Résoudre les défis techniques liés à la détection de position rotative dans les environnements difficiles

La détection de la position rotative est fondamentale pour de nombreuses applications exigeantes et difficiles dans lesquelles une surveillance fiable de la position et du mouvement est indispensable à un fonctionnement correct. Les méthodes traditionnelles de détection par contact peuvent se dégrader au fil du temps en raison de l'usure, de la contamination ou des contraintes mécaniques. Les capteurs de position rotative à effet Hall sans contact répondent à ces exigences en fournissant un retour de position de haute précision fiable dans une large gamme d'applications, y compris les machines de production, l'automatisation, la manutention de matériaux, la robotique, le positionnement des panneaux solaires, les débitmètres, les vannes, les amortisseurs, les transports et les véhicules tout-terrain.

Les capteurs à effet Hall sont basés sur le principe scientifique de l'effet Hall, du nom du célèbre physicien américain Edwin Hall, qui a découvert ce phénomène en 1879. Les capteurs utilisant le principe de l'effet Hall créent un signal de position lorsqu'un matériau semi-conducteur porteur de courant est en présence d'un champ magnétique perpendiculaire au trajet du courant. Le champ magnétique exerce une force sur les porteurs de charge mobiles, ce qui entraîne leur déplacement et leur accumulation sur une face spécifique du matériau. En conséquence, cette ségrégation de charges induit une tension dans le matériau, appelée tension de Hall (V_H).

Configurations des capteurs de position rotative à effet Hall

Dans les capteurs de position rotative, un circuit intégré à effet Hall détecte les variations dans un champ magnétique généré par un aimant fixé à un arbre rotatif, fournissant une tension de sortie proportionnelle à la position angulaire. Ces capteurs utilisent une alimentation CC externe pour alimenter le circuit intégré stationnaire. Dans une alimentation régulée, ils sont conçus pour fonctionner à 5 V_CC.

Lorsque l'arbre tourne, le capteur interne mesure la tension proportionnelle induite (tension de Hall) due aux variations de l'intensité du champ magnétique. Ces valeurs sont converties en un signal de tension CC précis représentant la position angulaire pour deux cas d'utilisation de base :

• Le signal de tension CC peut être utilisé directement ou amplifié pour commander un actionneur analogique proportionnel, créant ainsi une commande en boucle fermée basée sur la rotation.
• Le signal de tension CC peut être connecté à un convertisseur analogique-numérique (CAN) pour fournir une valeur numérique pouvant être utilisée par des automates programmables (PLC), des microcontrôleurs ou d'autres systèmes électroniques numériques.

La série RTY à deux sorties offre un fonctionnement véritablement sans contact

Pour traduire ces principes en performances concrètes, les capteurs de position rotative à effet Hall à deux sorties haute précision série RTY (Figure 1) de Honeywell Sensing offrent des performances robustes et durables ainsi qu'une durée de vie étendue. Conçus pour répondre aux spécifications exigeantes des applications difficiles, les capteurs série RTY sont alimentés par une source CC externe, fournissant une sortie en tension CC proportionnelle à leur position de rotation angulaire, généralement dans la plage de 0,5 V_CC à 4,5 V_CC, avec une résolution de 12 bits. De nombreux capteurs fournissent une deuxième sortie proportionnelle inversée de 4,5 V_CC à 0,5 V_CC, permettant la comparaison des deux sorties pour s'assurer du bon fonctionnement du dispositif.

Figure 1 : Les capteurs de position rotative à effet Hall série RTY de Honeywell Sensing sont conçus pour les applications difficiles exigeant une surveillance précise de la position et du mouvement. (Source de l'image : Honeywell Sensing)

Les capteurs de position rotative à effet Hall série RTY incluent :

• Connecteurs AMPSEAL standard de l'industrie
• Capacité de double signal pour permettre la redondance et garantir la précision
• Durée de vie du produit de 35 millions de cycles, permettant le déploiement à long terme dans les applications à rapport cyclique élevé
• Plage de températures de fonctionnement de -40°C à +125°C
• Tests EMI/CEM de qualité automobile

Toutes les configurations des capteurs de la série RTY sont également disponibles avec ou sans levier sur l'arbre intégré (Figure 2), ce qui peut affecter le nombre de liaisons mécaniques requises pour certaines applications et les rend économiques pour différentes solutions.

Figure 2 : Les capteurs de position rotative à effet Hall série RTY sont disponibles avec ou sans levier, offrant ainsi une grande flexibilité pour les liaisons mécaniques. (Source de l'image : Honeywell Sensing)

Les multiples variantes de ces capteurs permettent également aux concepteurs de satisfaire une multitude d'exigences techniques, s'étendant de la portée de détection au type de sortie et au type d'actionneur. Ces capteurs tolèrent les dépassements et sont disponibles dans huit plages de fonctionnement configurables. Le RTY050LVDDX, par exemple, offre aux concepteurs une plage de détection de 50° (±25°), tandis que le RTY360LVDEX offre 360° (±180°). La série RTY propose également des configurations de sortie standard et inverses pour permettre des caractéristiques de sortie adaptées aux exigences du système.

