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MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances d

MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC-743, cours n°2 Performances des capteurs & Mesure de température MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 2 Objectifs de la séance • Comprendre le fonctionnement interne des capteurs et leurs relations avec les procédés: Capteurs actifs et passifs Structure interne • Définir les termes spécifiques utilisés pour décrire les critères de performance qui caractérisent les capteurs: Performances statiques et dynamiques • Se familiariser avec les différents types de capteurs de température utilisés en industrie et caractériser leurs performances respectives. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Capteur Dispositif assurant la conversion d’une quantité mesurée en un signal interprétable relié à la mesure par une relation simple. Capteur Grandeur physique (mesurande) Signal Vitesse (rpm ou m/s) Position (rad ou m) Force (N) Pression (Pa) Température (°C) Débit (m3/s) … Électrique ou pneumatique Analogique ou numérique Amplitude ou fréquence Mesure ou état (logique) Grandeurs d’influence (perturbations parasites) MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Perturbation parasite Grandeur physique dont les variations influent sur le fonctionnement du capteur ou la qualité de la mesure. Température, vibrations, humidité, alimentation électrique, perturbations électromagnétiques, … La conception du capteur doit chercher à minimiser l’influence indésirable de ces grandeurs ou prévoir un dispositif de compensation. Page 4 MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Signal de sortie • Électrique Courant analogique (ex.: 4 à 20 mA) Tension analogique (ex.: 0 à 10 V) Tension digitale (ex.: 0 ou 5 V) • Pneumatique Ex.: 3 à 15 psig • Message transmis suivant un protocole de communication prédéfini Branchement sur un réseau informatique Page 5 MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Structure interne Page 6 Boîtier MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Structure interne • Corps d’épreuve Réagit sélectivement à la grandeur à mesurer en fournissant une grandeur mesurable proportionnelle • Élément de transduction (détecteur) Transforme la réaction du corps d’épreuve en un signal compatible • Module de conditionnement Lorsque nécessaire, permet l’alimentation de l’élément de transduction (élément passif) Assure une mise en forme appropriée du signal de sortie Transmet le signal de mesure Page 7 MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Capteur actif Capteur dont la sortie est mesurable sans qu’un apport d’énergie extérieure ne soit nécessaire. En fait, le capteur prélève une fraction de l’énergie du mesurande qu’il convertit en signal transmissible.  Tension électrique aux bornes d’un thermocouple  Tension électrique aux bornes d’une cellule photovoltaïque  Charges électriques disponibles aux bornes d’un cristal piézoélectrique sous contraintes Page 8 MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Capteur passif Capteur dont la sortie ne peut être mesurée qu’avec l’apport d’énergie extérieure (énergie d’activation ou d’excitation). Dans ce cas, l’information se cache dans une des propriétés physiques du corps d’épreuve.  Résistivité d’un matériau sensible à la température ou aux contraintes  Rigidité diélectrique d’un matériau sensible à l’humidité  Perméabilité magnétique d’un matériau sensible aux déformations Page 9 MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 10 Critères de performance des capteurs MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Caractéristiques générales Page 11 Statique Dynamique • Plage d'opération • Résolution • Sensibilité • Linéarité et conformité • Hystérésis (réversibilité) • Fidélité (répétabilité) • Justesse • Dérive • Précision • Temps de réponse • Bande passante (fréquences de coupure) MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 12 Plage d’opération • Étendue (Range) à l’intérieur de laquelle la quantité physique à mesurer doit se trouver pour, assurer la validité de la mesure éviter l’endommagement du capteur • Intervalle entre les limites de validité de la mesure Limite inférieure: portée minimale Limite supérieure: portée maximale MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 13 Résolution Plus petite variation de la quantité physique à mesurer qui est perceptible par le capteur. Capacité à distinguer deux grandeurs voisines l’une de l’autre (granularité de la mesure). Capteur numérique: résolution limitée par le digit le moins significatif de l’affichage. Capteur analogique: résolution estimée à la moitié de la plus petite division. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 14 Sensibilité Facteur de proportionnalité entre l’entrée y et la sortie x du capteur. y d x d S  Entrée y Sortie x S Exemples de sensibilité: Tachymètre: 7 V/krpm Thermomètre à résistance de platine: 0.5 /°C MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 15 Linéarité Écart entre la réponse du capteur et la relation linéaire dictée par sa sensibilité moyenne. Se définit souvent en ter- mes de pourcentage de la pleine échelle du capteur. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Linéarité Page 16 x y  % (po) (V) 0,00 0,00 0,0000 0,0000 0,00% 0,10 0,25 0,2503 ‐0,0003 0,01% 0,20 0,51 0,5007 0,0093 0,19% 0,30 0,75 0,7510 ‐0,0010 0,02% 0,40 1,01 1,0014 0,0086 0,17% 0,50 1,24 1,2517 ‐0,0117 0,23% 0,60 1,51 1,5020 0,0080 0,16% 0,70 1,74 1,7524 ‐0,0124 0,25% 0,80 2,01 2,0027 0,0073 0,15% 0,90 2,26 2,2531 0,0069 0,14% 1,00 2,51 2,5034 0,0066 0,13% 1,10 2,76 2,7537 0,0063 0,13% 1,20 3,02 3,0041 0,0159 0,32% 1,30 3,24 3,2544 ‐0,0144 0,29% 1,40 3,51 3,5048 0,0052 0,10% 1,50 3,75 3,7551 ‐0,0051 0,10% 1,60 4,00 4,0054 ‐0,0054 0,11% 1,70 4,26 4,2558 0,0042 0,08% 1,80 4,51 4,5061 0,0039 0,08% 1,90 4,75 4,7565 ‐0,0065 0,13% 2,00 5,00 5,0068 ‐0,0068 0,14% y = 2,5034x 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 y Sensibilité moyenne de 2.5034 MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Écart de conformité • Lorsque la relation entre l'entrée (le mesurande) et la sortie (le signal) du capteur est clairement non linéaire, on définit une courbe qui représente cette relation (loi de conformité: équation polynomiale ou autre). • L'écart de conformité désigne le plus grand écart entre une série de mesures et cette loi de conformité. Page 17 MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 18 Hystérésis (réversibilité) Aptitude d'un capteur à donner la même indication lorsqu'on mesure une même grandeur, que cette grandeur ait été atteinte par variation croissante continue ou décroissante continue.         D C B A , max 100 (%) hystérésis MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 02 – Performances des capteurs & Mesure de température MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 19 Fidélité ou répétabilité (precision) Concordance entre des mesures consécutives obtenues uploads/Industriel/ 02-capteurs-principes-et-performances-amp-mesure-de-temperature-pdf.pdf