月: 2023年3月

Qu’est-ce qu’un capteur d’humidité ?

Un capteur d’humidité est un capteur qui mesure l’humidité de l’air.

En général, il s’agit d’un capteur qui mesure l’humidité relative à la teneur en vapeur d’eau saturée. Ils sont parfois utilisés en combinaison avec des capteurs de température sous la forme de capteurs de température et d’humidité. Il existe bien entendu des capteurs d’humidité qui détectent l’humidité absolue mais les capteurs d’humidité qui détectent l’humidité relative sont plus courants.

Les capteurs d’humidité sont utilisés non seulement dans les appareils domestiques tels que les climatiseurs et les sèche-linge, mais aussi dans la maintenance des machines et la transformation des aliments.

Utilisations des capteurs d’humidité

Les capteurs d’humidité sont largement utilisés dans les appareils ménagers, les équipements de bureautique tels que les imprimantes, la climatisation des maisons, des bâtiments et des installations, et les installations industrielles telles que les usines et les entrepôts. Voici quelques exemples de leurs applications respectives

1. Produits à usage domestique général

Les capteurs d’humidité sont installés dans des produits à usage domestique général. Par exemple, ils sont utilisés dans les climatiseurs, les réfrigérateurs, les voitures, les séchoirs, les purificateurs d’air et les humidificateurs. Les capteurs d’humidité sont essentiels pour les produits de climatisation qui régulent l’environnement de l’air.

2. Équipements de bureautique

Les capteurs d’humidité sont également installés dans les équipements de bureautique tels que les imprimantes, etc. Comme les équipements de bureautique n’aiment pas la sécheresse ou l’humidité extrême, les capteurs d’humidité sont utilisés pour mesurer l’environnement externe et prévenir les pannes d’équipement.

3. Secteurs industriels

Une gamme encore plus large de capteurs d’humidité est utilisée dans les secteurs industriels. Ils sont utilisés pour contrôler l’humidité dans les usines de transformation des aliments et les usines de culture des plantes, ainsi que dans les sites de fabrication de semi-conducteurs et autres et dans les zones de stockage. Les capteurs d’humidité sont également utilisés là où le contrôle de l’humidité est important, comme dans les environnements de fabrication et de fonctionnement des équipements médicaux et dans l’industrie aérospatiale.

4. Utilisations de stockage

Le contrôle de l’humidité est également très important pour le stockage des objets exposés dans les musées et les galeries d’art. Les capteurs d’humidité jouent donc un rôle important dans le contrôle de l’humidité dans les zones de stockage.

Principe des capteurs d’humidité

Les capteurs d’humidité mesurent généralement l’humidité relative. Le capteur mesure l’humidité de l’air et la calcule comme une valeur relative à l’humidité saturée à la température de l’environnement pour obtenir l’humidité relative.

Les capteurs d’humidité qui mesurent l’humidité absolue, en revanche, mesurent la quantité de vapeur d’eau par mètre cube dans l’espace. Cette humidité absolue est indépendante de la température et indique la quantité de vapeur d’eau dans l’espace ; elle est également appelée humidité absolue volumétrique.

Types de capteurs d’humidité

Les capteurs d’humidité électroniques à polymère constituent le type de capteur d’humidité le plus courant et sont classés en deux catégories : les capteurs à variation de résistance et les capteurs à variation de capacité. Les deux types se composent d’une électrode et d’une membrane polymère. La variation de l’humidité causée par l’absorption de l’humidité par la membrane polymère se traduit par une modification du signal électrique entre les électrodes.

1. Capteurs d’humidité à variation de résistance

Les capteurs d’humidité de type à variation de résistance détectent les signaux électriques correspondant aux variations d’humidité en captant les variations de la résistance électrique. La structure se compose d’une électrode en forme de peigne disposée de manière à ce que les électrodes soient mutuellement opposées. Une membrane polymère est disposée de manière à remplir l’espace entre les électrodes se faisant face dans la forme du peigne.

Lorsque la membrane polymère absorbe l’humidité et que l’eau est adsorbée, les ions de la membrane sont libres de se déplacer et la résistance de la membrane est modifiée par ces ions. Cette modification de la résistance de la membrane entraîne une modification de la résistance (impédance) entre les électrodes, de sorte que l’humidité peut être détectée par la modification de la résistance électrique.

Les capteurs d’humidité à variation de résistance électrique ont une structure simple et peuvent être produits en masse. Ils sont également relativement peu coûteux, ont une bonne durabilité, sont résistants au bruit car ils mesurent la résistance électrique et conviennent aux zones à forte humidité. Toutefois, ils présentent l’inconvénient de ne pas fonctionner correctement lorsque l’humidité est faible.

2. Capteurs d’humidité à variation de capacité

Le capteur d’humidité de type capacitif applique la technologie des condensateurs pour détecter les signaux électriques correspondant aux changements d’humidité en capturant les signaux électriques en termes de capacité électrique. La structure se compose d’une électrode perméable à l’humidité avec un diélectrique constitué d’un film polymère tel que la cellulose ou le PVA, qui absorbe l’humidité, pris en sandwich entre deux électrodes normales.

