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Quels sont les différents types de sorties pour les capteurs ?

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Tous les capteurs ont une ou plusieurs (types de) sorties. Une sortie envoie généralement la valeur mesurée actuellement connue du capteur. L'aspect de ce signal dépend du type de sortie. Quelle est la différence entre toutes ces sorties et quand utilise-t-on tel ou tel type de sortie ? Cet article explique les types les plus courants.

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Qu'est-ce qu'une sortie de commutation NPN ?

Capteurs peuvent avoir différents types de sorties. Les sorties possibles d'un capteur déterminent son utilisation. Inversement, cela s'applique également : le type d'application détermine le capteur dont vous avez besoin.

Dans cet article, nous examinons les différents résultats possibles, comment ils fonctionnent et à quelles fins ils peuvent être utilisés. 

Numérique ou analogique

Tout d'abord, nous distinguons deux types de sorties de capteur : une sortie analogique et une sortie numérique. Un capteur à sortie numérique envoie une valeur logique. En d'autres termes : Oui ou Non, 0 ou 1, Où ou Faux, Bien ou Non. Une sortie numérique est donc idéale pour indiquer la présence d'un objet (à une certaine distance) ou l'atteinte d'une limite fixée. Le capteur voit-il l'objet ou non ? La valeur fixée est-elle atteinte ou non ? En cas de détection ou de non-détection, la valeur logique passe donc de 0 à 1, ou inversement ! Les sorties numériques (de commutation) sont par exemple des PNP/NPN, des relais, des relais statiques ou des PushPull.

Un capteur à sortie analogique est capable de fournir une indication en relation continue avec la valeur mesurée. Un signal analogique est un signal qui peut en principe prendre des valeurs en continu. Prenons l'exemple d'une température qui fluctue constamment à l'extérieur, par exemple sur un tapis roulant dans la production de poutrelles en acier : la sortie analogique change progressivement et principalement de manière linéaire en fonction des variations de la mesure du capteur. Par exemple, si une distance passe de 0 à 1 000 cm, ou si une température de 0 à 1 000 cm est mesurée, la sortie analogique se modifie progressivement et principalement de façon linéaire. température passe de 200°C à 20°C. Les sorties analogiques sont par exemple 0-10 Vdc, 4-20 mA, 0-5 Vdc, 1-5 Vdc ou 0 - 20 mA.

Types de sorties numériques : PNP ou NPN

Capteurs avec un contact de commutation PNP ou NPN utilisent une sortie transistor. Le type de sortie transistor détermine si le capteur commute en PNP ou en NPN. Les capteurs avec une sortie de commutation PNP ou NPN présentent les caractéristiques suivantes au moins trois fils : un " + " (broche 1 / fil brun), un " - " (broche 3 / fil bleu) et un fil d'interrupteur (broche 4 / fil noir).

Sortie de commutation PNP

Pour un capteur avec une sortie de commutation PNP, la charge est commutée entre le fil de commutation (4) et le - (3).

Sortie de commutation NPN

Pour un capteur avec une sortie de commutation NPN, la charge est commutée entre le fil de commutation (4) et le + (1).

Sortie de commutation PushPull

Une sortie PushPull signifie qu'un circuit est constitué d'une paire de transistors. Il s'agit d'un type de sortie où la commutation PNP et NPN peut être effectuée alternativement par le capteur. Le schéma du circuit est conçu de telle sorte qu'une tension supérieure à une certaine valeur entraîne la commutation NPN du capteur, tandis qu'une tension inférieure entraîne une sortie PNP. Les capteurs dotés d'une sortie PushPull peuvent être polyvalents dans les applications qui requièrent une commutation PNP ou NPN. L'avantage est également qu'il n'est plus nécessaire de produire une version PNP et une version NPN de la même version de capteur.

Sortie relais statique (SSR)

Un relais statique (SSR) est également appelé relais optocoupleur ou relais semi-conducteur. Il s'agit d'un type de sortie qui fonctionne avec un relais sans la présence d'un interrupteur mécanique, comme c'est le cas avec un relais conventionnel. Les relais mécaniques conventionnels relais ont l'avantage de pouvoir commuter des puissances plus élevées, mais ils sont constitués de pièces mobiles et sont donc sujets à l'usure. Un relais statique est commuté par une diode sensible à la lumière et est donc sans usure et rapide (fréquence de commutation plus élevée).

