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1 CAPTEURS ET PRINCIPES DE MESURE E.ENGEL 01.09 1. LES BASES THEORIQUES 2 CAPTE

1 CAPTEURS ET PRINCIPES DE MESURE E.ENGEL 01.09 1. LES BASES THEORIQUES 2 CAPTEURS ET PRINCIPES DE MESURE E.ENGEL 01.09 1 - Introduction La matière peut exister en général sous 3 états différents : solide, liquide et vapeur (ou gaz). L'état sous lequel se trouve la matière dépend de 2 paramètres : la température et la pression Ainsi, à la pression atmosphérique normale, l'eau est solide (glace) en dessous de 0°C, est liquide entre 0°C et 100°C et est de la vapeur d'eau au dessus de 100°C. A 0°C l'eau change d'état et passe de l'état solide à l'état liquide (ou l'inverse). A 100°C l'eau change à nouveau d'état et passe de l'état liquide à l'état gazeux (ou l'inverse). Quand la matière passe d'un état à un autre on dit tout simplement qu'il y a changement d'état. SOLIDE LIQUIDE GAZ Les états de la matière 3 CAPTEURS ET PRINCIPES DE MESURE E.ENGEL 01.09 2 - Définition Un fluide peut être considéré comme étant formé d'un grand nombre de particules matérielles, très petites et libres de se déplacer les unes par rapport aux autres. Un fluide est donc un milieu matériel continu, déformable, sans rigidité et qui peut s'écouler. Parmi les fluides, on fait souvent la distinction entre liquides et gaz. 3 - Les changements d’états de la matière Définition: un changement d'état est le passage d'un état à un autre sous l'effet d'un changement de température ou de pression. La matière peut en général, passer d'un état à l'autre: La liquéfaction est le passage de l'état gazeux à l'état liquide. La condensation est une liquéfaction sous forme de gouttelettes. Exemples : l'eau qui chauffe dans une casserole, la buée sur les vitres. La vaporisation est un phénomène général du passage de l'état liquide à l'état gazeux. La vaporisation se fait soit par: - L’évaporation, c'est-à-dire à la température ambiante quelle qu'elle soit (dans le cas de l'eau, même lorsqu'il gèle) car c'est un phénomène de surface où le liquide s'évapore au contact de l'air. - L’ébullition, est un phénomène qui se réalise en profondeur. Tout le liquide est chauffé et des bulles se forment à l'intérieur du liquide. Chaque substance a une température d'ébullition qui lui est propre. Exemples : T° ébullition de l'eau pure est de 100°C, celle de l'alcool de 78°C, à pression atmosphérique standard. La fusion est le passage de l'état solide vers l'état liquide. Exemple: laisser fondre un glaçon. La solidification est le passage de l'état liquide à solide. Exemple: l'eau qui se transforme en glaçon dans le congélateur. 4 CAPTEURS ET PRINCIPES DE MESURE E.ENGEL 01.09 La sublimation est le passage de l'état solide à gazeux. Exemple : la boule de mythe sublime dans l’air ambiant 4 - Liquides et gaz Les liquides et gaz habituellement étudiés sont isotropes, mobiles et visqueux. La propriété physique qui permet de faire la différence entre les deux est la compressibilité. L'isotropie assure que les propriétés sont identiques dans toutes les directions de l'espace. Les liquides sont incompressibles et très peu dilatables (Masse volumique constante, on parlera d’écoulement isovolume. Les gaz sont compressibles, à l’inverse des liquides. Leur masse volumique dépend de leur température et de leur pression. Pour des vitesses faibles (variation de pression limitée) et pour des températures constantes on retrouve le cas de l’écoulement isovolume. La mobilité fait qu’ils n’ont pas de forme propre et qu’ils prennent la forme du récipient qui les contient. La viscosité caractérise le fait que tout changement de forme d’un fluide réel s'accompagne d'une résistance (frottements). Le fluide parfait est un fluide dont la viscosité est rigoureusement nulle. Cependant, le comportement d’un fluide est très différent de celui d’un fluide réel aussi petite soit la viscosité de ce dernier. En effet, le fluide parfait, parce qu’il n’a pas de viscosité, ne dissipe jamais l’énergie cinétique. Alors qu’un fluide réel même très peu visqueux, la dissipe efficacement grâce à la turbulence. Le seul exemple de fluide parfait est l’hélium superfluide (obtenu à la température de 2,17K soit -270,98°C à la pression atmosphérique). La masse volumique d’un corps c’est sa masse divisée par son volume. Elle est exprimée en kg/m3. La densité d’un corps c’est sa masse volumique divisée par la masse volumique de l’eau à 4°C. La masse volumique de l’eau est donnée à 1000 kg/m3 . D’où la densité de l’eau qui vaut 1. La température en physique se mesure en Kelvin, on sait que 0K = -273,15°C et que 0°C = 273,15 K d’où le principe de conversion : T(K) = T(°C) + 273,15 T(°C) = T(K) – 273,15 Exemple : 20°C en Kelvin, T(K) = 20 + 273,15 = 293,15K 5 CAPTEURS ET PRINCIPES DE MESURE E.ENGEL 01.09 1. Propriétés physiques L’air considéré comme gaz parfait répond aux lois régissant ces gaz : lois de Boyle-Mariotte, de Gay-Lussac et de Laplace. Dans l’usage courant qui en est fait industriellement, seule la Loi de Boyle-Mariotte doit être rappelée. 