Du côté de l’électrode transmettant l’humidité, l’humidité de l’air est absorbée par la membrane polymère, qu’il y ait ou non une électrode, et la capacité du diélectrique de la membrane polymère varie en fonction de la quantité d’humidité absorbée. Par conséquent, les différences de teneur en humidité, c’est-à-dire les changements d’humidité, peuvent être détectées comme des changements de capacité.

L’avantage du capteur d’humidité à variation de capacité est qu’il est plus sensible et a une vitesse de réponse plus rapide que le type résistif. Toutefois, les capteurs d’humidité à variation de capacité présentent l’inconvénient d’avoir des circuits plus complexes.

Autres informations sur les capteurs d’humidité

1. Types de capteurs d’humidité

Outre les capteurs d’humidité se présentant sous la forme de petits éléments reliés à un circuit électronique, il existe également des capteurs d’humidité à l’intérieur d’une section de mesure en forme de sonde. Certains types sont résistants à la condensation, tandis que d’autres y sont sensibles. Il est donc nécessaire de choisir le type approprié en fonction de l’utilisation.

2. Durée de vie des capteurs d’humidité

Les capteurs d’humidité se détériorent progressivement après de nombreuses années d’utilisation continue et, naturellement, leur précision de mesure se dégrade. De plus, le joint entre le capteur d’humidité et la sortie externe se détériore également. Compte tenu de ces facteurs, la durée de vie du capteur est d’environ 2 à 5 ans, en fonction de l’environnement d’exploitation et du type de capteur installé.

3. Capteurs d’humidité pour smartphones

Ces dernières années, un nombre croissant de smartphones ont été équipés de capteurs de température et d’humidité. Pour mesurer la température et l’humidité avec de tels smartphones équipés de capteurs de température et d’humidité, il est nécessaire de télécharger des applications gratuites.

Dans de nombreux cas, il est également possible de mesurer la température et l’humidité sur des smartphones qui n’en sont pas équipés en y fixant un capteur externe. Il existe également des capteurs sans fil reliés aux smartphones, tels que les capteurs de température et d’humidité dotés de la fonctionnalité Bluletooth. Ces capteurs externes sont généralement appelés capteurs environnementaux. Bon nombre de ces capteurs d’environnement ont des fonctions de capteur multiples telles que la température, l’éclairage, la pression barométrique et le bruit ainsi que l’humidité.

Qu’est-ce qu’un câble blindé ?

Les câbles blindés sont des câbles dans lesquels la section du conducteur métallique transmettant les signaux et l’énergie est recouverte d’une couche métallique mise à la terre.

La couche métallique de mise à la terre est constituée d’une fine pellicule ou d’un autre matériau tissé dans le câble. Le fait de recouvrir la section du conducteur d’une couche métallique bloque les ondes électromagnétiques provenant de l’extérieur et empêche en même temps les fuites d’ondes électromagnétiques vers l’extérieur.

Cette structure contribue à la communication à grande vitesse dans les domaines des télécommunications et de l’instrumentation et est importante pour garantir la sécurité dans le domaine de la haute puissance. Dans les câbles multiconducteurs, elle sert également à annuler le bruit entre les fils.

Utilisations des câbles blindés

Les câbles blindés sont largement utilisés dans les câbles LAN pour les équipements OA et dans les haut-parleurs pour les équipements audio.

L’objectif de ces utilisations est de protéger les équipements des ondes électromagnétiques émises de l’extérieur. En revanche, les câbles blindés sont également utilisés dans les applications de distribution d’énergie à haute tension. L’objectif de ces dernières est d’éviter la génération d’ondes électromagnétiques.

Principe des câbles blindés

Les principaux composants d’un câble blindé sont le conducteur, la couche de blindage (écran), la couche d’isolation et la gaine.

Dans les câbles métalliques normaux, le conducteur extérieur est recouvert d’une couche isolante. En revanche, les câbles blindés sont recouverts d’une couche de blindage, telle qu’une fine pellicule métallique, au-dessus de la couche d’isolation recouvrant le conducteur.

L’extérieur de la couche de blindage est recouvert d’un film isolant appelé gaine, qui protège le fil de l’environnement extérieur. La mise à la terre de la couche de blindage permet de protéger les câbles de signaux contre le bruit. L’utilisation de câbles blindés dans les câbles d’alimentation permet également de contrer les ondes électromagnétiques générées.

L’annulation des ondes électromagnétiques provenant des câbles d’alimentation est souvent utilisée du point de vue de la sécurité, car elle permet de prévenir les accidents de chocs électriques dus à l’induction.

Types de câbles blindés

Il existe deux types de câbles blindés : les câbles blindés électrostatiques, qui empêchent les bruits extérieurs, et les câbles blindés électromagnétiques, qui empêchent les flux magnétiques causés par les courants électriques d’affecter les équipements extérieurs. La méthode de mise à la terre de la couche de blindage diffère selon le type, il est donc important de mettre le câble à la terre en utilisant une méthode appropriée au type.

