Au-delà du multimètre, Partie 4 : dépanner un détecteur de proximité avec un multimètre et un oscilloscope

Le multimètre numérique est le pilier du dépannage électrique et l'outil dont la plupart d'entre nous nous équipons en premier. Dans Au-delà du multimètre, nous donnons cinq exemples sur la manière d'utiliser un oscilloscope pour ensuite réaliser un dépannage plus rapide, plus facile et plus efficace.

Détecteur de proximité optique sur un convoyeur
Figure 1. Détecteur de proximité optique sur un convoyeur.

La Partie 4 décrit le dépannage du fonctionnement irrégulier d'un convoyeur, à l'aide d'un multimètre numérique et d'un oscilloscope. Avec l'accélération des processus, la synchronisation et les transitions des signaux deviennent essentielles pour un fonctionnement fiable, et le maintien en marche des détecteurs devient une priorité élevée.

Détecteurs de proximité

Les détecteurs de proximité (voir Figure 1) sont courants dans les usines et installations de process où ils sont utilisés pour contrôler la position et le flux de marchandises au cours du processus de fabrication.

Il existe trois types de détecteurs de proximité :

  • Les commutateurs optiques - activés lorsqu'un objet coupe un faisceau de lumière
  • Les commutateurs magnétiques - qui utilisent un champ magnétique pour établir ou couper un contact
  • Les commutateurs mécaniques - activés par contact physique avec un objet

Les contacts avec les commutateurs mécaniques les détériorent avec le temps. Ils sont sujets à une usure mécanique et les arcs peuvent provoquer une piqûre de la surface des contacts. Ces problèmes apparaissent habituellement lentement et s'aggravent graduellement avant une défaillance complète du commutateur. Le dépannage d'un commutateur mécanique complètement défaillant (un « incident permanent ») peut souvent être réalisé par une simple inspection visuelle ou par une mesure avec un multimètre numérique. Ce sont les défaillances graduelles ou intermittentes les plus problématiques.

Multimètre affichant des tensions d'impulsion de commande en état « marche » et « arrêt »
Figure 2. Multimètre affichant des tensions d'impulsion de commande en état « marche » et « arrêt ».

Dépannage avec un multimètre numérique

Dans notre exemple, un détecteur de proximité défaillant provoque un fonctionnement irrégulier d'un convoyeur.

Lorsqu'un multimètre est connecté à la sortie du contrôleur du tapis du convoyeur (qui reçoit son entrée du détecteur de proximité), les messages « Tension de crête max » et « Tension de crête min » montrent que le commutateur s'active et se désactive comme attendu (voir Figure 2).

Un multimètre numérique avec mesure de la fréquence peut également révéler la fréquence à laquelle le commutateur change d'état (voir Figure 3).

Multimètre affichant la fréquence d'impulsion de commande
Figure 3. Multimètre affichant la fréquence d'impulsion de commande.

Pourtant, aucune de ces informations ne nous aide à diagnostiquer le problème.

A ce stade, nous pourrions remplacer le contrôleur et croiser les doigts, ou nous pouvons creuser un peu plus.

Dépannage avec un oscilloscope

Un oscilloscope numérique moderne peut vous donner en grande partie les mêmes informations numériques qu'un multimètre numérique, notamment les informations de tension et de fréquence d'impulsion représentées ci-dessus. Mais avec un oscilloscope, vous pouvez également examiner visuellement les informations du signal. Cela vous permet de voir la temporisation d'état actif/inactif du commutateur et les relations temporelles entre un signal source et de sortie (le commutateur et la sortie du contrôleur dans l'exemple suivant).

Oscilloscope affichant les impulsions de sortie d'un contrôleur
Figure 4. Oscilloscope affichant les impulsions de sortie du contrôleur.
Oscilloscope affichant le signal d'un détecteur de proximité et les impulsions de sortie du contrôleur résultantes
Figure 5. Oscilloscope affichant l'impulsion de sortie du contrôleur (tracé supérieur) et le signal du détecteur de proximité (tracé inférieur).
« Zoomer » sur une forme d'onde en augmentant la vitesse de balayage de l'oscilloscope révèle comment le « rebondissement du contact » du commutateur rend instable la sortie du contrôleur.
Figure 6. « Zoomer » sur la forme d'onde en augmentant la vitesse de balayage de l'oscilloscope. Le « rebondissement de contact » du commutateur sur le tracé inférieur rend la sortie instable (tracé supérieur).

Lorsque l'oscilloscope est connecté à la sortie du contrôleur, il ne révèle rien d'extraordinaire sur les impulsions de sortie du contrôleur. Les formes d'onde des impulsions sont bien formées et dépourvues de « bruit » électrique. (Figure 4)

Quid de la synchronisation ? Nous connectons ensuite l'oscilloscope de façon à ce qu'il capture les signaux du détecteur de proximité sur le premier canal et l'impulsion de sortie du contrôleur sur le second canal (Figure 5). Lorsque nous examinons le résultat, il est tout de suite évident que quelque chose ne va pas. Le tracé inférieur (la sortie du détecteur de proximité) n'est pas stable par rapport au tracé supérieur (la sortie du contrôleur).

Un oscilloscope affiche des tensions variables sous forme d'une ligne (appelé un « tracé ») qui balaye l'écran de gauche à droite. Si cette ligne est tracée plus vite (c'est-à-dire si nous augmentons la vitesse de balayage de l'oscilloscope), nous pouvons voir de manière plus détaillée comment la tension change d'un moment à l'autre (ou milliseconde par milliseconde).

« Zoomer » sur les signaux de cette manière (Figure 6) révèle que la sortie du détecteur de proximité (tracé inférieur) ne passe pas d'arrêt à marche dans une seule transition (cercle rouge). Au lieu de cela, les contacts s'allument et s'éteignent pendant cinq millisecondes environ avant que la sortie ne se stabilise. Le contrôleur est incapable de lire correctement cette tension irrégulière, donc sa sortie varie grandement (sur la plage de temps représentée par les barres rouges dans le tracé supérieur). C'est ce qui provoque le comportement irrégulier.

En résumé

Un multimètre numérique mesure avec précision l'amplitude et le temps, et vous indique quand un commutateur ne s'ouvre ou ne se ferme pas. Mais pour les événements subtils ou intermittents, un oscilloscope vous procure les informations supplémentaires nécessaires pour diagnostiquer le problème. Une image vaut vraiment mieux qu'un long discours.