066l rneup9-3cNlnv

uo$!p9 e 9

xnolopulo 'o sp acBl-oJd

N O r r v l n c ? H - s 3 U n S 3 U l l

H n s t 9 F Hn @

J t g N H V O 3 r

SCNV'IV^ m-P

F n é f a a e

La fin du 20ème siède r€st€ra sans doute caractérisée par la naissancede disciplines scientif iques telles que l 'électronique, l ' informatique,l'automatique et aussi par l'explosion des besoins d'informations de toutenalure exigés par notre société moderne. Ces informations doivent êtrestructurées, concises ; leur accès doit être rapide. L'information estégalement une assislance à la décision, au métier que l'on exerce; celui de"régleur en Instrumentation" pour lequel cet ouvrage ost conçu, estcertain€msnt l'exemple de profession où l'assistance permanente n'est plussaulement utile, mds nécessaire.

Passer de la conception d'un document, d'un ouvrage ou d'un outil à saréalisation n'est pas évident. Celle-cj implique au moins trois qualité de sonauteur : la compétence, l'expérience, la pédagogie, que l'on retrouveraimplicitement dans le CABNET DU RÉGLEUR.

J'ai eu personnellement l 'oppoitunilé d'apprécier ces qualités chez moncol lègue s t ami Jean-Mar ie VALANCE qui , dans le domaine del' inslrumentation et de la régulation industriel les, m'a aidé à bâtirl'infrastructur€ de la formation continue, commencée en ARLES en |967, etque nous développons à l'insîitut INTERFORA.

Nombreux sont les régleurs qui ont suivi I'enseignement de J-M Valance et jetémoigne sans risque qu'il n'a jamais laissé indifférent ses auditeurs. Cer-lx-ciretrouveront aisément, dans le Carnet du Réqleur l 'essentiel des coursanimés par I'auteur, mais aussi son humour, quaiité rarement nommée, maiscombien appréciée en loimation continue.

Daniel DindeleuxDocteu r d'Université

Chef du département l.A.A.InsÙtut INTE RFORA.

F r o l o g u e e t H o m m a g e s

C'était dans les anné€s 50 ;élàve do l'€ns€ign€ment techniqu€, j'6tais, pendant lesvacancas scohir€s , en stage dans l'usino dg produiE cùimiques ou lravaillait rnon père .'Nous nous sonmes æaJp6s da la pui3stncr 'a-t'il dit sn padanl de sa gônération, '/avôùe lee le système neNeux de tout cell elle s'oæ7!peîe de l'inlor:n',tion '.Apràs l€ diplôme, CoMstp m'a p€rmis de dérnarr€r dans le métjer comms je le souhaitais: en déplacsm€nt, les oulils à la rnain. En '1969. i'ai r€nconùé Daniel Dindeleux dans unsbaraque d€ chantie( ân Arl€s. l'lnstitd d€ Réoutàion dérnarran.O. DirÈ€l€ux m'a appris cornment d'un€ drl6orie même compliqué€, o.t p€ut tirsr une

p(atiqu€ simpl€ s( quotidi€nn€. Lofsqu€ nous l'avons quinô, 13 ans après, l ' l.R.A- 6taitconnu un peu partout dans le rnonds. Lâ torrnation continus était d€venue une néc€ssitépour suivre l'évolution technologique.D.D. avec d€ nouv€âux moyens lance un cenlre puissant pour répondr€ à c6ne

d€rnand€ accruo (l.A.A. lnrERFoRA - 6 rue J€an Maé - 69190 St Fons)Et ça continu€ ! Vit€, très vits ...Do temps en t€mps, il taut fair€ le point, écrife c€ qui est acquis. Voilà la genès€ du"CARNET D{-J RÉGLEUR..J'sspè.s qu'il rendra servics à tous csux qui dans lour méliÊr côtoi€nt l'appar€illag€ demesure €l de régulation.

A tous csux-là : Bon courage. Cordialement1€r Juill€t 1 984

Jean-Mari€ Valancsiôgénr€{.r ENSCI/ENSr/ r

Réglsur, anirnalsur ds lof rnârion,auteur. édit€ur. ...

Prologue à l' édition au format A5 ; novembre 1 988

évolLrlion:

- accroissemenl considérabl€ d€ l'utilisâtjon d€s miqo-procasseursd€ no.nbrslx c:rpt€urs :ront diÉ "intelligênts'c t lls prenn€nl on compl€ c€rlarn€g

veriaùons d€ eur enyronnoment, le t€mpd{anir€ pâr erêmplo ( le ter ê o!1 plutôt3!rpreîant : I n est pæ utilisé polr los plant€s qui lon! csla doplis ioulo{rrs )

le muitpl icâlbn d€s mrcro-ordlnatoufs p€f lnêt dâ Ealer, en grand no.nbre et q!a3irnslanlaném€ni. lout6s sônes d inlo.mâto.jg.

ca Ùalofireîl pelt ! êtlectrof p.aÙqu€monl n irnpo.la oii oràc€ arJr dsaaur (ycD.npnsâ trôs grandos dislâ.lcJs awc la lddynati?ue )

... €t b3 édileurs unlisanl das lrailenênts d€ lert€ aLgmênlent s€nsrblomont le qualiléo€ reurs ouvrage3...

- développ€m€nl important du m€surage direcl des mass€s d€ fluides débitées.

conséouoncgs:

l'-8sp.if du CARNEI n'a pas changé (€t n'avail pas à ôang€r ) mais il tallait- insist€r sur les lacitniques existanles qui demgurgnt utilss,- réduire I'jmportancs d€ call8s qui sonl €n voi€ d'obsolsscsncs,

1

F r 6 s e n t a t l o n

C O N T E N U

Pour construire une boude de régulation (cidessus, régulalion de température de produitsortant d'un four) il faut :

. Obtenir des informations sur l'étd du procédé (pression, dôbit, t€mpéraûrre, niveau, elc...) et c€s informalions devront ôtre envoyées €u,tx autres appareils de la boude. C,estla parti€ MEsuREs : pRESstoNs page 43 , rnlNsuerrruRs 59 , oÉBlTs 75 ,TEMPÉMTURES 111 et NIVEAUX 131 ._

. Indiquer. enregistrer, lransformer les signaux, toutes cas toncliong sont étudié€s dansfe chapitre AccESsolREs g€ç'e 147 .

. Agir sur le'nroc#.A pour rnoditior son étât, cest le rôle des aclionneurs,page 165 : VANNES .

. C,omo?rer la valeur de la grandeur mesurée à la valeur souhait6e par l.exploitant(coosigne) et commander l'ætionneur en fonction de l'écart entre ces deux valeurs,

4

L

c'æt l€ rôle du RÉGULATEUR page 1æ .

5

D T . ! C A R N E T

. Pour modifier la granda.rr mesurôe, ll laut conna'rre b ûaçon dont dle ârclue quand magit sttr la grandeur de r6glage, Cest l'ôùJde du pnocÉDÉ page 195.

.Qbgldl le (ou les ) r6gubteu(s), éùdier les réglages psmettant d'obrenir quelles queloaent les p€rturbdon3, une grandanr r6gl6e staue et pfoch€ de la consigne, dæt fartdela RÉcutAnon page207.

. Ler PRÉLtMtNAlREs page I paralûont lasddleux, mals ll est Indlspensable de teeconnaîlre pour comperËre les erpllcadong des càafiùæ qul 3ulv€nt

. Des indications complémentairee et quelques chiffteg, souvent utiles, sont donnés enANNEXES de la page 24il à la pge ?g2.

. Un INDEX en fin d'o{twage donne le dassernent alphabélique des mdières.

COMMENT UTILISER LE CARNET

1/ ll est possible de lirE le czunet comm6 un cot 13 (de la page 1 à h page 236) dans cecas, pr6voir plugieurs sernaines I un texte lechniqu€ n'est pas un roman I

2/ L accàs à un zujet précis est læile en utilisant

- la table des matières- ou l'index page 305

3 Vous pouvez procéder comm€ bon vous semble ... après tout c'est vous qui lisez I

C€ carn€t ne peut pas ôtre un catalogue de solutions immédiates aux problèmes deMesures et Régulation, mais il peut aider le régleur en instrumentation à cirercher dessolutions et il doit servir d'outil, parmi d autres, pour I'acquisition de connaissances dansla pratique de l'instrumentation, dans l'art du mesurage gt dans les techniques defégulation.

Ceïe lorme a ô1é chc,isie pour qu'il puise ètre ùansporté, crayonné, modiliô, complét6...A cet etfet, des pages blanches ont été réserv6es et repèrôes dans l' tHDEx pour yinscrire des notes personnelles ( appareils ditlérents , lechniques partictrlières, astucesde rnontage, etc ...)

Rernarque : dans ce livre, cornme dans la pratique industrielle, il y a des choses simpleset des choses compliquées. ll n'est pas nécessaire d'avoii compris les chosescompliquées pour utiliser avec profit les choses simples I

Les paragraphes dont la marge 6st bordée d'un trait noir sont des exemplesdes calculs ou des détails qu'il n'est pas indispensable de lire lorg de la'première leciure'. lls seront tràs utlles quand il sera nécessaire de faire uncabul similaire.

5

7

R E I I A R O U E S

Rt Certaines méthodel de celcul paraissent longues et fastirJieuses, en fait ce sont lesexplications très détailtées qui sont longuàs ; les m6rhodes'ettâs-âàààs sontsimples, raçides et stlres, sinon elles ne seiraient pas dans le CARNET... I

- -

Re Normalisation : nous reconnaissons tors llmportance de la nornralisdim dans noçeactivité professionnelle.comme. dans la vie'quotidienne (si la vissàiie Àeair pasnormalis6e ? Quel caucfremar ! ).jl9l:11rlguoi n9 pai parricii,er à c€r eflorr coilectif en modiliant (un peu) nosnabttjd€s pour cgile nécessité ?

utif iser les unités S.l. ou dye ll'ajultage d'un trdtsmetteur,0€ m€ttre au juste l) necomplique pas trop le travail, et quel avantag€ d'utilisor ce vdcabulaire intômaionafdéfini par les normes I.'étalonnage' est en principe réservé à caux qui disposent d'un .ôtaion- otficiel.t,l4ustage.' n'est pas facile d'emploi pour cetlx qui

'(comme l'auteur) "n ôrt tait a h

rrme,.pourtant I'expression "mise au just€ d'un instrum€nt de mesuie- ne rn€lnquepas de charme.

Rs capteur+trensmottâurs : dans les appareils de mesurage, il y a généralement unepartie capteur el une partie transmetieur. ll est scuvent impoâanfde distinouer casd€ux parties. L'appellation de ces appareils dewait ôtre 'captsur-transmeuùr maisc'e.st un peu long ;en pratique il €st utilisé un szul de cei termes, étant entenduqu'un capteur qui ne transm€t ri€n, n'intéresse personne en régulation, pas plusqu'un transm€ttzur qui ne capte rien I

Rl Electronique/N.umériq ue : la technologie du matériel numérique appartient audomaine très général de l'électronique,

-mais la ditférence entrà Les rtâstrumenrs"analogiques"..(mA, mV) er.les instruments "numériques' (chiflres) Bst t€ll6m6nt

importante qull sera considéré deux familles distincies : 'la rfuulatioir électroneue.dans laquelle I'information circule sous la forme d,un courant itandard 1+zô mÀ) etla 'régulation numérique' où la transmission esl taite par des'imfulsiônsreprésentant des nombres.

Bs choir der unitér poyf ul calcul : lorsqu'il n'y a que deux grandeurs en prôs€nco,m peut choisir les unités les plus commodes pour le calcul ;àvec trcis orandzurs ogplus, il n'y a plus le ôoix : il fàut utiliser les unités Sl .

