Présentation des Capteurs Industriels

Introduction aux Capteurs Industriels

Un capteur est un dispositif de mesure primaire qui détecte les changements de la valeur de la variable mesurée ou contrôlée, ou encore dans le signal variable, en supposant un processus mécanique, électrique ou similaire.

Capteurs de Température

Types de Capteurs de Température

• Type à ampoule
• Résistance RTD
• Thermistances
• Thermocouples

Résistance RTD

Principe de fonctionnement

La résistance RTD est basée sur la propriété des métaux de faire varier leur conductivité électrique en fonction du changement de température.

Matériaux RTD

• Platine: -200 à 900 °C. Précision de 0,01 °C.
• Nickel: -150 à 120 °C. Précision de 0,5 °C.
• Cuivre: -200 à 120 °C. Précision de 0,1 °C.

Avantages RTD

• Haute précision
• Réponse rapide
• Bonne stabilité

Inconvénients RTD

• Plus cher que le thermocouple et la thermistance
• Fragile
• L'auto-échauffement peut être un problème

Thermocouple

Principe de fonctionnement

Il est basé sur l'effet Seebeck : génération d'un courant dans un circuit fermé constitué de deux métaux différents dont les jonctions sont maintenues à des températures distinctes.

Application Thermocouple

Fours industriels (gaz-électrique), chaudières, supports mobiles.

Plage de mesure Thermocouple

-200 à 1700 °C en fonction de l'alliage.

Avantages Thermocouple

• Petit
• Pas cher
• Rapide
• Facile à assembler

Inconvénients Thermocouple

• Nécessite une compensation de soudure froide
• Moins précis que les RTD pour certaines applications
• Les types de matériaux coûteux (J, K, T, R, O, S) sont utilisés pour des mesures précises à distance ou sur plusieurs points.

Capteurs de Pression

Types de Capteurs de Pression

• Tube de Bourdon
• Cellules de déformation ou de charge
• Capteurs capacitifs
• Capteur piézo-électrique

Tube de Bourdon

Principe de fonctionnement

Basé sur la loi physique selon laquelle les corps souples se déforment sous l'action de la pression.

Application Tube de Bourdon

Vapeur (vapeur ou liquide mélangé).

Plage de mesure Tube de Bourdon

• 0,5 à 6000 bar avec une précision de ± 0,5 à ± 1% (type C)
• 0,5 à 2500 bar, précision ± 0,5 à ± 1% (type spirale)
• 0,5 à 5000 bar (type hélicoïdal)

Avantages Tube de Bourdon

• Grande disponibilité des tubes Bourdon
• Les types hélicoïdaux et spirales ont une plus grande amplitude de mouvement, idéal pour les enregistreurs.
• Petite taille
• Longue durée de vie

Inconvénients Tube de Bourdon

Coût de construction élevé dépendant du matériau pour chaque zone de traitement.

Capteur Piézo-électrique

Principe de fonctionnement

Basé sur la génération d'un signal électrique lorsque certains cristaux sont déformés par la pression appliquée à leurs extrémités, générant des champs électromagnétiques.

Plage de mesure Piézo-électrique

La plage de mesure est comprise entre 0,1 à 600 kg/cm² avec une précision de ± 1%.

Avantages Piézo-électrique

• Réponse en fréquence élevée
• Auto-génération
• Petite taille
• Robuste
• Linéaire
• Faible sensibilité aux vibrations

Inconvénients Piézo-électrique

• Sensible aux variations de température
• Impédance de sortie élevée
• Faible rendement
• Mauvaise stabilité
• Changement du zéro après un choc

Capteurs de Débit

Types de Capteurs de Débit

• Plaques à orifice
• Rotamètre
• Turbine
• Échographie
• Débitmètres magnétiques

Plaque à Orifice

Principe de fonctionnement

Le flux passant par un tuyau avec une restriction crée une différence de pression entre l'entrée et la sortie de la plaque.

Application Plaque à Orifice

Gaz, liquides, vapeur, solides et mélanges.

Plage de mesure Plaque à Orifice

Mesure de débit avec une précision de 1%.

Avantages Plaque à Orifice

• Différents types d'orifices adaptés aux vapeurs, gaz et liquides.
• Simples
• Coût relativement faible
• Adaptés à toutes les tailles de tuyaux.

Inconvénients Plaque à Orifice

• Forte chute de pression
• Ne conviennent pas pour des fluides très visqueux ou sales
• Relation non-linéaire (quadratique)
• Ne sont pas adaptés pour les petits débits.

Types d'orifices

• Concentriques
• Excentriques
• Segment

Capteurs de Poids

Types de Capteurs de Poids

• Cellules de charge hydrauliques
• Systèmes à jauge de contrainte
• Systèmes à cellules pneumatiques

Jauges de Contrainte

Principe de fonctionnement

Basé sur l'utilisation de dynamomètres installés à chaque extrémité de la plate-forme de pesage. Ces éléments se déforment sous la pression de la matière, ce qui change leur résistivité électrique et permet une lecture directe à l'aide d'un pont de Wheatstone.

Application Jauges de Contrainte

Convoyeur à bande (pesomètre).

Plage de mesure Jauges de Contrainte

20 kg - 150 tonnes avec une précision de ± 0,2%.

Avantages Jauges de Contrainte

• Protection contre la corrosion
• Non lié au matériau pesé.

Inconvénients Jauges de Contrainte

• Nécessite une compensation en température
• Coût relativement élevé.

Cellules de Charge Hydrauliques

Principe de fonctionnement

Basé sur un piston qui exerce une pression sur le liquide hydraulique.

Plage de mesure Cellules Hydrauliques

Pratique : 40 kg - 90 tonnes. Précision : ± 0,2%.

Avantages Cellules Hydrauliques

• Installation simple
• Réponse rapide
• Résistant aux vibrations
• Peut supporter jusqu'à 40% de surcharge
• Antidéflagrant
• Indication à distance.

Inconvénients Cellules Hydrauliques

Coût relativement élevé.

Cellules de Charge Pneumatiques

Principe de fonctionnement

Basé sur le poids de la charge de la plate-forme par rapport à l'effort exercé par un diaphragme alimenté par une pression de tarage réglable.

Application Cellules Pneumatiques

En général, pour le pesage statique.

Plage de mesure Cellules Pneumatiques

Pratique : 10 kg - 10 tonnes. Précision : ± 0,2%.

Avantages Cellules Pneumatiques

• S'adapte bien à la commande pneumatique
• Indication à distance.

Inconvénients Cellules Pneumatiques

Nécessite de l'air comprimé d'instrumentation.

Capteur de pH

Principe de fonctionnement

Un tube en verre est fermé à l'intérieur d'une membrane de verre particulièrement sensible aux ions hydrogène (pH).

Application Capteur de pH

Solutions acides et neutres.

Plage de mesure Capteur de pH

Valeurs de 0 à 14. Précision : ± 0,25 à ± 1%.

Avantages Capteur de pH

• Installation simple
• Réponse rapide

Inconvénients Capteur de pH

• Nécessite un entretien continu
• Sensible aux variations de température.

Formules de Conversion de Température

Degrés Fahrenheit = (Degrés Celsius × 9/5) + 32

Degrés Celsius = (Degrés Fahrenheit - 32) × 5/9

Kelvin = Degrés Celsius + 273.15