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Chp II-La mesure et les capteurs industriels 1 Chapitre II : La mesure et les c

Chp II-La mesure et les capteurs industriels 1 Chapitre II : La mesure et les capteurs industriels Chp II-La mesure et les capteurs industriels 2 I - La chaîne de mesure – Définitions - La chaîne de mesure électronique se compose d’un ensemble de dispositifs comprenant, entre autres, le capteur et les circuits permettant le conditionnement du signal mesuré pour une gamme de mesure définie. Chp II-La mesure et les capteurs industriels 3 I - La chaîne de mesure – Définitions - Chp II-La mesure et les capteurs industriels 4 I - La chaîne de mesure – Définitions - Chp II-La mesure et les capteurs industriels 5 I - La chaîne de mesure – Définitions - Nous pouvons considérer deux méthodes de traitement du signal pour une exploitation satisfaisante de la mesure: -La chaîne de mesure analogique -La chaîne de mesure numérique. Chp II-La mesure et les capteurs industriels 6 I - La chaîne de mesure analogique Procédé et variable mesurée Capteur Conditionneur de signal Transmetteur 4-20mA Équipements usuels Équipements usuels Équipements usuels Amplificateur d'instrumentation La chaîne de mesure analogique est constituée de l’ensemble des dispositifs, y compris le capteur, rendant possibles le traitement du signal mesuré et la transmission d’un signal normalisé 4-20mA. Pour optimiser et exploiter adéquatement la variable mesurée, des blocs fonctionnels assurent un conditionnement du signal. Chp II-La mesure et les capteurs industriels 7 I - La chaîne de mesure analogique Procédé et variable mesurée Capteur Conditionneur de signal Transmetteur 4-20mA Équipements usuels Équipements usuels Équipements usuels Amplificateur d'instrumentation Procédé et variable mesurée : Environnement dans lequel évolue la variable mesurée, occasionnellement appelée la mesurande. Capteur : Élément primaire de mesure qui subit une modification de ses caractéristiques intrinsèques. Chp II-La mesure et les capteurs industriels 8 I - La chaîne de mesure analogique Procédé et variable mesurée Capteur Conditionneur de signal Transmetteur 4-20mA Équipements usuels Équipements usuels Équipements usuels Amplificateur d'instrumentation Conditionneur de signal : Un ensemble de circuits qui délivre un signal électrique proportionnel à la variation du capteur soumis à une contrainte physique. Le conditionneur de signal comporte dans certains cas des circuits d’amplification bas niveau, des circuits de linéarisation ou de compensation thermique, ou des circuits de traitement du bruit. Pour d’autres cas, nous retrouvons simplement un circuit en pont ou un oscillateur. Chp II-La mesure et les capteurs industriels 9 I - La chaîne de mesure analogique Procédé et variable mesurée Capteur Conditionneur de signal Transmetteur 4-20mA Équipements usuels Équipements usuels Équipements usuels Amplificateur d'instrumentation Amplificateur d’instrumentation : Circuit d’amplification aussi appelé amplificateur différentiel de signal. Ce circuit électronique est utilisé pour amplifier des signaux qui sont en mode différentiel, par exemple, un signal de ligne balancée ou d’un pont de mesure. Un des principaux avantages de cet amplificateur est qu’il possède un grand taux de rejet du bruit. Chp II-La mesure et les capteurs industriels 10 I - La chaîne de mesure analogique Procédé et variable mesurée Capteur Conditionneur de signal Transmetteur 4-20mA Équipements usuels Équipements usuels Équipements usuels Amplificateur d'instrumentation Transmetteur 4-20mA : Dans la majorité des chaînes de mesures analogiques implantées en milieu industriel, nous retrouvons un transmetteur de courant 4- 20mA. La fiabilité d’un tel dispositif en terme de détection rapide de rupture de ligne, de transport sur une grande distance avec un faible taux de bruit sans perte de signal et la précision du transfert de la grandeur mesurée en font l’une des normes des plus reconnues. Par exemple, pour une gamme de mesure de 0C à +50C, le transmetteur fournira un signal de 12mA pour une température mesurée de +25C. Chp II-La mesure et les capteurs industriels 11 I - La chaîne de mesure analogique Procédé et variable mesurée Capteur Conditionneur de signal Transmetteur 4-20mA Équipements usuels Équipements usuels Équipements usuels Amplificateur d'instrumentation Équipements usuels : Beaucoup d’instruments de mesure et de contrôle de procédé, commercialisés par les fabricants, possèdent une entrée analogique 1-5V. À l’aide d’une résistance de 250Ω de précision, un signal venant d’un transmetteur 4-20mA peut facilement être exploité puisque le transfert de 4-20mA, dans une résistance de 250Ω, donne un signal standardisé 1-5V. Les instruments usuels sont : l’enregistreur ; l’afficheur ; le régulateur de procédé ;le système d’acquisition de données ; Chp II-La mesure et les capteurs industriels 12 I - La chaîne de mesure numérique Procédé et variable mesurée Capteur Conditionneur de signal Équipements usuels Équipements usuels Équipements usuels Convertisseur analogique - numérique Les circuits de conversion de signal analogique à numérique (« A/D converter ») et l’utilisation