Les capteurs sont logés avec des circuits de mise en forme et de protection des signaux électriques dans des boîtiers étanches et renforcés qualifiés IP69K, garantissant leur durabilité dans les environnements les plus difficiles. Ce type de boîtier est idéal pour les environnements sanitaires exposés à des lavages intensifs, notamment dans l'industrie alimentaire, la production pharmaceutique et le nettoyage de véhicules lourds. L'indice de protection le plus élevé, IP69K, garantit que les capteurs sont totalement étanches à la poussière et protégés contre le nettoyage à haute pression et à haute température. Le montage s'effectue à l'aide de vis M5 en acier inoxydable non magnétiques et de rondelles de 10 mm de diamètre extérieur.

Exemples d'applications de capteurs de position rotative

La série RTY fait partie de la gamme de capteurs de position rotative à effet Hall robustes et fiables de Honeywell, et peut être utilisée dans diverses applications :

Navigation : ces capteurs sont utilisés pour les systèmes de détection de la position du gouvernail sur les navires et les embarcations de plaisance. Un capteur de position rotative à effet Hall est fixé aux connexions de direction, et les signaux de position sont renvoyés à un affichage numérique sur le tableau de bord, indiquant la position du gouvernail. Le capteur de position peut également être utilisé pour détecter la position des volets de compensation, qui contribuent à stabiliser les embarcations pour une vitesse et une efficacité accrues.

Transports : les capteurs de position rotative à effet Hall peuvent être utilisés pour remplacer la liaison mécanique par câble entre la pédale et le moteur dans les engins de chantier et autres véhicules. Par exemple, le capteur peut être monté à proximité de la pédale pour mesurer la force avec laquelle l'opérateur appuie sur la pédale et la relâche. Il détecte le changement de position de la pédale et envoie un signal au moteur pour augmenter ou réduire le débit de carburant et d'air dans le papillon des gaz, selon les besoins.

L'élimination du câble mécanique, susceptible de se détendre et de rouiller, peut améliorer la réactivité du système de commande du moteur, ce qui a pour effet de réduire les émissions du véhicule, d'améliorer sa fiabilité et de diminuer son poids. Ce type de système de conduite à commande électrique peut s'avérer plus sûr et moins coûteux que les systèmes à câble.

Industrie : les capteurs de position rotative à effet Hall peuvent également fournir un retour de position fiable des vannes pour atteindre un contrôle de débit de haute précision, notamment dans les environnements difficiles avec des exigences de plage de températures étendues. La détection de la position des vannes est essentielle pour garantir la précision des processus, la sécurité des systèmes et l'efficacité opérationnelle en fournissant aux opérateurs et aux systèmes de contrôle automatisés des données précises en temps réel sur l'état des vannes. L'utilisation du retour de position réduit l'hystérésis et le temps de récupération, et permet une réponse plus rapide et plus fluide aux changements de processus.

CVC : pour réguler le flux d'air dans les applications CVC, les capteurs de retour de position des clapets permettent un contrôle plus précis, favorisant l'efficacité environnementale et le confort des occupants. La détection de position des clapets est cruciale pour maintenir un flux d'air CVC précis, optimiser le rendement énergétique en évitant la surutilisation des ventilateurs, garantir la sécurité grâce au contrôle des fumées et des incendies, et fournir un retour aux systèmes d'automatisation afin d'éviter les dysfonctionnements.

Agriculture : ces capteurs fonctionnent également en conditions environnementales extérieures exigeantes et fournissent un retour d'informations précis pour la commande des systèmes d'irrigation à pivot, permettant aux agriculteurs de surveiller, de gérer et d'automatiser à distance leurs machines d'irrigation, ce qui améliore l'efficacité de l'utilisation de l'eau et réduit la main-d'œuvre.

Conclusion

Les capteurs de position rotative à effet Hall sans contact offrent aux concepteurs et aux ingénieurs une solution fiable et durable pour la détection de position dans les environnements difficiles et exigeants. En éliminant les points d'usure mécanique et en fournissant des signaux de sortie proportionnels précis, ces capteurs améliorent les performances des systèmes, réduisent les besoins de maintenance et étendent la durée de vie opérationnelle. Des solutions telles que la série RTY de Honeywell allient une construction robuste à des configurations flexibles et à une protection environnementale afin de permettre un contrôle précis des mouvements dans une multitude d'applications industrielles et de transport.