Capteurs à ultrasons : le choix fiable lorsque la vision fait défaut dans l’automatisation industrielle

1. Introduction
2. Avantages des capteurs ultrasoniques
3. Capteur ultrasonique pour la surveillance du niveau de matériau
4. Capteur à ultrasons pour l'air contaminé
5. Conclusion

Introduction
La vision n'est pas le seul moyen de percevoir l'environnement dans l'automatisation industrielle. Si les caméras et les capteurs laser sont souvent présentés comme la principale solution technologique pour l'industrie intelligente, ils ne constituent qu'une approche parmi d'autres pour appréhender le monde physique. Les industries modernes utilisent de nombreuses technologies de détection différentes. Chaque technologie présente ses avantages, et savoir quand privilégier les alternatives aux systèmes de vision est essentiel à la réussite des opérations industrielles.
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Les environnements industriels sont rarement propres et contrôlés. La fumée des opérations de soudage, la poussière issue de la manutention des matériaux, la vapeur d'eau des systèmes de refroidissement et les émanations chimiques des chaînes de production rendent l'environnement hostile aux capteurs optiques. Ces particules en suspension diffusent la lumière et obstruent les faisceaux laser. Une caméra valant des milliers d'euros devient inutilisable lorsqu'elle est recouverte de fine poussière de ciment. Un capteur laser, même très précis, est peu performant pour mesurer les distances en présence de vapeur.
Prenons l'exemple d'une cimenterie où des convoyeurs transportent les matières premières. Les nuages ​​de poussière sont constants. Les caméras doivent être nettoyées une à deux fois par heure pour pouvoir visualiser le flux de matières. Les capteurs laser donnent des mesures erronées en raison des réflexions aléatoires du faisceau par les particules. La plupart des usines nécessitent une détection fiable, et les solutions optiques traditionnelles imposent des contraintes de maintenance permanentes. C'est pourquoi nous vous présenterons les capteurs à ultrasons dans l'article ci-dessous.
BESTAR Holdings Co., Ltd.En tant que fabricant professionnel bénéficiant d'une expertise de longue date dans les domaines de la détection industrielle et des composants électroniques, nous fournissons non seulement des capteurs ultrasoniques performants et fiables, mais nous sommes également capables de répondre rapidement aux conditions d'exploitation spécifiques de nos clients et de proposer des solutions ciblées et adaptées à leurs applications.

Avantages des capteurs à ultrasons
Tout d'abord, il est important de connaître les avantages des capteurs à ultrasons. Ces capteurs fonctionnent selon un principe totalement différent. Ils émettent des ondes sonores de fréquence élevée, inaudibles pour l'oreille humaine (généralement entre 40 kHz et 200 kHz). Ces ondes se propagent dans l'air, rebondissent sur les objets et reviennent au capteur. En mesurant la distance entre l'émetteur et le récepteur, le capteur calcule la distance avec une précision remarquable. Pour en savoir plus sur le principe de fonctionnement des capteurs à ultrasons, vous pouvez consulter ce blog.《Premiers pas avec un capteur ultrasonique : définition, principes et applications》.
Cette approche présente des avantages intrinsèques en milieux contaminés. Les ondes sonores traversent l'air poussiéreux avec une faible atténuation. Une particule de poussière de quelques micromètres de diamètre a peu d'effet sur une onde sonore dont la longueur d'onde se mesure en millimètres. La fumée et la vapeur offrent la même transparence que la détection ultrasonore. Le capteur continue de fonctionner de manière fiable même lorsque les opérateurs humains ne peuvent pas voir à l'autre bout de la pièce.
L'absence de contact inhérente à la mesure par ultrasons élimine un autre défi industriel majeur : l'absence de pièces mobiles susceptibles de s'user. Le capteur ultrasonique n'entre jamais en contact avec le matériau mesuré, ce qui le protège des produits chimiques corrosifs, des boues abrasives et des substances collantes.