grandissante des micro-contrôleurs spécialisés, ont facilité le traitement et la transmission numérique de signaux de mesure. En effet, la chaîne de mesure numérique est constituée de circuits permettant d’effectuer le traitement numérique de l’information Chp II-La mesure et les capteurs industriels 13 I - La chaîne de mesure numérique Procédé et variable mesurée Capteur Conditionneur de signal Équipements usuels Équipements usuels Équipements usuels Convertis seur analogique - numérique Procédé et variable mesurée : Environnement dans lequel évolue la variable mesurée, occasionnellement appelée la mesurande. Capteur : Élément primaire de mesure qui subit une modification de ses caractéristiques intrinsèques. Chp II-La mesure et les capteurs industriels 14 I - La chaîne de mesure numérique Procédé et variable mesurée Capteur Conditionneur de signal Équipements usuels Équipements usuels Équipements usuels Convertis seur analogique - numérique Conditionneur de signal : Circuit qui délivre un signal électrique proportionnel à la variation du capteur soumis à une contrainte physique. Dans ce cas, le conditionneur de signal comporte beaucoup moins de circuits électroniques. En effet, les opérations de linéarisation et de compensation peuvent avantageusement être effectuées par le micro- contrôleur. Chp II-La mesure et les capteurs industriels 15 I - La chaîne de mesure numérique Procédé et variable mesurée Capteur Conditionneur de signal Équipements usuels Équipements usuels Équipements usuels Convertis seur analogique - numérique Convertisseur analogique à numérique : Circuit intégré avec ou sans échantillonnage, permettant le transfert du signal électrique analogique en code binaire pour une plage donnée. Dans certaines applications, le convertisseur fait partie d’un ensemble intégré à base de micro-contrôleur. Dans ce cas, nous retrouvons des fonctions complexes de filtre numérique du signal d’entrée, de fonctions de transfert particulières ou de linéarisation. La fréquence de l’échantillonnage (contrôlée de façon matérielle ou logicielle) doit être beaucoup plus élevée que la fréquence du signal mesuré pour obtenir une conversion optimale et pour une représentation numérique du signal valable. Chp II-La mesure et les capteurs industriels 16 I - La chaîne de mesure numérique Procédé et variable mesurée Capteur Conditionneur de signal Équipements usuels Équipements usuels Équipements usuels Convertis seur analogique - numérique Équipements usuels : Circuit à base de microprocesseur (micro-ordinateur, micro-contrôleur ou autre) pour le traitement numérique du signal ou pour des fonctions d’instrumentation : transmission numérique ; afficheur numérique ou enregistreur numérique ; système d’acquisition de données et gestionnaire d’alarmes Chp II-La mesure et les capteurs industriels 17 I - La chaîne de mesure numérique Exemples Chaîne de mesurage simple : un thermocouple et un voltmètre. où le mesurande est la température T, et la mesure est l’indication de la tension E. Chp II-La mesure et les capteurs industriels 18 I - La chaîne de mesure numérique Exemples Chaîne de mesurage plus complète : un thermocouple, un circuit de compensation de soudure froide, un circuit amplificateur et linéarisateur du signal, un convertisseur tension-courant et un ampèremètre. où le mesurande est la température T, les grandeurs intermédiaires sont les tensions E1, E2, et E3 et la mesure est l’indication du courant I. Chp II-La mesure et les capteurs industriels 19 II - Capteurs et transmetteurs Chp II-La mesure et les capteurs industriels 20 II - Capteurs et transmetteurs Définitions Le transducteur: Ensemble d’éléments incluant un capteur passif qui permet d’obtenir un signal électrique modifié par la grandeur physique à mesurer. Généralement, pour une variation de la résistivité du capteur, nous utiliserons un circuit de résistances en pont; pour les variations du type magnétique ou capacitif, nous utiliserons un pont d’impédances ou un oscillateur. Chp II-La mesure et les capteurs industriels 21 II - Capteurs et transmetteurs Définitions Le transmetteur : Un ensemble d’éléments électroniques qui conditionne, amplifie et transmet un signal électrique normalisé en fonction de la variation que subit le capteur. En principe, le signal de sortie est transmis sur une boucle de courant normalisée 4-20mA correspondant linéairement à la gamme de mesure reproduite. Chp II-La mesure et les capteurs industriels 22 II - Capteurs et transmetteurs Définitions Le convertisseur courant/pression : Ensemble hybride (électrique et mécanique) qui permet de relier (interface) un signal électrique 4-20mA à un système pneumatique 3-15psi (20-100kPa ou 0.2 à 1 bar). Chp II-La mesure et les capteurs industriels 23 II - Capteurs et transmetteurs Chp II-La mesure et les capteurs industriels 24 Capteurs actifs Fonctionnant en générateur, un capteur actif est généralement fondé dans son principe sur un effet physique qui assure la conversion en énergie électrique de la forme d'énergie propre à la grandeur physique à prélever, énergie thermique, mécanique ou de rayonnement. Chp II-La mesure et les uploads/Industriel/ chp-ii-la-mesure-et-les-capteurs-industriels.pdf