Ro 10 s, 1O - s, €tc ('dix puissance cinq, dix moins six, elc -) : le. puitrancer de dirsont un rnoyen commode d'ôcrire les nombres compoftant bear.rcorJp de zéros, maiselles présentent peu d'intérêt dans l'utilisâtion des câlculen€s. Elles no s€rontprâliquem€nt pas rJÎilisées dans l€ CARNET.

6llerci les sponsors I

Lédition traditionnelle du CARNET en aurait lait un outil corlteux. pour èûeaccessible à tous (et joliment illustré) il est "sponso risé' par quelquesenùepdses d€ la profession.

AOIP

BURKERT

ENDRESS + HAUSER

FISHER CONTROLS

FOXBORO

GEORGIN

KELATRON

KROHNE

MASONEILAN

MECI

OTIC FISCHER PORTER

PYRO CONTROLE

SAMSON

THERI/O. EST

page 129

page 58

page 1z16

page 221

page 242

page 152

page 147

page 75

page 178

page 179

page 57

page 110

page 74

page 126

b, Ntaot t r t t

LE CAANET DU NÉGLEURe.ur.. . RéguLtiol

S O U M A I R E

( 1 ̂ a l E D E s t A T r E r E s avat ta pFÊF cE €t ta paÊs€rf' roN ou cilNFr, )

Pé l lm lna i res - - -9

Press lon . . .43

TransmotleuB . . .59

D é b i t s ' - - 7 5

Tehpéralu.es . -. 111

N i v e a u x - - - 1 3 1

Accesso i rê5 . . .147

I rnp lan la t lon . . .161

V a n n e s . . . 1 6 5

Régu la leu r . . -179

P r o c é d é . . . 1 9 5

Régu la t ion . . -207

Annexê " pneunratique-.. - 239

al, l l i tExEs . - .243

INDEX alphabélique -.. dehièrespage3

-sâbrirédfabrhddBn$ùe 3i

.Lgryssd'â]!slâ€.6n.$qsdgF6#

-cdddù .æôk 'qu . . 114

'M&'.o.qdqu.d5lsp.fu6..127

. App€r.{. urilistn d.. plong.lrt

. M6uf. d. niv.dJr ps m€.('. do p..ô.lon

. Af.. ùe(|ldqlo. d. mâ$ré!.

. Â...3!rr@ dlnddldoî p.rnrndqu€

. C6îv.nl*dlr l/P. P/|... t53

. hnM.in. d. éldr. ... 157

lmplâ'riâtlôn d.. capr.u|! ,,. 16!

. autêt .cdonâôur! ... 175

. Fo.Elio. Prcpo.ùom€ll. ... 180

. Fo.t!ôr' rnôgraL ... 1 æ

. FoE{rô.' D*ivô. ..- 18€

. S.t'é.na! londoînolt

. Mie s !€rvic. duno rôlulâtk 1 P.l.O.

. Régulâid mm&iqr.

. R.O.O

Amslô' P.rouûrdqu.' -.. 239

^m€x. : r.bl. d.. - - - 2/r3

Indd alDtrabdioue do. n'.riÀ... : d.rlàrc. pâ9..

PRÈ.IMINAIRES 9

P R E L I M I N A I R E SUn pzu de calo.rl

L'entrstien des instrum€nts de mesure et régulation n'exige pas des connaissancesmah6rratiques importantss, par conte il faut savoir elteciuer rapidem€nt et sÛrement deff mbr€ux petits calculs.

Compte tefiu de l'état d'énervement, et, ou de fatigue durant une intervention, il est bond'acriuérir pour ces calculs, un "automatisme ... infaillible"

Les unités comoosées et le chanoement d'unités

Exemples de conversion : '144 kmlh = combien de m/s ?I l/ s = combien de m3/ h ?

ll y a un truc : 6crire les unités composées sous leur forme réelle.- 144 krn à l'heure (ou par heure) = 144 km divisés par une heure'

puis changer les unités simples : 144 km = 1 44 000 mt h = 3 6 0 0 s

144km 144000m 1440€ôm--îf-=Tddôs =æset annoncer : 144 km/h -- 40 m/s .

L'autre exempl€ : I I / s = combien de m3l h ?. e

8 | = ffi5 ms nobz I'utilisation des fractions, beauctup plus sÛre que. 1 !'écriture avæ des 0 ( 8l =0,008 nf ) 1 nf =1 000 I1 t = f r 6 6 h I

1 t= ijd-o ffP

8 | ' 1

0 0 0 " '] s = : Ç

3 6 0 0 "

a t a: _ . : Y1 s - 1 0 € ô "

entrainez vous av€c :

3 6€€- - -

I

lmoressionnante lraction de kactions, mais rappelez vous :or\i NE DrvtsE pAS PAR UNE FRAcrtoN, oN tluLTlPLlE PARUINVE RSE,

28,8 m3/h

1 ,s )2 1 6 )b,bo )

Remarque : La calculene donne beaucoup fop de chitfres deniàre la virgule. ll seraitridicule d'écrire 6,66æ666 kg/s :le dernier chiffre représente le dixième

25kg/mn = ?tonne/h60rn/s = ?km/h24tonndh = ?kg/s

de mil l igramme I

J. M VALANCE ILE CARNET OU REGL=UR

' t0

Lâ règle de lrois :

Type de questlon : un capteur-lransm€tteur de niveau donne un signal de sortieva|a5t 99 4 à 20 mA quand le niveau varie d€ 0 à 10 m. euel est le nivi'au si le signal€st de 14 mA ?ce genre de question s€ po!€ constamm€nt pour toutes les grandeurs converties on$Sn?!rr standards (4 à 20 mA, 3 à 15 PSt, 2OO'à 1 000 mbar)

-

!1niçe^11gue cessignaux sont "décalés' : le zéro de la mesure ne correspond pasà 0 mA,0 PSl, ou 0 mbar ILe truc consiste à utiliser une représentation graphique c'est-à-dire un,.papier, uncrayon et un croquis lutiliser directement une calèulette est un€ erreur : le rôsuitar seracertainement faux. ll vaut mieux commencer par un croquis.

VOIR REtt'tAROtJE R 1 page 7

Dessiner : (awc fhabirude, on peut s€ contenl€r dimagin€r mais ça tatigue ptus l)

0 m 1 0 m

20 mA

Cette représenlation de l'information est reprise au chapitre Transmeneurs mais il fautdéjà remarquer les notions "d'échelles d'entrée" et "d'échelle de sortie,. :

oE----- 10 m --...-Jg -r _ _ _

4 rn -- 16 mA__.- 2o rnA

Pour le signal de sorlie les nombres à utiliser dans les calculs ne sont oas les valeursdu signal

r ' - - " - ' - - -U

4 m A

Prépar€r une règle de trois

! On recherctre des mètres, commencar par la pleine échelle en m (-l0 m)2 Diviser par l'autre écfretle (ici 16 mA)5 Muhiplier par la donnée de la quesrion (14 - 4 = t 0 mA)

Puisque le "zéro" est à 4 mA, 20 mA sur l 'écfrelle représentent I6 mA dans les calculs(20' 4). La moitié de l 'échelle esr à 12 mA (1 2 - 4 = É dans les calculs) le 1/4 à I mA (8- 4 = 4 pour les calculs), €tc.... d'où l ' intérét de faire un croouis I

I x 511,

1 0

PREL /IIIIAIRES 1 1

En égivant les unités, on vérifie, en 'simplifianf qu'il reste des m (c,est ce que lbncherche)

1o m x lQS= 5 ,25 ,-TæF

Vérificalim immédiae : €n siùrant wr le croquis le résultat qui vient d'âtre trouvô.

14 mA6,25_ m apparait en meilleure position que les 7 m ou 8,7S m qu,on aurait pu trouver enoubliant le décalage d'échelle.

Autre_ exemple : mème capt€ur-transm€tt€ur que ci-dessus. Le niveau est de g m,combien de mA doit-il y avoir en sortie ?

0 m

4mA

Véritication :

5 m 7,5m 1 0 m

z'o ml

l 0 m

20 mA

1 6 m A x 8 m1 0 m2

1 On chercfre des mA, on commence par l'échelle en mA2 On divise par l'âutre échell€3 la donnée

1 6 m A x 8 m. -o �m = 12 ,EmAAttention signal déalé: + 4 mA

16,8 mA

8 ml 0 r n

20 mA1 6 , 6 m A

Sur le croquis : à I m correspond un slgnal entre 16 et 20 mA, les 12,g mA ne collentpas, c'est là qu'on se rappelle de + 4 mA, à nouveau l.intôrêt du croquis I

Pqr!|" {Oq]Eg; un capteur-transm€n€ur de pression éleclronique (4 - 20 mA) a uneéchelle de 28 à 32 bar {remarquez quo si la velôur normale do lonctionnement se situe aux environsde 30 bar, lo fail dutiliset un€ ôchelle réduito autour de cotto valeur rond lo cagteur-transmetbutn€tlement plus sensible).

1/ Ouelle est la valeur du signal pour une pression de 30 bar ?Z Quelle est la pression si le signal est à 16 mA ?

0

} M VAIIA]CE . L€ OTR\FT OU REGLAJR . l l

12Réponses :

2a 29 30 ! t t2brf f i r. { o t2 t '6 2omA

11 12mA21 31 bt (sarcæ*;rtalall

Aulre exemole :

50'c 150 'c

200 I ooombar1/ Quelle esl la.température si le signal est à g20 mbar ?2l/ QJd est !e signal pour 90"c ?

-

820 mbar- 200 mbar décalage du signal

' l 00'c x 620mbar800 mbar 77,5 .c

+50 décalage des.c127,5.c

r 320 mbar+ 200mbar décahgedusiTnal

520 mbar

1 0 m

90 ' c_ 50 ' c

800 mbar x 40 .c

1 0 0 ' c

La règlede trois est évidemment plus simple si la sortie est exprimée en pourcenragêde variation.

Exemple :0 m

F_{o % 1 o o %

c'est-à-dire : quand la valeur d'entrée varie du mini au maxi. la sorli€ varie d€ 0 à10O'/".

5 m 1 5 m

o % 100%

32bar

0 % 100%

Cela revient à dire 4 mA, 3 pSl ou 200 mbar = @/.20 mA, t5 PSI ou 1 000 mbar- 1OO y"

La pleine échelle est 100 %' t2

28 bar

PREL|MT.| TFES '13

[a demi-échelle est 50 9ôLe quart d'échelle est 25%€tc ...

Dans- ge cas,. le décalage du signal disparait des calculs. L'instrumentisls devratout€fois retenir qu€ oolc corr€spond à 4 mA, 3 pSl, ou 200 mbar. Autrsm€nt dit, à 0% lesignal de sortie n'æl pas nul (e signal de sortie €st nul sêulement si l,alimeniation ducapleur-transmefiour ou sa liaison ost coupée !).

Flemarque : l'utillsation de % s'applique aussi bien aux variations de l,entrée ducapt€^u{-qT:qrgqqq (Stalg9ur.me.su.rée) qu'aux variarions du signat de sorrie (4 à 20mÀ 3 à 15 Psl, 200 à 1 000 mbar) de tout€s façons, quand tout-va bien, si la mesurevarie de 0 à 10070, le signal de sortie varie lui auési de ô à tOæUo IMais at€ntion, on p€ut àvoir deux cas :

9 _ r 2 3 4 s 6 7 A 9 1 0o 1 2 3 4 5 6 7 A 9 1 0

comme sur les enregistreurs lire 10, 20, 30, ... 1OO%

q 1 2 3 4 . 5 6 7 A s 1 0

0 3 s 7 I 1 0

FONCTION LINEAIRE :

Lorsqu'on a :

o 1 2 3 4 5 6 7 8 s l O

On dit : "la relalion entre l'entrée et la sorti€ est linéaire" ou "la sortie est linéaire avecl'entrée'ou le signal de sortie est proportionnel à la grandeur mesurée.

