Conception de capteurs de pression

Types de conception de capteur de pression

Les capteurs de pression sont des dispositifs qui détectent la pression et la convertissent en un signal électrique. Il existe plusieurs types de capteurs de pression disponibles, chacun ayant sa propre conception unique. Les capteurs de pression peuvent mesurer la pression absolue, la pression manométrique ou la pression différentielle.

• Capteurs de pression absolue : Ce type de conception de capteur de pression mesure la pression par rapport à un vide parfait. Le capteur de pression absolue a un vide de référence qui est inerte par rapport au milieu mesuré. Lorsque la conception du capteur de pression effectue une mesure, elle fournira un résultat exempt de l'influence de la pression ambiante. Les capteurs de pression absolue sont utilisés dans des applications telles que la mesure de la pression barométrique, la mesure de l'altitude et la surveillance du vide.
• Capteurs de pression manométrique : Les conceptions de capteurs de pression manométrique mesurent la pression par rapport à l'atmosphère environnante. La référence pour une conception de capteur de pression manométrique est la pression atmosphérique ambiante. Les capteurs de pression manométrique mesurent la pression des fluides dans les canalisations, la pression de l'air dans les pneus et les systèmes hydrauliques. Les mesures des capteurs de pression manométrique peuvent être affectées par des variations de la pression atmosphérique ambiante.
• Capteurs de pression différentielle : Ils ont deux entrées de pression et mesurent la différence entre les deux pressions appliquées. Une entrée est exposée à une pression plus élevée, tandis que l'autre est exposée à une pression plus basse. La conception du capteur de pression différentielle est utilisée dans des applications telles que les mesures de débit dans les canalisations de liquides et de gaz, les mesures de niveau dans les liquides et la surveillance des filtres.

Les capteurs de pression peuvent également être classés en fonction de la technologie utilisée pour détecter la pression.

• Capteurs de pression à jauge de contrainte : La conception du capteur de pression utilise un élément mécanique qui se déforme sous l'effet de la pression appliquée. La déformation entraîne un changement de résistance qui est mesuré et converti en une lecture de pression.
• Capteurs de pression capacitifs : La conception du capteur de pression se compose d'un élément capacitif constitué de deux plaques conductrices séparées par un matériau diélectrique. Une plaque est exposée à la pression mesurée et se rapproche ou s'éloigne de l'autre plaque, entraînant ainsi un changement de capacité. Ce changement de capacité est ensuite mesuré et converti en une lecture de pression.
• Capteurs de pression inductifs : La conception du capteur de pression utilise l'inductance pour mesurer la pression. Le capteur est équipé d'une bobine et d'un élément ferromagnétique qui se déplace à l'intérieur de la bobine sous l'effet d'un déplacement induit par la pression. Le changement d'inductance résultant est mesuré et converti en une lecture de pression.
• Capteurs de pression optiques : La conception du capteur de pression utilise des fibres optiques et de la lumière pour mesurer la pression. Le changement de pression induit dans la longueur du chemin optique ou la réflexion est mesuré à l'aide d'un interféromètre optique ou d'un système de détection basé sur la réflexion.

Spécifications et entretien des conceptions de capteur de pression

Voici quelques spécifications générales à prendre en compte dans une conception de capteur de pression :

• Plage de pression

  Les capteurs de pression ont une limite de pression minimum et maximum qu'ils peuvent mesurer. La plage dépend de l'application pour laquelle le capteur est conçu. La plage de pression peut être exprimée en valeur absolue, manométrique ou différentielle.

• Taille

  Un capteur de pression est un petit dispositif qui peut être installé dans un espace réduit. La taille est déterminée par la conception du capteur et la technologie utilisée pour sa fabrication.

• Interface électrique

  Les capteurs disposent d'une interface électrique standard qui permet de les connecter à d'autres dispositifs et systèmes. Les interfaces électriques courantes incluent la sortie en tension, la sortie en courant et les protocoles de communication numérique.

• Compatibilité des médias

  Les matériaux utilisés pour fabriquer un capteur de pression doivent être chimiquement inertes par rapport aux milieux mesurés. Par exemple, si le capteur est utilisé pour mesurer des produits chimiques corrosifs, les matériaux doivent être résistant à la corrosion.

• Technologie du capteur

  Différentes technologies sont utilisées pour fabriquer des capteurs de pression. Chaque technologie est adaptée à différentes applications et présente des avantages et des limitations. Parmi les technologies courantes figurent les capteurs piézorésistifs, capacitifs et à jauge de contrainte.

Les capteurs de pression sont utilisés dans diverses applications, notamment l'automatisation industrielle, l'automobile, l'aérospatiale, le secteur pétrolier et gazier, et les dispositifs médicaux. Toutes ces applications ont des exigences spécifiques. Voici quelques exigences générales lors de la conception d'un capteur de pression pour une application spécifique.

