Transmetteur de pression à silicium diffusé

Un transmetteur de pression convertit la pression d’une canalisation en un signal qu’un système de commande peut lire. L’instrument présenté ici met en œuvre un élément sensible à silicium diffusé dans un corps en acier inoxydable 304 : la pression s’exerce directement sur l’élément et le signal est issu de lui, et non du déplacement d’un mécanisme.

La série couvre -100 kPa à 100 MPa et les références relative, absolue et relative à référence scellée. Dix-sept plages sont tenues en stock de 0-5 kPa à 0-2,5 MPa, toutes avec une sortie 4-20 mA à deux fils, une alimentation 24 V DC, un raccordement de procédé M20×1,5 et un câble de 1 m. La série dans son ensemble va de 0-1 kPa jusqu’à 0-60 MPa et comprend des plages combinées qui traversent le zéro vers le vide.

La sortie est le 4-20 mA en standard, avec 0-5 V, 0-10 V et RS-485 sur commande. L’étanchéité est IP65, l’exactitude annoncée sur les plages stockées est de 0,2 % du fond d’échelle avec une stabilité de ±0,1 % du fond d’échelle par an, et la plage de température des fluides est de -20 à +80 °C en standard, jusqu’à +150 °C dans la construction haute température.

Comment fonctionne un transmetteur de pression à silicium diffusé

L’élément sensible est un diaphragme de silicium portant un réseau de résistances diffusées en surface. La pression qui s’exerce sur une face le fléchit, les résistances changent de valeur sous la contrainte, et un montage en pont convertit ce changement en tension. L’élément est un dispositif à l’état solide, sans levier, sans pivot et sans bielle : c’est pourquoi un transmetteur de ce type conserve son étalonnage mieux qu’un manomètre mécanique sous l’effet des vibrations, et pourquoi il peut être assez petit pour se loger dans un orifice de machine.

Dans la plupart des constructions industrielles, le diaphragme est séparé du procédé par un diaphragme de séparation et un fluide de remplissage, si bien que le fluide mouille de l’acier inoxydable 304 et non le silicium. C’est ce choix qui permet d’employer le même élément sur l’eau, l’huile et les gaz. Il en fixe aussi la limite : un fluide qui attaque l’acier inoxydable 304 attaque le diaphragme de séparation comme toute autre pièce en contact.

L’étage de sortie convertit ensuite la tension du pont en signal normalisé. Dans un montage à deux fils en 4-20 mA, le transmetteur puise sa propre alimentation dans la boucle même qu’il module : le courant qui circule dans la boucle est la mesure, et l’instrument récepteur le lit directement. C’est pourquoi une boucle à deux fils est insensible à une faible chute de tension le long du câble, et pourquoi ces deux mêmes fils suffisent aux deux fonctions.

Comment choisir le bon transmetteur

Choisissez d’abord la plage de mesure, et choisissez-la d’après la pression de travail normale plutôt que d’après une valeur de pointe. L’exactitude annoncée porte sur le fond d’échelle de la plage retenue, si bien qu’une plage plusieurs fois supérieure à la pression de travail rend chaque relevé moins précis qu’il ne le faudrait. La surpression de 1,5 fois la pression nominale couvre des pics de courte durée, non un dépassement maintenu.

Tranchez ensuite la référence de pression. Un transmetteur relatif lit par rapport à l’atmosphère, et c’est le choix usuel pour un refoulement de pompe ou une canalisation d’air comprimé. Un transmetteur en pression absolue lit par rapport au vide et s’emploie lorsque les variations barométriques comptent. Un transmetteur en pression relative à référence scellée lit par rapport à une référence fermée et convient lorsqu’une référence ouverte serait envahie par le fluide.

Arrêtez ensuite la sortie et le raccordement. Le 4-20 mA à deux fils est le réglage par défaut et le plus simple à câbler. Une sortie en tension convient à un trajet court vers un automate qui accepte une entrée en tension, et le RS-485 à un transmetteur lu numériquement avec d’autres. Le raccordement de procédé est habituellement fixé par l’orifice déjà présent sur la machine ; les options vont ici du M8×1 aux brides DN100, avec des filetages sur mesure.

Confirmez enfin le fluide et la température. L’eau, l’huile et les gaz courants conviennent à la construction standard. Un fluide au-dessus de 80 °C demande la version haute température, et un fluide qui attaque l’acier inoxydable 304 demande une autre matière pour les pièces en contact : c’est une question à poser, non une hypothèse à prendre.

Limites et points à confirmer

Un transmetteur mesure la pression en un point. Il ne mesure pas le débit à lui seul, et une pression employée pour déduire un débit dépend de la géométrie entre le piquage et le point de référence, si bien qu’un même instrument donne d’autres résultats sur une autre installation. Lorsqu’une valeur de débit doit être calculée à partir d’une pression différentielle, c’est un montage de mesure distinct.

Le corps en acier inoxydable 304 ne convient pas à tous les fluides. Des eaux chlorurées, certains acides et certains produits de procédé l’attaquent, et le signe habituel est une piqûre sur le diaphragme de séparation plutôt que sur le corps. La compatibilité se tranche avant la commande pour tout fluide qui n’est ni l’eau, ni l’huile, ni un gaz courant.

Deux chiffres du document fourni appellent une confirmation et sont publiés comme ouverts. L’exactitude apparaît à la fois sous 0,2 % et sous 0,5 %, tous les articles stockés étant marqués à 0,2 % du fond d’échelle et le chiffre de 0,5 % étant décrit comme une option de la série. Et la norme de référence derrière la valeur d’exactitude n’est pas nommée, si bien que, s’il faut citer une norme particulière, c’est une question à poser plutôt qu’une donnée à prendre sur cette page.

Plusieurs autres valeurs qu’une spécification demande habituellement sont absentes du document et figurent ici en information requise : la plage de température de service de l’électronique, distincte de celle des fluides, la documentation d’étalonnage et la liste des certifications. Les fonctions des broches diffèrent aussi selon le type de sortie, si bien que le câblage se lit d’après la sortie commandée et non d’après un schéma unique.