R. hatterer, Professeur de Physique Appliquée au lycée la Méditerranée de La Ciotat








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Fonctionnement







Le principe de mesure de la pression absolue est indépendant de la forme de l'organe moteur. La pression du fluide à mesurer est mesurée par rapport à une pression de référence qui doit être égale à la pression absolue (vide absolu). C'est à dire le côté de l'organe moteur qui n'est pas en contact avec le fluide à mesurer doit se trouver à cette pression de référence. Selon la forme de l'organe moteur, on l'atteint en évacuant et étanchéifiant soit une chambre de référence soit le boîtier enrobant le système. La transmission du mouvement de l'organe moteur s'effectue comme pour les manomètres pour pression relative.








  1. Organe moteur

  2. Chambre de référence

  3. Chambre de mesure

  4. Soufflet métallique

  5. Biellette





Utilisation

Les manomètres pour pression absolue sont utilisés pour la mesure de pression sans subir les variations de la pression atmosphérique environnante. Les étendues de mesure possibles s'étalent sur toutes les plages selon DIN de 0...10 mbar à 0...100 bar absolue.


    1. Manomètre à capsule

Fonctionnement






La capsule est montée sur le raccord soit directement soit par l'intermédiaire d'un tube métallique. Par un trou dans le raccord le fluide à mesurer passe à l'intérieur de la capsule. Sous l'effet de la pression les demi-parties de la capsule se bombent. Ce déplacement proportionnel à la pression mesurée est transmis par l'intermédiaire du mouvement à l'aiguille et affiché sur le cadran en tant que valeur de pression. Afin d'être protégés contre des détériorations, le système de mesure, le cadran et l'aiguille sont montés dans un boîtier.







  1. Support de l'organe moteur

  2. Organe moteur, la capsule

  3. Biellette

  4. Mouvement

  5. Aiguille

  6. Cadran




Utilisation

Les manomètres à capsule sont utilisés pour la mesure de faibles et très faibles pressions positives ou négatives, spécialement pour des fluides gazeux. Il y a certaines restrictions pour la mesure de liquides. Les étendues de mesure possibles s'étalent sur toutes les plages selon DIN de 0... 2,5 mbar à 0. . . 600 mbar. Les organes moteur à capsule sont une forme spéciale de membrane. Ils comportent deux membranes ondulées concentriquement, assemblées de façon étanche en une capsule. Pour les étendues de mesure très basses il est possible d'assembler plusieurs capsules pour en faire un genre de soufflet. Pour les appareils type de profil on utilise un soufflet conventionnel. Les appareils sont fabriqués soit avec la capsule montée verticalement (parallèle au cadran), soit horizontalement (perpendiculaire au cadran). Le raccordement se fait en dessous ou à l'arrière.


    1. Manomètres pour pression différentielle

Fonctionnement






Une capsule montée dans un boîtier étanche résistant à la pression, est soumise, de l'intérieur et de l'extérieur, à une pression. La différence de pression entre les deux parties provoque un mouvement de la capsule. Ce déplacement proportionnel à la différence de pression mesurée est transmis, par l'intermédiaire du mouvement à l'aiguille sur le cadran en tant que valeur de pression différentielle. Les deux pressions individuelles ne sont pas affichées.







  1. Organe moteur, la membrane

  2. Chambre de mesure (-)

  3. Chambre de mesure (+)

  4. Chambre de mesure

  5. Soupape double

  6. Biellette

  7. Levier de transmission

  8. Axe d'entraînement

  9. Tube de torsion

  10. Mouvement




Utilisation

Les manomètres pour pression différentielle sont utilisés pour mesurer la différence de pression de deux pressions individuelles. Ils sont construits avec toutes les formes d'organe moteur tels qu'ils sont utilisés dans les manomètres pour pression relative. Les plus courants sont les tubes de Bourdon, les membranes et les capsules.

  1. Les procédés de conversion

    1. Conversion par variation de résistance

Avantages :

  • Signal de sortie élevé ;

  • Utilisable sans conditionneur ;

  • Possibilité d’adapter à une variation non linéaire.

