la source (S) mise à la terre.

Le facteur d’amplification de la tension continue d’un transistor à effet électrolytique est exprimé en termes de conductance mutuelle (gm). En termes de caractéristiques de commutation, il est supérieur au transistor de puissance et est un dispositif de commutation souvent utilisé dans les alimentations à découpage.

Autres informations sur les transistors de puissance

Identification des transistors NPN et PNP

La défaillance d’un transistor, souvent utilisé dans les sections de sortie et d’alimentation, peut entraîner la perte ou l’instabilité de la sortie du circuit. Il est donc important de vérifier si le transistor est défaillant.

1. Transistor NPN
Pour les transistors NPN (2SC ou 2SD), vérifiez les points suivants :

• Base (B) positive, continuité avec le collecteur (C), non conducteur dans le sens inverse.
• Base (B) positive, continuité jusqu’à l’émetteur (E) et pas de continuité dans le sens inverse.
• Collecteur (C) – émetteur (E) non conducteur dans les deux sens.

Si les trois conditions sont remplies, le transistor est en bon état.

2. Transistors PNP
Dans le cas d’un transistor PNP (2SA ou 2SB), le sens inverse est vrai, vérifiez les points suivants :

• Collecteur (C) positif, conducteur à la base (B) et non conducteur dans le sens inverse.
• Émetteur (E) positif, conducteur à la base (B), non conducteur dans le sens inverse.
• Collecteur (C) – émetteur (E) non conducteur dans les deux sens.

Si ces trois conditions sont réunies, le transistor est en bon état. Notez que ce test ne peut pas être utilisé pour les transistors Darlington.

Lorsque le testeur est utilisé dans la plage de continuité, le côté rouge est négatif et le côté noir est positif. Faites attention à la polarité de la tension de test sur les fils du testeur. De plus, il faut toujours déconnecter l’alimentation, les fils d’entrée et de sortie des objets non testés avant de procéder au test.

Qu’est-ce qu’un interrupteur à bascule ?

Un interrupteur à bascule est un type d’interrupteur manuel. Les interrupteurs à bascule permettent d’allumer et d’éteindre des circuits électriques par un mouvement de bascule de la partie du bouton.

Les interrupteurs à bascule se trouvent également à la maison. Il s’agit par exemple d’interrupteurs d’éclairage ou de boutons d’alimentation sur des appareils comportant un “0” et un “-” à chaque extrémité. En raison de leur simplicité, les interrupteurs à bascule sont utilisés dans un grand nombre d’appareils et d’installations.

Les interrupteurs à bascule se caractérisent par un “clic” audible lorsqu’ils sont actionnés et par le fait qu’ils se distinguent clairement de l’allumage et de l’extinction. Cela réduit le risque d’erreur de manipulation.

Utilisations des interrupteurs à bascule

Les interrupteurs à bascule sont largement utilisés comme interrupteurs à commande manuelle. La plupart des interrupteurs que nous voyons et utilisons dans la vie quotidienne sont des interrupteurs à bascule.

Parmi les exemples spécifiques d’interrupteurs à bascule, l’on peut citer : les interrupteurs pour l’éclairage dans les maisons et les bureaux, les interrupteurs d’alimentation pour les équipements de bureau tels que les machines multifonctions et les imprimantes, et les interrupteurs d’alimentation pour les équipements de laboratoire et de mesure. Les interrupteurs à bascule sont utilisés comme interrupteurs de commande pour toutes sortes de produits en raison de leur structure simple et de leur fonctionnement on/off intuitif.

Cependant, il existe de nombreux types d’interrupteurs à bascule. Chaque interrupteur à bascule possède des caractéristiques différentes, telles que la tension de fonctionnement, la durabilité et la résistance à l’eau. C’est pourquoi il est nécessaire de sélectionner l’interrupteur à bascule approprié à l’utilisation et à l’environnement de fonctionnement.

Principe des interrupteurs à bascule

La construction d’un interrupteur à bascule est simple. Les principaux composants d’un interrupteur à bascule sont le bouton de commande en forme de balancier, le caoutchouc d’étanchéité, le ressort, le contact fixe, le contact mobile et les deux bornes de raccordement.

Le bouton de commande de l’interrupteur à bascule est relié au ressort interne. De plus, entre le bouton de commande et le ressort de l’interrupteur à bascule se trouve un caoutchouc d’étanchéité. Ce caoutchouc d’étanchéité a pour but de protéger les points de contact de l’eau, de la poussière et d’autres substances susceptibles d’affecter le fonctionnement.

Le ressort d’un interrupteur à bascule est arqué. Le ressort est relié au bouton de commande et aux contacts mobiles. Lorsque l’interrupteur est en marche, le côté du contact mobile du ressort arqué pousse contre le contact fixe, et le courant passe lorsque les contacts entrent en contact l’un avec l’autre.

Lorsque l’interrupteur à bascule est désactivé, le ressort à archet éloigne le contact mobile du contact fixe, ce qui interrompt le flux de courant. L’avantage est que l’action des contacts mobiles lorsqu’ils sont écartés les empêche de se souder l’un à l’autre.

Les termes “momentané” et “alternatif” sont utilisés pour les interrupteurs à bouton-poussoir tels que les interrupteurs à bascule. Ils ont des significations différentes en termes de mouvement de l’interrupteur lorsqu’il est actionné.

1. Interrupteurs à bascule momentanés

Les interrupteurs à bascule momentanés ne commutent le circuit électrique que tant qu’ils sont enfoncés, et les contacts reviennent à leur position initiale lorsque la main est relâchée. Par exemple, le bouton qui allume l’eau chaude dans une bouilloire est de type momentané.

2. Interrupteurs à bascule alternatifs

Les interrupteurs à bascule alternatifs commutent le circuit électrique lorsque l’on appuie sur l’interrupteur, et les contacts sont maintenus jusqu’à ce que l’on appuie à nouveau sur l’interrupteur. Par exemple, un interrupteur qui allume la lumière dans une pièce est de type alternatif.