• Précision : Le capteur doit avoir une grande précision pour fournir des mesures fiables.
• Stabilité : La sortie du capteur doit être stable au fil du temps, même en cas de changements environnementaux et de variations des milieux.
• Fiabilité : Le capteur de pression doit être hautement fiable et durable, même dans des conditions difficiles.
• Réactivité : Le capteur doit réagir rapidement aux changements de pression.
• Étalonnage : Le capteur de pression doit être conçu pour être facilement étalonné afin de maintenir son exactitude dans le temps.
• Hystérésis : Le capteur doit présenter une faible hystérésis pour fournir des mesures cohérentes, même avec des changements de pression répétitifs.
• Répétabilité : Le capteur de pression doit donner les mêmes mesures lors de plusieurs tests avec la même entrée de pression.
• Non-linéarité : L'effet de la non-linéarité sur la sortie du capteur de pression doit être minimal.

Il est important d'entretenir les capteurs de pression pour garantir l'exactitude des mesures et la fiabilité des capteurs au fil du temps. Un capteur de pression peut fournir des mesures inexactes et des résultats peu fiables s'il n'est pas entretenu. Voici les étapes à suivre pour entretenir un capteur de pression.

• 1. La première étape pour entretenir un capteur de pression est de sélectionner le bon capteur pour l'application.
• 2. L'usure peut affecter les performances d'un capteur de pression. Il est important d'inspecter régulièrement les capteurs pour identifier tout dommage et de remplacer les capteurs si nécessaire.
• 3. Pour assurer l'exactitude des mesures, le capteur de pression doit être étalonné régulièrement.
• 4. Le capteur de pression doit être installé correctement selon les instructions du fabricant.
• 5. Le capteur de pression doit être protégé des facteurs environnementaux tels que les températures extrêmes, l'humidité et les vibrations.
• 6. Les milieux mesurés ne doivent pas obstruer, endommager ou éroder le capteur de pression.

Comment choisir la conception du capteur de pression

Lorsque vous choisissez le bon capteur de pression pour une application spécifique, il est essentiel de prendre en compte divers facteurs pour garantir que le capteur répond aux exigences du système, fonctionne de manière fiable et dure longtemps. Voici quelques-uns des principaux facteurs et considérations à prendre en compte :

• Plage de pression : Le capteur doit être conçu avec une plage de pression adaptée à l'application. Cela permet d'éviter d'endommager le capteur en raison d'une surpression ou d'une sensibilité insuffisante dans des conditions de basse pression. Le capteur doit avoir des valeurs pour les pressions minimales et maximales qui dépassent les fluctuations normales du système.
• Compatibilité des médias : Les matériaux utilisés dans la conception du capteur de pression doivent être compatibles avec les milieux mesurés pour éviter la corrosion, la contamination ou les dommages. Par exemple, si les milieux mesurés contiennent des produits chimiques agressifs, il est important de sélectionner des capteurs avec des matériaux résistants à la corrosion tels que Hastelloy ou Teflon.
• Conditions environnementales : Prenez en compte les conditions où les capteurs de pression seront installés. Des facteurs tels que les températures extrêmes, le niveau d'humidité, la poussière, l'humidité et l'exposition à des environnements difficiles ou à des vibrations affecteront les performances du capteur. Cela nécessite de sélectionner des capteurs de pression spécifiquement conçus pour résister à de telles conditions et d'incorporer des caractéristiques de protection telles que des enceintes et des indices de protection (IP).
• Type de capteur : Comme exploré précédemment, il existe divers capteurs de pression, chacun ayant des attributs différents. Il est important de choisir le bon type de capteur pour l'application spécifique. Par exemple, dans les applications nécessitant une haute précision, les capteurs piézoélectriques sont idéaux. En revanche, les capteurs de pression capacitifs conviennent pour mesurer des gaz à basse pression.
• Signal de sortie : Les capteurs de pression produisent différents signaux de sortie en fonction du type et du système dans lequel ils sont intégrés. Cela peut prendre la forme de signaux analogiques comme la tension ou le courant, ou de signaux numériques comme SPI ou I2C. Le signal de sortie doit être compatible avec le capteur de pression et le système mesuré afin d'être lu et traité avec précision.
• Exactitude et précision : Selon les exigences de l'application, il est important de prendre en compte des facteurs tels que la stabilité à long terme, la résolution et l'incertitude de mesure. Les capteurs ayant une plus grande précision et exactitude ont généralement un prix plus élevé et conviennent aux applications où le contrôle et la mesure précis de la pression sont essentiels.
• Taille et facteur de forme : La taille physique et la conception du capteur de pression doivent être adaptées à l'application prévue et doivent s'insérer dans l'espace d'installation disponible. Pour les applications impliquant des systèmes embarqués, des capteurs de pression plus petits et compacts sont idéaux.
• Stabilité et fiabilité : Pour les applications critiques nécessitant une surveillance continue de la pression, le capteur de pression doit avoir une grande stabilité et fiabilité avec peu de dérive au fil du temps. Cela minimise la nécessité d'un étalonnage fréquent et garantit des mesures précises sur une longue période.
• Enregistrement des données et communication : Si l'enregistrement des données ou la surveillance à distance de la pression est nécessaire, il est important de sélectionner des capteurs de pression avec des capacités d'enregistrement des données intégrées et des interfaces de communication. Cela permet une intégration avec d'autres systèmes, permettant l'accès en temps réel aux données et facilitant la conception du capteur de pression.
• Coût et budget : Enfin, il faut considérer le coût du capteur de pression et savoir s'il répond aux exigences de l'application spécifique. Bien que les capteurs de pression de haute qualité et dotés de fonctionnalités avancées soient plus chers, ceux avec des fonctionnalités standard sont abordables. Il est important de trouver le bon équilibre entre la qualité et le prix lors de la sélection d'un capteur de pression.

