Header Ads

Breaking News
recent

Cours sur les capteurs 2


3. Les thermistances


Mélanges d’oxydes métalliques. Leur résistance décroît avec la t°selon une loi du type :

                                  R(T) = R0exp ( B (1/T –1/T0) ) 

avec T en K. (et B entre 3000 et 5000K). Les thermistances sont généralement utilisables jusqu’à environ 300°C. Mais du fait de la forme de leur réponse, elle ne sont utilisées que sur une faible plage de température (100°C) où elles sont très sensibles (sensibilité environ 10 fois supérieure aux sondes métalliques).




Mesure de la pression


Grandeur dérivée du SI : P=F/S           [P]=ML-1T-2

Les différentes unités de la pression



Domaines d’utilisation :

- circuits hydrauliques
- circuits pneumatiques
- contrôle de mise sous pression de récipients
- contrôle de distribution de gaz ou de fluides
- …

Les types :


Pressostats
Manomètres
Baromètres
Capteurs de pression à membrane
Capteurs de pression différentielle
Capteurs de pression piézo-résistifs
Capteurs de pression hydraulique
Tensiomètres

1. Choix d’un capteur


Quel type de pressions ?

•Statique
•Dynamique (rapidité de réponse)

Quelle étendue de mesure ?

•Domaine d’emploi bien connu
•Envisager une surcharge éventuelle (surpression accidentelle → domaine de non destruction). 

Quelle est la nature du fluide ?

•Compatibilité entre les matériaux du capteur et le fluide

•Présence de particules (obstruction de passages vers le capteur)

2. Les pressostats


Dispositif détectant le dépassement d'une valeur prédéterminée, de la pression d'un fluide

-systèmes de contrôle ou régulation (démarrage d'un compresseur d'air ou d'une pompe si la pression du circuit contrôlé descend au-dessous d'une limite déterminée)


-Enclenchement d’une alarme lorsque la pression dépasse un seuil

3. Les capteurs à membrane


Le corps d’épreuve d’un capteur de pression est l’élément assurant la transformation de la pression en déplacement, déformation ou force (membrane).

Les différents capteurs à membrane sont :

- Les capteurs potentiométriques
- Les capteurs à jauges extensomètriques,
- Les capteurs capacitifs,
- Les capteurs à fibres optiques,
- Les capteurs à variation d’inductance

Capteurs potentiométriques :

Le curseur d’un potentiomètre est lié à une membrane. La déformation de la membrane entraîne un déplacement Δx du curseur.



Capteurs à jauge extensométrique :



Les jauges sont des éléments résistifs collés sur le corps d’épreuve assurant la conversion directe d’une déformation ε de la structure, en variation de résistance électrique ΔR

Capteurs capacitifs :




Mesure de vitesse, débit et niveau de fluides


Description d’un écoulement de fluide : mesure en différents points de

•Vitesse
•Masse volumique
•Pression
•Température
•(viscosité)
•(diffusivité thermique)
•(Chaleur massique)

Le choix d’un capteur va dépendre de la nature de l’écoulement :














Nombre de Reynolds Re (permet de caractériser la nature de l’écoulement) :
Avec U=Q/S la vitesse caractéristique de l’écoulement où Q est le débit volumique et S la section du tuyau

D est le diamètre du tuyau
v la viscosité cinématique du fluide

Pour un tuyau, l’écoulement (monophasique) est turbulent si Re>2 200

Autre paramètre de l’écoulement : la dimension transversale de l’écoulement : de quelques dixièmes de millimètres à plusieurs dizaines de mètres


Mesure de vitesse d’un fluide


Le corps d’épreuve peut être le fluide lui-même :

-Effet Doppler subi par un rayonnement laser ou ultrasonore
-Durée de parcours d’un isotope radioactif entre deux sections données

Le corps d’épreuve est un élément du capteur placé dans le fluide :

-Température et donc résistance d’un fil chaud alimenté en courant constant
-Vitesse de rotation d’une hélice (anémomètre)

-Tube de Pitot : mesure de pression différentielle (loi de Bernoulli)

Tube de Pitot : en aéronautique et en sport automobile




Mesure de niveau


Mesure de remplissage de réservoirs ou de silos. Technologies similaires au capteurs de pression ou de position


- Capteurs de niveau à palettes :

→ niveau de solides pulvérulents ou liquides de forte viscosité.
→ couple d’une palette rotative


- Capteurs de niveau à lames vibrantes :

→ tout type de solide ou de liquide
→ variation de la fréquence d’oscillation d’un diapason




- Capteurs de niveau capacitifs :

→ Principalement pour les produits non conducteurs (pétrole, huile …)
→ Variation de la capacité électrique (par l’intermédiaire de la constante diélectrique)

- Capteurs de niveau à ultrason :

→ Pour tous produits solides, liquides ou pâteux à toutes températures et jusqu’à des pressions de 40 bars
→ Emission et réception d’une onde ultrasonore qui se réfléchit sur la surface du produit




Mesure de débit


Débit volumique : Qv=S.V avec S la section de la conduite et V la vitesse du fluide. L’unité est le m3.s-1.

Débit massique : Qm=ρ.Qv avec S la section de la conduite et v la vitesse du fluide . L’unité est le kg.s-1.

La technologie de mesure dépend de :

•nature du fluide
•vitesse du fluide
•régime d’écoulement
•viscosité


Capteurs de débit

1. Le débimètre à flotteur



Autres noms : rotamètre ou débimètre à billes


Ils permettent une mesure simple visuelle d'un débit gazeux, liquide ou vapeur. 

Constitués d'un tube conique et d'un flotteur, les débitmètres sont montés verticalement sur la tuyauterie et ne requièrent pas d'électricité.

Gamme de débits : 10-4  à  200 m3/h

Pour un débitmètre donné, les limites de l’étendue de mesure sont dans un rapport 10

Précision : 3 à 10% de l’EM



On déduit la vitesse du fluide à la position d’équilibre à partir de l’équation (1)

Le diamètre du conduit varie linéairement avec la hauteur z : D=D0+az

D’où le débit (pour a assez faible)





2. Le débimètre à turbine


Principe : rotation d’une micro-turbine Pelton.

Adapté aux liquides peu visqueux exempts de bulles ou de matière en suspension : eau, alcool, carburants, acides, gaz liquéfiés …

→ Mesure de la vitesse de rotation d’une turbine




3. Le débimètre à ultrasons






Principe : mesure du temps de propagation d’une onde ultrasonore dans le fluide entre émetteur et récepteur (éléments piézoélectriques).


Pour fluide sans particule (pour éviter la dispersion des ondes).

Généralement utilisé pour les diamètres importants (jusque 6m)

Gamme de débits : 0,1 à 105 m3/h avec une précision de 1% environ

Intérêt : caractère non intrusif de la méthode de mesure (pas de PdC, insensible à l’agressivité du fluide, replacement facile)


4. Le débimètre à effet Doppler



Principe : modification de la fréquence d’une onde en fonction de sa vitesse de déplacement. Le glissement de fréquence entre l’émetteur et le récepteur permet de remonter au débit.


Nécessite la présence de gaz (bulles) ou de solides en suspension pour véhiculer l’onde de l’émetteur au récepteur. Utilisé pour les diamètres importants (plusieurs mètres).



5. Le débimètre à pression différentielle



Principe : Un resserrement de la conduite ou un changement de direction créent entre amont et aval une différence de pression Δp liée au débit par une relation de la forme :


avec ρ la masse volumique du fluide, et k un coefficient fonction de l’organe déprimogène




Aucun commentaire:

Fourni par Blogger.