Qu'est-ce qu'un capteur de pression
Un capteur de pression transforme la pression régnant dans une conduite, un vérin ou une enceinte en un signal électrique qu'une machine peut lire. Sur une centrale hydraulique, une ligne pneumatique, un skid de pompage ou un banc d'essai, c'est l'élément qui permet au système de contrôle de savoir ce que fait le fluide, au lieu de s'en remettre à un opérateur lisant un cadran.
Le terme recouvre deux objets que les catalogues séparent souvent et que l'installation ne sépare jamais. Un élément de mesure seul produit un faible signal qui demande un conditionnement avant d'être exploitable. Un transmetteur réunit l'élément, l'électronique qui l'amplifie, le linéarise et le compense en température, et un étage de sortie qui délivre un signal normalisé. Presque tout ce qui se vend pour la construction de machines appartient à la seconde catégorie, ce qui explique que les deux mots soient employés indifféremment en pratique.
Le choix, pour une machine, tient à quatre questions : ce que la technologie de mesure doit tolérer, par rapport à quelle référence la pression est lue, quelle sortie le système de contrôle accepte, et quel raccordement process le piquage possède déjà. Ce dernier point est souvent la contrainte fixe, car un piquage ne se modifie pas aussi facilement qu'un capteur.
Comment mesure un capteur de pression
Trois technologies couvrent la plupart des capteurs de pression montés sur machine, et elles ne tombent pas en panne de la même façon. Un élément piézorésistif utilise un diaphragme de silicium portant un réseau de résistances diffusées ; il est sensible, peu coûteux et bien adapté aux gaz propres et secs comme aux pressions modérées, et c'est la technologie qui équipe la plupart des transmetteurs économiques. Une jauge extensométrique à couche mince dépose la jauge directement sur un diaphragme en acier, ce qui donne un élément robuste pour les pressions élevées et les services hydrauliques, avec une meilleure tenue aux pointes de pression. Un élément capacitif mesure la déformation d'un diaphragme par rapport à une plaque fixe, et se choisit lorsque la stabilité et une large plage de réglage comptent plus que le coût.
La compensation de température est ce qui sépare un élément d'un instrument. Chacune de ces technologies dérive avec la température ambiante et celle du procédé, et cette dérive dépasse l'exactitude annoncée sur la plage de service si elle n'est pas corrigée. La compensation est réalisée dans l'électronique : c'est pourquoi un transmetteur coûte plus cher que l'élément nu, et pourquoi la spécification de température de l'électronique compte autant que la limite de température du milieu.
Le chemin mécanique que la pression emprunte pour atteindre l'élément compte autant que l'élément lui-même. Un transmetteur monté directement sur un piquage voit le fluide directement. Un transmetteur placé derrière une ligne d'impulsion voit une pression modifiée par cette ligne : des condensats dans une ligne de gaz ou du gaz dans une ligne de liquide changent ce qui arrive, et une source pulsante telle qu'une pompe alternative impose une pression oscillante que la mesure directe suivra. Un dispositif d'amortissement au niveau du piquage, ou une ligne d'impulsion disposée pour piéger la bonne phase, fait partie des moyens de rendre la mesure significative.
Choix de configuration
L'essentiel de la spécification est déterminé par ces décisions plutôt que par la classe d'exactitude. Chacune contraint la suivante, c'est pourquoi elles sont tranchées dans l'ordre.
| Configuration | Options à fixer | Ce que cela détermine réellement |
| Technologie de mesure | Piézorésistive, jauge extensométrique à couche mince ou capacitive | La tolérance aux surpressions et aux pointes de pression, la stabilité dans le temps, et la plage de pression où la technologie est à son meilleur. |
| Référence de pression | Relative, absolue, relative scellée ou différentielle | Ce que signifie le zéro. Un capteur relatif lit par rapport à l'atmosphère et suit le temps qu'il fait ; un capteur absolu ne le fait pas, ce qui compte sur un système sous vide ou une enceinte fermée. |
| Étendue et point de travail | L'étendue complète du capteur face à la pression à laquelle la machine travaille normalement | La plus petite variation résoluble en service, qui est généralement ce dont dépend réellement l'application. |
| Forme de sortie | Courant deux fils, tension trois fils, ou bus numérique | Le raccordement du capteur à l'automate et son câblage. Les fonctions des broches diffèrent selon la forme : la forme se fixe donc avant de planifier le câblage. |
| Tension d'alimentation | La tension nominale disponible sur la machine, et toute option à large plage | La possibilité d'alimenter le capteur depuis la tension de commande déjà présente, ou la nécessité de prévoir une alimentation séparée. |
| Raccordement process | Fileté, à bride, à collier ou sur mesure | L'aptitude du capteur à se monter sur le piquage existant. Un filetage spécial coûte généralement moins cher que la reprise d'un collecteur. |
| Raccordement électrique | Connecteur, entrée de câble étanche ou connecteur circulaire | Le mode de remplacement du capteur en service, et la tenue du raccordement au liquide de coupe, au lavage et aux vibrations. |
| Matériau mouillé et température du milieu | Le matériau du corps et du diaphragme, et la version de température | L'agressivité du milieu envers le capteur, et la couverture du procédé par la plage de température standard ou la nécessité d'une version haute température. |
