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Choisir le bon capteur : voici votre petit guide pour la conception et la R&D dans le secteur de la mécatronique

23-01-2025

Auteur: Karl D’haveloose

 

 

 

 

 

 

Dans cet article, nous allons vous présenter 6 capteurs essentiels, mais aussi les 4 questions que l'ingénieur concepteur doit se poser avant de choisir le capteur qu'il utilisera dans son prochain projet.

 

Dans le monde de la R&D et de la conception de systèmes électroniques, le choix du capteur idéal pour votre projet n'est pas uniquement une question de prix et de disponibilité. Que vous développiez des appareils ménagers intelligents, des systèmes d'automatisation destinés aux bâtiments, des équipements électroniques pour le secteur automobile ou des équipements industriels, les capteurs sont les composants essentiels grâce auxquels votre produit pourra fonctionner comme prévu. Lorsqu'ils sélectionnent un capteur, les ingénieurs doivent donc adopter une approche holistique et tenir compte des performances, de la fiabilité, des possibilités de personnalisation et des capacités des fournisseurs.

 

Vous trouverez ci-dessous un aperçu des différents types de capteurs, de leurs applications et des questions clés que tout technicien doit se poser avant d'opérer un choix.

 

Les applications des capteurs passées en revue

 

 

Les capteurs jouent un rôle crucial dans diverses applications, parmi lesquelles on trouve :

  • Les appareils. Qu'ils soient utilisés dans de petits gadgets de cuisine ou dans de gros appareils électroménagers, les capteurs contrôlent des conditions telles que la température, le degré hygrométrique et la proximité, garantissant ainsi un fonctionnement sûr et efficace.
  • L'automatisation des bâtiments et de l'industrie. Les capteurs permettent d'assurer différentes fonctions dans les bâtiments intelligents, telles que le fonctionnement du système d'éclairage, l'optimisation du système CVC et le contrôle de la sécurité.
  • Les voitures/véhicules électriques (VE). Dans les véhicules modernes, les capteurs sont essentiels pour améliorer la sécurité, les performances et l'expérience des conducteurs. Ils permettent de surveiller des paramètres tels que la vitesse, la pression des pneus, la température de la batterie et la proximité pour l'aide au stationnement. Dans les véhicules électriques, les capteurs jouent un rôle crucial dans la gestion de la batterie et le contrôle du moteur et garantissent une utilisation efficace de l'énergie, ce qui a une incidence directe sur l'autonomie et la sécurité du véhicule.

 

Présentation de six types de capteurs essentiels

 

 

Pour pouvoir choisir le bon capteur, il est indispensable de bien connaître les différentes technologies de capteurs disponibles. Voici donc un aperçu détaillé des six principaux types de capteurs utilisés dans la conception d'équipements électroniques.

 

Interrupteurs Reed. Ces capteurs contiennent deux lames ferromagnétiques enfermées dans un tube de verre rempli d'azote pour les protéger de l'oxydation. La sensibilité d'un interrupteur Reed dépend de la rigidité des lames, de l'écart qui les sépare et du chevauchement des contacts. Ils sont activés par un aimant permanent ou un électro-aimant et fonctionnent sans alimentation externe, ce qui les rend idéaux pour les appareils fonctionnant avec des piles.

 

Capteurs à effet Hall. Ces dispositifs sont constitués de matériaux semi-conducteurs et génèrent une tension en réponse à des champs magnétiques. Ils nécessitent un conditionnement du signal en raison de leurs sorties de niveau microvolt/millivolt, une compensation de la température et une protection contre les perturbations électromagnétiques, garantissant ainsi leur compatibilité électromagnétique (CEM). Les capteurs à effet Hall sont utilisés pour la détection de proximité et le positionnement linéaire ou rotatif continu.

 

Relais Reed. Ceux-ci se composent d'un interrupteur Reed et d'un électro-aimant, et assurent une isolation galvanique entre le circuit de commande et la charge. Ils offrent des avantages tels qu'une résistance d'isolation élevée, une faible résistance de contact et une longue durée de vie. Leur taille compacte et leur efficacité magnétique élevée les rendent idéaux pour les applications nécessitant une faible puissance d'entraînement.

 

Capteur magnétorésistif. Les capteurs magnétorésistifs font appel à la magnétorésistance à effet tunnel (en anglais : Tunnel magnetoresistance ou TMR) et à la technologie CMOS. Ils présentent une grande sensibilité tout en consommant très peu d'énergie. Ils comportent des générateurs de tension intégrés pour la détection magnétique, des amplificateurs, des comparateurs et des bascules de Schmitt permettant de se débarrasser du bruit. La compensation interne de la température permet à ces capteurs de fonctionner sur une large plage de tensions d'alimentation.