1. Câbles blindés électrostatiques

Les câbles blindés électrostatiques sont des câbles dont l’âme est recouverte d’un ruban métallique en cuivre ou en aluminium ou d’une tresse métallique.

Ce ruban absorbe les bruits extérieurs et les achemine vers la terre, empêchant ainsi le bruit de pénétrer dans les fils de l’âme. Ils sont principalement utilisés dans les câbles de signaux et de communication. La méthode de mise à la terre de base pour les câbles à semences électrostatiques est la mise à la terre d’une seule extrémité. Cela permet d’éviter que des courants de retour ne circulent dans le blindage.

Si les deux extrémités sont reliées à la terre, la possibilité que le courant circule dans le blindage augmente et il y a un risque de bruit généré par le blindage en raison du courant qui le traverse. Il convient également de noter que si le blindage n’est pas relié à la terre, non seulement le blindage ne sera pas efficace, mais du bruit sera généré dans le signal si la charge électrique qui s’est accumulée dans le blindage est libérée d’une manière ou d’une autre. Lorsque des câbles blindés sont utilisés, ils doivent être mis à la terre.

2. Câbles blindés électromagnétiques

Les câbles blindés électromagnétiques sont des câbles dont l’âme est recouverte de fer et de cuivre afin d’empêcher le flux magnétique causé par le courant électrique de s’échapper.

L’inconvénient est que le revêtement en fer les rend vulnérables à la flexion et au pliage. Ils sont principalement utilisés pour les câbles parcourus par des courants importants, tels que les câbles d’alimentation et les moteurs. Pour la mise à la terre des câbles blindés électromagnétiques, on peut choisir entre une mise à la terre double et une mise à la terre simple, en fonction de la distance. Pour la transmission d’énergie sur de longues distances, le câble doit être mis à la terre aux deux extrémités, tandis que pour les distances plus courtes, il doit être mis à la terre à une extrémité. Dans les deux cas, l’effet de blindage peut être augmenté en rendant le câblage de mise à la terre aussi faible que possible en termes de résistance électrique.

En règle générale, des plaques ou des pieux de cuivre sont enfouis à plusieurs mètres sous terre afin de réduire la résistance de la mise à la terre. Ce conducteur souterrain est appelé piquet de terre. Les fils qui remontent à la surface à partir du piquet de terre sont connectés à une barre de cuivre appelée barre de terre ou barre omnibus.

Qu’est-ce qu’un moteur pas à pas ?

Les moteurs pas à pas désignent les moteurs dont l’angle de rotation peut être contrôlé par des signaux d’impulsion et constituent un type de moteur pouvant garantir une grande précision de positionnement.

Également appelé moteur à impulsions, l’angle de rotation est déterminé par le nombre de signaux d’impulsions, qui sont les signaux de commande, et le nombre de phases du moteur, tandis que la vitesse de rotation dépend de la fréquence des impulsions, correspondant à la vitesse des impulsions. Malgré son coût relativement faible et la simplicité de la configuration du moteur, il se caractérise par une grande précision de positionnement et un couple élevé avec une commande en boucle ouverte.

Utilisations des moteurs pas à pas

En raison de leur structure, les moteurs pas à pas sont excellent dans le contrôle précis et réversible des angles et sont donc principalement utilisés lorsqu’une précision de positionnement est requise. Les moteurs d’entraînement utilisés pour exprimer les mouvements bidimensionnels de dispositifs robotiques tels que les équipements de transfert automatique en sont un exemple.

En combinant des vis à billes de haute précision et des moteurs pas à pas, la vitesse d’avance de la platine peut être exprimée avec une précision et une répétabilité extrêmement élevées. De même, pour les machines de revêtement qui pulvérisent une certaine quantité de peinture en fonction de l’ouverture de la vanne, les moteurs pas à pas peuvent être utilisés pour ajuster précisément l’angle d’ouverture de la vanne pour des opérations plus élaborées.

Principe du moteur pas à pas

L’intérieur d’un moteur pas à pas se compose d’une section de rotor reliée à un arbre et de plusieurs stators installés sur sa périphérie. La section du rotor est elle-même divisée en deux parties, chacune étant magnétisée de manière à ce que les pôles N et S soient en phase opposée.

Le stator se caractérise également par la présence de petites dents, dont l’espacement est contrôlé avec précision : si l’on prend l’exemple d’un moteurs pas à pas à deux phases, les stators qui se font face sont magnétisés avec la même polarité, tandis que les stators voisins sont magnétisés en sens inverse. Par conséquent, le stator attirant et repoussant les irrégularités du rotor s’excluent mutuellement, et le rotor est maintenu dans une position énergétiquement stable par rapport à l’état de magnétisation du stator.