S i o n a :q 1 2 3 9 . s 6 7 A 9 1 0

l--ri------ -r---!- --J ' I

-r l-o 3 5 7 I 1 0

La sortie €st une tonction quadratique, €lle est proportionnelle au carré de I 'entrée(c'€sl souvent le cas des débits, mais ce n'est pas le seul cas de fonction non tinéaire).Pourquoi dit-on 'linéaire" ?: parce que la représentation graphique de la rêlation entreI'entrée et la sortie sst un€ ligne droite.

q 1 . ? 3 4 s 6 ? A s 1 0

a r 2 3 4 5 6 7 I 9 r B

LE CARNET OU RÉGLAJF .

s17lÉ t5 l

4..|

.F M VÆINCE 1 3

1 4Pour une fonctlon quadraùque, on aurail

8 1 ? 3 4 5

La représentation graphique €st un€ parabole.

La fonction linéaire est la lonction mathémarique la plus utilisée en m€sur6 etrégulation. ll conùent donc de bien en connaître les propriétés.

Mathématioue : la représ€ntation graphique d'une droite correspond à la relation :s = k x e où k est une constante c'est-à-dir€ un nombrequelconqu€ mais connu (ou facile à connaître).

E x e m p l e : s = 2 x e( k = 2 )

Tracé du graphique : se donner des valeurs pour eet calctller ss i e = 0 s = 2 x 0 = 0s i e = 1 s - 2 x ' l = 2s i e = 2 s = 2 x 2 = 4s i e = 3 s = 2 x 3 = 6elc ...

Avec les couples (1 ,2) (2,4) (3,6) etc... tracerdês points comme àla" bataille navale"

g ! 1t-r

Cene relalion pourraitdiffêrentielle (P)

se renconlrer en mesure de débit (F) par pression

Remarque : tous les graphiques représ€ntant une relation entre deux grandeurs sonlfacile.s à construire : prendre l'initiative d'inventer des valeurs pour une des grandeurs€t calcul€r les valeurs de l'autre avec la relalion. Ouand il y a assez de points, tracer lacourbe.

Exemole :

e = !ez n=f r rx r tsoil

PRELIMINAIRES 15

F = 0 ---->F =2 ---->F = 4 ---->F = 6 ---->

P rsj

P = 0P = 1P = 4P = 9

C'e:n ?^5 ç?FUT ETR,E,-..?

"F M VAI.AAJCE . LE CAR\ÊT OU REGLEUF . 1 5

16

Décalage du zéro :

4mA

lorsqu'il y a décalage du zéro, exemple :

o,m 6m

La relation s'écrit sous la lorme :

g = k x e + b

b est aussi une constante.Ainsi h relation enùe e en m 9t s en mA s,écrit :

s = 2 x e + 4

k = 2b = 4

20 mA

( 2 = 1 6 n a l S n l

Le point (0,0) n'est pas sur la droite+4 indique le décalage

<reizo

PFELIMINATRES 17

LE RAPPEL INDISPENSABLE DES UNITES

Le Système International d'unitér ( Sl ) est obligatoire en. France.depuis 1962'l'empioi, précédemment courant dv kilogramme'lorce et des unités dérivéesftilogrammèùe, kg/cnt2, cfreval vapeur, etc ...) est donc interdit.Le Sl permet d'appr6ciables simplilicatlons des calculs et surtout c'esl un langageinternitional ; il est important de l'utillser clrr€clem€nt, ainsi il faul âpporter grand soinà l'écriture des unit6s, l'écriture des symboles d'unités est d'ailleurs normalisée aumôme titra que le système lui-même.ll faut penser qu'un collègue comprendra peut ôtr€ '120 km.h" comme étant unevitesss, un ordinateur (le vôtre ou celui de l'entreprise) ne le comprendra sÛrementpas, il lui laut l'écriture conecte : 120 knvh. De môme pour Kg et kg, rnlm et mm, 7m,3 €t7,3 m, €tc...

UNITES USUELLES EN INSTRUMENTATON

GrandeursAnciensSystèmes

5 . r .a)

>\<n

ObservaÈions

Longueur

Surface

Vo luue

gmt

t @ 2 , c m 2 , m 2

" r r , ( t t c c r t )

c9., 9"

mè tre

mèÈre carré

mètre cube

m

m2

n3

1e "micron" (ni 11ièrne deu m ) = 1 p n

un t taret t = 100 n2

1 r n 3 = 1 0 0 0 I1 9 . = | 0 0 0 c n 3

Mâs se

Po ids "kg" (kgf )

ki l ograme

ne!7t on

kg

Nvoir O c i -d es sous

Press ion kgf /cm2 pasca l Pa P a = + @MasseVol urnique

kilograurne parmètre cube

kg /m3 oD'autres unités sont indiquées dans l'annexe UNITES, page 285

(1) le poids d'un corps est un€ FORCE dûê à "l'anraction universelle" ( loi de N€wton 1 )Le poids est égal au produit de la masse du corps (kilogrammes) par l'accélération de

la pesanleur à l'endrclil où il 9e trouv€.Uaccllération de la pesanteur (symbole : g, unité: m/ys) est variable avec l'allitude etla latitude ( voir page 250 l'Annexe 'g

JDonc le poids d'un ôbjet (p = m x g, en newtons) est variable, pat contre sa masse dstune constante (exprimées en kilogrammes)Dans la vie courante, on continue à utitiser un vocâbulairs imprécis sous prétext€ qu'ilny a pas de confusion possible, ainsi on parle de POIDS pour une balancs alors qu'ils'agit de lm3lot : €lles sont marquées an grammss et kilogrammes !

t' Newlon (Sir lsaac) 1642-1727 - Astronome, mathématici€n, philosophe ot physici€nanglais :1 'deux colps s'attir€nt €n raison dirocte d€ leurs masses et en raison inversedu cané de la distanca de leurs csnlres de gravitès"

2 'Force = masse X accélêration' ( F = m.7 'gamrna' )

.I.' M VAI.A'{CE - LE CÂFNÉT OU REGLzuR . 1 7

18(2 ) Le.bar (symbole :.bar) n'est pas l'unité du Sl. C'est un sous-multiple du pascal(symbole.: Pa) utilisé à titre ùansitoire car sa valeur est procùre de fahcienné unit6kgllcrr�Ê , dont l'usage est absolument proscrit en France depuis tS62

1 bar = 100 000 pa = 100 kpa

(3 ) La MASSE VOLUMIQUE d'un corps, souvonr d6sign6e par le symbole p (lettregr€cque rhô),est la masse en kilogramme d'un mèrtre cube ae ce corils. on <iit àussimasse spécifique car c'est une caraclédsdque sp6cifique du orps. poirr les liquides et1.": 9Logq : P =. 1 0oo x d : le nornbre exprimant la rnasse volumique (en kdnr3) est égalà 1 000 fcis h denshô p{ rapport à l'eau. Pas d'unh6 pour la aeniitO,b,esiun râpportiernasses (rnasse d'un volume du corps divis6e par la rrasse du môme vdume d'eau).

Tout le rnonde sait que l'eau, ça fait un kilogramme par litre (te vin arssi),, por.rr I rns(1000 D 'ça tait ' 1 000 kg ---> p ean = 'l 0O0 kg/m3 et d= 1Si la densité est de 1,2 alors p = 1 200 kgm3Anenilon .: pour les GAZ , la densité (qu'il vaut mieux ne pas uùliser) est donnée parrappori à l'air (vcir page 99)

POIDS VOLUMIQUE : il est parfois utilisé. Le poids volumique ou poids çécifique descorps, c'est le poids (en newton) d'un mèûe clbe du corps, désigné par le symbole 6 (pi); il es lié à la masse volumique par la relation : ûl = p.g où l'on retrotrve æélération dela p€santeur (voir ci-dessus)

FOBCES ET MOMENTS DE FORCES :

FORCE:Uintuition aidée de quelques souvenirs scolaires lait que toul un chacun a une petiteklée de la noûon de torcc, mais pour udliser et calctler des lorces (comme nousaurons à le faire, en m€sure de niveaux par exemple), il convient de préciser cattenotion.

wgJ--i. --f-- l-

A'1"

PRELnrlurREs 19

UN PEU DE PHYSIQUE

Lintensité d'une force s'exprime en newtons (N). Le poids est un€ force : une massede m kilogrammes a un poids de m.g n€wtons (voir page 16). Un obiet soumis à uneforce se déplace, c'est obtigaloirs, c'est la définilion de FORCE (s'il ne se déplace pas,dest qu'il est soumis à au moins deux forces).Equilibre : un obiet soumis à deur forces est en équilibre (ne se déplace pas), si lesbrces sont égales et de sens contrairos.

Fl est le poids ( m x g)F2 est la lorce du ressort

Ls terme 'équilibre' fait immédiatem€nt p€nser à quelque chose de précaire, ce n'estpas le cas ici. Un obiet p€sant, posé srr une table est en équilibre sous l'action de sonpoids, làre force, et de la réaction de la table, 2ème force, appelée réaction Parcoqu'elle r'oppose à l'action du poids (laire descendre l'objet). Cet obiet est an équilibre€t il ny a rien de précaire dans sa situâtion.Equilibre : 'ôtat de repos d'un corps sollicité(Diaionnaire Larousse)

MOMENT DE FORCE :

par plusieurs force qui s'annulent'

Uurilisation d'un levir lah penser que les longueurs (les 'bras de leviet.) inl€rvionn€nt.En etfet, on multiplie la force par sa distance au point 0 : c'est le momenl de force parGlpport au polnt 0.

"I M VAIJA^ICE . LE ATÊ{ET OIJ RÉGL8JR . 1 9

æ

Lunitô de momenl de force esl le newlon-màtre (Nm). Lorsque les lorces sonrapdiquéæ par l'lnrermédlalre de bras de levier, foqtiinurâ esl àoiJnu'par'unâ ggaritode mom€nb.Exempfe | // \

/ \I L o r \ 1

{ F1 . 7\ f /Equ i l i b res i t . L - r .F

?.:,",.^!:,4yp-* des problèmes prariques, il n! a que deux catégories de forces, ceilesqut terat€m tourner I'obj€l dans un s€ns, et celles qui le feraient tourner dans l,autresen9.Pour. l'équilibre, il sulfit alors que l'addition des moments des unes, soir égâte àI'addition dês momenls des auùes.

3 l l x 2 c n + P x 5 c u

ô l l x 4 c u + 2 t l x 3 c o

Moment -Fxd(N) (m)

6 tlcE + 5F

'16 Nco + 6 Nco22 llcn

R é p o l e c : F - 3 , 2 û e r t o o .

