Mesure de pression

  1. Généralités
  2. Les différents capteurs de pression
  3. Principe de mesure de la pression différentielle

 

1. Généralités

 

La pression est la force exercée par un fluide sur son environnement par unités de surface. Cela se traduit par la relation mathématique suivante:


P= F/S   avec F: Force (N) et S: Sufrace (m²)

 

Par exemple la pression atmosphérique est une fonction du poids du volume de l’air qui pèse sur la Terre. La pression décroît   à mesure que l’on prend de l’altitude. De même, à mesure qu’un plongeur s’enfonce plus profondément dans la mer, la pression qu’il supporte augmente.

L’unité de pression du système international est le Pascal (Pa ou N/m2), mais elle peut également être mesurée en psi (unité de mesure anglo-saxonne correspondant à la livre par pouce carré « Pound per Square Inch »), en atmosphère normale (atm), en bars, ou encore en millimètre de colonne d’eau (mmH2O).

Une mesure de pression peut être statique ou dynamique. Lorsqu’il n’y a aucun mouvement, la pression est qualifiée de statique. Cependant, le mouvement d’un fluide modifie souvent la force qu’il exerce sur son environnement. Dans ce cas, la pression mesurée est qualifié de dynamique.

 

Il existe trois types de mesure de pression : absolue, relative et différentielle.

 

La mesure de pression absolue est effectuée par rapport au vide.

mesure-de-pression-1

 La mesure de pression relative est mesurée par rapport à la pression atmosphérique.
mesure-de-pression-2
 La pression différentielle est similaire à la pression effective, mais elle est mesurée par rapport à une référence spécifique.

mesure-de-pression-3

 

 

2- Les différents capteurs de pression

 

 Du fait de la grande diversité de conditions, de gammes et de matériels possibles lors de la mesure d’une pression, il existe bon nombre de capteurs de pressions différents. La pression eut souvent être convertie en une mesure intermédiaire, comme le déplacement. Le capteur transforme ensuite ce déplacement en un signal électrique comme une tension ou une intensité.

Les transducteurs les plus répandus sur le marché sont : le transducteur à jauge de contrainte, le transducteur à capacité variable et le transducteur piézoélectrique.

 

  •        Transducteurs à jauge de contrainte

Ils présentent un montage en pont de Wheatstone, et sont utilisés pour mesurer des hautes et des basses pressions, et permettent de mesurer aussi bien une pression absolue, relative ou différentielle.

 

mesure-de-pression-4

 

 

Quand une variation de pression entraine une déformation du diaphragme, cela provoque une modification de la résistance de la jauge de contrainte. Les capteurs de pression à jauge de contrainte peuvent utiliser plusieurs types de jauge : métallique collé, à substrat isolant pulvérisé, à semi-conducteur.

 

Dans un capteur de pression utilisant le premier type de jauge, une jauge constituée d'une feuille métallique est collée ou liée à la surface du corps d'épreuve sur lequel s'exerce la pression à mesurer.

 

Les fabricants de jauges de contrainte à substrat isolant pulvérisent une fine couche de fibre de verre sur le diaphragme, auquel ils fixent ensuite une jauge métallique. Les capteurs qui mettent en œuvre ces jauges de contrainte établissent un lien moléculaire entre la jauge elle-même, le substrat isolant et le diaphragme. Ces jauges sont donc particulièrement adaptées à des utilisations de long terme et à des conditions extérieures difficiles.

 

 Les fabricants de circuits intégrés ont par ailleurs développé des capteurs de pression composites d'emploi aisé. Ces appareils intègrent généralement un diaphragme semi-conducteur, sur lequel une jauge de contrainte à semi-conducteur et un capteur de compensation de température ont été ajoutés. Un circuit intégré permet de conditionner les signaux de manière appropriée, fournissant une tension DC ou une intensité linéairement proportionnelle à la pression sur une gamme donnée.

 

 

  • Transducteurs à capacitance variable.

 La capacitance entre deux plaques de métal se modifie quand la distance qui les sépare varie. Un transducteur de pression à capacitance variable, tel qu'illustré à la Figure n°6, permet de mesurer la variation de capacitance entre un diaphragme métallique et une plaque de métal fixe.

 

Ces transducteurs sont généralement très stables et linéaires, mais ils sont sensibles aux températures élevées et sont plus complexes à mettre en place que la plupart des capteurs de pression.

mesure-de-pression-5

 

  • Transducteurs piézoélectriques

Les transducteurs de pression piézoélectriques tirent parti des propriétés électriques de cristaux naturels comme le quartz. Ces cristaux génèrent une charge électrique lorsqu'ils sont soumis à une contrainte.

 

Ces capteurs piézoélectriques ne demandent pas de source d'excitation extérieure et sont particulièrement robustes. Ils requièrent en revanche un amplificateur de charge et ils sont très sensibles aux chocs et aux vibrations.

 

mesure-de-pression-6

  •  Transducteur dynamique

mesure-de-pression-7

 

 

3- Principe de mesure de la pression différentielle

     A- Mesure de pression différentielle dynamique

 Avec la mesure dynamique, un échantillon du flux d’air (by-pass) circule à travers la sonde de pression. La sonde est conçue comme une gaine miniature de mesure de vitesse. Elle est composée d’un élément chauffé (Principe du fil chaud) qui perd une grande quantité de chaleur quand la vitesse de l’air augmente ce qui peut être utilisé comme un signal électrique relatif au débit d’air. Tant que l’échantillon d’air est proportionnel au débit total, le signal de mesure peut être calibré sur le débit total et fournit un signal électrique qui est linéaire au débit d’air.

 

 

 

 

 

mesure-de-pression-8

 B- Mesure de pression différentielle statique

Un transmetteur de pression à diaphragme fonctionne sur le principe de mesure de la pression statique. Le capteur est composé d’un cylindre et d’un diaphragme entre deux chambres, pour les pressions positives et négatives. Le diaphragme est au centre quand la pression des deux chambres est identique. Un différentiel de pression déplace le diaphragme vers le côté où la pression est la plus faible. Ce changement de position est une mesure de la pression différentielle. C’est pourquoi, le signal électrique agit proportionnellement à la pression différentielle. Le régulateur de débit doit être adapté pour correspondre à la racine carré de ce signal.

 

 

 

 

mesure-de-pression-9