 

Thermistances. Il s'agit de résistances thermosensibles dont la résistance varie de manière prévisible en fonction de la température. Les thermistances à coefficient de température négatif (CTN) diminuent leur résistance lorsque la température augmente, tandis que les thermistances à coefficient de température positif (CTP) suivent le processus inverse. Elles offrent une grande précision sur une plage étroite (de -50 °C à 100 °C), ce qui les rend particulièrement utiles dans le cadre d'applications nécessitant un contrôle précis de la température.

 

Capteurs de température à résistance en platine (Pt-RTD). Avec des variations de résistance quasi linéaires sur une large plage de températures (allant de -70 °C à 500 °C), les Pt-RTD sont idéaux pour les applications nécessitant une mesure et un contrôle de la température sur une large plage. Leur stabilité et leur capacité à modifier la résistance de manière uniforme les distinguent des autres capteurs de température.

 

Quatre questions cruciales à se poser lorsque l'on choisit des capteurs

 

 

Lorsque l'on choisit des capteurs, le fait de se poser les bonnes questions peut permettre d'obtenir de meilleures performances, un temps de développement plus court et une plus grande fiabilité :

 

  1. Le fournisseur propose-t-il un vaste éventail de capteurs et de composants complémentaires ?

En collaborant avec un fournisseur qui fabrique plusieurs types/modèles de capteurs, vous travaillerez avec une équipe qui possède des connaissances approfondies dans de nombreuses technologies. Cette approche peut s'avérer extrêmement bénéfique lorsqu'il s'agit de personnaliser les capteurs pour répondre à des exigences spécifiques. Le fait de pouvoir se procurer différents composants auprès d'un seul et même fournisseur simplifie en outre la chaîne d'approvisionnement, rationalise les opérations et réduit la complexité de la gestion des fournisseurs. Un fournisseur proposant un large éventail de produits est de surcroît plus susceptible de lancer des solutions innovantes permettant de conférer un avantage concurrentiel à votre produit.

 

  1. Le fournisseur propose-t-il un service d'assistance et de conseil pour votre application ?

L'assistance technique de votre fournisseur peut vous faire gagner un temps précieux lors du développement. Son expérience peut vous aider à sélectionner un capteur adéquat et à prendre en compte des paramètres clés tels que la température, les vibrations et la sensibilité au bruit électrique. Les ingénieurs d'application du fournisseur peuvent vous guider dans les particularités d'installation et d'utilisation, et éventuellement identifier des problèmes avant que ceux-ci ne vous coûtent cher dans la pratique.

 

  1. Le fournisseur propose-t-il un service de conception sur mesure ?

 

 

Il est possible que votre conception aille de pair avec des exigences uniques, telles que des dimensions limitées, une sensibilité accrue ou des types de connecteurs spécifiques. Un fournisseur capable de concevoir des produits sur mesure saura répondre à ces besoins en adaptant un capteur à votre application spécifique. Les fournisseurs qui se concentrent uniquement sur les produits standards peuvent limiter la flexibilité de votre conception et entraver la réussite de votre projet sur le long terme. Orientez-vous vers des fabricants qui utilisent des outils de pointe, tels que des logiciels de simulation et de CAO en 3D, de manière à ce qu'ils soient en mesure de répondre efficacement aux demandes de capteurs sur mesure.

 

  1. Le fournisseur offre-t-il une capacité suffisante pour répondre à vos besoins en matière de commandes ?

Les perturbations de la chaîne d'approvisionnement et les longs délais d'exécution peuvent avoir un impact considérable sur les ventes. En 2021, nous avons très bien compris ce principe. Veillez donc à ce que votre fournisseur offre la capacité nécessaire pour répondre à la fois à vos besoins habituels et prévisibles et à des commandes importantes et inattendues. Cette capacité est indispensable pour garantir la disponibilité des produits et répondre rapidement à la demande du marché. Les usines d'aujourd'hui ont la capacité de produire des centaines de millions de capteurs et d'autres composants.

 

Les avantages d'un fournisseur de capteurs digne de ce nom

Le fait de passer par un fournisseur qui répond à ces critères critiques peut entraîner des coûts initiaux plus élevés pour les capteurs. Les avantages qui en découlent, tels que l'écourtement du temps de développement, la réduction des coûts de garantie, l'amélioration de la fiabilité du produit ainsi qu'une plus grande satisfaction de la clientèle, peuvent toutefois se traduire par d'importantes économies sur le long terme. Le choix du fournisseur est tout aussi important que le choix du capteur lui-même et contribue en fin de compte au succès que votre produit rencontrera sur le marché.

 

Dernières considérations

Lorsque l'on choisit des capteurs, le prix et le délai de livraison sont certes essentiels, mais les possibilités sur le plan technique, les options de personnalisation, l'assistance en matière d'applications et la gestion de la chaîne d'approvisionnement peuvent influencer de manière significative les performances globales du produit et optimiser son positionnement concurrentiel sur le marché. Veillez donc à prendre des décisions éclairées pour vous assurer que vos capteurs répondent parfaitement aux exigences de votre projet, voire qu'ils les dépassent.

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