Le courant est alors appliqué pour inverser la polarité du stator, ce qui fait tourner le rotor d’un stator à l’autre. La commande répétée de cette opération permet de contrôler précisément l’angle de rotation en fonction de la précision mécanique des petites dents du stator ; dans un moteurs pas à pas à cinq phases, cette commande est séquentielle en cinq étapes, ce qui signifie qu’un contrôle plus fin de l’angle est possible.

Autres informations sur les moteurs pas à pas

1. Couple des moteurs pas à pas

Le couple de sortie d’un moteur pas à pas varie en fonction de la vitesse de rotation ; il est généralement élevé à des vitesses de rotation lentes, faible et élevées. Lors de la sélection d’un moteur pas à pas, vérifiez le tableau des caractéristiques vitesse de rotation-couple du moteur et sélectionnez un moteur de sorte que le couple requis à la vitesse de rotation de fonctionnement se situe dans la courbe du couple de sortie.

Une attention particulière doit être accordée à l’utilisation du moteur à des vitesses élevées, car le couple d’arrachement à des vitesses élevées est d’environ 20 % du couple de repos maximal de l’excitation.

Les caractéristiques de couple varient également en fonction du circuit d’attaque utilisé, des différences de structure interne et de la tension d’entrée, même pour des moteurs ayant les mêmes dimensions externes, de sorte que la sélection du moteur doit également tenir compte du fabricant, de la combinaison du circuit d’attaque et de la tension d’entrée.

2. Pilotes de moteurs pas à pas

Un dispositif de commande appelé « driver » ou pilote est nécessaire pour faire fonctionner un moteurs pas à pas. Le circuit d’attaque contrôle la tension du courant qui circule vers le moteurs pas à pas, contrôlant ainsi la vitesse de rotation, la quantité de rotation, etc.

Les pilotes sont disponibles dans les systèmes d’entraînement à courant constant et à basse tension, mais le système à courant constant est souvent utilisé en raison de ses caractéristiques de couple supérieures à des vitesses élevées. En général, un train d’impulsions est transmis au circuit d’attaque par un dispositif de commande hôte en tant que valeur d’indication de la vitesse de rotation et de la quantité de rotation, et le moteur tourne à la vitesse et à la quantité indiquées en fonction du train d’impulsions transmis.

Certains moteurs sont équipés d’une fonction appelée micropas. Les moteurs pas à pas tournent en utilisant l’angle de pas de base comme angle de rotation minimum, mais les pilotes dotés d’une fonction de micropas peuvent ajuster le courant circulant dans chaque bobine, subdiviser électriquement l’angle de pas de base et augmenter la résolution de la rotation.

Cela a également pour effet de réduire les vibrations et le bruit, le dépassement à chaque angle de pas et l’atténuation des chocs au démarrage et à l’arrêt. La résolution de la fonction micropas peut être sélectionnée par des commutateurs DIP, entre autres, en fonction de l’utilisation prévue.

3. Utilisation avec des servomoteurs à courant alternatif

Les servomoteurs à courant alternatif sont souvent cités en relation avec les moteurs pas à pas.

Adapté/inadapté aux moteurs pas à pas
Les servomoteurs à courant alternatif sont dotés d’un codeur intégré et d’un système de rétroaction, de sorte que le couple de rotation est relativement constant, quel que soit le nombre de tours. Les moteurs pas à pas, en revanche, ne conviennent pas à cette application car le couple de rotation diminue à grande vitesse. À l’inverse, si la rotation à faible vitesse est l’utilisation principale, les moteurs pas à pas conviennent.

Les moteurs pas à pas sont principalement disponibles sur le marché dans des types de contrôle en boucle ouverte, mais il existe également des produits qui peuvent être équipés d’encodeurs pour un contrôle fermé et une meilleure efficacité. Toutefois, dans ce cas, il sera nécessaire de reconsidérer l’autre avantage de ces moteurs, à savoir leur taille relativement petite, leur configuration simple et leur faible coût.

Applications pour lesquelles les servomoteurs à courant alternatif sont mieux adaptés
Les applications pour lesquelles les servomoteurs à courant alternatif doivent être utilisés sont celles qui nécessitent un contrôle avancé de la rotation à l’aide de plusieurs moteurs. Comme on ne peut s’attendre à ce que la commande en boucle ouverte compense les mouvements entre les moteurs par auto-détection, les servomoteurs AC conviennent mieux dans ce cas que les moteurs pas à pas. De même pour le fonctionnement rotatif à grande vitesse.

Qu’est-ce que la RFID ?

RFID (radio frequency identifier) est un terme générique désignant une technologie d’identification automatique utilisant la communication sans fil à courte portée.

Elle diffère sensiblement de la lecture optique des codes-barres et des codes QR en ce sens qu’il est possible de lire simultanément plusieurs étiquettes RFID contenant des informations électroniques saisies sans contact à l’aide d’un lecteur. Toutes les informations peuvent être saisies, effacées et réécrites.

Cependant, l’installation de machines de lecture est encore très coûteuse à l’heure actuelle, de sorte que l’obstacle à l’introduction est élevé pour les restaurants et les magasins privés.

