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Institut supérieur des études Technologiques de Djerba

Année Universitaire 2019-2020

TP 3. Etude des TTransmett ransmett ransmetteurs eurs analo analogiq giq giques ues de pression pression..

1. Objectif du TP :  Choisir le type de détecteur adapté au cahier des charges;  valider le choix par des mesurages pertinents. Dans ce TP, chaque groupe de travail est demandé de:  Répondre aux questions un par un.  Réaliser convenablement les montages.  Prendre les valeurs des mesures dans des tableaux, ces valeurs doivent être significatives.  Faire un compte-rendu clair et net.

2. Condition de réalisation. On donne :

On exige

-

Document technique Maquette didactique « Etude des capteurs ». Catalogue de la détection Schneider. appareils de mesure.

-

Un travail en toute autonomie durant l’essai. Une identification logique du problème posé. Une bonne analyse du système.

:

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3. Cahier de charge Le système étudié est une installation d'arrosage agricole, située sur le plateau de Valensole, près du barrage de Ste Croix, dans les Alpes de Haute Provence.

Présentation. Le système comprend 2 stations de pompage indépendantes. La première station aspire l'eau dans le lac de Ste Croix, et la refoule 100m plus haut, dans un réservoir de 5 m de hauteur, situé au bord du plateau. La deuxième station, située juste au pied du réservoir fonctionne en surpresseur. Trois pompes refoulent l'eau du réservoir directement vers le réseau de distribution agricole. Le principe du sur-presseur consiste à maintenir constante la pression du réseau de distribution, en ajustant en permanence le débit fourni par les pompes au débit demandé par les arroseurs des agriculteurs. Un premier ajustage grossier est obtenu par le nombre de pompes en service (1, 2 ou 3) en fonction de l'information fournie par un débitmètre. Un deuxième ajustage précis est obtenu en faisant varier la vitesse d'une pompe, en fonction de l'information fournie par un transmetteur analogique de pression. Un API (automate programmable industriel) contrôle le fonctionnement de la boucle de régulation de pression, grâce aux informations fournies par un ensemble de détecteurs, placés judicieusement dans la deuxième station : - D1 détecteur n°1 : pressostat de présence d'eau dans le réservoir; - D2 détecteur n°2 : mesure de la pression de distribution; - D3 détecteur n°3 : débitmètre (non étudié ici). __________________________________________________________________________________________ 2

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D1 détecteur n°1. Pressostat. Les pompes ne peuvent pas tourner sans eau, sous peine de grippage. Il est donc impératif de placer le détecteur au pied du réservoir.  L'arrêt des pompes intervient dès qu'il y a moins de 1 m d'eau dans le réservoir.  La remise en route des pompes doit se faire entre 1 et 2 m d'eau.  Le détecteur doit fournir une information de type TOR, qui prend l'état 0 logique, lorsque le niveau d'eau est insuffisant.  Raccordement par connecteur. RQ : Ce détecteur n’existe pas sur notre maquette de test des capteurs.

D2 détecteur n°2. Transmetteur analogique de pression.  Pression maximale dans le réseau de distribution : 10 bars.  Régulation réglée à 6 bars.  Le transmetteur doit fournir à l'API, une information proportionnelle à la pression du réseau de distribution. Par ailleurs, cette information doit être affichée sur un appareil à aiguille, en face avant de l'armoire électrique. L'appareil peut être soit un voltmètre, soit un ampèremètre.  Le type de sortie doit permettre de détecter une rupture de liaison électrique entre le détecteur et l'automate.  Raccordement par connecteur.