Les interrupteurs à bascule alternatifs commutent entre ON et OFF chaque fois que l’on appuie sur le bouton.

Autres informations sur les interrupteurs à bascule

Nombre de bornes et de connexions pour les interrupteurs à bascule

Bien que les interrupteurs à bascule soient de construction simple, il convient de les choisir avec soin. Lors du choix d’un interrupteur à bascule, il faut tenir compte du courant et de la tension supportés, de la valeur de résistance de l’interrupteur lui-même, de sa taille et de sa durabilité en fonction de la température et de l’environnement de fonctionnement. Il est particulièrement important de connaître le nombre de bornes de l’interrupteur à bascule et la méthode de raccordement.

Le raccordement des interrupteurs à bascule est simple si l’on se contente de les allumer et de les éteindre. Si l’interrupteur a deux bornes, il faut en relier une à l’alimentation électrique et l’autre à l’appareil. Si l’interrupteur à bascule possède trois bornes, connectez-en une à l’alimentation électrique et l’une des deux autres à l’équipement. Il est d’usage de vérifier la continuité du circuit à l’aide d’un testeur avant le raccordement et d’identifier la borne pour l’alimentation et la borne du côté du contact.

Certains interrupteurs à bascule possèdent plus de quatre bornes. C’est le cas lorsqu’une ampoule est intégrée à l’interrupteur à bascule pour l’éclairage. La répartition des bornes comprend le circuit qui alimente le dispositif et la mise à la terre de l’ampoule.

La manière de raccorder un interrupteur à bascule à quatre bornes consiste à brancher l’alimentation sur deux bornes pour les interrupteurs à bascule avec éclairage intégré, d’en brancher une sur l’équipement puis de brancher le fil de terre de l’alimentation pour l’éclairage à l’intérieur de l’interrupteur à bascule. Bien entendu, il faut noter que le circuit interne varie en fonction de l’interrupteur à bascule utilisé.

Il faut soit vérifier le circuit électrique dans le manuel d’instructions fourni avec l’interrupteur à bascule, soit utiliser un testeur de circuit pour vérifier la continuité du circuit interne avant d’effectuer les connexions de câblage.

Si les connexions électriques sont effectuées à l’aveuglette, l’interrupteur risque de ne pas fonctionner comme prévu et, dans le pire des cas, d’endommager l’interrupteur à bascule ou l’équipement.

Qu’est-ce qu’un codeur rotatif ?

Un codeur rotatif est un dispositif pour mesurer l’amplitude du mouvement ou l’angle de rotation provoqué par la rotation d’un objet de mesure.

En général, ils sont fixés à l’arbre d’un moteur ou d’un réducteur. Ils peuvent également être fixés sur des servomoteurs et des moteurs pas à pas. Ces dispositifs sont principalement utilisés pour les équipements rotatifs qui nécessitent un contrôle de précision.

Utilisations des codeurs rotatifs

Les codeurs rotatifs sont largement utilisés dans une variété de produits entraînés par des moteurs. Voici quelques exemples d’utilisations des codeurs rotatifs :

• Contrôle en retour des robots industriels.
• Contrôle de l’équipement de scène dans les équipements de fabrication de semi-conducteurs.
• Contrôle de position d’ascenseurs.
• Contrôle de la vitesse et de la position des grues automotrices.

Les codeurs rotatifs sont utilisés pour l’asservissement de position et de vitesse de rotation. Pour un contrôle simple de la vitesse, il suffit d’utiliser un variateur. Les codeurs sont utiles pour un contrôle précis de la vitesse et pour contrôler les moteurs au milieu de la rotation.

Principe des codeurs rotatifs

Les codeurs rotatifs typiques utilisent la lumière pour effectuer des mesures. Ils sont constitués de composants tels qu’une diode électroluminescente, un disque à fente et un phototransistor.

1. Diode électroluminescente

La diode électroluminescente est alimentée et émet de la lumière en permanence. La lumière est focalisée par une lentille, puis dirigée vers le disque à fente.

2. Disque à fente

Le disque à fente est un disque rotatif dont les trous sont régulièrement espacés et qui est fixé à l’axe de rotation du codeur.

3. Phototransistor

Un phototransistor est installé à l’extrémité de la lumière passant à travers les trous qui émet une onde d’impulsion lorsque la lumière est reçue. La vitesse de rotation est mesurée en mesurant cette onde d’impulsion. Outre la lumière, il existe également des produits qui utilisent les variations de la force magnétique ou de la capacité électrostatique pour la mesure.

Types de codeurs rotatifs

Les codeurs rotatifs optiques se divisent en deux types de mesure : incrémentale et absolue. Le premier mesure la valeur relative de la position de rotation, tandis que le second mesure la valeur absolue de la position de rotation.

1. Type incrémental

Le codeur rotatif incrémental est similaire au principe décrit ci-dessus, où la lumière passant à travers une fente dans un disque en rotation est convertie en un signal d’impulsion et transmise. Deux types de signaux sont utilisés pour détecter la lumière passant à travers la fente.

Ils sont communément appelés phase A et phase B. Il existe également des codeurs dotés d’un signal en phase Z pour la détection de la position initiale. En cas de dysfonctionnement dans l’acquisition de la forme d’onde, les comptages seront manqués et une erreur se produira.

L’inconvénient de cette méthode est qu’elle ne permet pas de déterminer la position absolue. Toutefois, il est possible de déterminer le sens de rotation grâce au signal biphasé intégré.

2. Type absolu

Les codeurs rotatifs absolus possèdent une rainure sur le disque rotatif pour déterminer l’information de position. Lorsque la lumière passe à travers cette rainure, elle est détectée par l’élément récepteur de lumière et la position absolue peut être mesurée. Par conséquent, lorsque la position absolue est détectée, le sens de rotation peut être détecté en fonction de l’ordre des rainures.