Exempfe,

{

\

L€s moments pourront, pour re carcur, ôtrg exprimés en cm.N : rire ra remarque R5page 7

Quel le doi t être la force p pour que le f léau soi t enéqu i l i b re ? :

?f

é q u i l i b r c . 6 + 5 9 - 2 2

s - 2 2 â 6 - t , z

lgglisetign :

20

PFELIMNAIFES 21

La matière (bois, eau, air, acier, peau, etc ...) sst constituée d,un grand nombred'alomes.L{om9 est un petit univers dont le centre ou noyau €st composé de particules liées€nlre €lles par les forces d'attraclion nucléaire.Autour du noyau, gravitent les 6lectrons (un peu comme les satellites mais avec ctesral€cloires très variables). Les électrons sont maintenus dans le voisinage du noyaupar l'énergie des protons.uatomo est donc gomposé.de 'grains de matièrs" et d'énergie. Tous ces composantssont appelés- particules. Si pour une raison quelconque, liatome libère une'de ses?1lic!r!6s'. i l y a rayonnement. un rayonàement'provienr d'unà pàrricute enrnouv€ment

far er9mpl.e, le rayonnement p provient d'un électron en mouvement ên dehors del'atùaction du noyau.Une partio.rle d'énergie libérée de l'atome s'appelle un photon Le rayonn€mentPsogl à un photon est caraciérisé par sa longueur d,onde l. ( ',ramuca,.)Parmi les rayonn€ments de photons, le plus cànnu est la lumière

longueur d'onde 1, = 0,4 à O,B lm (Fm = "micro - mètrê. = .micron'.)u'auûes rayonnements (ondes électromagnétiques) sont indiqués sur ',|,échelle destonguzurs d'ondes' pa€,e 22.certains atomes libèreht spontanément.des p.grticules (électrons, photons, etc ...). Larndère qui contient de tels atomes €st dite rsdioactive.

.I- M VA.AJ\ICE LE CAR\iEr 0u Fa':t aJR - 21

2.ECHELLE DES LONGUEURS DONDES

lel.!0dgs E3térlgllgf : se propag€nt par vibration de la marière (gaz, liquide ousolide)

exemples: - ondes sonores : fréquences =B Hzà30kHz( voir l'annexe bruit page 241 )

ulta-sons : tréquences plus élevées

!.?s oqdes 6leçtromagn6tiqlres : tous les corps quel que soit leur état émenent del'ônergie soug lorme d'ondes électromagnétiques. ces ondes sont essenti€llem€ntcaractérisées par leur longueur d'onde I (lambda) exprimée généralem€nt en'micron'(l pn = 1t6 m ) queQuelois en angsùoem ( 1 A. = lûto m )

Le terme mde élælomagnétfgue est très général et couvre un domaine fès vast€ :- Rayons cosrniques : I plus petit que 10-3 A"- Rayons gamma ( T) : f de 0,005 à 0,25 A"- Rayons X :jusquà 0,001 pm- Les uttraviolets : 0,02 à 0,4 pm- les rayons visibles : 0,4 à 0,8 lrm dans l.ordre de l,arc en ciel : violet, indigo,

bleu, ve( jaune, orange, rouge ('VIBUJOR,)- Les inlrarouges : 0,8 à 300 pm

!m ( ' ru icronsrr)

1o - t I o -2

reyons cosml.ques

Molet ......... 0,397 pmBlzu foncé . 0,4i!1 pmBleu dair ... 0,486 grmVen ............ 0,527 pm

radradar)

Jaune. . . . . . . . . 0 .589umOrange....... 0,656 pmRouge dair 0,687 pmRouge ........ 0,760 pm

oquesTV,

La longuzur d'onde I d'un rayonnement est lié à sa kéquence I par la relationc est la vitesse de la lumiàre : 300 000 krn/s = 3.194 r7t

Exemple : si | = 164 kHz (164 0OO'cyctes par s€conde") la longueur d,onde est de

300 000 000T6-A-dd.O--= 1 829 mèrres par cyde on dit ,, I = 1 829 m -

LUMIERE longueurs d'ondes d€s rayonnem€nts visible I =

" c: À = T

t-

- Les ondes radio-électriques : du mm à plusieurs dizaines de km.

I c i -F rance InÈer e

1 8 2 9 a = | , 8 2 9 . l 0 - r r n

22

P8E.IÙONAIRES lJ

Un peu d' électricilé

LQLOSHII-t

l ! =Rx !V A A

U = Tension ou différence de potentiel en volt (V) 2R = Résistance en ohm (symbole : la lettre grecqu€ oméga O )I = Intensité du couranl €n arnpère (A) 3

Applicalion :Un courant de 4 mA traverse une résistance d€

625 O , quelle sera la tension U lue sur levoltmètre ?

nu=62srfu:ô6= 2,sv

Remarque : si on retire le voltmàtre, ça ne change pas le courant, d'où I'intéràt dem€surer lss courants au voltmàlre sur une résistance prévue pour cela sur la ligneFour un€ rnesure directe du crxrrent, il taudrait ouvdr la lign€).

I a résistance on question doit être 'de précision" (0,1%) car il s'agit de la mesure desrigneur 4 - âl mA ; leur "précision' €st m€illeure que 17o.Exemple de calcul :

Un enregistreur de calibre 10 volts esl utilisô pour mesurer un courant de 4 à 20 mA,quelle devra ôre la résistance R ?

1er cas : L enregistrzur n'a pas de possiUlitô de décalage de zôro.

1 OHM Georg (178$1854) physicien ailemand

2 VOLTA Alessandro ('1745-182n physicien ltalien

3 AMPERE Andrô (1775-1836) physlcian français

Vol tmè tre

.I- M VAI.AI\ICE - L€ CTFTET OU Rtr! AJR .

2.ECHELLE DES LONGUEUFS D'ÔNDES

Leg Je,ndes matârlelles : se propagent par vibration de la matière (gaz, liquide ousolide)

€x€md€s: .ondes sonorelr: fréquencas =8 Hzà30kHz( voir I'annexe bruit page 241 )

fréquences plus élevées

Les ondes 6lectromagnétiqpes : lous les corps quel que soit l€ur état émettent del'énergie sous torme d'ondes 6learomagnôtiques. Ces ondes sont essentiellementcaract6risées par leur longueur d'onde I (lambda) exprimée généralement en'micrm'(l

Fm = 1Û6 m ) queQuefois ên angstroem ( 1 A. = 1 e10 m )

Le terme ûde élæùonpgnétigue est très général €t couvre un domaine fès vaste :- Rayons covniques : I plus petit que 10-3 A"- Fùayons gamma ( T) : Ide 0,005 à 0,25 A.- Rayons X :jusquâ 0,001 pm- Les ultraviolets :0,02 à 0,4 pm- les rayons visibles : 0,4 à 0,8 lr'm dans l'ordre de l'arc en ciel : violet, indigo.

bl€u, v€G jaune, orange, rouge ("V|8UJOR')- Les infrarouges :0,8 à 300 pm- Les ondes radio-électriques : du mm à plusieurs dizaines de km.

pm ( "uicrons r')!m

1 0 -1 o-* | o-2

rayons cosalques

- ulûa-sons :

Violet ......... 0,397 pmEleu foncâ . 0,431 pmBleu dair ... 0,486 pmVerl ............ 0,527 pm

a

ondes

rquesradar)

La longueur d'onde L d'un rayonnement est lié à sa lrêquence I par la relationc esl la vitesse de la lumière : 300 000 km/s = 3.19 e 67t

Exemple : si | = 164 kHz (164 000'cycles par s€conde") la longueur d'onde est de

300 000 000T6A-6.d.d,-= 1 829 mètres par cyde on dit " I = 1 829 m '

LUMIERE longueurs d'ondes des rayonnements visible I =

. c: À = l

Jaune ......... 0,589 pmOrange....... 0,656 pmRouge dair 0,687 pmRouge ........ 0,760 prn

Ic i France InÈer . \

1 8 2 9 n = | , 8 2 9 . l 0 - p n

22

24La résistance à utiliser sera :

R=+=#: - 1o x looo - soooî-6iô-d A

Les graduadons du papier, généralemenl de 0 à 100% ne consspondent pas avec lecourânt (la tension varie de 2 V à 10 V, soit de 20 c/cà 10æ/è, quand le courànt varie de4 mA à 20 mA).

2àme cas : Décalage de zéro possible.

La variatlon d6 courant étant d€ 20 - 4 = 16 mA. ]a résistance à utiliser sera :

R=+=# - - 10 { l ooo = 625(}î-ôîT A

Avec ces 625 O la tension varie de 2,5 V à 12,5 V. C'est à dire de 10 V quand lecouranl varie de 4 à 20 mA. ll sufiit de décaler le zéro pour obtenir :

2,sY 7,5 VI t2r îA)

12,s V120 mA)

0 l l 0 2 0 3 0 { 0 5 0 6 0 7 0 t 0 9 0 t 0 0 x

rIIIII,IL

Compan!atron th-crmrqr.rrd r rmr rbr l t t r

24

PRELIMINAIRES 27

METHODES FONDAMENTALES DE MESURAGE

(analyse rapide de quelquee ...)

1/ METHODE DE DEVIATION

a) Déformation d'un ressorl

L'aiguille indicatrice se déplace sous l'action de deuxforces :- le poids du corps (F = mS)- la "réaction" du ressort (R = force de rappel du rsssortlorsqu'on cherche à l'allonger)

x = k x FLe déplacement x est proportionn€l (k) à la force F

k est la "constante d'allongement" du ressort, par exemple 20 mm pour 10 N, soit k = 2mrn/N.L'allongement augments de 2 mm pour chaque newton supplémentaire.

x e n m m = 2 x F e n NOn peut dire aussi que la force de rappel est de 1 newton pour 2 mm d'allongemenl :

R e n H = * x e n m mz

Lorsque l 'aiguil le s'arrête, on a:

'l

R = 7 x

'I

d o n c R = f , 2 F

Ce qui s'énonce : l 'aiguil leressort uno {orce de rappel

e t X = 2 ' F

s o i t R = F

s'arrêts lorsque le déplacement (la déviation) donne auégale au poids.

b) Apparei l à cadre mobile pour mesurs d' intensité :

Le courant (continu) parcourt re perit cadre r"0,," !iilullXr"',;"""#fÀ magnériqued'un aimant p€rman€nt. Par le passage du courant, le cadre mobile devient un petitaimanl dont les pôles sont repoussés par ceux de l 'aimant permanent : forceélectromagnétique proportionnell e au couranl.Les l i ls de suspension s'opposent à la torsion qui leur est appliquée. Le cadre etI 'aiguil le indicatrica s'arrôtsnt lorsque la déviation donne aux ti ls de suspension uneforce de réaction égale à la lorce ôlearomagnétique.

} M VAâNCÊ . LE CJFNEI OU REGLÉUR 1 l

æ

c) Commentaires :

cette méth{e présente l'avantage de.la simplicité, mais il faut remarquer que l'énergienécessaire à la déviation esr prise à la grarideur mesurée, ce qui, dàni èe.t"ià" car,fausse sérieusement l€ résultat. De plus-, toutes les forces parasiies introouisent uneerreu r (frottom ents, vibrations par exempl e).

?/ METHODÊ D.OPPOSITION

9�méthode consisre-à. oppos€r un€ grandeur connue à celle que l,on v6ut mesurer. on!91.-1? ]" mom€nt où les grandeurs sont 6gales. A l'égalité, on lit la valzur de celle quiP:t collus. Par.€xomple, sur une balance, on met d€s pokjs jusqu'à obtenir léquilibie.Lorsqu'il y. a égaliré, le poids connu €st égal zu poids meiur6.ùur ce prlnctp€, il exist€ un€ m€sur€ de tension (volt ou millivolt) tràs utilisée sur lesenregisf eurs élec{roniques : "mesure potentiométriQue"un potentiomèro €st une résistance éiearique dont'on peut faire varier la valeur.

1 : Alimentation continue, tension U

2 : Galvanomètre (mesure de couranb faiHes)

æ

^ PRELIM|NAIRES æ

Le courant connu | ( | = Ë)' traversant (€ntre autres ) la portion de résistance r créeune tension connu€ V (V = 7.[ Cette tension V est opposée à la tension à mesurer Vm.Le galvanomètr€ détectê le courant allant de la plus grande des tensions vers la pluspetite.Si les tensions V et Vm sont égales, il n'y a plus de courant, le galvanomètre "€st àzéro'. Réciproquement si le galvanomètre'est à zéro" c'est que V = Vm. La valeur de Vesl lue sur le curseur qui génère cette tsnsion (la graduation est €n volt puisque I estconnu).

