TP n°3 : Choix d'un capteur analogique

Objectifs :

  • Identifier les paramètres techniques et pratiques à considérer dans le choix d’un capteur analogique.

  • Comparer plusieurs solutions techniques en fonction d’un cahier des charges simplifié.

  • Développer l’esprit d’analyse critique et la capacité de justification technique.

Consignes :

  • Vous travaillez dans une entreprise qui doit équiper une machine de conditionnement avec un capteur analogique permettant de mesurer une grandeur physique.
  • Votre mission est de proposer le capteur le plus adapté en justifiant votre choix selon plusieurs critères.

Etape 1 : Etude des cahiers des charges  

📄 Cahier des charges n°1 – Capteur de niveau
Contexte industriel

Une machine de conditionnement de bouteilles de boisson doit être équipée d’un capteur pour contrôler le niveau de liquide dans une cuve de remplissage.
Ce signal sera utilisé par l’automate pour ajuster la pompe d’alimentation.

Exigences techniques

  • Grandeur à mesurer : Niveau d’un liquide (eau sucrée).

  • Plage de mesure : 0 à 2 mètres de hauteur de liquide.

  • Précision : ± 1 % de la pleine échelle.

  • Temps de réponse : inférieur à 1 seconde.

  • Signal de sortie : courant 4–20 mA (compatible avec l’automate existant).

  • Linéarité : préférable, mais tolérance ± 2 %.

Contraintes environnementales

  • Température ambiante : 10 à 40 °C.

  • Température du liquide : max. 50 °C.

  • Humidité : élevée (environnement de production alimentaire).

  • Indice de protection (IP) : minimum IP65 (nettoyage à l’eau sous pression possible).

  • Compatibilité alimentaire : les matériaux en contact avec le liquide doivent être inox ou plastiques adaptés.

Aspects pratiques et économiques

  • Installation : montage vertical sur le dessus de la cuve.

  • Entretien : faible maintenance requise (nettoyages réguliers).

  • Durée de vie souhaitée : au moins 5 ans.

  • Budget maximum : 200 € par capteur.

  • Disponibilité : capteurs standards (délai < 4 semaines).

📄 Cahier des charges n°2 – Capteur de pression
Contexte industriel

Une presse hydraulique utilisée pour le formage de pièces métalliques doit être équipée d’un capteur de pression pour contrôler la pression dans le circuit hydraulique.
Ce signal servira à assurer la régulation et la sécurité de la machine.

Exigences techniques

  • Grandeur à mesurer : Pression hydraulique (huile).

  • Plage de mesure : 0 à 250 bar.

  • Précision : ± 0,5 % de la pleine échelle.

  • Temps de réponse : < 20 ms (variations rapides de pression).

  • Signal de sortie : 0–10 V (compatible avec l’entrée analogique du variateur).

  • Linéarité : ± 1 %.

Contraintes environnementales

  • Température ambiante : 10 à 45 °C.

  • Température du fluide : jusqu’à 80 °C.

  • Vibrations : présentes, capteur à fixer solidement.

  • Indice de protection (IP) : minimum IP67 (contact possible avec huile, projections).

Aspects pratiques et économiques

  • Installation : montage par filetage standard G1/4″.

  • Entretien : capteur remplaçable sans vidange complète.

  • Durée de vie souhaitée : > 10⁶ cycles de pression.

  • Budget maximum : 300 €.

  • Disponibilité : stock courant (délai < 2 semaines).

📄 Cahier des charges n°3 – Capteur de température
Contexte industriel

Un four de séchage dans une ligne de traitement de surface doit être équipé d’un capteur pour contrôler la température interne.
L’automate utilise cette information pour réguler la puissance de chauffage.

Exigences techniques

  • Grandeur à mesurer : Température de l’air.

  • Plage de mesure : 0 à 300 °C.

  • Précision : ± 2 °C.

  • Temps de réponse : < 2 s.

  • Signal de sortie : 4–20 mA.

  • Linéarité : bonne sur toute la plage (erreur max ± 1 %).

Contraintes environnementales

  • Température ambiante externe : 15 à 40 °C.

  • Atmosphère : poussiéreuse (poussières métalliques fines).

  • Indice de protection (IP) : minimum IP54.

  • Robustesse mécanique : bonne tenue aux vibrations (ventilation du four).

Aspects pratiques et économiques

  • Installation : sonde insérée dans un doigt de gant.

  • Entretien : démontable pour remplacement.

  • Durée de vie souhaitée : > 5 ans.

  • Budget maximum : 200 €.

  • Disponibilité : produits standards du marché.

Partie 2 : Analyse des paramètres du cahier des charges

En binômes, les étudiants doivent identifier les critères importants du capteur à partir de 4 grandes familles :

  1. Caractéristiques de mesure (plage, précision, linéarité…).

  2. Signal de sortie (tension, courant, compatibilité automate…).

  3. Environnement industriel (température, IP, vibrations, humidité…).

  4. Aspects pratiques et économiques (coût, installation, maintenance…).

👉 Ils remplissent un tableau d’analyse fourni (exemple ci-dessous).

CritèreImportance (faible/moyenne/forte)Exigence du cahier des chargesObservations
Plage de mesureForte0 – 10 barDoit couvrir pression max
PrécisionMoyenne± 1 %Suffisant pour le process
SortieForte4–20 mACompatible automate
Température ambianteForte0–60 °CSalle chaude
IPForteIP65Nettoyage fréquent
CoûtMoyenne< 150 €Limité par budget

3. Comparaison de capteurs réels

A l’aide du site donnée ci-contre, choisissez le capteur adéquat : https://www.ifm.com/fr/fr
Chaque groupe doit :

  • Compléter un tableau comparatif.

  • Identifier le capteur le plus adapté.

  • Justifier leur choix par écrit (10 lignes max).

4. Restitution

  • Chaque binôme présente son choix et sa justification devant la classe sous forme d’un diaporama.
  • Spécifier les éléments qui montrent que vous avez correctement respecter le cahier des charges.