Dans le système absolu, un code gris est généralement utilisé pour le code de chaque position. Les codes gris, également connus sous le nom de codes binaires alternés, sont une méthode de codage dans laquelle les bits voisins ne changent que d’un seul bit. L’utilisation de codes gris réduit le nombre de faux positifs positionnels et est donc très résistante au bruit et aux erreurs, ce qui se traduit par une grande précision.

Comment choisir un codeur rotatif

Lors du choix d’un codeur rotatif, il faut tenir compte de la méthode de mesure, de la résolution et de la capacité de charge.

1. Types magnétiques et optiques

Il existe des types magnétiques et optiques. Le type magnétique présente une excellente résistance aux intempéries, tandis que le type optique se caractérise par une grande précision de mesure. Parmi les types optiques, le type absolu a une plus grande précision de mesure et peut détecter des positions absolues.

2. Résolution

La résolution est la phase minimale qui peut être mesurée. Plus la résolution est élevée, plus la précision de mesure est grande. Cependant, elle est aussi plus coûteuse et le signal peut être plus complexe et moins sensible au bruit. Sélectionnez la résolution nécessaire pour commander la machine sur laquelle le codeur rotatif est monté.

3. Capacité de charge

La charge est le poids qui peut être appliqué à l’arbre rotatif. Si une charge supérieure à la charge admissible est appliquée, l’arbre du codeur rotatif et les roulements seront endommagés. Il convient donc de choisir un produit dont la charge admissible est supérieure à la charge maximale qui peut être appliquée.

Qu’est-ce qu’un contacteur électromagnétique ?

Les contacteurs électromagnétiques sont des dispositifs qui utilisent des électroaimants pour ouvrir et fermer des charges telles que des moteurs et des appareils de chauffage.

Les électroaimants à l’intérieur du contacteur électromagnétique amènent les contacts mobiles en contact avec les contacts fixes pour les alimenter. Le mécanisme est le même que celui d’un relais électromagnétique, mais il est utilisé pour alimenter un courant plus élevé que celui d’un relais électromagnétique.

Utilisations des contacteurs électromagnétiques

Les contacteurs électromagnétiques sont principalement utilisés comme composants internes dans les panneaux de contrôle. Des exemples d’utilisation sont énumérés ci-dessous :

• Contrôle de l’éclairage des lumières communes dans les copropriétés
• Contrôle du fonctionnement et de l’arrêt des pompes d’arrosage des serres en plastique
• Contrôle de la température des réservoirs d’aquarium
• Contrôle du fonctionnement des unités de réfrigération dans les congélateurs commerciaux

Comme mentionné ci-dessus, les contacteurs électromagnétiques sont principalement utilisés pour la commande automatique.

Principe des contacteurs électromagnétiques

Les contacteurs électromagnétiques se composent d’une bobine électromagnétique, d’un noyau de fer, d’un contact mobile, d’un contact fixe, d’un ressort de rappel, etc. Lorsqu’il est ouvert, le ressort de rappel soulève le contact mobile et les contacts fixe et mobile sont séparés.

Lorsqu’elle est fermée, la bobine électromagnétique est parcourue par un courant. La bobine électromagnétique génère un champ magnétique lorsque le courant la traverse, attirant les contacts mobiles avec le noyau de fer.

Les contacts mobiles attirés entrent en contact avec les contacts fixes et alimentent le circuit principal. Si le circuit principal doit être interrompu, le courant circulant dans la bobine est interrompu et le ressort de rappel soulève le contact mobile, interrompant ainsi le circuit principal.

Autres informations sur les contacteurs électromagnétiques

1. Différence entre un contacteur électromagnétique et un interrupteur électromagnétique

Les contacteurs électromagnétiques sont des dispositifs qui ouvrent et ferment des circuits électriques, mais ne fournissent pas de protection contre les surintensités.

Pour assurer une protection contre les surintensités, la combinaison d’un contacteur électromagnétique et d’un relais thermique est nécessaire et est appelée interrupteur électromagnétique (interrupteur magnétique).

Les relais thermiques fournissent un contact de sortie en cas de surintensité afin de protéger des charges telles que les moteurs. La sortie du relais thermique est détectée et le circuit est interrompu ou une alarme est émise.

La différence entre un contacteur électromagnétique et un interrupteur électromagnétique (interrupteur magnétique) réside dans la différence de fonctionnalité selon la présence ou non d’un relais thermique.

2. Durée de vie des contacteurs électromagnétiques

Les contacteurs électromagnétiques contrôlent la marche et l’arrêt des équipements. En tant que tels, ils sont suffisamment durables pour supporter le courant de démarrage de l’équipement à de nombreuses reprises. Si les caractéristiques électriques sont inférieures au calibre, la durée de vie mécanique est estimée entre 5 et 10 millions de cycles d’ouverture/fermeture.

3. Précautions à prendre lors de l’utilisation de contacteurs électromagnétiques

Il existe plusieurs types de contacteurs électromagnétiques, notamment les types standard, réversible et à courant continu. Il est donc nécessaire de choisir un contacteur électromagnétique en connaissant ses propriétés respectives.

• Type standard
  Le contact n’est activé que lorsque la bobine électromagnétique est excitée.
• Type réversible
  Le sens de rotation d’un équipement tournant peut être modifié en intervertissant l’ordre des phases des contacts.
• Type à courant continu
  Les contacteurs électromagnétiques généraux font fonctionner la bobine électromagnétique avec du courant alternatif, tandis que le type à courant continu est actionné par une alimentation en courant continu. Le type à courant continu fait fonctionner la bobine électromagnétique avec une alimentation en courant continu.

4. Prise en compte de la force contre-électromotrice des contacteurs électromagnétiques

La partie bobine électromagnétique du contacteur électromagnétique génère une force contre-électromotrice (surtension) lorsqu’elle est mise en marche et arrêtée. La section de la bobine électromagnétique est généralement contrôlée par un circuit de commande.

