Transducteurs de pression - Leur fonctionnement

Transducteurs de pression - Comment ils fonctionnent

Transducteur de pression

Figure 1 : Transducteur de pression

Un transducteur de pression convertit la pression en un signal de sortie électrique. Le signal électrique peut être numérique ou analogique et est utilisé par d'autres dispositifs tels que des contrôleurs, des alarmes et d'autres systèmes en boucle fermée. Les transducteurs de pression sont largement utilisés dans une série d'applications résidentielles et commerciales telles que les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation, les pompes, les véhicules, les avions, etc. où la mesure de la pression est nécessaire. Ils sont également appelés capteurs de pression ou transmetteurs de pression. La figure 1 montre un exemple de transducteur de pression.

Transducteur de pression Sélection en ligne

Table des matières

Comment fonctionne un transducteur de pression

Le transducteur de pression est constitué d'un élément sensible à la pression, tel qu'un diaphragme, dont la surface est constante. La pression du fluide fait dévier le diaphragme. Le transducteur de pression est également constitué d'un élément de transduction. Cet élément de transduction convertit la déviation détectée par le diaphragme en un signal de sortie électrique. Ce signal augmente ou diminue proportionnellement à la variation de la pression. Par conséquent, l'étalonnage de l'appareil est essentiel pour garantir que la pression se situe dans la plage des spécifications.

Les transducteurs de pression nécessitent une alimentation électrique pour produire des signaux électriques. Le signal est généralement de 4-20 mA ou de 0-10 V DC. Certains systèmes peuvent également utiliser une combinaison de courant alternatif et continu. Le signal 4-20 mA est un standard largement utilisé dans l'industrie. Il utilise une configuration à 2 fils tandis que la sortie de tension continue utilise une configuration à 3 fils. Le signal 4-20 mA peut être utilisé sur de longues distances et est moins sensible aux interférences qu'un signal DC.

Un transducteur de pression ne doit pas être confondu avec un pressostat. Un pressostat est un dispositif qui actionne un contact électrique lorsqu'une pression de fluide prédéfinie est atteinte. Lisez notre article technique sur les pressostats pour en savoir plus à leur sujet.

Types de transducteurs de pression

Il existe différents types de transducteurs de pression basés sur leur technologie de mesure. Les principaux types sont les suivants :

Transducteur de pression à jauge de contrainte

Les capteurs de pression à jauge de contrainte conviennent pour mesurer des pressions extraordinairement élevées et basses, ainsi que la pression différentielle. La pression différentielle est la différence de pression entre deux points donnés. Le transducteur contient un élément sensible, un diaphragme. Toute déformation du diaphragme entraîne une modification de la résistance des jauges de contrainte. En général, 4 jauges sont utilisées dans un pont de Wheatstone pour maximiser la sensibilité du transducteur. Cette variation de résistance est convertie en un signal de sortie utilisable.

Composants du capteur de pression à jauge de contrainte

Figure 2 : Composants du capteur de pression à jauge de contrainte : connecteur (A), boîtier (B), jauge de contrainte (C) et entrée de pression (D)

Transducteur de pression capacitif

Les capteurs de pression capacitifs mesurent la pression en détectant les variations de la capacité électrique dues au mouvement du diaphragme. Il comporte deux plaques de condensateur, un diaphragme et une électrode fixée sur une surface non pressurisée. Ces plaques sont à une certaine distance l'une de l'autre, et le changement de pression élargira ou réduira l'écart entre ces plaques. Cette variation de capacité est convertie en un signal utilisable. En fonction de l'application, ce transducteur peut mesurer une pression absolue, une pression relative ou une pression différentielle.

Composants des transducteurs de pression capacitifs

Figure 3 : Composants du transducteur de pression capacitif : entretoises isolées (A), diaphragme (B), plaques de condensateur (C) et orifice de pression (D)

Transducteur de pression potentiométrique

Ce type de transducteur de pression est constitué d'un potentiomètre de précision. Le potentiomètre est constitué d'un curseur relié à un élément sensible à la pression, tel qu'un diaphragme. La déflexion sur cet élément modifie la position de l'essuie-glace. La valeur de la résistance change entre le curseur et une extrémité du potentiomètre. Cette valeur est la mesure de la pression appliquée.

Composants des transducteurs de pression potentiométriques

Figure 4 : Composants du transducteur de pression potentiométrique : curseur (A), circuit du pont de mesure de la résistance (B), mesure proportionnelle à la pression (C), alimentation du pont (D), bras mobile de l'élément de pression (E), et déplacement (F)

Transducteur de pression à fil résonnant

Les transducteurs de pression à fil résonnant possèdent un fil vibrant situé dans un diaphragme. L'oscillateur électronique fait vibrer le fil. Lorsque la pression varie dans le diaphragme, elle affecte la tension du fil et modifie la fréquence de résonance. Cette fréquence peut être détectée par des circuits de comptage numériques et convertie en un signal électrique.

Composants des transducteurs de pression à fil résonnant

Figure 5 : Composants du transducteur de pression à fil résonnant : fil résonnant (A), circuit oscillateur (B), plaque d'appui côté haut (C), aimant (D), tube métallique (E), diaphragme haute pression (F), orifice de transfert de fluide (G), diaphragme basse pression (H), isolant électrique (I), ressort de précharge (J) et plaque d'appui côté bas (K)

Transducteur de pression inductif

Les capteurs de pression inductifs fonctionnent selon le principe de l'induction électromagnétique. Le transducteur comporte un diaphragme relié à un noyau ferromagnétique. La légère déviation du diaphragme provoque un mouvement linéaire dans le noyau ferromagnétique, ce qui induit un courant. Le mouvement du noyau dû au changement de pression fait varier le courant induit. Cette variation de courant est convertie en un signal utilisable.