Utilisations de la RFID

Parmi les utilisations familières de la RFID figurent les cartes à puce de transport et les cartes à puce prépayées émises par les compagnies ferroviaires. La puce intégrée au permis de conduire est également une étiquette RFID. Y sont inscrites des informations telles que le nom, la date de naissance, l’adresse actuelle, le domicile légal, la photographie, le type de permis, le numéro de permis et la date d’acquisition du permis, afin d’éviter toute falsification.

D’autres utilisations concernent les fabricants de vêtements, la distribution et le secteur médical, où la RFID est utilisée comme outil de gestion de diverses informations sur les stocks et les produits de distribution, compte tenu de sa facilité à traiter simultanément de grandes quantités de données.

Principe de la RFID

La RFID utilise la communication sans fil à courte portée pour échanger et gérer des informations entre les étiquettes RFID et les lecteurs par lots. L’étiquette RFID contient généralement une mémoire et une antenne pour envoyer et recevoir des signaux de communication, et l’entrée et la sortie d’informations utilisant l’étiquette RFID comme support s’effectuent par l’intermédiaire de ces antennes et de la mémoire.

Il existe deux grands types de RFID : passive et active, la différence résidant dans l’intégration ou non d’une batterie dans l’étiquette RFID.

1. Type passif

Les étiquettes RFID passives utilisent les ondes radio émises par le lecteur comme source d’énergie, et l’étiquette RFID transmet les informations enregistrées dans sa mémoire. L’échange d’informations ne commence qu’avec une réponse du lecteur.

2. Type actif

Dans le type actif, l’étiquette RF équipée d’une batterie transmet activement des informations, qui sont ensuite reçues par le lecteur. Les informations lues sont stockées dans un ordinateur et peuvent être visualisées, éditées et gérées.

Comme décrit ci-dessus, la RFID permet une lecture sans contact via la communication sans fil. De cette manière, les informations peuvent être lues même si la distance entre l’étiquette RF et le lecteur est assez grande. La possibilité de lire plusieurs étiquettes en même temps est également une caractéristique que l’on ne retrouve pas dans les technologies qui lisent les étiquettes de manière optique, comme les codes-barres.

Par exemple, lorsqu’elle est utilisée par les fabricants de vêtements pour la gestion des stocks, il n’est plus nécessaire de sortir les vêtements de leur caisse un par un et de les lire à l’aide d’un code-barres.

Autres informations sur la RFID

1. Prix de la RFID

Pour utiliser la RFID, il faut des étiquettes et des lecteurs RFID. Le prix des étiquettes RFID, autrefois élevé, a baissé ces dernières années. Des étiquettes bon marché peuvent être achetées pour seulement 7 centimes d’euros la pièce. Les étiquettes qui peuvent également lire les métaux coûtent environ 70 centimes d’euros par étiquette.

Avec la diffusion des étiquettes RFID, le prix des étiquettes RFID est toujours en baisse. Le prix pourrait tomber à environ 0,007 euros par étiquette à l’avenir, en particulier pour les types passifs. Récemment, un projet pilote a été mené pour introduire la RFID dans la gestion des produits des magasins de proximité. Le but est d’améliorer l’efficacité des commandes et des réceptions et de réduire les coûts opérationnels. Au Japon,ce prix est considéré comme une condition pour l’accord entre le ministère de l’économie, du commerce et de l’industrie et les entreprises de magasins de proximité pour l’application de la RFID aux magasins de proximité.

Le prix d’un lecteur varie en fonction de ses performances, mais la fourchette de prix standard est d’environ 1 400 euros pour un lecteur portable et de plusieurs milliers d’euros pour un lecteur de porte utilisé dans les entrepôts de distribution. Des lecteurs aux performances limitées peuvent être achetés pour seulement 70 euros. Il convient de noter que leur utilisation est limitée en raison des faibles performances de lecture et de la résistance aux chocs du terminal.

Outre les lecteurs d’étiquettes RF, certains vendeurs proposent des logiciels pour la gestion des produits, etc. Dans ce cas, le coût doit être évalué individuellement, en fonction du système à installer.

2. Fréquences et normes utilisées pour la RFID

La RFID est définie comme “bande LF (130 KHz)”, “bande HF (13,56 MHz)”, “bande UHF (900 MHz)”, “bande ISM (2,45 GHz)”, etc. Selon la fréquence utilisée, et selon chaque norme, non seulement la distance de transmission et la stabilité de la communication diffèrent, mais la taille de l’antenne est également très proche de celle de la bande HF (13,56 MHz). La taille de l’antenne est également étroitement liée à la norme.

La NFC, qui fait partie du système technologique RFID, est une norme définie indépendamment en utilisant la méthode de communication de la bande HF. Il s’agit d’une RFID très familière utilisée pour la monnaie électronique dans les transports. 860-960 MHz de la bande des ondes ultra-courtes sont utilisés pour la RFID. La bande UHF permet de communiquer jusqu’à 10 m, tandis que la bande HF utilisée par la NFC permet une communication à courte portée d’environ 10 cm.

