Présentation
Auteur(s)
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Christian RIBREAU : Docteur ès sciences - Institut universitaire de technologie de Cachan
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Marc BONIS : Docteur ès sciences - Université de technologie de Compiègne
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Jacques BEAUFRONT : Ingénieur-conseil
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les capteurs et transmetteurs sont indiqués pour des mesures statiques ou /et dynamiques nécessitant une exploitation sous forme d’un signal électrique. Ces instruments sont dotés de propriétés, voire de fonctions intrinsèques, qui permettent de déporter l’information à distance plus ou moins grande. Ce critère, qui permet de différencier capteurs et transmetteurs, n’exclut pas, bien sûr, une utilisation locale limitée au seul affichage numérique de la valeur de pression (manomètre électronique). Rappelons enfin que la mesure des pressions usuelles couvre une gamme allant de quelques centaines de pascals à 50 MPa.
A l’instar de l’article précédent sur les manomètres mécaniques, nous présentons ici l’agencement des instruments, leur potentiel et leurs limites. L’accent est notamment porté sur la technologie du maillon essentiel : le senseur (corps d’épreuve + détecteur). Que ce soit dans les appareils à sortie analogique ou/et numérique, intégrant ou non des fonctions logiques, le senseur représente le cœur du système ; il lui confère ses qualités intrinsèques. La plupart des senseurs délivrent un signal analogique. Leurs technologies seront donc développées dans la présentation des appareils à sortie analogique. Les aspects inhérents à l’intégration des fonctions seront soulignés dans la présentation des instruments dits numériques.
La liaison de données entre l’instrument et le site d’exploitation des mesures conditionne de plus en plus les choix de l’ingénieur. Cette question primordiale conditionne l’interchangeabilité, l’interopérabilité, le renouvellement des matériels, voire la pérennité des installations. Après l’essor technologique des détecteurs et des senseurs, l’intégration-boîtier des fonctions, de traitement du signal et de communication, constitue la principale avancée des dernières années. La tendance, avec l’essor des microtechniques, tend vers davantage d’intégration.
Le tableau 1 donne quelques points de repère de l’évolution rapide de la technologie en matière de capteurs et transmetteurs.
Pour une revue générale sur l’étude des pressions usuelles dans les fluides, le lecteur pourra consulter dans ce traité les articles Pressions usuelles dans les fluides- Instruments et principes de mesure[R 2 041] références [1] et [2].
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VERSIONS
- Version courante de mars 2011 par Christian RIBREAU
DOI (Digital Object Identifier)
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Capteurs et transmetteurs analogiquesArticle inclus dans l'offre
"Mesures physiques"
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1. Corps d’épreuve
1.1 Différents corps d’épreuve
La pièce maîtresse d’un capteur est le corps d’épreuve [3]. De ses qualités intrinsèques (élasticité, fluage, conductibilité thermique, robustesse) dépend en grande partie la qualité du capteur. Le corps d’épreuve est conçu pour recevoir soit directement la pression, soit les efforts transmis par la membrane séparatrice. Sa réponse mécanique conditionne un positionnement judicieux des détecteurs ; la tendance est d’en obtenir un signal électrique de grande amplitude, donc d’avoir de grandes déformations ou de grands déplacements. Outre le calcul des déformations et des déplacements, il faut également évaluer les contraintes maximales admissibles et optimiser les formes pour éviter les concentrations de contrainte. Pour cela, on dispose des schémas simples de la résistance des matériaux auxquels se ramènent la plupart des corps d’épreuve conventionnels : plaques circulaires et poutres rectilignes en flexion (figure 1). Les corps d’épreuve sculptés, issus des procédés physico-chimiques de fabrication (plaque de forme carrée, circulaire avec plots désaxés, etc.) nécessitent d’autres schémas qui ne seront pas abordés ici.
Le matériau élastique qui constitue le corps d’épreuve est réputé avoir un comportement linéaire, tout du moins dans le domaine nominal d’emploi. Son choix est naturellement dicté par le système de détection mais, surtout, largement induit par les procédés de fabrication et leur coût de revient [4]. Alliage d’aluminium, acier inoxydable, silicium et céramique entrent dans la composition du plus grand nombre (tableau 2). On retiendra que les matériaux de plus bas module d’Young sont plutôt réservés aux capteurs de faibles étendues de mesure.
HAUT DE PAGE1.2 Pression absolue, relative, différentielle
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Dans un capteur (ou transmetteur) de pression absolue la pression est mesurée par rapport à une chambre de référence incluse dans le capteur et dans laquelle on a fait le vide. Une des faces du corps d’épreuve constitue la paroi déformable de la chambre de référence,...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - RIBREAU (C.), BONIS (M.), GLIGNY (J.-P.), BEAUFRONT (J.) - Pressions usuelles dans les fluides. Instruments et principes de mesure - R 2 040 (1996).
-
(2) - RIBREAU (C.), BONIS (M.), GLIGNY (J.-P.), BEAUFRONT (J.) - Pressions usuelles dans les fluides. Manomètres mécaniques - R 2 041 (1996).
-
(3) - TOUX (J.) - Capteurs - R 410-R 411 (1996).
-
(4) - LE GOËR (J.-L.), AVRIL (J.) - Capteurs à jauges extensométriques - R 1 860 (1992).
-
(5) - TRAN-TIEN LANG - Mise en œuvre des procédés électroniques dans les techniques de mesure - R 430 (1984).
-
(6) - FERRETI (M.) - Capteurs à filtres optiques - R 415 (1996).
-
...
ANNEXES
La liste des constructeurs de capteurs et transmetteurs qui ont été présentés dans cet article est donnée suivant l’ordre de l’exposé :
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tableau : Capteurs et transmetteurs analogiques à variation de résistance (cf. § 2.1) ;
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tableau : Autres capteurs et transmetteurs analogiques (cf. § 2.2) ;
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tableau : Microcapteurs. Microtechnologies (cf. § 2.3) ;
-
tableau : Matériels particuliers (cf. § 2.4 et 2.5) ;
-
tableau : Capteurs et transmetteurs numériques (cf. § 3).
Cette liste n’est pas exhaustive.
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