Comment la stabilité d’un transducteur de pression influence-t-elle les mesures dans le temps ?

La stabilité à long terme d'un capteur est généralement liée à la dérive du zéro, causée par le vieillissement des composants et la relaxation de la membrane métallique au fil du temps. Cela entraîne généralement une augmentation ou une diminution de la valeur de sortie au point zéro. Des essais indépendants ont montré que cette dérive reste inférieure à 0,25 % sous l’effet de cycles de température et de pression pendant 1500 heures.

Quelle est la différence entre la pression relative, la pression absolue et la pression différentielle ?

• La pression relative est référencée par rapport aux conditions de pression barométrique. Les variations de la pression barométrique ne modifient pas le signal de sortie du capteur.
• Les capteurs et transducteurs de pression absolue sont référencés par rapport à un vide complet ; le signal de sortie du capteur varie en fonction des changements d'altitude et des variations de la pression barométrique.
• La pression différentielle est la différence de pression entre deux points ; elle est couramment utilisée dans les systèmes de filtration.

Qu'est-ce qu'un transducteur de pression composée ?

Un transducteur de pression composée est un capteur de pression relative ou de pression relative étanche qui est étalonné pour émuler une plage absolue. Un transducteur de pression avec une plage de pression de -14,7 à 30 PSIG peut être appelé transducteur de pression composée, 30V30 (faisant référence à -30" de mercure) ou capteur de vide à 30 PSIG. Pour plus de détails sur la mesure de pression relative, consulter l’exemple de calcul associé aux transducteurs de pression composée.

Quelle est la différence entre les transducteurs analogiques et numériques ?
Dans un transducteur analogique, le signal numérique issu du convertisseur analogique-numérique (A/N) interne est ajusté selon plusieurs étapes. Des coefficients d’étalonnage sont appliqués afin de garantir le respect des spécifications de précision. Ensuite, des corrections en température permettent de compenser les variations liées à l’environnement thermique. Enfin, l'étalonnage du zéro et de la plage est effectué afin de régler le signal de sortie dans la plage souhaitée, conformément à la référence du transducteur. Le signal est ensuite reconverti en analogique via un convertisseur numérique-analogique (N/A), puis transmis en sortie après passage dans un amplificateur à gain unitaire. Le signal de sortie est continu et suit directement les variations de la pression mesurée.

Dans un transducteur numérique, un cœur de traitement numérique traite les données en appliquant diverses compensations et corrections. Les données numériques ainsi obtenues sont stockées dans des registres en vue d’une transmission ultérieure vers le système. Le protocole de communication numérique le plus courant pour les capteurs et transducteurs est l’Inter-Integrated Circuit (IIC ou I²C). Cette méthode de communication implique que le transducteur n’effectue une mesure de pression ou ne transmette les données que lorsqu’une requête est envoyée par le contrôleur maître du système. Comme les besoins en données de pression sont intermittents, le capteur peut être placé en mode « veille » (très faible consommation) entre deux requêtes. Cela permet de réduire la consommation d'énergie du système, ce qui est particulièrement important pour les équipements alimentés par batterie ou les dispositifs sans fil.

Pour approfondir, consulter le livre blanc : « Analog and Digital Transducers — the Advantages of Both » (en anglais), qui détaille leurs similitudes, leurs différences et les critères de choix.

Quel est le matériau le plus couramment utilisé pour les transducteurs de pression ?

Les transducteurs de pression sont le plus souvent fabriqués en acier inoxydable 316L ou 17-4 PH.  Ces deux matériaux sont relativement peu coûteux, plus faciles à usiner que les alliages de nickel à haute résistance, et offrent à la fois une bonne résistance mécanique et une élasticité adaptée au fonctionnement d’une membrane. Il y a des différences dans les propriétés des matériaux qui sont pertinentes à la fois pour les applications industrielles et pour les zones dangereuses, ce qui conduit à privilégier l’un ou l’autre matériau. Bien qu’il existe des variantes de ces matériaux, TE a choisi de comparer seulement les formes les plus basiques et les plus communément utilisées actuellement sur le marché des capteurs. La teneur en fer joue notamment un rôle sur le magnétisme et la résistance à la corrosion. L’acier inoxydable 17-4 PH est magnétique et moins résistant à la corrosion que l’acier inoxydable 316L. Le 316L est légèrement magnétique, mais des versions non magnétiques sont également disponibles.