La NFC est une spécification technique développée par le NFC Forum, une organisation de normalisation industrielle. Elle est utilisée pour les paiements sans contact dans les smartphones ainsi que pour la monnaie électronique dans les systèmes de transport.

Qu’est-ce qu’un moteur linéaire ?

Un moteur linéaire est un moteur électrique qui se déplace selon un mouvement linéaire.

Alors que les moteurs ordinaires génèrent un mouvement de rotation, les moteurs linéaires génèrent un mouvement linéaire. Ce sont des unités d’entraînement qui utilisent l’attraction et la répulsion des aimants ou la force de Lorentz pour générer la propulsion.

Alors que l’entraînement dans une direction linéaire à l’aide d’un moteur conventionnel nécessite une combinaison de divers composants, les moteurs linéaires facilitent le mouvement linéaire sans nécessiter de mécanismes compliqués.

Utilisations des moteurs linéaires

Parmi les utilisations bien connues des moteurs linéaires, l’on peut citer les voitures à moteur linéaire, comme les trains à grande vitesse (TVG). Pour ces derniers, la caisse de la voiture flotte sur les rails grâce à la répulsion des aimants. Il y a ainsi très peu de perte de force motrice due à la force de frottement. Ils peuvent donc circuler à grande vitesse.

Le matériel roulant de la ligne Toei Oedo du métro métropolitain de Tokyo et de la ligne Kaigan du métro municipal de Kobe n’est pas en lévitation mais est entraîné par des moteurs linéaires. Ces dernières années, les moteurs linéaires ont été de plus en plus utilisés dans les unités d’entraînement des équipements industriels.

Ils sont souvent utilisés dans les machines-outils, les équipements de fabrication de semi-conducteurs, les engins spatiaux, les accélérateurs et les pistolets à moteur linéaire, qui requièrent de la précision. Dans les produits de consommation, les exemples incluent les rideaux électriques des voitures, les machines à raser, l’autofocus des appareils photo et les restaurants de sushis tournants.

Principe des moteurs linéaires

Les moteurs linéaires sont entraînés par l’attraction et la répulsion, ou force de Lorentz, des aimants. La structure d’un moteur linéaire est similaire à celle des moteurs classiques, mais elle est découpée pour générer un mouvement linéaire.

Selon le principe de fonctionnement, il en existe de nombreux types, notamment les moteurs à induction linéaires, les moteurs synchrones linéaires, les moteurs à courant continu linéaires et les moteurs pas à pas linéaires.

1. Moteurs linéaires à induction

Ce système utilise le même principe que les moteurs à induction, c’est-à-dire la force de Lorentz due à l’induction électromagnétique comme force motrice. Un électro-aimant est placé sur un aimant à pôles NS-SN et entraîné par un courant électrique. Cette méthode est souvent utilisée dans les moteurs linéaires pour des applications industrielles où une grande précision est requise.

2. Moteurs linéaires synchrones

Ce système utilise le même principe que les moteurs synchrones, à savoir l’attraction et la répulsion entre les pôles magnétiques. Les pôles des aimants fixes alignés linéairement sont modifiés en fonction du mouvement des électroaimants mobiles, fournissant ainsi la force motrice pour le mouvement linéaire.

Les moteurs synchrones linéaires se caractérisent par un rendement plus élevé que les autres méthodes. Dans les voitures à moteur linéaire, la plupart sont des moteurs synchrones afin de réduire la consommation d’énergie. Il convient de noter que dans les voitures à moteur linéaire à sustentation magnétique, des aimants supraconducteurs sont utilisés dans les électro-aimants du côté de la carrosserie afin de minimiser l’alimentation en énergie électrique.

3. Autres méthodes

Les moteurs linéaires à courant continu sont utilisés pour les actionneurs et d’autres applications. Les moteurs pas à pas linéaires sont notamment utilisés pour le contrôle de précision d’équipements optiques tels que la mise au point automatique d’un appareil photo. Les moteurs piézoélectriques linéaires, entraînés par des éléments piézoélectriques, sont moins efficaces mais peuvent être contrôlés avec une grande précision et sont utilisés pour les machines de précision, etc.

Autres informations sur les moteurs linéaires

1. Vitesse et précision des moteurs linéaires

Les avantages de vitesses plus élevées sont significatifs dans les utilisations de trains à grande vitesse linéaires. Le développement des aspects de performance et de la technologie de contrôle des moteurs linéaires est sur le point d’aboutir à une application pratique. L’on peut citer les avantages suivants : ils ne nécessitent pas de mécanisme de réduction, ils peuvent avancer avec une grande précision, ils peuvent être utilisés dans des axes longs et plusieurs moteurs peuvent être disposés de manière à fonctionner simultanément.