'Si nécessaire voir la loi d'Ohm, page 23

3Y METHODE DE ZEROASSERVI

Ce dispositif peut ètre automatisé : le galvanomètre est remplacé par un amplilicateurdu courant et l€ curseur du potentiomètre est animé par un moteur électriquecommandé par le courant amplifié. A l'équilibre des tensions, il n'y a plus de courant, leq;rseur s'arrôtê, la plume aussi !

'| moleur à deux sens de marcfre

2 chariot porte curseur (et plumeéventu elle)

3 rail de guidage du chariot

4 entraînement du chariot

4 METHODE NUMERIOUE

Les appareils numériques (ou digitaux) outre leur facil i té d'emploi ( lecture tacile) sontgénéralement des instruments de grande précision.

Anenilon: cen€ précision n€ doit pas être le fait de l'affichage (il est facile d'afficherquatre chit lres derrière la virgule), el l€ doit provenir de la technologie numériqueemployée.

Exemple : Voltmètre numériqueC'est l'association :.- d'un générateur de'rampe" (tension croissant de façon linéaire)

30

I cnsionlvolt!)

tcnsim

tempr [:ccondcs)Plus généra lement , les rampessuccessives constituent une tension€n "dent de scie' :

- d 'une "hor loge ' : sn fa i t ungénérateur d' impulsions, toutes lesmi l l isecondes par exemple. Cesimpulsions sont comptées.- d'un comparaleur : comparetsnsion à mesurer à la tension derampe.

I mcturc7

lala

impu l ! i on !

- d 'un moyen d 'a f f ichage du nombre d ' impuls ions (cr is taux l iqu ides, d iodesélectroluminescentes, ...)

La rampe et les impulsions démarrent en même lemps ; lorsque la tension de la rampe€st égale à la tension à mesurer, le comparateur arrète le comptage, le nombred'impulsions esl affiché, il correspond à la tension aneinte par la rampe àu moment dela coupuro, donc à la tension mesurée.Exemple: si i l y a 1 000 impulsions psndant que la rampe passe de O à 1 volt, l 'arrêt àl ' impulsion 756 signif ie que la tension est de 0,756 volt (t une impulsion si la coupureest intervenue enlre deux impulsions.)

Cette méthode de mesure de tension sst lrès précise et ne ouise oas son éneroie à latension mesur6e.Toute les grandeurs électriques qui peuvent êùe transformées en une tension, peuvenlÔtre mesurées de cette façon, mais aussi toutes les grandeurs que l'on peui menresous forme d'une suile d'impulsions, par exemple les rotations.

f f * délection dc pa::agc

ç,

Voir les avantages de cÊfte tedlnique au dlapitre TRANSMETTEURS

30

t emps

PRELIMINAIRES 31

STABILITE ET FIABILITE DES MESURES

Extrait d\tne monographie de J. LELEU, Société Aquitaine Chimie

La stabilité des mesures se rélère à la constance dans le temps des critères de qualitéalors que la fiabilité concerne plutôt les défaillances.La stabilité à court termo (quelques heures) s'apparente plutôt à un bruit de fondaléatoire et trouve souvenl son odgine dans des perturbations parasitiques. La stabilitéà moyen terme (quelques jours) est drle à des €ffets thermiques ou climatiques le plussouvent. Quand à la stabilité à long terme (quelques mois) elle a de multiples c€ruseslelles que évolution d'éléments de base (usure, déformation, viei l l issement ...) oudéréglages.Industriel lement, i l faudra rechercher à optimiser ces différentes "stabil i tés" ou'instabilités", c'est-à-dire de réaliser au mieux l'adaotation dês instruments au milieuenvironnant.

La stabilité ou plutôt, l'instabililé à court termê qui est le problème du bruitt mérite uneattention particulière. C'est certainement à I 'heure actuelle, le principal facteur dep€rturbations contre l€quel i l laut agir du fait de la prolifération des ensembles decalculs el de mesure centralisée. Les bruits dans les mesures électriques, sont dûs àdes influences parasitiques telles que :

a) couplages capacitilsb) couplages induaifsc) couplages rayonnants (Hertziens)d) couplage de mode commun

lls sont égalem€nt dûs soit aux appareils eux-mêmes, soit aux process :

e) bruil d€ constitutionf) brui1 de la mesure elle-même

Tous ces bruits sonl devenus de plus en plus perceptibles avec l 'amélioration desinstruments, principalement la sensibil i té et la vitesse de réponse. l ls deviennentrédhibitoires pour les ensembles d'échanti l lonnage. Leur élimination n'est jamaissimple.[ -es, couolages lyoe a) sont l€s p lus gênants . Une bonne so lu t ion rés ide dansl' isolement galvanique, solution qui est coùteuses si la précision exigée est élevée.

Les çouolaqes lvoe b) nécêssitent une séparalion des organes (l ignes, capteurs,...)sensibles, des systèmss de puissance, ce qui est faisable au départ mais souventcoÛleux ou irréalisable après. Heureussmenl ces couplages sont peu lréquents.

Les couolages tvoe c) sont très exceptionnels

les couolages lyoe d) sont éliminés par des inslrumenls appropriés ou par isolemenlgalvanique.

les btuils e) el f) par contre sont touiours délicars à réduire surtout l). l l taut étudierchaque cas €t la solution p€ul être complexe. Par exemple, une pulsation sur un débitou sur un niveau, si el le est lorle, pourra à première vue s'él iminer à I 'aide d'un l i l tre

I b r u lt esl ici ls tsrma générique désignant loutês lès erreurs de lransrrrssron dans rn messag6.

-L M vAl-A^lc E . LE CAB'JET 0u REcLEUR 31

32p€lss€ bas classique, actif ou non. cependant, si la perturbaion est t€lls que la mesuredle-môme est tràs faussée (débit pulsé par exemple), h solution qui constiiue à nrodifierle process 3€ra gouvent ùès onéreuse.

En ce qul concerne les règles générales, il est souhaitable de respecter les pointssJivants:

- doter-les or.ganes d'alimentation d'antigarasites efficæes (le transfo dleolern€nt n'estpas suffsant)- faire leg ùansmissions en int€nsité ptutôt qu'en lansion- générallser sl possible les isolem€nts galvàniques- séparer les o€arîes de glissance des organæ de mesure- assur€r l'homogén6ité dec masses- udllser des tils torsadés par pairo dans les multi+onducieurs.

Fiabilitô des mesures :

, La géa;rité de forr{onnem€nt est l'un des points essendelg dane l'industrie. La notion de'fiabilité concern€ tout un système qui ùse à établir des bases de définilion, de prévisionel de contrôle de la sécuritô de fonctionnement.

Les déliniûons de base lelles que :

- I',!TBI (mean time between tailure ou temps rnoy€n de bon bnaionnernent)

- MTTR (mean time to repair)

n€ prés€nt€nt d'intérèt que si les lournisseurs p€uv€nt les prôciser. or, à l'heure æùdte,c93 grandeurs statistiques n€ sont généralement pas accessibles pour tes ensembles. ils'ensuit qu'il n'est pas possible de danilier les visites préventives d;une façon logique.ll est courant d'obsenrer des défaillancas catalectique's (anât brutal).

32

PRELIMINAIRES 3iI

CALCULS DlNCERTITUDES

CTENEBALIIES

Une 'mesure', vue par un instrumentiste, est issue d'un appareillage plus ou moinsdiflicile à ajuster ("étalonner") dont l'implantation, touiours délicate, permet d'obtenirune valeur itus ou moins reprbsentative de l'état réel de la grandeur mesurée.

Une 'mesure', vue par l'exploitant, est correcie si elle indique la valeur souhaitée, elleest dout€use dans lous l€s autres cas ...

Le spécialiste, plus objectil, sait que la valeur indiquée teprésente.ce qui est mesuréav6i une csrtâno précision (f1yo par exemple) mais il reste toujours. une csrtaineprobabilité pour que la valeur indiquée soit totalsment ditlérente de la valeur vraie (parexemple si l'appareil reste bloqué sur uns indication, *1% ne signifie plus rien)

Le calcul de la 'précision" €t de la probabil i té pour que cette précision soitetfectivem€nt obtaàue est une démarche souhaitable pour essayer de chilfrer unniveau de confiancr €n la mesure qus toute pgrsonne concernée pourrait accept€f.Ce n'est pas facile :

- les uti l isateurs l iennent à être "sécurisés" par des chifTres absolus, même si ceux'cin'exislent pas

- le calcul statisl ique dont les principes découlent de la théorie des probabil i tés's'applique généralement aux séries, or industriel lement, i l s'agit plutôt de "mesuros

prièàs au vol" qui n'ont pas grand chose de commun avec la mesure répétitive dumême étalon.

VOCABULAIRE:

Le dictionnaire à consulter quand on n'est pas sÛr d'un mot esl la norme NF X 07-001Les termes les plus lrôquemment utilisés sont :

accroissemenl de la variable observée' - accro issement de la va l€ur mesures

Exemple : enregistreur de 250 mm (largeur du ;apier)pleine échelle 125"

sensibiriré = Î52g TS = 2 mm t"c

MOBILITE : aptitude à réagir aux petites variations de la grandeur mesurée

Exemole : mobil i té 1/10 de'c

Ces deux term€s sont souv€nt confondus car la mobililé correspond à ce que lesanciens appellaient la sensibilit6'

} M VA.AAJCE . LE CAF\ET OU RECJ-ÉUR . 33

uFIDELITE : aptitud€ à donner des indications concordantes entre elles.

JUSTESSE : aptitude à donner des indications égales à la valeur vraie (aprèsajustage).

Exemple : le matériel de laboratoire est juste mais trop fragile pourlidàle, certains appareils anciens sont lidèles mais trop rustiques pourjustes.

LINEARITE:

ValeurIndi quée

1 : linéarité basée sur le "zéro" et "l'échelle"

2 : linéarité indépendante (minimise les écarts)

HYSTERESIS : êcart entre les valeurs à la "montée" et à la "descenle"

PRECISION : définit ion donnée en page 35

CLASSE DE PRECISION :ca terme est uli l isé pour des appareils de même fonctron ayant ététeslés dans les mèmes condit ions définjes par l 'usage ou par unenorme. La classe donne en 7" de la déviation maximale, l 'erreurmaximale que l 'on risqus d'obtsnir €n tous poinls de l 'échelle.

DEFINITIONS:

Erour absolue : soit A1 le résultat d'un mesurage et A, la valeur vraie de la mesure oula valeur conventionnellement vraie (voir NF X 07) l 'erreur absolue ôA (delta A) est laditférence A1 - A

34

êtreêtre

V a l e u r v r a i e

PRELIMINAIRES 35

 A = A 1 - A€n pratique : dans Iempérature à Xzc", !2C €st considéré comme étant l'erreurabsolue.

Erreur relative : c'est le rapport +en pratique : on parle de 'précision relative" Si une lempérature est d€ 50o c i2oc,l'erreur relative est :

x2"C 4eræei =t ioo- '=!4o/"Remarque : toutes les erreurs sontprécédées du s igne +, (p lus oumoins) car on ne connalt pas leursens (+ ou - ?)

Théorème : l'erreur absolue maximale sur une somme algébrique A + B tC est la somme d€s €rreurs absolues sur chaque terme : ̂ A + ÂB + ÀC

Exemp le i 82 ,4m3 /h t 0 , 7m3 /h

- Sur produit, quotient, racine

L'erreur relativa maximale est égale à la somme des erreurs relatives.