2. Composition de l’air Cet air, constitué à 78 % d’azote, 21 % d’oxygène et 1% d’hydrogène, de gaz carbonique et de gaz rares, est un fluide élastique qui se comporte comme un gaz parfait. Caractéristiques d’un gaz Composition en Volume Azote 78.09% N2 Oxygène 20.95% O2 Argon 0.93% Ar Autres 0.03% 6 CAPTEURS ET PRINCIPES DE MESURE E.ENGEL 01.09 3. La pression atmosphérique La pression atmosphérique est causée par le poids de l’air au dessus de nous. La pression diminue lorsque on gravit une montagne et augmente lorsque l’on descend dans une mine Elle varie sous l’influence des conditions météorologiques On voit les valeurs de la pression atmosphérique sur une carte météorologique Les lignes appelées les isobares montrent les découpes des pressions en mbar. Elles aident à prévoir la force et la direction du vent. 4. Atmosphère standard Une atmosphère standard est définie par l’Organisation Internationale de l’Aviation Civile. La pression et la température au niveau de la mer est de 1013.23 mbar à 15 °C (288K) 5. Atmosphère ISO Recommandation ISO R 554 Atmosphère standard pour évaluer des composants ou les équipements • 200C, 65% d’humidité, 860 à 1060 mbar • 270C, 65% d’humidité, 860 à 1060 mbar • 230C, 50% d’humidité, 860 à 1060 mbar Tolérances ± 2OC ± 5% d’humidité Tolérances réduites ± 1OC ± 2%RH La norme fait référence à l’atmosphère à laquelle les essais effectués à d’autres atmosphères peuvent être corrigés • 20OC, 65% d’humidité, 1013 mbar 6. Baromètre de mercure La pression atmosphérique peut être mesurée comme une colonne de fluide dans un tube vide 760 mm Hg = 1013.9 mbar approximativement Pour un baromètre à eau la hauteur serait de 10 m. (Hg = 13.6 X densité de H2O) Le vide se mesure en Torr 1 mm Hg = 1 Torr 760 Torr = pression atmo. 0 Torr = vide total Bas 1015 mb 1012 mb 1008 mb 1000 mb 996 mb Bas 1015 mb 1012 mb 1008 mb 1000 mb 996 mb 1013.25 m bar 1013.25 m bar 760 mm Hg 760 mm Hg 7 CAPTEURS ET PRINCIPES DE MESURE E.ENGEL 01.09 7. Le vide L’utilité du vide est évidente dans les machines industrielles. La préhension de pièces et le moulage sous vide en sont des exemples 8. La pression La pression constitue la première grandeur fondamentale de la pneumatique. La mesure de la pression des fluides se fait souvent en relatif, c’est-à-dire en donnant la différence entre la pression du fluide et la pression atmosphérique. Elle est appelée pression relative ou manométrique ; si l’on admet que la pression atmosphérique de référence est de 1 bar en absolu, alors on a la relation suivante : P absolue = P relative + P atmosphérique P absolue = P relative + 1 avec P en bars. Unités 1pascal = 1N/cm2 1 bar = 100000 N/m2 (Newtons par mètre carré 1 bar = 10 N/cm2 Pour des petites pressions on utilise le millibar mbar 1000 mbar = 1 bar Le système anglo-saxon utilise la livre par pouce carré 1 psi = 68.95mbar 14.5 psi = 1bar Il y a beaucoup d'unités de mesure de pression. Certaines d'entre elles et leurs équivalents sont inscrits ci-dessous. 1 bar = 100000 N/m2 1 bar = 100 kPa 1 bar = 14.50 psi 1 bar = 10197 kgf/m2 1 mm Hg = 1.334 mbar approx. 1 mm H2O = 0.0979 mbar approx. 1 Torr = 1mmHg abs (pour le vide) Le tableau suivant donne les conversions pour toutes les autres unités usitées. Ventouses Mise en forme de thermoplastiques 8 CAPTEURS ET PRINCIPES DE MESURE E.ENGEL 01.09 Cela signifie que lorsque nous lisons 6 bars sur un manomètre, il faut comprendre que c’est une valeur de pression relative. En pression absolue, sa valeur est 6 + 1 = 7 bars Les pressions sont définies en pression relative (ou manométrique) Le zéro sur cette échelle correspond à la pression atmosphérique La pression relative = pa + patm Pour des calculs rapides on suppose 1 atmosphère = 1000 mbar Pour des calculs précis uploads/Litterature/ etude-des-capteurs-industriels.pdf