Inconvénients :

  • Durée de vie ;

  • Sensibilité aux vibrations.




    1. Jauges d’extensiométrie

Des jauges de contraintes sont collées sur le corps d’épreuve. Elles sont montées sur un pont de Wheatstone, par deux, ce qui permet une compensation des grandeurs d’influences.




Avantages :

  • Précision ;

  • Peut sensible aux vibrations.

inconvénients :

  • Faiblesse du signal de sortie ;

  • Fluage des colles

    1. Jauges piézo-résistives

  • Présentation

On remplace le corps d’épreuve par une jauge piézo-résistive (Semi-conducteur).

Le signal obtenu avec les jauges extensiométriques diffusées à couches minces ne dépasse guère une vingtaine de millivolts pour l'étendue de mesure nominale d'un capteur. Il peut être décuplé avec des jauges à piézorésistances diffusées dans un substrat de silicium, ce dernier étant utilisé directement pour la constitution du corps d'épreuve, membrane ou barreau dynamométrique, par exemple. Le silicium a été choisi en raison de la parfaite élasticité de ses mono-cristaux assurant une hystérésis négligeable et, aussi, à cause de ses propriétés semi-conductrices et piézorésistantes permettant la réalisation in situ, par diffusion "planar" d'un ensemble de jauges pouvant former un pont. Le substrat cristallin assurant la conversion de la pression appliquée en contraintes internes est du type N. Les impuretés du type P sont diffusées dans les zones dont l'orientation par rapport aux axes cristallins assure une bonne sensibilité par la combinaison des contraintes développées par la déformation du substrat.
Les jauges sont implantées de manière à ce que les variations de résistance en fonction des contraintes internes restent égales et de signe oppose pour les deux paires de jauges. Par exemple pour une implantation de quatre jauges :

R1 = - R2 = R3 = - R4 = R

La tension vm aux bornes de la diagonale de mesure d'un pont alimenté à courant constant I est :
vm = I/4 . (R1 - R2 + R3 - R4) = I . R
La variation relative de résistance en fonction de la contrainte  ayant pour expression :
R/R0 =  . 
ou  est le coefficient de piézorésistivité du cristal (4.10-10 m2/N par exemple) la tension de mesure peut encore s'écrire :

vm =  . I . R0 . 
La sensibilité peut varier de 0,1 à 3 mV/mbar, pour les basses pressions, suivant la géométrie de la membrane et l'intensité I, et de 0,2 à 12,5 mv/bar pour des pressions allant de quelques centaines de millibars à quelques centaines de bars. Pratiquement cela correspond à un signal de 100 à 300 mV pour l'étendue de mesure.
Utilisables entre –40°C et +125°C les capteurs à jauges diffusées peuvent être compensés en température par un choix convenable du taux de dopage en impuretés ,du moins dans des limites définies,-20°C +80°C par exemple. On peut également compenser les variations thermiques des résistances des jauges en introduisant dans le conditionneur un dispositif de correction commandé grâce à une sonde de température JT diffusée à cette fin dans la membrane en plus des jauges.


  • Caractéristiques métrologiques. ordres de grandeur.

Linéarité et hystérésis : ± 0,2 à ± 2 % de l'étendue de mesure (E.M.)

Résolution : bien meilleure que 0,1 % de E.M.

Précision : 0,1 à 0,5 % de E.M.

Rapidité : fréquence propre de 50 kHz à 1 MHz selon le diamètre et l'épaisseur de la membrane

Signal de sortie : 50 à 100 mV


  • Avantages et inconvénients

Avantages :

  • très faibles dimensions

  • masse quasi nulle : possibilité de réaliser des membranes de diamètre de l'ordre du millimètre;

  • insensibilité aux vibrations et chocs

Inconvénient :

  • sensibilité à la température qui est limitée à 150'C




    1. J
      auges à fils tendus


L
a longueur ac + ca est constante. La pression diminue ac et augmente bc. Cela se schématise de la façon suivante :
Avantages :

  • Bonne fidélité ;

  • Faible dérive.

inconvénients :

  • sensible aux chocs

    1. Conversion par variation de capacité
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