Étant donné que des équipements ayant une tension et un courant de faible intensité sont connectés au circuit de commande, un limiteur de surtension peut être connecté à la section de la bobine électromagnétique pour protéger le circuit de commande. Il existe trois types de parasurtenseurs :

• Type à varistance
  La varistance est utilisée pour supprimer les pics de tension. La tension de crête peut être supprimée, mais les composants à haute fréquence ne peuvent pas être limités.
• Type CR
  Filtre passe-bas pour limiter les composantes haute fréquence de la tension de choc.
• Type CR + varistance (type hybride)
  Ce type d’aspirateur de choc combine un circuit à varistance et un circuit CR. Il permet de limiter à la fois la tension de crête et les composantes à haute fréquence.

5. Bourdonnement des contacteurs électromagnétiques

L’un des cas de panne les plus courants est le “bourdonnement” provenant du contacteur électromagnétique. Lorsque la bobine est à courant alternatif, la force d’attraction du noyau de fer magnétisé change avec la fréquence. En réponse à cela, le noyau de fer vibre légèrement en permanence et le son associé à cette vibration est connu sous le nom de “bourdonnement”.

Ce bruit est causé par des corps étrangers qui s’enchevêtrent dans les surfaces de contact du noyau de fer. Les noyaux de fer fixe et mobile, qui sont normalement en contact superficiel, entrent en contact ponctuel l’un avec l’autre, ce qui produit ce bourdonnement.

Si le contacteur électromagnétique est démonté et que les corps étrangers présents sur la surface de contact du noyau de fer sont retirés, il peut continuer à être utilisé. Lors du démontage, coupez l’alimentation électrique et, si possible, retirez le contacteur électromagnétique.

Si le contacteur électromagnétique ne peut pas être retiré de l’armoire de commande, il ne doit pas être nettoyé en le pulvérisant avec une soufflerie d’air, etc. Ceci afin d’éviter que des corps étrangers soufflés par l’aspirateur ne provoquent un court-circuit ailleurs.

Qu’est-ce qu’une électrovanne ?

Une électrovanne est une vanne qui s’ouvre et se ferme à l’aide d’une bobine électromagnétique.

Ce sont des équipements indispensables dans la vie de tous les jours ainsi que dans les applications industrielles.

Utilisations des électrovannes

Les électrovannes peuvent être utilisées pour contrôler le débit d’une large gamme de fluides, les exemples typiques étant l’huile, l’eau, la vapeur, l’air comprimé et le carburant.

1. L’huile

Les électrovannes sont utilisées pour contrôler le débit dans les unités hydrauliques. Les machines nécessitant une pression élevée sont souvent actionnées par l’hydraulique, par exemple les automobiles et les presses hydrauliques. Dans les automobiles, l’hydraulique a été utilisée pour la direction assistée, mais ces dernières années, les systèmes électriques sont devenus la norme.

2. L’eau

Les électrovannes sont utilisées pour contrôler le débit de l’eau potable et de l’eau industrielle. Un exemple typique est le contrôle des niveaux d’eau dans les réservoirs de stockage, où les électrovannes sont parfois utilisées en plus des robinets à boisseau sphérique. Les électrovannes sont également utilisées pour l’arrosage automatique dans l’agriculture.

3. La vapeur

Les électrovannes peuvent distribuer de la vapeur, selon le produit. Elles sont utilisées pour le contrôle du débit, par exemple dans les grands séchoirs à linge qui utilisent de la vapeur. Elles peuvent également être utilisées pour le contrôle du traçage de la vapeur pour la protection contre le gel.

4. L’air comprimé

Les électrovannes sont principalement utilisées pour contrôler les équipements pneumatiques. L’air comprimé est utilisé pour contrôler les vannes pneumatiques et les cylindres pneumatiques, où l’air comprimé est contrôlé par les électrovannes. Elles peuvent également être utilisées pour la purge automatique de l’air comprimé.

5. Les combustibles

L’atomisation des combustibles gazeux et liquides est commandée par des électrovannes. Gaz de ville (gaz propane) pour chauffe-eau utilisé par exemple pour le contrôle du débit. Utilisé dans les moteurs à gaz et les brûleurs à huile légère et peut également être utilisé pour produire de la vapeur et de l’électricité.

Principe des électrovannes

Les bulles solénoïdes sont divisées en une section solénoïde et une section valve.

Le composant principal de la section solénoïde est la bobine électromagnétique qui, lorsqu’une tension est appliquée, excite le noyau de fer fixe pour déplacer le noyau de fer mobile. Le noyau de fer mobile est verrouillé avec la section de la valve et converti en un mouvement d’ouverture/fermeture de la valve. La section de la valve est divisée en un clapet et un siège de valve, et le clapet de valve fonctionne pour contrôler le flux de fluide. Le clapet de vanne se déplace en même temps que le noyau de fer mobile.

Types d’électrovannes

Il existe trois types d’électrovannes :

1. Les électrovannes à 2 voies

Électrovannes à deux orifices (entrée et sortie). Elles commandent deux opérations, soit pour arrêter, soit pour laisser circuler le fluide.

2. Les électrovannes à 3 voies

Les électrovannes à trois orifices : alimentation, cylindre et échappement. L’orifice du cylindre est connecté soit à l’orifice d’alimentation, soit à l’orifice d’échappement. Elles sont utilisées lorsqu’il est nécessaire de modifier le débit du fluide et pour les vérins à simple effet.

3. Les électrovannes à 4 voies

Les électrovannes à quatre voies sont des électrovannes à quatre ou cinq orifices. Elles comportent un orifice d’alimentation, deux cylindres et un ou deux orifices d’échappement. Elles sont utilisées, par exemple, pour commander des vérins à double effet. Selon la position du centre, on distingue le centre fermé, le centre d’échappement et le centre de pression.

Comment choisir une électrovanne ?

Voici des exemples de critères de sélection pour le choix d’une électrovanne.