I-

Etude de pressostat

1) Quel est le rôle d’un pressostat dans une station de pompage ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………. 2) Donner son principe de fonctionnement. …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………. 3) A partir du catalogue Schneider sur les capteurs, le dossier « station de pompage », complétez le tableau suivant : PRESSOSTAT XMG-B001

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Type de fluide

Plage de réglage bas Plage de réglage haut Pression maxi à chaque cycle Pression mini à chaque cycle Le poids du capteur 4) Quelle est la température de fluide supporté par ce capteur ? ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………….. 5) Le pressostat défectueux n’est plus disponible sur le marché .On vous demande à partir du document technique de choisir le pressostat qui convient pour notre système « station de pompage ». a) Donner la référence de ce capteur (choisissez entre XMLB001R2S11, et XML G400D21). ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… b) Donner les caractéristiques de ce capteur sous forme de tableau. Type de fluide contrôlé

Plage de réglage bas et haut Ecart réalisable

Pression maximale admissible

A chaque cycle : Accidentellement :

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II-

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Etude du transmetteur analogique de pression.

 Essai dduu transme transmette tte tteur ur de pression analogique. C’est un transmetteur de pression analogique à sortie 4 – 20 mA. Ce capteur a la particularité de fournir un courant proportionnel à la pression qui lui est administrée. Pour relever le courant, on utilisera un ampèremètre relié aux deux bornes jaunes. Pour plus d’information consulter les notices des capteurs.

 Utilisat Utilisation ion des vannes VP1 eett VP2 La vanne VP1 permet de mettre en pression les capteurs, tandis que la vanne VP2 permet de décharger en air le circuit. Description d’un cycle : Au départ les vannes VP1 et VP2 sont fermées (sens horaire). On appui sur le bouton de mise en pression. Le compresseur se met en route et charge la capacité réservoir. A l’arrêt de la pompe, le système est prêt pour les essais. On ouvre doucement la vanne VP1 (sens antihoraire). Le circuit se charge peu à peu en air, le manomètre indique la pression dans le circuit. Si l’on referme la vanne VP1 la pression dans le circuit n’évolue plus et elle se stabilise. Si l’on veut baisser la pression dans le circuit on agit alors sur la vanne VP2. On ouvre celle-ci (sens antihoraire) Afin de réaliser de bonne mesure veillez à ce que les deux vannes ne soient pas ouvertes en même temps (charge et décharge simultanément du circuit). Il est possible de renouveler à peu près trois fois un cycle complet de charge et de décharge du circuit en air avant de relancer la charge de la capacité réservoir. Important : __________________________________________________________________________________________ 5

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Il faut vider complètement tout l’air de la capacité réservoir avant d’appuyer sur le bouton « Mise en pression ». La pompe ne peut pas démarrer si la pression dans la capacité est supérieure à 0,4 bar. Pour cela ouvrir VP1 et VP2, attendre quelques secondes puis refermer les deux vannes. Si vous constatez que la pression affichée par le manomètre est supérieure ou inférieure à 1 bar lorsque la capacité est pleine VP1 ouvert et VP2 fermé alors, il est nécessaire de régler le limiteur de débit. Il vous suffira d’ouvrir le banc et de manipuler le robinet du limiteur. Il faut tourner à droite pour augmenter ou à gauche pour diminuer la pression.

Description : En haut à gauche : La capacité réservoir En bas à gauche : Le régulateur de pression Au centre : La pompe En haut à droite : L’alimentation 24 volts En bas à droite : Electronique de gestion de la pompe

6) Donner le rôle d’un transmetteur de pression ? ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………. 7) Citer les différents types de mesures réalisées par un transmetteur ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………….……….…………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………. 8) Citer les différents types de signaux délivrés par les transmetteurs. …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………….……….…………………………………………………………………… __________________________________________________________________________________________ 6

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…………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………. 9) En se référant aux annexes, expliquer le principe de fonctionnement d’un Transmetteur capacitif « intelligent » « Rosemount 3051 » …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………….……….…………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ……………………………. 10) Compléter le tableau suivant : Principe de fonctionnement

Rôle du capteur

Pressostat

Capteur de pression

11) D’après les conditions du cahier de charge et des conditions économiques, on a choisi le capteur de pression de référence MBS 3000. a) Quelle est la référence du capteur qui convient mieux dans notre application sachant que la pression qu’on désire mesurer varie entre 0 et 1.5 bar au maximum ? …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………. __________________________________________________________________________________________ 7

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b) Relever les caractéristiques de ce capteur « document technique ». Les résultats seront donnés sous forme de tableau.