Comment choisir un capteur de pression
| Critère | Pourquoi il décide de la réponse | Comment le fixer avant de nous consulter |
|---|
| Pression normale de service et pression de pointe | L'étendue fixe la résolution, et la pointe fixe ce que le capteur doit encaisser | Donnez séparément la pression normale et la pression maximale, et précisez si la pointe est durable ou brève au démarrage. |
| Référence de pression | Elle définit le zéro, et une référence mal choisie ne se corrige pas après coup par étalonnage | Indiquez explicitement relative, absolue ou relative scellée, au lieu de la déduire du type de machine. |
| Milieu et sa température | La corrosion et la température sont les deux causes les plus fréquentes de défaillance précoce d'un capteur de pression de machine | Nommez le fluide, sa concentration s'il ne s'agit pas d'eau propre ou d'huile, et sa température au piquage. |
| Raccordement process existant | Le piquage est généralement la contrainte fixe, car reprendre un collecteur coûte plus cher que d'adapter le capteur | Donnez le filetage, ou les dimensions s'il s'agit d'une bride ou d'un collier, ainsi que la face d'étanchéité. |
| Entrée du système de contrôle | Le type d'entrée de l'automate et le câblage déjà en place décident de la forme de sortie | Nommez la carte d'entrée et précisez si elle attend un courant ou une tension, et où le capteur sera câblé. |
| Environnement au niveau du capteur | Vibrations, lavage, liquide de coupe et exposition extérieure agissent à la fois sur le corps et sur le raccordement | Décrivez l'emplacement du capteur sur la machine, et s'il sera arrosé au jet ou enfoui sous les copeaux. |
| Comportement dynamique de la source | Une pompe pulsante ou une vanne à fermeture rapide impose une pression oscillante qui change le sens d'une mesure | Précisez si la pression est stable ou pulsante, et si une mesure amortie ou moyennée est souhaitée. |
Un capteur de pression mesure en un point d'une installation. Lorsqu'un débit doit être déduit de la pression, le résultat dépend de la géométrie entre le piquage et le point de référence : le même capteur donne donc des réponses différentes sur une autre installation.
Les alternatives les plus proches
Ce sont les types que recouvre généralement une demande pour un capteur de pression, et le moment où le choix se décide vraiment.
| Alternative la plus proche | Ce qui la distingue d'un capteur de pression |
| Capteurs de force | Un capteur de force mesure une charge appliquée directement sur lui, là où un capteur de pression mesure la force par unité de surface d'un fluide. La distinction porte sur la disposition mécanique plutôt que sur l'électronique : un capteur de force reprend la charge par son propre corps, et ne peut pas être remplacé par une mesure de pression à moins que la surface soit connue et constante. |
| Capteurs de niveau | Une mesure de niveau est souvent déduite de la pression au fond d'un ouvrage, ce qui n'est valable que tant que la densité est connue et constante. Lorsque la densité varie, ou que l'ouvrage est ouvert à l'atmosphère au sommet, un capteur de niveau qui mesure directement l'interface est la réponse la plus fiable. |
| Capteurs de température | Une autre grandeur mesurée de la même manière, en ce sens que le système de contrôle les lit tous deux comme une valeur analogique. Ils sont fréquemment nécessaires ensemble sur un même skid, et se spécifient séparément car les plages de pression et de température coïncident rarement. |
| Manomètres | Une indication locale sans sortie électrique. Lorsqu'un opérateur lit la pression au point d'usage et que rien ne doit remonter vers un automate, un manomètre est plus simple et plus robuste ; le capteur existe pour que la valeur puisse être exploitée ailleurs. |
| Détecteurs de pression | Un détecteur change d'état à un seuil et produit un contact : il signale qu'une limite a été franchie plutôt que la valeur de la pression. Lorsque l'automate a besoin de la valeur, un détecteur ne peut pas la fournir, et lorsque seule une limite importe, le détecteur est la réponse plus simple. |
| Transmetteurs de pression | Le même instrument spécifié pour une installation de procédé plutôt que pour une machine, où l'accent porte sur les normes de raccordement, la compatibilité des parties mouillées, les séparateurs déportés et la certification pour atmosphère explosive. Sur une machine compacte, ce sont le boîtier, le raccordement et l'interface électrique qui décident habituellement. |
Ce qu'il faut inclure dans la demande
La première réponse peut être un devis plutôt qu'une série de questions si la demande contient ces éléments. Lorsqu'un chiffre est inconnu, envoyez la description de l'usage et nous confirmerons ce qu'il implique.
- Étendue de pression à mesurer, avec le point de travail normal et la valeur maximale
- Nature de la mesure : relative, absolue, relative scellée ou différentielle
- Le fluide, sa température au piquage et sa concentration s'il ne s'agit pas d'eau propre ou d'huile
- Le raccordement process sur la machine : filetage, bride, collier ou sur mesure
- La forme de sortie acceptée par l'automate, et sa tension d'alimentation
- Le caractère stable ou pulsant de la pression
- Le raccordement électrique souhaité, et le mode de remplacement du capteur en service
- L'exposition du capteur au lavage, au liquide de coupe ou aux conditions extérieures
- Les documents qui doivent accompagner le capteur, et sous quelle forme