En revanche, ils présentent des inconvénients tels que la difficulté de contrôler les effets des perturbations, la difficulté d’obtenir une poussée élevée et la difficulté d’inspection et de maintenance, mais des améliorations sont apportées d’année en année. Dans ces conditions, outre des vitesses plus élevées, une plus grande précision attire l’attention et est utilisée dans les machines-outils telles que les rectifieuses et les tours. De plus, les moteurs linéaires représentent une possibilité d’avenir du point de vue de la protection de l’environnement, par exemple leur utilisation dans les grandes machines hydrauliques.

2. Refroidissement des moteurs linéaires supraconducteurs

L’exemple le plus courant de moteur linéaire à sustentation magnétique est l’utilisation d’aimants supraconducteurs : en utilisant le phénomène de supraconductivité, où la résistance électrique devient nulle à des températures basses de 4 K (-269 °C), un champ magnétique puissant peut être généré sans perte d’énergie électrique.

Afin de maintenir un état constant de supraconductivité, un mécanisme de refroidissement doit être installé, traditionnellement à l’aide d’hélium liquide. Le prix et l’importance de l’équipement sont des inconvénients. Ces dernières années, il est devenu possible de refroidir des aimants supraconducteurs directement sans utiliser d’hélium liquide en changeant les matériaux utilisés pour les bobines qui composent l’aimant.

Le matériau utilisé est un oxyde de cuivre à base de bismuth, qui peut être refroidi à 20 K (-253 °C), une température à laquelle la supraconductivité est atteinte plus élevée que ce qui était possible auparavant. Ces aimants sont appelés aimants supraconducteurs à haute température. L’équipement utilisé pour refroidir les aimants supraconducteurs à haute température utilise une méthode de refroidissement du matériau directement par expansion adiabatique, ce qui le rend léger et compact.

Qu’est-ce qu’une jauge de contrainte ?

Les jauges de contrainte sont des dispositifs qui mesurent la déformation d’un objet. Elles sont également utilisées dans les manomètres et les dynamomètres car elles permettent de mesurer la déformation et de calculer la pression et la charge.

Utilisations des jauges de contrainte

Les jauges de contrainte sont utilisées pour mesurer la déformation dans les produits où la déformation affecte directement la résistance, pour mesurer les charges dans les usines de production et pour mesurer le degré de déformation des moules et d’autres composants. Il faut toutefois veiller à ce que les cages de contrainte soient montées dans le bon sens, sous peine d’erreurs de mesure.

Voici quelques exemples d’utilisation :

• Mesure de la résistance et de la déformation des cartes de circuits imprimés.
• Surveillance et mesure de la charge sur les équipements de presse.

Principe et types de jauges de contrainte

Les principes et les types de jauges de contrainte sont expliqués ci-dessous.

1. Principe des jauges de contrainte

Les cages d’extensométrie sont utilisées en étant attachées à l’objet à mesurer, qui est ensuite soumis à une contrainte avec l’objet et la résistance électrique interne change. La déformation est calculée en mesurant la variation du courant.

2. Types de jauges de contrainte

Il existe une grande variété de types de jauges de contrainte. Les plus utilisées sont les jauges de contrainte à feuille, les jauges de contrainte à fil et les jauges de contrainte à semi-conducteur.

Parmi les autres caractéristiques des jauges de contrainte, l’on peut citer celles qui sont adaptées aux environnements à basse et haute température, celles qui sont capables de mesurer des déformations plus fines et celles qui sont fabriquées dans des matériaux adaptés aux différents matériaux à mesurer.

Structure des cages de contrainte

Les structures des jauges de contrainte à feuille et des jauges de contrainte à semi-conducteur sont décrites ci-dessous, respectivement.

1. Jauges de contrainte à feuille

La structure de la jauge de contrainte à feuille, le type de jauge le plus populaire, consiste en une feuille métallique fixée en zigzag à une base isolante, avec deux fils sortant de la feuille métallique. Ces deux fils sont reliés à un circuit appelé “pont de Hoinston”.

Le circuit en pont de Hoinston est un circuit dans lequel trois résistances de résistance connue et quatre jauges de contrainte sont disposées en pont. La résistance des jauges de contrainte peut être mesurée en mesurant la différence de potentiel entre les centres des résistances.

Lorsque l’objet de mesure auquel les jauges de contrainte sont attachées est déformé, la feuille des jauges de contrainte attachées se dilate ou se contracte et la valeur de la résistance électrique change. L’importance du changement de résistance est déterminée à partir de la différence de potentiel dans le circuit du pont de Hoinston. La jauge de contrainte a un facteur de jauge, une valeur intrinsèque de la quantité de changement de résistance à la déformation. Il est dès lors possible de calculer la déformation de l’objet à mesurer à partir du facteur de jauge et de la quantité de changement de résistance.

2. Jauges de contrainte à semi-conducteur

Les jauges de contrainte à semi-conducteur sont des jauges de contrainte qui utilisent un semi-conducteur dans la partie feuille d’une jauge de contrainte à feuille. Elles utilisent la propriété selon laquelle la résistivité électrique du semi-conducteur change lorsqu’une contrainte agit sur le semi-conducteur.

