Types de transmetteurs de pression

Auto-introduction simple du transmetteur de pression

En tant que capteur de pression dont la sortie est un signal standard, un transmetteur de pression est un instrument qui accepte une variable de pression et la convertit proportionnellement en un signal de sortie standard. Il peut convertir les paramètres de pression physique d'un gaz, d'un liquide, etc., mesurés par le capteur de charge en signaux électriques standard (tels que 4-20 mADC, etc.) afin de fournir des instruments secondaires tels que des alarmes, des enregistreurs, des régulateurs, etc., pour la mesure, l'indication et la régulation des processus.

La classification des transmetteurs de pression

Habituellement, les transmetteurs de pression dont nous parlons sont divisés selon le principe :
Transmetteurs de pression capacitifs, résistifs, inductifs, à semi-conducteurs et piézoélectriques pour la mesure haute fréquence. Parmi eux, les transmetteurs de pression résistifs sont les plus utilisés. Le transmetteur de pression capacitif, le 3051S de Rosemount, est un produit haut de gamme.

Les transmetteurs de pression peuvent être divisés en métal, céramique, silicium diffusé, silicium monocristallin, saphir, film pulvérisé, etc. selon les composants sensibles à la pression.

• Le transmetteur de pression métallique a une faible précision, mais a peu d'influence sur la température et convient aux zones avec une large plage de température et de faibles exigences de précision.
• Les capteurs de pression en céramique offrent une meilleure précision, mais sont plus sensibles à la température. La céramique présente également l'avantage d'être résistante aux chocs et à la corrosion, ce qui peut être utilisé dans le domaine de la réponse.
• La précision de transmission de pression du silicium diffus est très élevée, et sa dérive en température est également importante. Une compensation de température est donc généralement nécessaire avant son utilisation. De plus, même après compensation de température, la pression au-dessus de 125 °C ne peut être mesurée. Cependant, à température ambiante, le silicium diffus présente un coefficient de sensibilité cinq fois supérieur à celui de la céramique, ce qui le rend généralement utilisé pour les mesures de haute précision.
• Le transmetteur de pression en silicium monocristallin est le capteur le plus précis du marché industriel. Il s'agit d'une version améliorée du silicium diffus. Son prix est également plus élevé. Yokogawa (Japon) est actuellement le principal représentant du marché de la pression en silicium monocristallin.
• Le transmetteur de pression en saphir n'est pas sensible aux changements de température et présente de bonnes caractéristiques de fonctionnement même dans des conditions de température élevée ; le saphir a une résistance aux radiations extrêmement forte ; aucune dérive pn ; il peut fonctionner normalement dans les pires conditions de travail et est fiable. Hautes performances, bonne précision, erreur de température minimale et rapport coût-performance global élevé.
• Le transmetteur de pression à couche mince par pulvérisation cathodique ne contient aucun adhésif et présente une stabilité et une fiabilité à long terme supérieures à celles des capteurs à jauge de contrainte collante. Il est moins sensible à la température : pour une variation de température de 100 °C, la dérive du zéro n'est que de 0,5 %. Ses performances en température sont bien supérieures à celles des capteurs de pression au silicium à diffusion ; de plus, il peut entrer en contact direct avec des milieux corrosifs.

Principes des différents types de transmetteurs de pression

• Le principe du transmetteur de pression capacitif.

Lorsque la pression agit directement sur la surface du diaphragme de mesure, celui-ci produit une légère déformation. Le circuit haute précision du diaphragme de mesure transforme cette légère déformation en une tension hautement linéaire, proportionnelle à la pression et à la tension d'excitation. Le signal est ensuite converti, à l'aide d'une puce dédiée, en un signal de courant standard de 4 à 20 mA ou de tension de 1 à 5 V.

• Le principe du transmetteur de pression au silicium diffusé

La pression du milieu mesuré agit directement sur le diaphragme du capteur (généralement un diaphragme 316L), provoquant un micro-déplacement du diaphragme proportionnel à la pression du milieu, modifiant la valeur de résistance du capteur et le détectant avec un circuit de Wheatstone. Ce changement, convertit et émet un signal de mesure standard correspondant à cette pression.

• Principe du transmetteur de pression en silicium monocristallin

Les capteurs de pression piézorésistifs utilisent l'effet piézorésistif du silicium monocristallin. Une plaquette de silicium monocristallin sert d'élément élastique. Lorsque la pression varie, le silicium monocristallin produit une contrainte. La résistance à la contrainte qui lui est directement transmise produit alors une variation proportionnelle à la pression mesurée. Le signal de sortie de tension correspondant est alors obtenu par le circuit en pont.

• Principe du transmetteur de pression en céramique

La pression agit directement sur la face avant du diaphragme en céramique, provoquant une légère déformation de celui-ci. La résistance à couche épaisse est imprimée au dos du diaphragme en céramique et connectée à un pont de Wheatstone (pont fermé) grâce à l'effet piézorésistif de la varistance. Ce pont génère un signal de tension hautement linéaire, proportionnel à la pression et à la tension d'excitation. Généralement utilisé pour la mesure de pression des compresseurs d'air, il utilise davantage de céramique.

