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RÉSUMÉ
L’objectif de cet article est de présenter les instruments et les principes de mesure des pressions usuelles dans les fluides, afin de guider le choix de l’instrumentation et de son utilisation. De fait, divers procédés et instruments (tube en U, simple senseur, centrale de mesure…) couvrent des domaines et des applications variées. Dans un premier temps, des définitions et notions fondamentales sont données, puis suivent les spécifications métrologiques (caractéristique de transfert, spécification de la sensibilité, de l’intervalle de mesure, des erreurs, de la discrétion, dynamiques, de l’influence des paramètres d’environnement et du temps). Ensuite, les types de manomètres mécaniques, le principe des capteurs et transmetteurs, et l’étalonnage (statique ou dynamique) sont abordés.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Christian RIBREAU : Docteur ès sciences - Faculté des sciences et technologie, Créteil
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Marc BONIS : Docteur ès sciences - Université de technologie de Compiègne
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Jacques BEAUFRONT : Ingénieur conseil
INTRODUCTION
Tube en U, simple senseur, ou centrale de mesure, on dispose d'une variété considérable de procédés et d'instruments qui englobent des besoins, des fonctionnalités et des technologies diverses. Variété accrue par la nature même de la grandeur « pression », qui recouvre des domaines très étendus, allant de l'ultravide aux ultrahautes pressions, sans oublier les pressions rapidement variables. Le domaine des échelles de pression qui s'étend de 50 Pa à 50 MPa sur une plage d'utilisation de température de − 10 °C à 60 °C et des fréquences maximales de l'ordre du kilohertz représente plus des trois quarts du marché de la mesure des pressions ; c'est ce domaine que nous conviendrons d'appeler les « pressions usuelles ».
Cet exposé sur la mesure des pressions présente sous forme de quatre articles les éléments de savoir et de savoir-faire nécessaires à la mise en œuvre et à l'interprétation des opérations de mesurage, statique ou dynamique, des pressions usuelles dans les liquides ou les gaz, au repos ou en écoulement. Il est destiné aux techniciens et ingénieurs (métrologiste, mécanicien, thermicien, automaticien, électronicien, etc.) qui souhaitent être guidés dans le choix objectif d'un type d'instrument ou dans son utilisation : le bon usage de l'instrument conditionne en effet, pour une large part, l'exactitude du mesurage.
Le premier article Instruments et principes de mesure [R 2 040] est destiné à familiariser le lecteur avec des définitions et des notions qui sont, par ailleurs, largement développées dans le traité (par exemple, les spécifications métrologiques des instruments et leurs principes), mais nécessitent une transcription dans le contexte de la mesure de pression. Les deux articles suivants traitent plus précisément des technologies, des performances et des limites des instruments. Bien que les technologies ne cessent de progresser, notamment en traitement du signal, il est intéressant de constater que les appareils de conception ancienne, mais perfectionnés, sont encore d'actualité. Enfin, dans le quatrième article, réservé principalement à la mise en œuvre de la mesure, l'adage « il ne suffit pas d'avoir un bon instrument, encore faut-il savoir s'en servir » est illustré.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1985 par Jacques BEAUFRONT, Pierre BIETTRON, Christian RIBREAU, Marc BONIS, Jean-Pierre GLIGNY, Jacques BEAUFRONT
DOI (Digital Object Identifier)
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Manomètres mécaniquesArticle inclus dans l'offre
"Mesures physiques"
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2. Spécifications métrologiques
Les caractéristiques métrologiques incluses dans les fiches de spécification des constructeurs guident le choix des instruments en fonction des impératifs de la mesure et de l'environnement. Elles permettent une évaluation de la réponse de l'instrument et des erreurs que l'on peut en attendre, dans certaines limites de variation des grandeurs d'influence. Il est donc nécessaire de bien comprendre le vocabulaire de la métrologie (cf. et norme NF X07-001) relatif aux instruments de mesure de la pression.
D'autre part, il faut toujours se rappeler que, même avec un instrument théoriquement parfait, il est encore possible de trouver des résultats entachés d'erreurs importantes rendant vaines des mesures correctes car :
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l'instrument modifie, par sa présence, la pression à mesurer ;
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l'instrument, en particulier le senseur, est soumis à des conditions d'environnement qui altèrent les caractéristiques maximales ;
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les malfaçons dans la réalisation des prises de pression, le type de montage (affleurant, en cavité, avec tube de raccordement) et la nature du fluide peuvent provoquer des erreurs systématiques difficilement décelables.
2.1 Caractéristique de transfert
La caractéristique de transfert est, pour des conditions définies, la relation s(t) = f(p(t)) entre le signal d'entrée p(t) de la pression à mesurer, susceptible de varier avec le temps, et la réponse correspondante s(t). Elle doit être connue a priori pour chaque instrument pris individuellement et pour chaque montage. La courbe d'étalonnage est suffisante pour des mesurages statiques, mais le problème est plus complexe pour des mesurages dynamiques, car il nécessite l'évaluation des réponses en amplitude et en phase en fonction de la fréquence. La détermination de la fonction de transfert dynamique peut se faire expérimentalement ou théoriquement. En effet, les paramètres dynamiques caractéristiques permettent d'évaluer l'allure des réponses dès lors que le modèle dynamique de l'instrument est connu.
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Capteurs
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Mise en œuvre des procédés électroniques dans les techniques de mesure
ANNEXES
Autres ouvrages
ERBER - La mesure des pressions - Masson (1983).
ASCH (G.) - coll - Les capteurs en instrumentation industrielle - 6e éd. Dunod, l'Usine Nouvelle (2006).
BENTLEY (J.P.) - Principles of measurement systems - 3e éd. Longman (1995).
HLADIK - Unités de mesure. Étalons et symboles des grandeurs physiques - Masson (1992).
ICHINOSE (N.) - KOBAYASHI (T.) - Guide pratique des capteurs - Masson (1990).
FERDINAND (P.) - Capteurs à fibres optiques et réseaux associés - Tec et Doc Lavoisier (1992).
DOEBELIN (E.) - Measurement systems : application and design - 4e éd. Mc Graw Hill (1990).
NEUBERT (H.) - Instrument transducers - Clarendon Press (1975).
NEUILLY (M.) - Modélisation et estimation des erreurs de mesure - Tec et Doc Lavoisier. Collège français de métrologie CFM. Conférences du Congrès international de métrologie. Mouvement français pour la qualité (1998).
RIETY (P.) - Étalons primaires de pression : manomètre à mercure ou balance manométrique ? - Bulletin BNM, n° 70, p. 8-16 (1987).
SMITH (E.) - Principles of industrial measurement for control applications - Instrument Society of America ISA (1984).
GILLUM (D.R.) - Industrial level, pressure, and density measurement - 2e éd. Instrument Society of America ISA (1995).
TRAN-TIEN LANG - Électronique des systèmes de mesure : mise en œuvre des procédés analogiques et numériques - Masson (1984).
DASSONVALLE (P.) - Les capteurs :...
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