1. Fluide et température cibles

Le type de fluide pouvant être distribué par une électrovanne est déterminé par le produit. Les fluides typiques sont listés dans la section “utilisations” et sont sélectionnés en fonction du fluide cible. La température à laquelle l’électrovanne peut être utilisée est également déterminée par le produit et est sélectionnée en fonction de la température du fluide cible.

2. Nombre d’orifices

Le nombre d’orifices de l’électrovanne doit être sélectionné. Pour le contrôle du débit du fluide, choisir 2 ou 3 orifices. Pour le contrôle du fonctionnement du vérin, on choisit généralement 3, 4 ou 5 orifices.

3. Pression de service et mode de raccordement

Il faut également sélectionner la pression à utiliser. Si l’on choisit un produit dont la résistance à la pression est inférieure à la pression de service, il est très dangereux de le faire éclater. Il faut donc choisir un produit dont la résistance à la pression est supérieure à la pression de service.

Une fois la pression de service déterminée, il faut choisir la méthode de raccordement et la taille de l’alésage. Les raccords à brides ou à vis sont les méthodes de raccordement les plus courantes. La plupart des produits ayant un grand diamètre d’alésage ont des raccords à bride, tandis que la plupart des produits ayant un petit diamètre ont des raccords vissés.

4. Tension d’alimentation

Sélectionnez la tension à utiliser pour l’alimentation électrique. En général, des tensions telles que 5 V DC à 24 V DC ou 100 V AC à 200 V AC sont utilisées et sélectionnées en fonction de la tension de commande. Il existe également des produits pour 100 V AC et 200 V AC, auquel cas l’une ou l’autre est sélectionnée en fonction de la méthode de câblage.

Qu’est-ce qu’une diode Zener ?

Une diode Zener est une diode qui relie un semi-conducteur de type n et un semi-conducteur de type p et qui présente une tension inverse relativement faible et une valeur de tension stable. Elles sont également appelées diodes à tension constante.

Les diodes normales présentent un effet de redressement dans lequel le degré de conduction change en fonction de la polarité de la polarisation appliquée aux deux extrémités, et aucun courant ne circule même lorsqu’une tension de polarisation inverse très élevée est appliquée. Cependant, des diodes spéciales connues sous le nom de diodes Zener présentent des caractéristiques de diode qui permettent à une grande quantité de courant de circuler rapidement lorsqu’une tension de polarisation inverse relativement faible (mais supérieure à un certain seuil) est appliquée.

En utilisant les caractéristiques uniques de redressement des diodes Zener, une tension constante peut être maintenue dans le circuit.

Utilisations des diodes Zener

Les diodes Zener se caractérisent par le fait que lorsqu’une tension inverse supérieure à une certaine valeur est appliquée, elles permettent un flux rapide de courant et suppriment toute augmentation supplémentaire de la tension. Elles sont donc utilisées pour maintenir la tension d’une alimentation instable à un niveau constant et pour protéger les circuits contre les surtensions.

Par exemple, une diode Zener est connectée en parallèle avec une alimentation instable de manière à ce que sa polarisation soit inversée. Par conséquent, si la tension de l’alimentation est supérieure à la valeur de claquage de la diode Zener, un courant important traverse la diode Zener, réduisant ainsi la tension et maintenant la tension à travers le circuit à un niveau constant.

Principe de la diode Zener

L’origine des caractéristiques uniques présentées par les diodes Zener serait liée à deux facteurs : l’effet Zener et l’effet d’avalanche. Le premier est un phénomène dans lequel la couche de déplétion générée lorsqu’une polarisation inverse est appliquée est rendue plus fine en créant intentionnellement une jonction pn à l’aide d’un semi-conducteur à forte concentration d’impuretés (ce qui est unique aux diodes Zener), et à une certaine valeur de seuil, les électrons sautent par-dessus la couche de déplétion en raison de l’effet tunnel, ce qui entraîne une conduction électrique.

Ce dernier est un phénomène dans lequel les électrons accélérés plus fortement qu’à une forte polarisation entrent en collision avec des atomes semi-conducteurs, faisant tomber de nombreux porteurs, qui à leur tour entrent en collision avec des atomes semi-conducteurs, faisant tomber encore plus de porteurs, provoquant de manière répétée une avalanche d’électrons et un flux de courant important.

Lorsque la polarisation dépasse le seuil, l’effet d’avalanche se produit : les électrons qui sautent à travers la couche de déplétion en raison de l’effet Zener provoquent une polarisation inverse élevée et un courant important, qui entraîne à son tour une chute de tension, ce qui abaisse la tension jusqu’au seuil.

La tension à travers le circuit est alors maintenue constante, ce qui stabilise les alimentations électriques instables et protège le circuit contre les surtensions externes. Actuellement, la tension de claquage inverse de ces Diodes Zener peut être fabriquée de manière très contrôlée, en fonction du taux de concentration d’impuretés et du traitement du semi-conducteur.

Une large gamme de types et de tolérances est disponible sur le marché, avec des sélections allant de 1 V à plusieurs centaines de V, et des tolérances étroites de ±0,05% pour certaines valeurs de tension.

Autres informations sur les diodes Zener

1. Montage en série et en parallèle des diodes Zener

Connexion en série
Lors du raccordement en série des diodes Zener, il convient de prêter attention à la valeur du courant zener lz qui circule. La valeur globale du courant maximal admissible correspond au plus petit courant admissible des diodes Zener connectées. Elle doit donc être utilisée dans la limite de la plus petite perte admissible.

Notez que si le courant de zener pour la spécification de la tension de zener est différent pour chaque diode, la valeur de la tension sera différente de la tension de zener que vous souhaitez trouver. La raison en est que l’une des diodes Zener n’aura pas la valeur de courant de Zener spécifiée.

Connexion en parallèle
Les diodes Zener ne peuvent pas être connectées en parallèle car cela augmente les pertes admissibles. Notez que lors d’une connexion en parallèle, le courant de la diode Zener peut se concentrer sur celle qui a la tension la plus faible et dépasser les pertes admissibles.