• Principe du transmetteur de pression à jauge de contrainte

Les transmetteurs de pression à jauge de contrainte les plus couramment utilisés sont les jauges de contrainte à résistance métallique et les jauges de contrainte à semi-conducteur. Une jauge de contrainte à résistance métallique est un dispositif sensible qui convertit la variation de contrainte sur la pièce à tester en signal électrique. Il existe deux types de jauges de contrainte : la jauge de contrainte à fil et la jauge de contrainte à feuille métallique. Généralement, la jauge de contrainte est solidement fixée à la matrice de contrainte mécanique grâce à un adhésif spécial. Lorsque la matrice est soumise à une variation de contrainte, la jauge de contrainte à résistance se déforme également, ce qui modifie sa valeur de résistance et, par conséquent, la tension appliquée à la résistance. Les transmetteurs de pression à jauge de contrainte sont relativement rares sur le marché.

• Transmetteur de pression en saphir

Le transmetteur de pression en saphir utilise le principe de fonctionnement de résistance à la contrainte, adopte des composants sensibles au silicium-saphir de haute précision et convertit le signal de pression en un signal électrique standard via un circuit amplificateur dédié.

• Transmetteur de pression à film pulvérisé

L'élément sensible à la pression pour pulvérisation cathodique est fabriqué par microélectronique et forme un pont de Wheatstone stable et résistant à la surface de la membrane élastique en acier inoxydable. Lorsque la pression du milieu mesuré agit sur la membrane élastique en acier inoxydable, le pont de Wheatstone, situé de l'autre côté, produit un signal de sortie électrique proportionnel à la pression. Grâce à leur excellente résistance aux chocs, les films pulvérisés sont souvent utilisés dans les applications soumises à des pressions fréquentes, comme dans les équipements hydrauliques.

Précautions de sélection du transmetteur de pression

• Sélection de la valeur de la plage de pression du transmetteur :

Déterminez d'abord la valeur maximale de la pression mesurée dans le système. En règle générale, il faut choisir un transmetteur dont la plage de pression est environ 1,5 fois supérieure à la valeur maximale, ou laisser la plage de pression normale du transmetteur se situer entre 1/3 et 2/3 de la plage normale. Une méthode courante consiste également à utiliser 1/3 à 2/3 de la plage normale.

• Quel type de fluide sous pression :

Les liquides visqueux et les boues obstruent les ports de pression. Les solvants ou les substances corrosives détruisent les matériaux du transmetteur en contact direct avec ces fluides.
Le matériau du transmetteur de pression en contact avec le fluide est l'acier inoxydable 316. Si le fluide n'est pas corrosif pour l'acier inoxydable 316, alors tous les transmetteurs de pression conviennent à la mesure de la pression du fluide ;
Si le fluide est corrosif pour l'acier inoxydable 316, il est conseillé d'utiliser un joint chimique et une mesure indirecte. L'utilisation d'un tube capillaire rempli d'huile de silicone pour guider la pression peut protéger le transmetteur de pression de la corrosion et prolonger sa durée de vie.

• De quel degré de précision l'émetteur a-t-il besoin ?

La précision est déterminée par : la non-linéarité, l'hystérésis, la non-répétabilité, la température, l'échelle de décalage du zéro et la température. Plus la précision est élevée, plus le prix est élevé. En général, la précision d'un transmetteur de pression en silicium diffus est de 0,5 ou 0,25, tandis que celle d'un transmetteur de pression en silicium capacitif ou monocristallin est de 0,1, voire 0,075.

• Raccordement au processus du transmetteur :

Généralement, les transmetteurs de pression sont installés sur des conduites ou des réservoirs. Bien sûr, une petite partie d'entre eux est utilisée avec des débitmètres. Il existe généralement trois types d'installation de transmetteurs de pression : à filetage, à bride et à collier. Par conséquent, avant de choisir un transmetteur de pression, il est important de prendre en compte le raccordement au procédé. S'il est fileté, il est nécessaire de déterminer les spécifications du filetage. Pour les brides, il est nécessaire de prendre en compte les spécifications de la bride et le diamètre nominal.

Introduction à l'industrie des transmetteurs de pression

Environ 40 pays à travers le monde sont engagés dans la recherche et la production de capteurs, les États-Unis, le Japon et l'Allemagne étant les régions où la production est la plus importante. Ensemble, ces trois pays représentent plus de 50 % du marché mondial des capteurs.

Aujourd'hui, le marché des transmetteurs de pression en Chine est mature et fortement concentré. Cependant, les fabricants étrangers, tels qu'Emerson, Yokogawa et Siemens, dominent le marché. Les produits de marque représentent environ 70 % du marché et constituent un avantage absolu pour les projets d'ingénierie de grande et moyenne envergure.

Cela est dû aux conséquences de l'adoption précoce par mon pays de la stratégie du « marché des technologies », qui a durement touché les entreprises publiques chinoises et qui a été un temps en faillite. Parallèlement, certains fabricants, représentés par des entreprises privées chinoises, apparaissent discrètement et se renforcent. Le futur marché chinois des transmetteurs de pression est plein d'inconnues.