Autres informations sur les jauges de contrainte

1. Comment utiliser les jauges de contrainte

La précision de la mesure de la déformation à l’aide de jauges de contrainte dépend fortement de la manière dont les jauges sont installées (dans de nombreux cas, de l’adhérence). Il est donc nécessaire d’être très prudent lors de la fixation des jauges de contrainte sur l’objet à mesurer. La première étape consiste à nettoyer la surface de l’objet de mesure sur lequel la jauge doit être fixée.

Il convient d’utiliser un détergent à base d’huile ou un produit similaire pour éliminer complètement l’huile. Sinon, l’huile pénétrera plus profondément dans le matériau lorsque la surface sera poncée ou polie lors de l’application. Après le nettoyage, soulevez la jauge à l’aide d’une pince à épiler et collez-la soigneusement sur la surface à mesurer.

À ce stade, il est important de s’assurer que toutes les bulles d’air entre la surface et la jauge sont expulsées de l’adhésif. Dans cet état, attendez quelques minutes pour que la colle prenne. Après quelques minutes, enveloppez toute la surface avec du ruban isolant pour la protéger contre les dommages à la fin et l’application est terminée.

2. Inconvénients des jauges de contrainte et comment les résoudre

L’avantage des jauges de contrainte est qu’elles peuvent facilement être utilisées pour mesurer la déformation en les collant simplement à l’objet à mesurer. Cependant, dans la pratique, un certain nombre de facteurs complexes entrent en jeu et rendent la mesure plus difficile. Le problème de la contrainte en est un exemple.

La déformation varie en raison de l’interaction entre les forces appliquées de l’extérieur et les contraintes internes du matériau. L’analyse de la déformation dans deux ou trois directions nécessite donc l’utilisation de jauges de contrainte en rosette, une combinaison de plusieurs jauges.

De plus, en fonction du coefficient de dilatation thermique du matériau constituant l’objet de mesure, il est possible de déterminer qu’une déformation s’est produite même si aucune déformation n’est réellement présente. Pour éviter cela, le matériau de la jauge doit être adapté au matériau mesuré.

La mesure de la déformation à l’aide de jauges de contrainte nécessite une bonne compréhension de ces caractéristiques physiques ou mécaniques. Il convient de choisir la jauge la plus appropriée parmi les nombreux types disponibles.

3. Jauges de contrainte et compensation de température

Les principaux facteurs affectant les jauges de contrainte collées à l’objet à mesurer sont la déformation causée par les forces extérieures et l’effet du changement de température. Lorsque des changements de température se produisent, les jauges de contrainte sont affectées par la différence de coefficient de dilatation linéaire entre l’objet à mesurer et les jauges de contrainte, ainsi que par le changement de résistance des jauges de contrainte dû à la température.

La mesure de la déformation comme si elle était causée par un changement de température est appelée déformation apparente. L’utilisation de jauges de contrainte à compensation thermique automatique est la mesure la plus efficace contre la déformation apparente. Les jauges de contrainte à compensation thermique automatique sont des jauges dont le coefficient de température de la résistance est ajusté en fonction de l’objet à mesurer. Cela permet de minimiser la déformation apparente due à la température.

Le meilleur choix consiste à sélectionner les jauges de contrainte adaptées à l’objet à mesurer mais des erreurs peuvent subsister. Dans certains cas, elles présentent des caractéristiques non linéaires. Dans la plupart des cas, cette erreur est indiquée sur la fiche technique de la cage de contrainte. Si des mesures plus précises sont nécessaires, des calculs de compensation peuvent être effectués pour tenir compte de l’erreur calculée à partir de la fiche technique.

4. Jauges de contrainte et compensation du fluage

Le fluage est un phénomène dans lequel la déformation augmente avec le temps lorsqu’une charge constante est appliquée dans certaines conditions de température. Le fluage est l’ennemi naturel des jauges de contrainte, et s’il se produit, il peut conduire directement à des erreurs de mesure.

Les phénomènes de fluage dans les jauges de contrainte sont presque toujours causés par le matériau de base, la forme de la grille et l’adhésif. Par conséquent, une méthode courante consiste à annuler les effets des phénomènes de fluage les uns sur les autres. Il s’agit de se servir d’un générateur de contrainte dans la phase opposée du fluage causé par ces facteurs comme le fluage du matériau et en y attachant la jauge de contrainte.

L’important est la combinaison des matériaux : si les phénomènes de fluage sont en phase opposée mais que leurs valeurs absolues sont très différentes, ils ne peuvent pas être annulés et l’effet se fera sentir dans une direction. Il convient de noter que, selon le matériau, les phénomènes de fluage sont plus prononcés à des températures plus élevées dans la plupart des cas.Plus la contrainte appliquée à la jauge de contrainte est élevée, plus le temps de rupture, ou durée de vie est court, compte tenu de l’augmentation de la déformation due au phénomène de fluage.