Entre les aciers inoxydables 17-4 PH et 316L, lequel présente la résistance mécanique la plus élevée ?

Le 17-4 PH possède une résistance mécanique supérieure à celle du 316L. Pour de nombreux systèmes de pression hydraulique, où les coups de bélier et les cycles élevés sont fréquents, le matériau 17-4 est plus fréquemment utilisé car c’est un matériau avec une bonne élasticité. Les capteurs et les transducteurs de pression peuvent être spécifiés avec des pressions nominales d’épreuve (généralement 2 fois la pression nominale) et de rupture (généralement 5 fois la pression nominale) égales entre les matériaux. Cependant, il y a plus de chances que le matériau 17-4 PH effectue des mesures précises sur une plus longue période si des pressions élevées et transitoires supérieures à la pression nominale sont présentes.

Quelle est la compatibilité chimique des aciers inoxydables 17-4 PH et 316L ?

Le PH 17-4 est utilisé avec divers liquides et gaz non corrosifs ou légèrement corrosifs. Les liquides hydrauliques, de freinage, les carburants et autres liquides industriels standard fonctionnent bien avec l’acier inoxydable 17-4 PH. Avec un taux de nickel plus élevé, l’acier inoxydable 316L convient à ces fluides mais aussi à de nombreux autres liquides et gaz aux propriétés plus corrosives. Par exemple, il faut utiliser le 316L pour résister à la corrosion du gaz naturel appauvri en H₂S.

Bien que l’eau (à l’exclusion de l’eau salée) soit souvent considérée comme un liquide non corrosif, le matériau 316L est préféré pour mesurer la pression. En raison des différents niveaux de pH, le matériau de PH 17-4 peut générer des dépôts minéraux et obstruer les connexions du processus.

Les gaz, tels que l’hydrogène, nécessitent un matériau en 316L. Les ions hydrogène sont suffisamment petits pour pénétrer dans la structure granulaire de l’acier inoxydable 17-4 PH, provoquant ainsi la dégradation progressive du diaphragme à cause de son état de friabilité.

Pour les applications de très haute pureté telles que les équipements de traitement des semi-conducteurs, le matériau 316L VAR (fusion à l’arc sous vide) est utilisé pour réduire les impuretés qui ne sont pas métalliques. De plus, la finition de la surface du matériau est soumise à un procédé appelé électropolissage. Ce procédé permet de réduire davantage les impuretés qui entrent en contact avec le liquide ou le gaz en éliminant les imperfections non métalliques ainsi qu’une petite partie de la surface métallique. 

Quelles sont les différences entre les technologies de capteurs de pression ?

Le choix de la technologie est un facteur déterminant. Certaines technologies sont limitées par les matériaux auxquels elles peuvent être appliquées.

• Les jauges de contrainte appliquées sur la membrane doivent présenter des propriétés thermiques compatibles avec le matériau support.
• L’acier inoxydable 17-4 PH a un coefficient moyen de dilatation thermique de 6,0 x 10-6 po/po/°F avec traitement thermique H900, tandis que le 316L varie d’environ 9 à 11 x 10-6 po/po/°F. 
• La technologie à couche mince est limitée au 17-4 PH, car la température du procédé de pulvérisation est trop élevée pour être appliquée sur une membrane en 316L. 

Les différences de matériau et de technologie de capteur jouent un rôle essentiel dans le choix d’un transducteur de pression. Il est important de disposer d’informations précises sur le fluide (liquide ou gaz) à mesurer et sur les conditions d’utilisation afin de déterminer la solution la plus adaptée. Si ni l’acier 17-4 ou 316L ne conviennent pas, des alliages spéciaux peuvent être proposés.