Paramètres Temps de réponse Pression de surcharge Pression d’éclatement Durabilité, P: 10-90% Limité de courant Tension d’alimentation Température du fluide Résistance d’isolation

Caractéristiques

12) Afin de vérifier les caractéristiques du capteur on vous demande d’effectuer un essai à l’aide de la maquette didactique « Banc d’étude de capteur ». a) Mettre la maquette sous tension .On choisi le capteur MBS3000 pour cela :

de référence :

 Brancher un ampèremètre sur les deux bornes de sortie du transmetteur.  Ouvrir de 2 tours la vanne VP2, et fermer la vanne VP1. Refermer la vanne VP2.  Appuyer sur le poussoir de mise en pression : le compresseur fonctionne, puis s'arrête lorsque le réservoir d'air est plein.

b) Remplir le tableau suivant, et compléter le au fur et à mesure des essais. Pour cela, ouvrir légèrement la vanne VP1, pour augmenter la pression, puis la refermer. Noter la valeur du courant de sortie. Répéter l'opération, pour chaque ligne du tableau. __________________________________________________________________________________________ 8

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Essais et mesures du détecteur de pression analogique. pression en bars.

courant de sortie en mA.

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1

c) Tracer la courbe du courant de sortie en fonction de la pression.

d) Analyser la forme de la courbe, et indiquer le type de sortie du détecteur. …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… ………………….…. __________________________________________________________________________________________ 9

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e) Ce détecteur respecte-t-il le cahier des charges ? justifier. …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………

Bon Travail __________________________________________________________________________________________ 10

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Année Universitaire 2015-2016

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4 TRANSMETTEURS de PRESSION FARA Vincent

BRIDEAU Eloïse

GAREL Lorraine LAMARCHE Marine Elèves de 1ère STL Optique –

I - Présentation des transmetteurs de pression A ) Fonction d’un transmetteur de pression Un transmetteur de pression a pour fonction d'acquérir la pression et de transmettre cette information à un régulateur, un afficheur ou encore un enregistreur. Grandeur physique :

pression

Acquérir l’information

Capteur

Grandeur physique mesurable

Transmettre

Signal de

l’information

Transmetteur

mesure standard M

B ) Différents types de mesures réalisées par un transmetteur Un transmetteur de pression est conçu pour fournir un des différents types d'information suivant : * pression relative : pression mesurée par rapport à la pression atmosphérique environnante. * pression absolue : pression mesurée par rapport au vide absolu. * pression différentielle : différence de deux pressions, image d'un débit ou d'un niveau.

C ) Différents types de signaux délivrés par les transmetteurs. • Signal analogique : Un signal M est dit analogique si l’amplitude de la grandeur physique le représentant peut prendre une infinité de valeurs.

M

Exemple : Le signal pneumatique 0,2 – 1 bar : Le signal transmis dans ce cas est une pression qui varie entre 0,2 et 1 bar relatif (ou encore 3- 15 PSI). Ce type de signal est essentiellement rencontré sur des installations anciennes ou dans des contextes déflagrants, c'est-à-dire en présence de substances explosives où l’usage d’électricité est proscrit.