Exemple :

B^ml A = 150 mesu réà 1 % p rés (A = 150 r 1 %)

B = 4 0 0 à 1 , 5 % p r é sA.B = 150 x 400 = 60 000 I ôAB

Calcul de aAB ? : il faut utiliser :Â A B Â A ^ B-Tr=lA-+T

APPLICATION A UNE CHAINE DE MESURAGE :

si la températur€ €st de 250"c t2"c :

*.2 "C Ier=Z6î-€ =t1.ôoo- = i0 ,8%

CALCULS D'ERREUR :

- Sur une somm€

Valer

Capte ur b-a nsmeteur Convertisseur Enregistew

h ràgle €sl cel le de l 'erreur relal ive sur un produit :

+ 4 1 , 9 r n s / h r 0 . 2 m 3 l h124,3ms /h t 0 ,9m3/h

} M VAT.^ÀIC E . tE CAÈ\EI OU REGLEUR .

36

er=(r1%) + ( t1%) + (10,s%)

4 = t 2 , 5 / o

Intuitivement on pense qu'il est p€u probable que les errsurs t s'ajoutent, en etfet uneyqleul plu.s probable de l'erreur possible €sl obtenue €n ulilisant une loi qui se rattacheà la théorie des probabilirés :

Lqi des moindres carr6s : elle consiste à calculer la racine des carrés des "précisionsrelatives'.Pour l'exemple ci-dessus ,

2 + ( i l % ) 2 + ( + . 0 , 5 % )

+ 0 , 2 5e r = t 1 , 5À

tralÂtrT - TV9tr,--iJlrJ-!L!-bJ

l'9ca.rt typg ou écart moyen quadratiqu€ est un indice caractérisant la dispersion desrésultats obtenus dans une série de mesurages de la même valeur d,une giandeur.l l est uti l isé pour définir la "précision" d'u-n appareil (constructeurs ou-laboratoiresd'essais)symbole: sunité : pas d'unité, c'est un indice d'écart

NIVEAU DE CONFIANCE. LIMf fE DE CONFIANCE. PROBABILITES

Le calcul statistique indique qu'il y a 95 chances sur 100 pour que la valeur vraie soitcomprise dans un intervalle de t 2 s

A1- 2s A1+ 2s A1 est la mesurss êst l'écart type

A1

La valeur vraies est quelques€ulom€nt dans 957" des cas.De même, i l y a :

part dans la zone hachurée et enco16, pas loulours,

C l r : n c e s I n È c r r , ' . r l l e

5 0x6 8 ;9 5:t"9 8 ;

r 00z

, 6 7 s

s

( t ' i n r in i )

l -

PRELIMINAIRES 37

Dans les calorls d'erreur (sur organes déprimogènes par exemple, voir NF X 10102)on ulilise'l'écart type relatif" exprimé en o/o, pr convention cet écart type relatil est égal

à la moitié de l'erreur retatve $

Ainsi à une 'précision relative" de t 'ly" correspond un écarl type relatit d t 0,5% etréciproquement.

PRECISION:

La question que l'on pose le plus souvent au suiet d'un appareil de mesure est : quelleest sa précision ?Autrement dil (NF) : quelle est son aptitud€ à donner des valeurs proches de la valeurwaie ?On ne peut pas répondre par un seul chitfre si I'on veut tenir compte de toutes lescauses d'erreur.

ll y a au moins :

La précision intrinsèque : les essais de l 'appareil au.laboratoire ont donné pour unesérie de mesuragês de la même grandeur dite "étalon", un écart type relatif detO,25/", on dira la précision intrinsèque êst dê t 0,5

Les erreurs dues aux grandeurs d' inl luences :ïempérature, vibrations, variation de lat€nsion d'alim€ntation, pression statiqu€, etc... (voir les exercices)

lmportant : La "précision" est une valeur relative qui s'applique (sauf indicationcontraire) au maxi de l'échelle, elle sert à déterminer I'erreur absolue en tous poinls del'échelle.

Erreur absolue = "orécision" x maxi de l 'êchelle

l l laut remarquer qus cette erreur absolue, est la même en tous points de l 'échelle.Exemple | "ce transmetteur d'échelle 0-l 000 mbar, a une précision de 0,5%"

signif le que I 'erreur absolu€ 6st de

iôË t t 000 mbar = 5 mbar, c'esl-à-dire i 5 mbar

Ainsi æur une valeur de 100 mbar, la mesure est :

'l 00 mbar i 5 mbar

ou en srrsur relativa :

e r r eu r abso lue 5 mba r./at.a-;r mffi;6â' = îîI;I-â; = c7o

( c'est dillérent des 0,5% du début !)

L M VAt-Al.lC Ê LE CAFôJET DU RECLÊI,R

38

CAUSE D'ERREUR DANS LES MESURAGES

L'6numération des erreurs sst €n quelque sorte une énumération des causes. Laci-après pourrait faire I'objet de plusieurs livres.lci, il sera laissé libre cours à l'imagination de l'instrumentists pour minimiserinfluences, voire supprimer les causes.

Erreur de principe de méthodeErreur de lectureErreur de mobilitéEneur d'hystérésisErreur de justesse ou d'aiustageErreur due aux grandeurs d'inlluences

TempératurePression statiqueVariation de l'alimentationVibrationTemps de fonctionnement (vieillissement)Humidité (pluie, neige)Bruit : champ magnétique électrique, onde électromagnétique

Erreur sur le zéroErreur de précision

l iste

les

EXEMPLES D'APPLICATION

1er exemple : une chaîne de mesurage esl consl i tuée d'un transmetteur detempéralure précision 17o, étendue d'échelle 0 - 250'c et d'un enregistreur de lamême classe de précision. L'enregistreur marque 50'c, entre quel les l imites se trouvela température vraie ?

Tempêroture

L'€rreur relat ive maxi de la chaîne à pleine échelle (précision) est égale à la sommsdss erreurs relatives (précisions) de chaque composant.

ar = 1"h + 1"h = ?h G. f/"1

L'erreur absolue (calo.rlée sur la pleine échelle puisqu'i l s'agit de

250"c x (r2"/") = rs'c

La valeur vraie quelque soit le point de mesure €st compriset 5 ' c

préc is ion) es t de :

CapteurtransmeËeur Enregisteur

t:

JÈ'

dans un interval le de

PRELIMINAIRES 39Erreur relalive au point de mesure :

t s o c-566- = t 10%Le résultat peut êtro annoncé de deux laçons

La température €st de so"c t socou, la températur€ est de 50.c t 10%

(r2o b!r)

l2 OOO kPa

lJesure de ta différence d€ pression entre l 'entrée et la sortie d'un procédé defabrication où la pression vap€ur chute de 1 S00 kpa (1 5 bar)

. : : : : : : . : : : . : . : I

(1o5 b8r)

IO3OO kP! 314"C

Le capt€ur uti l isé est réglable sur une plage de.1sur 0 - 2 000 kPa. Calculons, à l 'aide de la notice(précision) dans ces conditions d'emploi.

NOTICE (manuel d'instructions\

Garactéristiques

i

200 à7 000 kPa ; i l est ajusréde l 'appareil, l 'erreur globale

de perlormancesPRÉCISION :

: 0,25 96 de la plage étalonnée. y compns les etfets combinés delrnéarite, hystérésrs et .eproductrbrl ité.

STABILITE

a 0,25 9'. de la l imrte supérreure de la gamme Oendant srx mois.

INFLUENCE DE LA TEMPËFÂTUFE

Pour le maxrmum de la plage. pa. exempie 0-689 kPa (0-6.89 ba.)æur la gamme de 0-i17/689 kPa {0-1,1716.89 bar), erreur duzerc : O.5'/o delaptage par 56'C.Effet tolal y compns les erreurs de ta plage et de zéro t I 7ô de laplage par 56"CPou. le mrnrmum de la plage, pa. exemple 0- 1 1 / kPa (O- l, l7ba.)pour la gamme de 0-117/689 kPa (0-1,1716,89 bar), efieu. duzero t 3 "â de la plage par 56.CÊllet tolal y Compfl S les e..eurs de plage el de zéro : 3,5 % de taplâge par 56'C

INFLUENCE OE LA PRESSION STATIOUE

Ereu de ze(o - 0 50â de ta trmrte Supe eure de la gamme pour14 MPa r 140 bar )Erreur 49 s 9".-" 1 ' O 25o/. de la tecture ga. 7 MPa l7Obar) cecr esl une efieur systematrque qur p€ut être elmrôe€ parelalonnage pour une press@n parlrcrrir€re âvant hstallat|on

exemole : ulilisation d'une notice

} M VAI-AÀCE L: CâÂAET CU EÉ3.:LR J: '

,o

INFLUENCE OES VIARANO S

t 0,05 % d€ la tirnite srpérieutè d€ la qarnm€ pat g iusqu'à 2@ H2dans n'impo.le quel axe.

INFLUET{CE O€ L'ALfl ENTANON

Inléneure à 0,005 7o de l'élendue du signal de sorlie par volt.

INFLUENCE OE LA CHARGE

Pas d'ettet à pan la variation d'alimentation lournie au transnet-l€ur.

INFLUENCE O€ LA POSMOfl OE IIONTAGE

Décalage du zéro allant lusqu'à 2,5 kPa (25 mm d'eau) qui æutétte éliminé par étalonnage. Pas d'ettet sur la plage. Pas d'elletdans le olan de la membrane.

Aoolication : le transmetteur réglé de 0 à 2 000 kPa indique 1 500 kPa

-1.1.P..râc.i.çi.sn.;t Q,25o/o de la plage "étalonnée' = Æ {i

fu000 k% = t 5 kPa

soit un€ erreur relative O" t'ffi X 1oo = 0,33 %

2 Stabilité :

! 0,25o/" de la limite supérieure de a gamme =. 0 , 25 X 7 000 kPar f f i = r 1 7 . 5 k P a

" ,=î+io 'X 1oo = 1,16%

3 Inllu.ence de l,iltemoérature :t 1% pour le maximum de la plage ( 7 000 kPa)t 3,57o pour le mlnimum ( 1 200 kPa)

Comme il est indiqu6 par ailleurs que I'appareil (partie capteur) supporte plus de100oc, on peut imaginer des conduiles de liaison courtes, elles transmettront la cha.leurdes conduits vap€ur par conduction ; nous supposons une lompérature du capteur del'ordre de 56'c.

La plage aiustée €st 2 000 kPa, prenons un atfet total d€ r 3,15% par 56"c.

