Comprendre les sondes de déplacement
A sonde de déplacement — également appelé capteur de proximité, capteur de déplacement ou capteur de position sans contact — mesure la distance entre sa pointe et une surface cible sans la toucher, générant un signal proportionnel à déplacement, généralement en micromètres ou en mils. En Vibrations Pour la surveillance, des capteurs de déplacement sont fixés de manière permanente dans le carter de la machine et orientés vers l'arbre en rotation afin de mesurer sa position radiale, position axiale, ainsi que les vibrations dynamiques, avec une réponse plate allant du courant continu (position statique) jusqu'à plusieurs kilohertz. Le type de loin le plus courant est le sonde à courants de Foucault, le capteur de référence pour la protection des turbomachines critiques.
1. Définition : qu'est-ce qu'une sonde de déplacement ?
Les capteurs de déplacement ont toute leur place sur les machines haut de gamme, car ils mesurent la mouvement réel de l'arbre, et non le mouvement du corps de palier. Elles fournissent la position de l'arbre par rapport au montage de la sonde (le corps de palier), ce qui — une fois reference au jeu de palier connu lors du reglage — permet de surveiller le jeu, et elles fonctionnent de maniere fiable a haute temperature ainsi que dans des environnements huileux et contamines ou les capteurs de contact echoueraient. Cette combinaison — mesure directe de l'arbre, capacite en courant continu et robustesse — explique pourquoi elles dominent les systemes de surveillance permanente construits selon des normes telles que API 670.
2. Types selon la technologie de détection
Plusieurs principes physiques permettent de mesurer un écart sans contact. On en trouve quatre dans l'industrie :
- Sondes à courants de Foucault (les plus courantes) : génèrent des courants de Foucault dans une cible conductrice et détectent la variation d'impédance de la bobine qui en résulte. Ces appareils constituent la norme dans l'industrie des turbomachines, avec une plage linéaire typique d'environ 0,5 à 5 mm, une réponse en fréquence allant du courant continu à plus de 10 kHz, et une température de fonctionnement pouvant atteindre environ 350 °C.
- Sondes capacitives : mesurent la capacité entre la sonde et la cible. Elles offrent une résolution extrêmement élevée (de l'ordre du nanomètre) et fonctionnent sur des cibles non conductrices, mais sont principalement utilisées dans des applications de précision et de recherche.
- Capteurs de déplacement à laser : utilisent la triangulation optique ou l'interférométrie pour effectuer des mesures sans contact sur de longues distances avec une grande précision. Ces appareils sont coûteux et moins robustes, c'est pourquoi ils sont principalement utilisés dans le dépannage et la recherche.
- Capteurs de déplacement à ultrasons : utilisent la télémétrie par temps de vol sur des distances pouvant atteindre plusieurs mètres, avec une résolution inférieure à celle des autres types, pour des applications spécialisées à grande distance.
3. Principaux avantages
Mesure directe sur l'arbre
Comme la sonde vise directement l'arbre, elle indique mouvement du rotor par rapport au corps de palier plutot qu'une vibration du logement filtree et attenuee (la mesure du mouvement absolu de l'arbre necessite en plus un capteur sismique sur le logement). C'est ce qui rend la sonde de deplacement indispensable pour un dynamique du rotor dans ce cas, ce qui importe, c'est la manière dont l'arbre lui-même se déplace à l'intérieur de ses jeux.
Réponse en courant continu (fréquence nulle)
La sonde mesure la position statique à 0 Hz, ce qui lui permet de suivre les dérives lentes, la dilatation thermique et la position moyenne de l'arbre au fil du temps. C'est quelque chose qu'un accéléromètre ce qu'ils ne peuvent tout simplement pas faire, car les accéléromètres ne réagissent qu'aux variations de mouvement.
Position relative de l'arbre et jeu
Parce que la sonde est fixee dans le corps de palier, elle indique la position de l'arbre par rapport a ce corps ; une fois l'entrefer reference au jeu de palier connu lors du reglage, cela permet de surveiller le jeu, de reveler les deplacements du rotor causes par usure des roulements, et peut assurer une protection déclenchement lorsque le déplacement devient trop important.
4. Installation standard
Configuration de la sonde XY
Dans la configuration classique, deux capteurs sont placés à 90° l'un de l'autre — généralement un à l'horizontale et l'autre à la verticale. Ensemble, ils détectent la position de l'arbre dans deux directions perpendiculaires, ce qui permet analyse d'orbite et une représentation bidimensionnelle fidèle du mouvement de l'arbre. La paire XY constitue la norme pour la surveillance des turbomachines selon la norme API 670.
Sonde axiale (de poussée)
Une sonde axiale est orientée vers l'extrémité de l'arbre ou vers une bague de butée afin de mesurer la position axiale et les performances du palier de butée, afin d'empêcher tout déplacement axial excessif. Un ou deux capteurs sont installés, le second assurant une redondance.
5. Les applications et leur comparaison
Le lieu d'implantation principal de la sonde est surveillance permanente des turbines à vapeur et à gaz, des grands compresseurs et générateurs, ainsi que des pompes critiques (API 610), où il assure une surveillance continue avec des fonctions d'alarme et de déclenchement pour la protection des machines. Dans essais de dynamique des rotors il sert à identifier vitesses critiques, analyser les phases de démarrage et de décélération, déterminer les modes de vibration et mesurer l'amortissement. Dans surveillance des dégagements il surveille la position de l'arbre par rapport aux joints et aux labyrinthes, détecte l'usure des roulements qui provoque un déplacement du rotor, suit la dilatation thermique et contribue à prévenir contact rotor-stator.
Pour toutes ces raisons, la sonde de déplacement constitue le choix idéal pour les équipements rotatifs critiques. Elle est plus coûteuse et plus complexe à installer qu'un accéléromètre, et il s'agit d'un équipement fixe plutôt que d'un outil portable ; les ingénieurs qui doivent équilibrer ou diagnostiquer une machine lors d'une tournée de maintenance ont donc plus souvent recours à un analyseur portable à deux canaux tel que le Balanset-1A avec des capteurs sismiques. Mais lorsqu'une reponse DC, la position relative de l'arbre et la mesure directe de l'arbre sont requises, rien d'autre n'offre le meme niveau d'analyse et de protection.