2. Caractéristiques des diodes Zener

Caractéristiques de température
La caractéristique de température signifie que les caractéristiques changent avec la température. Dans le cas des diodes Zener, cette caractéristique de température change en fonction de la tension de l’élément zener. La raison en est l'”effet tunnel” et l'”effet d’avalanche”.

Le coefficient de température de l’effet tunnel est négatif, tandis que celui de l’effet d’avalanche est positif. Par conséquent, une faible tension Zener diminuera lorsque la température ambiante augmentera. En revanche, ceux qui ont une tension de Zener élevée se caractérisent par une augmentation de la tension de Zener lorsque la température ambiante augmente.

Une tension Zener faible désigne ici généralement une tension inférieure à 5 V, et une tension Zener élevée désigne généralement une tension supérieure à 5 V. Lorsque la diode Zener se trouve aux alentours de 5 V, les effets de tunnel et d’avalanche agissent de concert pour provoquer le phénomène Zener. À ce stade, la caractéristique de température est également à peu près la même et la tension Zener est moins affectée par la température ambiante.

Le bruit
Dans une diode Zener, plus la tension de Zener est élevée, plus le bruit est important, et moins le courant est élevé, plus le bruit est faible. Pour éviter le bruit, il convient de connecter en série plusieurs éléments à faible tension zener. Le bruit peut également être éliminé en connectant un condensateur en parallèle avec la diode Zener.

3. Méthodes de sélection des diodes en fonction de l’application

Bien que les caractéristiques et les utilisations des diodes Zener aient été décrites, il existe divers autres dispositifs de diode à semi-conducteur. Cette section fournit des informations supplémentaires sur les différences entre les autres diodes et leurs caractéristiques.

La diode TVS (Transient Voltage Suppressors) est un dispositif qui utilise des caractéristiques inverses. Comme les diodes Zener, elles sont également utilisées pour assurer une protection contre les surtensions, mais la différence est que, contrairement aux diodes Zener, les TVS sont normalement éteintes et ne s’allument que lorsqu’une surtension est appliquée.

Les diodes à barrière Schottky, qui utilisent une barrière Schottky métallo-semiconducteur, ont des valeurs de tension encore plus basses et sont souvent utilisées pour des applications de redressement avec des vitesses de commutation élevées ; il existe également des diodes de commutation pour les applications de commutation rapide composées d’éléments semi-conducteurs pn. Il existe également des diodes PIN à capacité terminale réduite pour les applications RF (haute fréquence).

Qu’est-ce qu’une pompe à chaleur ?

Une pompe à chaleur est une technologie qui permet de transférer la chaleur de l’air ou d’un liquide d’une zone à basse température vers une zone à haute température. Elles sont utilisées dans les climatiseurs, les réfrigérateurs et les éco-cuisines, qui sont désormais indispensables à notre vie quotidienne.

Bien que l’électricité soit consommée pour transférer la chaleur, on peut s’attendre à un effet d’économie d’énergie important car l’énergie thermique produite est supérieure à la quantité consommée. En outre, par rapport aux systèmes de combustion au gaz ou au pétrole, les émissions de CO2 peuvent être considérablement réduites, ce qui en fait une technologie respectueuse de l’environnement qui attire également l’attention du point de vue des technologies écologiques.

Utilisations des pompes à chaleur

Auparavant, les pompes à chaleur étaient principalement utilisées dans les réfrigérateurs et les systèmes de climatisation pour refroidir les choses. Cependant, les progrès technologiques ont élargi la gamme d’applications des basses aux hautes températures, et elles sont maintenant utilisées dans une variété de domaines, y compris le chauffage et l’approvisionnement en eau chaude.

Dans la maison, ils sont utilisés dans les appareils ménagers essentiels à la vie quotidienne, tels que les réfrigérateurs, les climatiseurs et les lave-linge/sèche-linge, ainsi que dans les équipements à haut rendement énergétique, tels que les éco-cuisines et les systèmes de chauffage par le sol. Les pompes à chaleur sont également utilisées dans les climatiseurs et les chauffe-eau commerciaux dans les établissements accueillant de nombreux utilisateurs, tels que les bureaux et les hôpitaux, et devraient permettre de réduire considérablement les coûts des services publics.

Principe des pompes à chaleur

La température d’un gaz augmente lorsqu’il est comprimé et, inversement, diminue lorsqu’il est détendu. Les pompes à chaleur utilisent cette propriété pour transférer la chaleur. Les réfrigérants tels que le fréon, qui transfèrent la chaleur, peuvent le faire efficacement en se liquéfiant et en se vaporisant de manière répétée par compression et expansion à des températures proches de la température ambiante.

La structure d’une pompe à chaleur se compose d’un compresseur, d’un détendeur, de deux échangeurs de chaleur appelés évaporateur et condenseur, et d’une tuyauterie les reliant, avec un réfrigérant à faible point d’ébullition circulant dans la tuyauterie.

Le réfrigérant est le fluide responsable du transfert de l’énergie thermique. On utilise principalement des gaz CFC qui s’évaporent et se condensent, en fonction de la pression et de la température, en gaz et en liquides.

Les vannes d’expansion sont des dispositifs qui détendent rapidement le gaz CFC d’une température et d’une pression élevées à un état chaud et à basse pression, puis le transforment à nouveau en liquide.

Les compresseurs sont des dispositifs qui compriment le gaz CFC à une température et une pression élevées. Il existe des compresseurs centrifuges et des compresseurs à piston.

Les échangeurs de chaleur peuvent être divisés en deux catégories en fonction de leur rôle : les évaporateurs et les condenseurs. L’évaporateur absorbe la chaleur de l’extérieur et transforme le gaz CFC en gaz, tandis que le condenseur transforme le gaz en liquide et libère la chaleur à l’extérieur.

Le réfrigérant absorbe la chaleur dans l’évaporateur, se transforme en gaz et est absorbé par le compresseur. Le gaz, comprimé à une température et une pression élevées, est envoyé au condenseur où il est transformé en liquide, qui est ensuite converti à une température et une pression basses par un détendeur et renvoyé à nouveau à l’évaporateur. Les pompes à chaleur transfèrent la chaleur de la partie basse température à la partie haute température de l’air en répétant ces cycles.