Composants des transducteurs de pression inductifs

Figure 6 : Composants du capteur de pression inductif : bobine (A, C), diaphragme (B) et pression (D)

Transducteur de pression piézoélectrique

Les transducteurs de pression piézoélectriques utilisent un cristal de quartz ou un matériau céramique pour générer une charge électrique lorsqu'une pression est appliquée. Cette charge électrique, mesurée sous forme de tension, est proportionnelle à la variation de la pression. Ce capteur de pression est très sensible et sa réponse est extrêmement rapide.

Vue en coupe des composants d'un transducteur de pression piézoélectrique

Figure 7 : Vue en coupe des composants du transducteur de pression piézoélectrique : écrou (A), boîtier (B), cristal (C), diaphragme (D), fil conducteur (E) et disque (F)

Critères de sélection

Lors de la sélection d'un transducteur de pression, tenez compte des critères de sélection suivants :

  1. Type de média : Le type de milieu doit être compatible avec le matériau du transducteur de pression. Parmi les types de supports couramment utilisés, citons :
    • Huile hydraulique
    • Huile de chauffage
    • Petrol/gasoline
    • Adhésifs
    • Air comprimé
    • Gaz
    • Eau
  2. Matériau du boîtier et du joint : Le matériau du boîtier et du joint du transducteur de pression doit être chimiquement compatible avec le milieu d'application. L'acier inoxydable est le matériau le plus couramment utilisé pour les boîtiers. Il offre une grande résistance du matériau et une meilleure compatibilité avec les fluides neutres et corrosifs. Les matériaux d'étanchéité courants sont le caoutchouc nitrile-butadiène (NBR), le Viton (FKM) et les élastomères.
  3. Température : Une température extrême peut limiter la fonctionnalité du transducteur. Il faut donc s'assurer que le capteur de pression se trouve dans la plage de température de l'application.
  4. La pression : Le capteur de pression doit être capable de supporter la plage de pression de fonctionnement ainsi que la surpression de l'application. Des transducteurs haute pression spécialement conçus sont disponibles pour les applications de pression extrême.
  5. Type de transducteur : Les capteurs de pression capacitifs et à fil résonnant conviennent pour la pression absolue et la pression relative. Un transducteur à jauge de contrainte peut être utilisé comme transducteur de pression différentielle.
  6. Hystérésis : L'hystérésis est la capacité du capteur de pression à produire la même sortie lorsque la même pression croissante et décroissante est appliquée consécutivement. Pour une faible hystérésis, un transducteur de pression capacitif est souhaité.
  7. Répétabilité : La répétabilité est la capacité du capteur de pression à produire la même sortie à la même pression. Il est généralement compris entre 0,5 % et 0,05 %. Le choix d'un transducteur de pression dépend de la précision souhaitée pour l'application.
  8. Approbations : Les transducteurs de pression peuvent nécessiter des approbations ou des certifications pour fonctionner dans des conditions environnementales spécifiques.

Applications courantes :

Les transducteurs de pression sont utilisés dans un large éventail d'applications résidentielles et commerciales qui nécessitent une mesure de la pression. Voici quelques applications typiques :

  • Surveillance de la pression des freins et du carburant dans les véhicules à l'aide de transducteurs de pression de freinage.
  • Surveillance des niveaux de liquide dans le système HVAC à l'aide de transducteurs de pression différentielle.
  • Détection du niveau de liquide pour les puits et les stations de pompage à l'aide de transducteurs de pression d'eau.
  • Détection de l'altitude pour les avions et les satellites.
  • Surveillance des niveaux de liquide et de gaz sur divers dispositifs médicaux.

FAQ

Qu'est-ce qu'un transducteur de pression et comment fonctionne-t-il ?

Un transducteur de pression convertit une pression de fluide appliquée en un signal électrique. La force du fluide sous pression fait dévier l'élément de détection de la pression (diaphragme). Cette déviation détectée par le diaphragme est convertie en signal électrique à l'aide d'un élément de transduction.

Comment tester un transducteur de pression ?

Pour le test d'un transducteur de pression de courant à 2 fils, connectez les bornes +ve du transducteur à l'alimentation électrique. Connectez la borne -ve du transducteur avec le fil +ve du multimètre, et le fil -ve du multimètre avec la borne -ve de l'alimentation. Le transducteur doit produire un courant de 4 à 20 mA en condition de non-charge.

Quelle est la différence entre un capteur de pression et un transducteur de pression ?

Les termes capteurs de pression et transducteurs de pression sont utilisés de manière interchangeable. Il n'y a donc aucune différence. Cependant, certaines personnes dans l'industrie utilisent une définition différente : les capteurs de pression produisent une sortie de courant, alors que les transducteurs de pression produisent une sortie de tension.

Quelle est la différence entre un transducteur de pression et un transmetteur de pression ?

Les termes transducteurs de pression et transmetteurs de pression sont utilisés indifféremment. Il n'y a donc aucune différence. Cependant, certaines personnes dans l'industrie utilisent une définition différente : les transducteurs de pression produisent une tension de sortie, alors que les transmetteurs de pression produisent un courant de sortie.

Que mesure un transducteur de pression ?

Le transducteur de pression mesure la pression du fluide. Il mesure la quantité de pression exercée sur sa surface et la convertit en sortie électrique.

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