Comment effectuer soi-même et remplacer la conception du capteur de pression

Voici un guide sur la façon de faire soi-même et de remplacer des capteurs de pression :

• Identifier le type de capteur de pression

  D'abord, il faut savoir quel type de capteur de pression est utilisé. Il existe de nombreux types de capteurs de pression. Lisez le manuel d'utilisation pour connaître le type exact qui a été utilisé. C'est important car chaque type de capteur a sa propre manière d'installation et de démontage.

• Rassembler les outils nécessaires

  Une fois le type de capteur identifié, rassemblez les outils nécessaires pour la conception des capteurs de pression. Par exemple, si le capteur est un interrupteur de pression, un tournevis sera nécessaire pour dévisser les vis.

• Couper l'alimentation électrique

  C'est une étape très importante. L'alimentation doit être coupée pour éviter des incidents tels que des chocs électriques ou des dommages à d'autres composants du système.

• Localiser le capteur de pression

  Ensuite, le capteur de pression doit être localisé. Cela se fait facilement en suivant les canalisations qui transportent les fluides sous pression. Le capteur est généralement monté près des conduites de pression.

• Déconnecter le câblage

  Après avoir localisé le capteur, l'étape suivante consiste à déconnecter le câblage. Cela se fait en prenant note des connexions de câblage puis en les déconnectant.

• Retirer l'ancien capteur de pression

  Maintenant, l'ancien capteur peut être facilement retiré. Cela se fait en le dévissant de son emplacement à l'aide des outils appropriés tels que des clé à molette.

• Installer le nouveau capteur de pression

  Le nouveau capteur est ensuite monté et les mêmes étapes sont inversées pour installer un nouveau capteur. Après avoir installé le nouveau capteur, le câblage doit être reconnecté au capteur en suivant les notes prises précédemment.

• Rétablir l'alimentation électrique

  Une fois le nouveau capteur de pression installé avec succès, l'alimentation électrique est rétablie et le système est vérifié pour garantir qu'il fonctionne correctement.

Q&R

Q1 : Quelle est la différence entre les capteurs de pression absolue et les capteurs de pression manométrique ?

A1 : Les capteurs de pression absolue mesurent la pression par rapport à un vide parfait, tandis que les capteurs de pression manométrique mesurent la pression par rapport à la pression atmosphérique.

Q2 : Quels sont les matériaux utilisés dans la conception des capteurs de pression ?

A2 : Les matériaux courants incluent le silicium pour les capteurs MEMS (systèmes microélectromécaniques), l'acier inoxydable pour les capteurs industriels et diverses céramiques pour les applications à haute température.

Q3 : En quoi les capteurs de pression numériques diffèrent-ils des capteurs de pression analogiques ?

A3 : Les capteurs de pression numériques convertissent le signal de pression en un format numérique compatible avec les systèmes numériques, tandis que les capteurs analogiques fournissent un signal de tension ou de courant continu proportionnel à la pression.

Q4 : Qu'est-ce qu'une conception de capteur de pression différentielle ?

A4 : Un capteur de pression différentielle mesure la différence entre deux points de pression, par exemple en amont et en aval dans une canalisation. Il est essentiel pour la mesure de débit et la surveillance des filtres.

Q5 : Quelles sont les considérations clés dans la conception de capteur de pression ?

A5 : Les considérations clés incluent le choix du capteur en fonction de l'application, les facteurs environnementaux tels que la température et l'humidité, les exigences d'étalonnage et de précision, ainsi que l'intégration avec des systèmes existants.