40

PRELIMINAIRES 41

2 000- r 2 0 0;----Eô0--Ebô-- = 0 , 3 4 (voir règle de trois page 10)

3 , 5 2 - 0 , 3 4 2 = 3 , 1 6 7 "

d'où t 3,15olo de 2 000 = tt 'tt iâôt ooo = t 63 kPa

soit une err€ur rglative de

Ti6ffi x 1oo =!4,2o/o

,V PRESSION STATIQU-E:

La pression statique esr de 12 MPa (120 bar)

4.'ll eneur de zéro : t 0.5% de 7 000 kPa =0 , 5 x 7 0 0 0-Tôb- = tr)Kt'â

4.2J eïew de la gamme : considérons 120 bu peu diflérent de 2 x 70 bar- 2/" de'l 500 kPa = - 30 kPa

to,s % de 1 5oo kPa J# = t7,5kPa

Erreurrelative -ffit Pç = -2%7 A k P a

t f f ix 10Q = to,57o

Ueneur relative est comprise entre -1,57o at -2,5/". Le construcleur donne le signe del'erreur, i l sait que l ' indication sera un peu faible. Dans la racinê de la somme descarrés que nous allons calculer, ce signe va disparaÎtre, ce n'est pas genti l pour leconstruct€ur, mais nous pensons comme lui, que cetle €rreur ne devrait pas figurer icipuisqu'elle p€ut ôtre éliminée à l'ajustage.Flemarquez qu'en retouchant l€'zéro' en pression et en "by-pass" on ne corrige pasl'erreur de la gamme.

c P..Q.S.[TIQN..QE .M 9.r$J. A.Ç.8 :

Elle perf intervenir -pour t 0,157o dans le cashorizonlalemenl, supposons qu'il en soit ainsi.

g LES INFLUENCES :

Les influences des vibrations, de l'alimentation et de

L'eneur globale à la valeur de mesure €st donc :

où les chambres sont montées

.t- M vAl l.lcE LE CâRNET OU REGLAJR

la charge sont négligées

42

e) ç.ae9..AgçU.n.s Blé.€u.ti.çn. :

( 0 , 3 3 ) 2 +1

a r = t ( 1 , 1 6 ) 22

(4,212 +3

(2 ,33)e +4

(2 ,s )e +5

( 0 , 1 5 ) 26

Précision = t 5,5%

b) ; il sufTit d'informer lepression statique, ouconstruct€ur que I'appareil doit fonctionnor à 12 000 kpa de

l'appareil a été 4us1é en pression statique par le cli€nt..

Précision = t 4,4oh

c) .S!..d.-e..glu,-s..Sq.e].gg..e.ç..p..fÉç.e!..!i9nç..-s.9n1..gtig-e..ç..pour que ta rempérature de t'appareilreste modéré€ :

Précision =x1.2o/o

c'est une bonne précision pour une ̂ P de 1 500 kpa à 12 ooo kpa de oressronstatiqu€. Encore faut-il constater que l'appareil travaille très en bas de sa gamme, si lemême transmetteur mais de gamme 3oo à 2 000 kpa avait été cholsi,- la précisionétonnanto de !0,4c/c aurait été atteinte dans les mêmes conditions !

Exqrcice ;Vérilier, en rcprenant te 2ème exemple depuis te début, que lesperlormances de précision seraient eflectivement meilleures avec une aamme'de 300à 2 000 kPa.

17 ,64

42

PRESSION {I

P R E S S [ @ N

Qélinilign-: Une PRESSION = uneFORCE divisée Par une SURFACE

D^'4 ,Dc ù'En anglais :

ff i inch \r e',. L'unhé Newton-i:ar-mètre-carré (N/mz) a un nom plus court : pascal (Pa)

Mécan ioue : | ap ress i onexe rcéesu rdusab le (pa rexemp |e )pa r .Uneb r i quesu rchamp*-ï6îîÎÛs iniportanle que la pression exercée par la même brique à plat :

' Anciennement: Pression = (kgf/cme)

La lo r ce l t epo iasde lab r i que )es t l amême ,ma i s | asu r f acees tp |usg randeen2donc la piession exercée par la brique sur le sable est plus petite qu'en 1.

Hy.df.çSlatj.SU.e : F étude de Ia pression dans les liquides)

Mini cours en trois théorèmes Jondamentaux :

1e r / LAPRESS|oNS .EXERcEPERPENDIcULA |REMENTAUXSURFAcES

En sortant de ce récipient cabossé et percé, l€ j€tfa i t un angle dro i t avec la sur iace ; i l es tperpendiculaire à la surTace.

Ceci est connu depuis longlemps, mais PITOT (F' 1695 '1771)quand i l a inventé son tube de mesure de vllesse :

n'y a pas Pensé

h ( ma isL'entonnoir (maintenantoerlurbe la veine l luide).

suppr imé) n 'augmente

. LE CAFNET ùJ RECL:LF

- \ -- - - l

} M VA,I-AIJCE

en n6n l a hau leur

43

442ème / SUR LA MEME HORTZONTALE, tL y A t-A MEME PRESS|ON

S = l O O O c m 2

Remarous : Pour I ' instrum€ntisto, la solution descommenc€ souv€nt par l,écrituro d'une égalité dehorizontalê.

3ème / THEOREME DE PASCAL

ça lyssi c'est connu, mais. r'inv€nt€ur du cric hydraurique (pAscAL, F. 1629 -169?),V a réflécfri un peu ptus que tes aurres et â ôur"ni, d€! ftc;jl;p;;Ësav€c des p€lites pressions.

La pression à gauche est de : l'= J 0 \ æiat d€ la mass€ 1 k€)

La pression esr ta même a;r"il(L:fi: horizontate) d,où une force = p x s =1 ô NjîiÊr 1 000 crne = 10 ooo NL'équilibre s'établit âv€c un€ masse de 1 000 kg (dont le poids : r0 ooo N).

problèmes de niveaux liquides,prsssion en deux points d,une

p = h . P . g

P = pression en pascal

h = hauteur du fluide €n mètre

p = (rhô) masse volumique du fluide en kg/m2 (l 000 fois ladensité pour les liquirCes)

g = 9,806 rvs2 (accélération de la pesanteur)

La pression en.un point d'un liquide ne dépend que de la hauteur du liqukce au dessusde ce.point €t ds la nature du l iquide (masse volumique).La volume du liquide ou la formà du ànteneur Jinteivrent oas Ir.6nrr compte, évenlu€llemsnt, de la pression qu'il peut y avoir au-dessus de la surtacsdu l iquide.

44

PRESSION 45

ll y a la même pression au fond de ces deux récipients :

Donc, les forces sxercées sur les londs seront les mômes (Force = pression xsurface). Pourtant si les volumes sont de 10 | et de 'l ms, il y aura seulement 10 kgd'eau dans I'un, mais une lonne dans l'autre IL'intuiùon s'y perd, c'ast pourquci il a lallu attendre Pascal pour trouver cela, maisc'est aussi une raison de hien connaîlre :

La pression exercéa parhydrostatique

P = h ' P ' g

un€ haut€ur de fluide (liquide ou gaz) esl appelée pression

CALCUL DE PRESSION HYDROSTATIOUE

Quelle est la pression dans l'eau à 10 m de prolondeur ?

P = h . p . g a v e c h = 1 0 mp = (1 000.d) en kg/m3

='l 000 kgtmser g = 9,80

P = 10 x 1 000 x 9,80 = 9e 000 Pa (presque 1 00 kPa, pour un bar il laut 1 0,2 m).

A retenir : 10 m de colonne d'eau exercsnt une pression d'environ 100 kPa

10,2 m CE ='1 bar soit 10 200 mm CE = 100 000 Pad'où 1 mm CE : 10 Pa (1 daPa : 1 décapascal)

Avec un autrê liquida, saule la dênsité chang€rail (p = 1 000.d en kg/m3)

Ainsi une hauleur de l iquide, on m ou en mm peut servir à exprimer une pression. l lfaul bien sûr préciser quel liquide (pour p) et, pour une grande précision, il faut penserà la valeur exacto do g (page 254).

l-A PRESSION ATMOSPHERIQUE : la lormule P = h p g s'applique également auxgaz : la hauteur d'air qui entoure la t€rre exerca une pression appêlé9 pressionàtmosphérique, pression ambiante ou pression barornétrique du nom de l ' instrumentqui sert à la mesurer.Pour se laire une idée : une hauteur d'air de 10 km à 1 kg/ms reprôsente une pressionde 10 000 x 1 x 9,80 = 98 000 Pa soit 980 h€ctopascal ou millibar.La pression atmosphérique moyenno au niveau de la mer et à 15'c, €st de 1 013 mbar(101 325 Pa )Elle peut varier, avec la pluie et le beau temps, d'environ t 25 mbar ;bienglr l'altitude interviont (h diftérenl).

- c tu -

LE CAFNET ûJ REGLB.,JH} M VATÀNC E

46

\orsqu'on parle de pression, il.est indispensable d,indiquer si on a tenu compte ou nonde la pression atmosphérique ( p"ru )

D6finitions :

ou'ptclsion rùn os ph ériquc'

Le VIDE €st un€ pression inférieure à ra pression atmosphérique. Une pressioninférieure à zéro n,existe oas.Quand c'est la quantité d'e.pression en prus ou en moins de ra pression ambiante quiest. intér€ssante, ra pressiôn.esr comirée a pànii de p.mb.Erià-eri al ie' ieratve,quelquefois etfecrive ("r:lp!g : pression de. gonfrage, o:iià pneu de voiture).'parclntre, la pression qui intervient àans res calc-urs su-r res gaà par exempiâ, est tapression réelte. Eile doit ètre comptée à partir de zéro,'d"âns1; cas', 'Jn-broci.e"pression absolue".Zéro_est-le-vide parfait qui, bien sûr, ne peut être ni atteint, ni dépassé; quand on s,enapproch€, on parle de vide poussé.La pression relative est ra prus fréquemment utirisée, car ra prupart des capteurs depression' soumis à ra pression ambiânte, r"ruiÀÀi en reratif. pour mesurer en absoru,il leur laut un vide pouisé dans une chambre dite de référence.ùLouv€nl on.peut ajouter 1 bar à. la pression rerative' pour en faire une pressionabsolue, mais il convient d€. r€tenir que ra quantité exacie à ajouter, esr ta iressionambiante de t'endroir où esr faire ra m'esurà, àr-màr"nt o,: o^ â uâ.àinG'Ë firessionabs.olue. ce qui justifie ra présence d'un baromètrà Jans |aterier d'instrumentation, enpartiotlier si la fabrication utilise des gaz.

Elles otfrenr des possibirités intéressanles, au besoin eiles peuvent être réalisées parl ' insfumentiste. Le.principe est simple : mesurer une hauteur h et appliquer p = n.p.gexompte :1 m d,eau - 10 kpa (exactement : 10,13 )

c-. 9 à

3.{.: 3; 3 1?uË :u'l-o

Liquides couramment uùlisés :'Huila de vaseline colorée en rouoa

densiré :0,851 à 20.ccongélation : - 3S.c

' Eau, colorée €n vertd a n s i t é : 1 à 2 0 . ccongélation : 0"c

' Télrabromure d'acêtylène^(rouge foncé, l iquide êpais, toxique)d€nsilé :2,96 à 20.ccongélation : 0"c

DrêlJon rmbiarttc -----?

46

.H

PRÉSSION 47

' Le mercure (Hg) toxique, est maintenant prohibéd€nsité:13,5458 à 20"ccongélation : - 38"c

Remarque : les appareils à "colonne d'eau" utilisent en lait de l'huile colorée qui nemouille pas la madâre plastique et ne subit pratiquement pas d'évaporation (t€nsion devapeur très faible).

Appareillages :

t1

.@H , **ïHl\ H l' ".. ô - \,, ILJ;"*""Mf MË1.{-*""*'""l

âVec cr=3oo ( sin so" =|

La section d€s tubes n'a pas d'importance puisqu'on mesure h, un tub€ en vinyletanspar€nt <D 4 x 6 convient tràs bien dans la plupart des cas.

'l tube en U : en rapprochant les branches, la mesure de h est plus Tacila

2 et 2' colonnes : ên ( 2' ) le volume de l iquide est moins important maisl 'échelle de leclure sur la colonne doit être graduée spécialement pour lenircompte de la baisse de niveau dans le réservoir (h' sur l 'échelle doitcorrespondre à la hauteur h réelle).

en ( 2 ), si le rapport des surfaces réservoir/tubê estsupérieur à 1 OOO, on n6 tient plus compte des variations de niveau dans leréservoir (précision de I 'ordre de 0,1%).