Types de pompes à chaleur

Les pompes à chaleur peuvent être classées comme suit en fonction du principe de transport de la chaleur :

1. Pompes à chaleur utilisant la production de chaleur et l’absorption de chaleur du réfrigérant

Les pompes à chaleur à compression de vapeur, les pompes à chaleur à absorption et les pompes à chaleur à adsorption utilisent la chaleur de vaporisation et de condensation générée lors de la vaporisation du fluide frigorigène. Les pompes à chaleur qui utilisent la chaleur de vaporisation de l’ammoniac sont principalement utilisées dans les réfrigérateurs et les congélateurs.

2. Pompes à chaleur utilisant une chaleur autre que celle de l’air

Les pompes à chaleur utilisent la géothermie, la chaleur de l’eau et la chaleur solaire. Dans tous les cas, la source de chaleur doit être proche, mais la chaleur peut être propagée plus efficacement que la chaleur de l’air.

3. Pompes à chaleur utilisant l’oscillation du réseau

Cette pompe à chaleur utilise des semi-conducteurs. En faisant passer un courant électrique à travers un élément thermoélectrique, un mouvement de réseau est généré dans l’élément. Lorsque la chaleur est transférée par ce mouvement de réseau, un contrôle fin de la température est possible. C’est pourquoi ils sont principalement utilisés dans les équipements médicaux et de laboratoire nécessitant un contrôle précis de la température. Cependant, leurs performances élevées en font des pompes à chaleur coûteuses.

4. Autres pompes à chaleur

Récemment, des pompes à chaleur utilisant à la fois la thermoélectricité et la chaleur de vaporisation ont commencé à apparaître. Comme on peut le constater, de nouvelles technologies de pompes à chaleur sont développées chaque année, permettant de capter et de stocker la chaleur de manière plus efficace.

Autres informations sur les pompes à chaleur

1. Indicateurs de performance des pompes à chaleur　

La performance d’une pompe à chaleur s’exprime par le rapport entre la capacité de refroidissement ou de chauffage (kW) qu’elle peut produire et la puissance consommée (kW) et s’appelle le rendement énergétique COP (en anglais : Coefficient Of Performance). Plus cette valeur est élevée, plus on peut s’attendre à des économies d’énergie, et elle est utilisée comme indicateur de la capacité d’économie d’énergie d’un climatiseur, en particulier pour les climatiseurs en tant que COP de refroidissement et COP de chauffage.

Cependant, le COP indique l’efficacité de la consommation d’énergie dans un environnement à température constante, et lorsque les climatiseurs sont réellement utilisés, les performances varient en fonction de la température ambiante et extérieure. C’est pourquoi le FPA (facteur de performance annuelle) est désormais la norme principale en matière d’économie d’énergie. Il est défini comme un indicateur d’efficacité énergétique remplaçant le COP dans la loi sur les économies d’énergie, qui a été révisée en septembre 2006, et contrairement au COP, le FPA indique l’efficacité opérationnelle d’un climatiseur lorsqu’il fonctionne pendant un an. On peut donc dire que le FPA indique une efficacité de fonctionnement plus proche du fonctionnement réel. 

2. Avantages et inconvénients des pompes à chaleur

Voici les avantages et les inconvénients des pompes à chaleur, une technologie qui recueille efficacement la chaleur de l’extérieur et l’utilise comme source de chaleur importante.

Avantages

• Économies d’énergie
  En recueillant la chaleur de l’extérieur, il n’est pas nécessaire de créer de la chaleur nouvelle, de sorte que les équipements électroniques équipés de pompes à chaleur ont une facture d’électricité relativement faible.
• Sécurité
  La production de chaleur n’impliquant aucune combustion, elle est plus sûre.
• Réduction des émissions de dioxyde de carbone
  Comme il n’y a pas de processus de combustion, les émissions de dioxyde de carbone sont relativement faibles.

Inconvénients

• Sensible à l’environnement extérieur.
  Les pompes à chaleur captent la chaleur de l’extérieur, ce qui signifie qu’elles sont moins efficaces lorsque la température extérieure est basse.

3. Utilisation efficace des pompes à chaleur

Les pompes à chaleur sont excellentes pour économiser de l’énergie et des coûts car elles peuvent générer des capacités de refroidissement et de chauffage supérieures à leur consommation électrique, mais elles ont l’inconvénient d’être facilement affectées par l’environnement extérieur. Cependant, les pompes à chaleur peuvent extraire de grandes quantités d’énergie à partir de faibles différences de température. On peut s’attendre à des économies d’énergie plus importantes si elles sont utilisées plus efficacement.

Dans une pompe à chaleur, un côté est chauffé et l’autre côté est refroidi dans la direction opposée en raison du transfert de chaleur. Normalement, une seule des deux parties est utilisée, mais si un système peut être construit pour utiliser à la fois le chauffage et le refroidissement, des économies d’énergie plus importantes peuvent être générées.

Un autre moyen efficace d’utiliser les pompes à chaleur consiste à utiliser la chaleur souterraine comme source de chaleur. Par rapport à l’air extérieur, la température de la chaleur souterraine varie moins tout au long de l’année, de sorte que la température du sol et des eaux souterraines est plus fraîche en été et plus chaude en hiver. Cela permet d’utiliser efficacement la chaleur souterraine inutilisée et de réduire considérablement les émissions de CO2.

De plus, la principale caractéristique des pompes à chaleur est qu’elles peuvent utiliser au maximum l’énergie thermique qui est difficile à utiliser telle quelle, comme la chaleur résiduelle des usines et les eaux usées des sources d’eau chaude.

Qu’est-ce qu’une cellule de charge ?

