Technologie de capteur de position pour le feedback des vérins hydrauliques

Alliance Sensors Group, une division de HG Schaevitz LLC, Moorestown, New Jersey

Les capteurs de retour de position pour vérins hydrauliques ou pneumatiques utilisent l'une des trois technologies traditionnelles : magnétostrictive, à résistance variable et à inductance variable. À mesure que la demande de contrôle et de fonctionnalités accrus augmente, les vérins instrumentés par capteurs deviennent de plus en plus importants dans le monde de l'industrie lourde, sous-marin et des équipements mobiles. En fin de compte, un utilisateur ou un intégrateur de systèmes doit déterminer les exigences de l'application et quelle technologie y répond le mieux sur la base du coût total d'installation par rapport aux performances. Les forces et les faiblesses des capteurs magnétostrictifs, à résistance variable et à inductance variable sont illustrées dans la figure. Ces technologies de détection courantes utilisent une longue sonde qui s'étend dans un trou borgne profond de petit diamètre qui a été percé au pistolet dans l'extrémité interne de la tige du vérin.

Les capteurs de type potentiomètre à résistance variable, communément appelés pots, sont sélectionnés lorsque le coût est un facteur déterminant et qu'une grande précision n'est pas primordiale. Un pot de résistance est généralement intégré dans la plaque d'extrémité arrière du cylindre, par opposition au montage sur port des capteurs magnétostrictifs. Il utilise un support rond isolé fixé à l'extrémité interne de la tige du cylindre percée au pistolet et supporte un racleur électriquement conducteur qui entre en contact avec la surface d'une sonde en plastique partiellement conductrice. Au fur et à mesure que l'essuie-glace se déplace le long de cet élément en plastique, sa résistance change de façon linéaire, ce qui permet de déterminer assez facilement la position du support et donc celle de la tige. Les potentiomètres sont considérés comme une bonne solution de mesure de position pour une utilisation dans les cylindres en raison de leur robustesse, de leur rapport course/longueur favorable et de leur grande sortie de tension continue analogique, qui représente un pourcentage important de la tension d'entrée. L'inconvénient majeur des pots de résistance est l'usure, en particulier si le cylindre est actionné à haute fréquence ou, plus important encore, s'il est tergiversé sur une courte plage pour améliorer les caractéristiques dynamiques d'un système. Étant donné qu'un pot de résistance est intégré dans le cylindre, le remplacement d'un pot usé peut prendre beaucoup de temps et être coûteux, et peut même nécessiter un cylindre entièrement neuf.

Des capteurs de position à inductance variable ont été utilisés dans l'industrie des cylindres, mais n'ont pas été largement reconnus par les capteurs magnétostrictifs ou les potentiomètres à résistance. Cette technologie sans contact présente de nombreux avantages significatifs par rapport aux potentiomètres à résistance en termes de durée de vie du produit et de fiabilité à long terme, et peut généralement rivaliser favorablement avec les performances des capteurs magnétostrictifs en termes de linéarité, de résolution et de réponse en fréquence, mais à un coût nettement inférieur. Tout aussi important est le fait que les capteurs à inductance variable peuvent résister à des chocs et des vibrations beaucoup plus importants, tels que ceux que l'on trouve couramment dans les applications industrielles lourdes et d'équipements mobiles.

Les capteurs à inductance variable linéaire couvrent un juste milieu entre le niveau de performance plus élevé et la flexibilité de montage de ports externes associés à un capteur magnétostrictif, et la robustesse et le prix d'un potentiomètre à résistance intégré. Ces capteurs fonctionnent en mesurant la fréquence de résonance d'un circuit oscillateur qui utilise une sonde inductive dont l'inductance varie en fonction de la position de la tige percée au-dessus de celle-ci. Généralement proposés dans des gammes à grande échelle de 4" (100 mm) à 36" (900 mm), des boîtiers montés sur port et intégrés sont disponibles, avec des terminaisons de connecteur et de câble qui correspondent à celles trouvées sur la plupart des capteurs magnétostrictifs du catalogue. Ces capteurs offrent une sortie analogique de tension CC ou de courant, avec une sortie numérique SSI disponible pour les applications OEM. Le capteur à inductance variable présente une solution sans contact qui ne nécessite pas d'aimant annulaire. En fait, si un capteur à inductance variable était installé pour remplacer un capteur magnétostrictif existant, l'aimant peut être laissé en place dans l'extrémité de la tige du vérin sans interférer avec le fonctionnement de base du capteur.