Capteur ultrasonique pour la surveillance du niveau des matériaux
Réservoirs d'eau, cuves de stockage de produits chimiques, silos à grains et réservoirs de pétrole : toutes ces applications nécessitent une surveillance précise du niveau. Ces installations varient des petits réservoirs industriels de quelques mètres cubes aux immenses cuves de stockage d'une capacité de plusieurs millions de litres. Les opérateurs doivent connaître la quantité de produit présente à tout moment.
Les interrupteurs à flotteur traditionnels indiquent uniquement un niveau ponctuel. Ils signalent le franchissement d'un certain seuil, mais pas la valeur exacte du volume. Les capteurs capacitifs et radar, bien que continus, ne conviennent pas à tous les matériaux et nécessitent un étalonnage très précis. Les capteurs ultrasoniques, quant à eux, sont d'excellents capteurs de niveau continus, adaptés à une large gamme d'applications.
Pourquoi les ondes sonores sont efficaces contre les liquides corrosifs
Les installations de traitement chimique stockent des substances agressives qui détruisent les capteurs conventionnels. L'acide chlorhydrique corrode les éléments métalliques, et certains plastiques sont dissous par les solvants organiques. Les méthodes de mesure par contact direct nécessitent l'utilisation de matériaux spéciaux coûteux et leur remplacement fréquent.
Le capteur de niveau à ultrasons résout ce problème grâce à une séparation physique. Monté sur le dessus de la cuve, orienté vers le bas et pointant vers la surface du liquide, il génère des ondes sonores qui se propagent dans l'air au-dessus du liquide, rebondissent sur la surface et reviennent au capteur. Ce dernier n'est jamais en contact avec le produit chimique corrosif. Ainsi, les besoins de maintenance sont considérablement réduits et la durée de vie de l'équipement est prolongée.
Les matériaux non corrosifs sont tout aussi compatibles avec cette méthode. Les réservoirs d'eau, les réservoirs de carburant et les liquides alimentaires bénéficient tous de la mesure sans contact. L'absence de pièces mécaniques dans le liquide élimine tout risque de contamination. C'est un atout majeur pour les industries pharmaceutique et agroalimentaire.
Les capteurs ultrasoniques fonctionnent parfaitement dans l'obscurité totale. Ils ne nécessitent aucune source d'éclairage. La réflectivité acoustique de la plupart des matériaux est suffisamment élevée pour permettre leur détection. Même les surfaces très réfléchissantes, qui posent problème aux capteurs laser car elles divergent de la lumière, réfléchissent les ondes sonores de manière prévisible.

Capteur ultrasonique pour air contaminé
La propagation du son dans l'air chargé de particules reste extrêmement stable. Bien qu'une forte concentration de particules très fines puisse entraîner une certaine atténuation, cette situation est rarement rencontrée en conditions industrielles réelles. Un capteur ultrasonique, utilisé dans une cimenterie, mesure en continu les distances, même lorsque les ouvriers portent des masques respiratoires en raison de la forte concentration de poussières.
Une forte humidité a un effet similaire sur les systèmes optiques et acoustiques. Les gouttelettes d'eau diffusent les faisceaux laser et embuent les objectifs des caméras. Les capteurs ultrasoniques considèrent l'air humide comme un milieu de propagation différent, pour lequel la compensation de température est automatique. Le capteur continue de fonctionner avec précision même à 100 % d'humidité, conditions qui rendent les caméras totalement aveugles.
Les capteurs ultrasoniques sont insensibles aux variations de luminosité ambiante. En plein soleil comme dans l'obscurité totale, leurs performances restent inchangées. De ce fait, ils sont parfaitement adaptés aux applications extérieures nécessitant une source lumineuse capable de s'adapter aux variations de luminosité au cours de la journée et des saisons.
Des capteurs à ultrasons fixés aux engins détectent avec fiabilité les obstacles à proximité. Une pelle mécanique équipée de capteurs à l'arrière analyse la position et signale à l'opérateur l'approche imminente d'un mur ou d'un autre véhicule. Le système fonctionne de la même manière par temps de poussière, de pluie ou d'obscurité. L'évitement des collisions devient ainsi fiable, indépendamment des conditions de visibilité. Les capteurs à ultrasons, associés aux systèmes de contrôle des engins, assurent une protection automatisée. Lorsqu'un obstacle pénètre dans la zone dangereuse, le système peut limiter les mouvements de la machine ou émettre des alertes progressives à l'opérateur. Cette approche a permis de réduire sensiblement les dommages matériels et les problèmes de sécurité.

Conclusion
Les capteurs à ultrasons jouent un rôle essentiel dans l'automatisation industrielle. Ils offrent des mesures fiables dans des situations où les technologies optiques sont inadaptées. Leur fonctionnement sans contact, leur immunité à la contamination et leur robustesse en font des capteurs indispensables dans les environnements industriels difficiles.
Les systèmes de sécurité reposent sur des capteurs à ultrasons fonctionnant sans restriction. L'optimisation de la production exige des données précises, quelles que soient les conditions environnementales. La technologie ultrasonique répond à ces deux exigences. Face à des environnements industriels toujours plus complexes et exigeants en matière de fiabilité, la détection ultrasonique continuera de jouer un rôle essentiel pour garantir la sécurité et l'efficacité des opérations. La simplicité, la fiabilité éprouvée et le rapport coût-efficacité de cette technologie lui assurent une place de choix parmi les outils de détection industrielle.

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