• Signal numérique : Un signal M est dit numérique si l’amplitude de la grandeur 0 physique le représentant ne peut prendre qu’un nombre fini de valeurs. Remarque : De plus en plus la technologie des appareils de mesure ou de régulation est numérique. Pour communiquer entre eux ou avec un système de commande centralisé, ces appareils peuvent utiliser des signaux eux aussi numériques : cela permet de les installer facilement dans des conduites centralisées pilotées par ordinateur et facilite les opérations de maintenance.

t

M 2 1

t

D ) Evolution des transmetteurs de pression. Evolution du marché des Signaux Standards en Instrumentation

16

4

teniuG.J : e cruoS

Les types de transmetteurs de pression évoluent avec les années. Avant 1965, seuls les transmetteurs à sortie analogique pneumatique existaient. Après 1965 est apparu le transmetteur à sortie analogique électronique qui atteignit son maximum en 1993 et fit quadrupler le chiffre des ventes. Enfin, le transmetteur numérique est apparu en 1993. Si sa diffusion suit le comportement des 2 familles précédentes, il atteindra probablement son sommet en 2021, faisant encore quadrupler les ventes.

1

Pneumatique ≅ Vers 1965

Electronique Analogique ≅ Vers 1993

Numérique ≅ Vers 2021

II - Exemples de réalisations industrielles. A ) Transmetteur pneumatique de pression Samson type 804 Cet appareil permet de mesurer la pression ou le niveau liquide et de transformer la valeur de mesure en un signal de sortie analogique pneumatique de 0.2 à 1 bar ou 3 à 15 psi. Grandeur physique :

pression p

Acquérir l’information

Déplacement du fléau (mm)

Capteur

signal de

Transmettre l’information

pression ps : de 0,2 à 1bar

Transmetteur

Son fonctionnement est illustré par le schéma ci-dessous. Sous l'effet de la pression p à mesurer, le soufflet (10) exerce une force sur le fléau (9) qui tend à basculer. Le système buse palette (14) et (15), impose en sortie une pression ps telle que le soufflet (4) exerce un effort compensant exactement l'effort exercé par (10). Ce système est dit à "équilibre de forces".

4

9

10 18

2

p Alim

p

ps

B ) Transmetteur inductif à balance de forces Schlumberger Themis type C Cet appareil permet de mesurer la pression ou le niveau d'un liquide et de transformer la valeur de mesure en un signal de sortie analogique électrique, courant continu variant de 4 à 20mA. Grandeur physique :

pression p

Acquérir l’information

Capteur

Déplacement du fléau (mm)

Transmettre l’information

signal de courant : de 4 à 20 mA

Transmetteur

Son fonctionnement est illustré sur le schéma page suivante. Sous l’effet de la pression mesurée, une membrane (14) se déforme sur une chambre remplie d’huile (5). La pression transmise par l'huile va ensuite déformer un soufflet (2) pour faire basculer le levier (13). Un circuit magnétique (15) mesure le déplacement du levier. En fonction de cette mesure, un amplificateur (8) alimente une bobine (6) en courant continu. La bobine se comporte alors en électro-aimant et permet au levier de rester en équilibre. Le courant qui parcourt la bobine (6) est aussi le signal de mesure 4-20 mA qui est transmis.

6

13

14

2 5

15

C ) Transmetteur capacitif « intelligent » Rosemount 3051 Comme dans le cas du transmetteur précédent, le signal de sortie est un courant électrique continu pouvant varier de 4 à 20 mA. Un signal numérique vient se superposer sur le signal analogique (voir l'exposé n°5 "protocole HART"). Les informations numériques échangées permettent d'effectuer des opérations de configuration et de maintenance à distance. Grandeur

Physique : pression

Acquérir l’information

Capteur

Variation de capacité ( en nF)

Transmettre l’information

signal de courant : de 4 à 20 mA

Transmetteur

e

Une pression agit sur la membrane détectrice qui se déforme suivant la pression. Cette membrane forme avec les parois de la cellule un condensateur. Les plaques du condensateur détectent la déformation e et la convertissent en signal électrique de tension.

Product data sheet Characteristics

XMLB001R2S11 pressure switch XMLB 1 bar - adjustable scale 2 thresholds - 1 C/O

Range of product

OsiSense XM

Product or component type

Electromechanical pressure sensor

Pressure sensor type

Electromechanical pressure sensor

Product specific application

-

Pressure sensor name