Une cellule de charge (anglais : Load cell) est un transducteur de charge, un capteur qui détecte une charge ou une force, la convertit en un signal électrique et l’émet. La sortie correspondant à la charge ou à la force est utilisée pour afficher ou enregistrer la charge, et peut également être utilisée pour le contrôle.

En plus des jauges de contrainte, qui mesurent la déformation d’un objet, il existe d’autres méthodes de détection de la charge ou de la force, notamment les méthodes piézoélectriques, à couche métallique mince, capacitives, à fibre optique, à vibration et magnétostrictives.

La sortie des cellules de charge est un signal analogique ou numérique de tension ou de courant correspondant à la charge. Ils sont utilisés pour afficher et enregistrer les charges sur les instruments de pesage, pour mesurer la capacité de charge, pour mesurer les charges dans les machines d’essai des matériaux et également pour contrôler les installations.

Utilisations des cellules de charge

Les cellules de charge sont utilisées dans les instruments de pesage électroniques, les machines d’essai, les débitmètres, les balances industrielles et divers instruments de mesure. Parmi les produits ménagers, on peut citer les balances, les balances numériques et les sièges de douche.

Dans les applications industrielles, outre les balances, ils sont souvent utilisés dans les machines d’essai de traction, les dispositifs de mesure de la viscoélasticité, les presses et les dispositifs d’enroulement de fils et de films. Ils sont également utilisés pour tester la propulsion des moteurs à réaction, contrôler la tension des cordes d’amarrage des navires, mesurer le couple des moteurs, contrôler les charges des essieux, mesurer la tension des câbles dans les ascenseurs et peser les trémies et les silos.

De plus, les cellules de charge sont également utilisées sur les barres de contrôle de certains avions. Lorsque le pilote exerce une force sur le manche, l’ordinateur détecte l’ampleur de la charge et contrôle l’avion.

Dans l’industrie, les capteurs de pesage sont des appareils indispensables pour mesurer le poids des éléments de production afin d’améliorer la qualité, d’augmenter la productivité et de réduire les coûts, et pour numériser les données afin de les afficher sur des écrans, de prendre de bonnes ou de mauvaises décisions, de les imprimer et de les stocker.

Principe des cellules de charge

Il existe quatre principaux types de cellules de charge, en fonction de la forme de l’élément qui se déforme sous la charge : le type en poutre, le type à colonne, le type en S et le type diaphragme.

1. Le type en poutre

Le type en poutre mesure l’ampleur de la déformation de la poutre lorsqu’une charge est appliquée à l’extrémité d’une poutre en porte-à-faux. Il est utilisé pour les plates-formes de pesée.

2. Le type en colonne

Le type en colonne mesure la déformation dans le sens de la compression d’une surface cylindrique sous la charge d’un élément cylindrique. Il est utilisé pour les applications industrielles telles que les réservoirs et les trémies. Plusieurs cellules de charge sont souvent utilisées, auquel cas la charge doit être appliquée de manière égale à chaque cellule.

3. Le type en S

Dans le type en S, une charge est appliquée aux deux extrémités d’un élément en S et la déformation de l’élément en S est mesurée et convertie en charge. Il est souvent utilisé dans les machines d’essai de traction pour mesurer les forces de traction.

4. Le type diaphragme

Le type diaphragme applique une charge au centre du diaphragme et mesure l’ampleur de la déformation du diaphragme. Il est utilisé pour les capteurs de force en général.

En changeant la taille et le matériau de la cellule utilisée, l’échelle de la charge à mesurer peut être augmentée ou diminuée. Il est ainsi possible de mesurer des charges dans une large gamme, allant de quelques grammes à des forces énormes de l’ordre de la tonne. Pour la mesure de charges infimes, des cellules de charge de haute précision, capables de mesurer de l’ordre du mN, ont été développées et sont utilisées, par exemple, dans la recherche et le développement de muscles artificiels.

Les méthodes de détection de l’ampleur de la déformation des composants qui se déforment sous l’effet d’une charge comprennent les jauges de contrainte, les méthodes piézoélectriques, les méthodes à couches métalliques minces, les méthodes capacitives, les méthodes à fibres optiques, les méthodes vibratoires et les méthodes magnétostrictives.

Une jauge de contrainte est attachée à un corps élastique appelé générateur de contrainte, qui se dilate ou se contracte sous l’effet d’une déformation minime, modifiant sa section transversale et la résistance de la jauge. Cette variation est proportionnelle à la charge, de sorte que la charge appliquée à la jauge de contrainte est calculée à partir de la variation de la résistance.

Autres informations sur les cellules de charge

1. Unités des cellules de charge

Les cellules de charge affichent la valeur mesurée dans l’unité SI de “force”, “N” newtons. Selon la capacité de la cellule de charge, on peut également utiliser “mN” ou “kN”.

Le “N” Newton est la valeur obtenue en multipliant la masse par l’accélération de la pesanteur. Si l’on connaît l’accélération de la pesanteur à l’endroit de la mesure, la masse (kg) peut être mesurée à l’aide d’une cellule de charge. 

2. Précision de la cellule de charge

Il est courant de ne pas mentionner la “précision” dans les spécifications des cellules de charge. La précision d’une cellule de charge seule est jugée globalement à partir de la linéarité, de l’hystérésis, de la répétabilité et des effets de la température décrits dans les spécifications.

Lorsqu’une tension prédéterminée est appliquée à une cellule de charge, celle-ci délivre une tension proportionnelle à la charge, mais cette tension est infime, tout au plus 20 mV. Cette petite tension est ensuite divisée en parties par million et mesurée, de sorte que l’équipement de mesure utilisé doit être extrêmement stable et précis.

La précision des appareils de mesure basés sur des cellules de charge doit être jugée de manière globale, en incluant les erreurs causées par les cellules de charge et les indicateurs individuels, les conditions de température, les conditions de montage et les vibrations. Pour ce faire, la précision de la cellule de charge, qui est la partie sensible, et la précision de l’indicateur sont déterminées respectivement, et la précision globale est calculée par la racine carrée de la somme de leurs carrés.