Sortie Normalement Ouverte, Normalement Fermée ou Antivalente

Tous les capteurs dotés d'un contact de commutation numérique, qu'il s'agisse d'un contact PNP/NPN, d'un relais à semi-conducteurs ou d'un contact PushPull, peuvent commuter normalement ouvert (NO) ou normalement fermé (NC). Dans certains modes de réalisation, ils peuvent commuter soit en NO, soit en NF, soit en NO et en NF, soit en antivalent.

Sortie de commutation normalement ouverte (NO)

A Normalement ouvert (NO) Le contact de l'interrupteur de sécurité fait passer le signal à l'état haut au moment où le capteur détecte un objet. Si le capteur ne détecte rien, le signal est bas et la sortie est ouverte au point mort. Aucun courant ne circule alors sur le fil de l'interrupteur car le circuit est interrompu.

Sortie de commutation normalement fermée (NC)

A Normalement fermé (NC) le contact se déclenche exactement dans l'autre sens. Le signal est fermé (haut) au point mort. Si le capteur détecte quelque chose, le signal diminue et l'interrupteur s'ouvre. Le grand avantage d'un contact de commutation à ouverture est que si le capteur ou la sortie du commutateur tombe en panne, le signal reste ouvert et vous pouvez donc rendre l'application "à sécurité intégrée".

Sortie de commutation antivalente

Les capteurs à sortie antivalente ont 2 sorties qui commutent toujours dans des directions opposées. 1 sortie commute NO et 1 sortie commute NC. Les deux signaux doivent être présentés séparément à un automate ou à une unité de traitement. Une sortie antivalente offre une sécurité supplémentaire et donc la sécurité, parce qu'ils ne peuvent jamais être dans le même état ensemble. Dans ce cas, il y a un défaut et/ou une détection erronée. Un capteur avec sortie antivalente est donc légèrement différent d'un capteur avec 2 sorties de commutation PNP ou NPN normales.
 

Sortie contrôlée par le courant 4-20 mA

Une sortie 4-20 mA sur un capteur est une connexion électrique (boucle de courant) alimentée par une tension constante de (la tension d'alimentation du capteur, par exemple 24 Vdc). Elle est connectée à un inverseur qui convertit une quantité à mesurer en un courant continu compris entre 4 et 20 mA. Il s'agit d'une norme pour les capteurs et les communications industriels, selon laquelle 4 mA représente zéro pour cent de la quantité mesurée et 20 mA représente 100 pour cent. Tout ce qui se trouve entre les deux est distribué linéairement. Pour un capteur destiné à mesurer la distance, par exemple, 4 mA = 0 mm et 20 mA = 1 000 mm.

Elle démarre ici à 4 mA au lieu de 0 mA pour faire la distinction entre un signal zéro et un défaut du capteur, contrairement à une sortie 0-10 Vdc. Un autre avantage du 4-20 mA est que le signal n'est pas affecté par les chutes de tension dans le câblage et qu'il est insensible au bruit électrique.

Avantages :
Sécurité par démarrage à 4 mA
Insensible aux chutes de tension
Insensible au bruit électrique

Inconvénients :
Parfois un peu plus cher

Sortie 0-10 V commandée par tension

Une sortie en tension 0-10 V est la sortie analogique "directe" la plus courante, que l'on trouve sur la plupart des capteurs analogiques, des contrôleurs et des automates programmables dans le monde entier. Comme la sortie 4-20 mA, la sortie en tension divise linéairement les valeurs de début et de fin de la quantité mesurée entre 0 et 10 V.

Les types de sorties contrôlées par la tension sont plus sensibles au bruit électrique et sont moins faciles à transporter sur de longues distances. Comme le signal commence à 0 V, une défaillance du capteur est moins facile à diagnostiquer que lors de l'utilisation d'une sortie en courant. Une sortie en tension est moins chère à produire dans certains cas, ce qui explique la différence de coût supplémentaire d'un capteur analogique avec une sortie 4-20 mA, plutôt qu'une sortie 0-10 V.

Avantages :
Disponible sur la plupart des capteurs, contrôleurs et PLC
Peu coûteux à produire
Traitement direct des signaux

Inconvénients :
Sensible au bruit électrique
Sensible aux chutes de tension
Pas de sécurité intégrée en raison du démarrage à 0 V

 

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