3 Colonne inclinée

l€st plus grand que h, la lecture 6st plus faci le :

r = *sln cr

.F M VAtl rcE LE CAFNE]' C! FEGLSJR

) : l = 2 x h

484 baromètre à mercure : cet instrum€nt de mesur€ de la pression1tïiljtr'or"

date du 17ème siàder, ir es ie demier instrum€nt t ;ritË;;;;

""""'h i;f,ïff#J1ffi.ïtmodes d'emploi mais leur conrrôre ne p€ur pas se faire.^.

(Où * -- r-il\ - a j - . - r r ^ - > ' ' J ^ - - - -

ë \É r--f1

(1) tube oe aouroon2l::::**',qid rry, - 18g4) Fabriqué ipuis prusd'un siècre, on en trouv€ pour todes rË. ù"..1on. et de torm.s tàs variées.

(2) roufftet : extrâm€ment abondqnt dans toute r,instrumentation pneumatique,1l-I?l:,fo.fT" une pression "n ,â"-torcJË I Ëisu.t""" du souffiet..opposé à unressort, ir fournira un dépracement proportionnàr a ra piessioÀ.-"''-

'vvvr

(3) capsule : lut tràs utilisé, I,esl moins de nos jours.(4) membrane : t€te qu'ere est dessinée, ere-est assez peu utirisée (fragirité)mais ir en exist€ d€ trai. perteâion"àËJ qii iont merveitte dans res meèures dedirf érence de pression s td"ge aôi."ï dâil;; ;Ën. oitrei"nii Jlàî tËs; ï;

lci nous entrons dans re -o-maine peg ."capr€urs-transmettours" pneumatiQues e'électroniques. cett€ insrumentation dont r" ôÀnâ.on"" est tonaarfiàË"-iâï r,ooj"tcl'un chapitre à part : Transmetteur. Ëô ËéT: *--

Les manomètres

UNT|-rF DE PRESSION

électroniques sont présentés page 54

L'unité de pression (ir n'v a bien sùr qu'une seure unité de pression dans re systèmelnt€rnationar) est ie oâscar,. -àir-Ëài'-nâi,iiri" on . utiris€ beaucoup d,autresexpressions , certaines lont roieroeJ a fitr" ;;;;ffi; ,ra pruparr sonr irégales.

T A t s [ . 8 D E C O A { V E R S t O N > +Les six grandeurs qui sont. intsr _ites en France sont indiquées ici pour permettre racompréhension éventuelle de vieilles nài"". .

-- --'

Toutes ces conversions sont d,ailleurs faciles à retrouver avec p = h p g saufæur les expressions U S où il faut retenir : .l pSl = 6 900 pa

t L'inventeur sn est Evangelista Torricelli, hatie, 160g - 1647.2 Le mercure est €xtrèm€m.enr pratique pour les mesures de pression, nrais ir s,en estfait dans tes pays industriatisésl il t;tï;;-.;#,Ë,ion tqrip".rri'iàrË.î". egoutr,oonc dians les rivières) que l,alarme " OtÀ O*nàË','in ,r"g" €st maintenant prohibé.48

PRESSION 49

N/mrPa

N/mn,Mil/mrMPA

bardaN/cmI mDat

lplcmlttm

To.amm Hg

mm CE psilb,/inl

l l { /m rt0-i t0r l0.r t . 0 r 9 7 r 6

. l 0 . t0.986 923

. 1 0 . !0.750 062

.10 . t1,0t 9 7r6

. l 0 - lI .150 377

10. ,0 .4015

t 0 :

I N/nrmrI MN/mt,l MPâ

lcr. t o l g r0 .197 l6 9.869 23 0.750 062.10 .

1 ,019 7 t6t0r

1.450 377 0.40t5t0 '

I bat! dàN/cml 10. | 0 . 1 l0r r . 0 r I 7 1 60.986 923 0,750 062

.10 !t ,0 t9 716

. t01r4,503 77 0.40t 5

t0r

I mbaf'r 0? 10. . 10 . t I r . 0 1 9 7 r 6

l 0 . l0.986 923

t 0 - i0.750 062 t0. | 97 r6 r .450 377

l 0 , r0 .d0 t 5

I tplcml98.066 5

t0r98.066 5

t 0_r0,980 665 0.980 665

. 1 0 !I 0.967 841 0.735 559

. l0 rt0 l r1 .223 34 0.3937

10,

l a lnr t0 t 325t0 l

10 r.3 25t 0 l

t.0r 3 25 1 . 0 1 3 2 51 0 1

r .033 227 I 760 to.3x2 21t0.

td .695 950 0.4068t 0 ,

I lor.I mm Hg r 33.32 2 4 0 . r33 3224

l 0 - l1.333 224

. l 0 _ !| .333 224

t0- rr .3 t5 789

l0 . rI r3 .595 t0 r .933 678

t 0 . r0.5354

I mm CÉ 9.806 65 9.806 65. t 0 . 6

0,980 665. 1 0 _ l

0,980 665. l 0 - l

t 0 . 0.967 841l0r

0.937 559. t 0 , 1

I | .422 33âl0- r

0 .393t1 0 . ,

1 psiI lb/rnl 6.894 757

I Crr6.894 757

l0 , l6.894 757

l0- r68 .947 57 7,030 696

1 0 . ?6.804 596

l0- r5 r . 7 1 4 9 2 7,030 696

!0?2 7 .680 |

2.4 909l0r

2.{ 909l 0 |

2.1909t0 . r

2.4909 2.5,r010, ,

2.458310. !

r .8676 25.4 0.361 2 7| 0 . '

} M VAIÀJCE LE CARNET qJ FrcLEUFI

50

Les moyens d'aiustaoe en mesurage de pression:

Comme pour tous l€s inslruments de mesurage qui sont présentés dans le CARNET,l'opération d'ajustag€ (mise au juste, anciennement "étalonnage") consiste à :

1/ SIMULER : gén6rer la grandeur que l 'appareil aura à mesurer dans l 'unité defabrication (de prélérence av€c un lluide pratique : de l'air, de l'eau, del'huile, ...).

2|/ MÊSURER : la grandeur simulée avec un appareil précis (s'il est fragile, ce n'estpas grave, ça s€ pass€ à l'atelier)

3V AJUSTER : l'insùument pour qu'il foumisse une informatlon correspondant à cellede l'appareil précis, c'est-à-dire un certain nombre de mbar ou de mAqu'il aura fallu calculer au préalable.

Simuler avec l'air comprimé de l'at€lier jusqu'à 7 bar, au-delà uns presse, un groupecompress€ur ou une balance manométrique dite "à poids morts" (page 52)

Mesurer avac un manomètrs de précision (on disait "étalon" ou "de vérification' maisces deux termes doivent être réservés aux services olf iciels), superbe appareilmécanique dont la précision atteint t 0,06%. Les manomètres électroniques, moinslragiles et de moins en moins chers sont encore plus précis. Un apparsil de qualité doitégalement ôtre uti l isé pour m€surer la sorl ie du transmeneur électronique oupneumatique que l'on va aiuster.

Ajuster c'est une aflaire de tourn€vis sur les réglages de "zêro", "d'ôchelle',éventuellsment de "l inéarité". Des explications sont données dans les noticês desconstructeurs, mêmes pour les manomètres, mais la pratique est indispensable, ellepeut ètre acquise par apprentissag€ à l'ateli€r. Ouand au calcul des milliampàres oudes mil l ibars à la sortie du transm€neur. le CARNET DU REGLEUR est fait oour cara(règle de ùois, page 11)

' à l'anention des ancirrns du métier :mesures de pr€ssion' mais falsons un

50

bien sûr, moi aussi j 'ai pensô "6talonnage desetforl, le langage évolue !voir R2 page 7

SIMULER MESURER AJUSTER

A L I M ENTATION

Àr\t o

^ oa2

3 T 1 T L À R O U S S E :

SIHULER

UESURER

AJUSlER

f r i r . n : r r î r r

i s imuLet une naL ad : . . :

, - l i t r r - i ^ o .

r e n d r e . j u s t e , a d a P a c r '

} M VATAICE -:

I i r i r c c i r o s e q u i n e l ' . ' s t

i : _ i r ' : l o v c n , . 1 ' u n e n : t s r : : ' -

: ' l ( n :

.AÊNE'i- AJ REGLEUFI: ) r

52

La balence manométrique ,dite à poids morts est à la fois un générateur de pression etun appareil de mesure de précision ( i 0,01%).

A p i s t on :S=0 ,5cm2B cylindreC & E plateaux recevant les masses ; ne pas

oublier leur masse.F masses ; elles sont gradués dirsctement

en bar ( Pression en Uar = $ ),, G surface active du piston-:--*lH huite

0 'r I l'instrument qu'il laut dusterK cabestan du compress-eur à mainL piston du générateur de pression, en fait,

la vis elle-mêmeDoc. BOURDON ̂ ;u corps du comprêsseur

R & S pointeau et coupelle de remplissageen l iquide H

!1,:ll.,t" de merveilleux appareils porratifs comporranr le générateur de pression ou deIi"l,^9AT9T^9tr_e-cte précision,, t,alimenrarion du transmetteur et t,afTichage du signalde sortie en pneumatiqu€ et en électronique ...... de quoi ièu.ii Ààir-l;à;ËÀ";l

Dac. SCANDURÀ

Lorsqu'on a lait un a consciencieux, veiller à ce que personnee sous prétexte que I'indication lournie

Remarque :par I'instrument de mesure, est dillérente de'!'état du procédé. Lerégleu1 doit d'abord être absolument certain que !'état du'procédé isteff ectivement diflérent de ce qu'indique l,in&rument de'mesue (cecontrôle . n'est pas toujours évident, it est quelquelois nécessàired'improviser des moyens de vérilicatian)

52

PRESSTON 53

Les appollations en "stat" (pressostat, manostat, thorrnostat, ...) désiqnent desappareils déclenchant un contact à une valeur pr6réglée de la grandei.rr meéurée. cen€ sont pas des instuments de mesurage mais des appareils de sécuriré , d'alarme ou

Voir page 161

PRESSOSTATS

de régulation "Iout-Otr-Rien'

CAS DU VIDE

S o u f t l e l

Ressor l

a./-

Doc Georgin, voir page 152

!? zone de pression comprise sntra o et la pression atmosphériqus s'appelle le vlDE.c'est un domaine à part, l€s matériaux y ont des comportàment! panibi.rliers, et biensùr, plus..l€.vide est poussé (proche de zéro) plus l€s comport€m€àts sont particuliers(ce qui d'ailleurs.justilie l'intérôt que les nations portent aux laboratoires dà l,espace,genre "Spacelab").on utilis€ industriellement, en particulier dans I'agro-alimentaire, des vides de prus enplus poussés :ces vides se mesurent av6c un appareillage tràs spécial. pour les vid€s couranls lestransmgneurs électroniques convienn€nt.

.I- M VAIINCE . t€ CAFINET ûJ Rtr: A.jR 53

54

MANOM ETRES ELECTRON IOU ES

.fBuggç-gle contr.ainter

La.-pression par I'intermédiaire d'une membrane dôforme une 6ièce sur laquelle sontcollées ou "diffusées",des jauges de contraintes associées en pont de Wheatstone(ass€mbleoe, ùés connu, d€ résistances pour mesu€r l'un€ d€nùÈolles) .Une éleclronique associée p€rmet d'obtenir un signal de sortib 4 -20 mA.

Cellule caoecitive

La menbrane soumise à la pression (par contact direct ou par l'intermédiaire d'une huiled€ profection) €st une das "pl4ues' d'un condensatour (pags 144 ) .Les variations de pression entrainent des variations de la capæité du condensateur .

C.ristal de quarf

La pression à mesurer cr6e une compression du cristal de qmru nrodiliant sa fréquencede ;ésonance ( la kéq€nc€ de résonnanc€ dun quare so mesure essêz tæilement à en jr.rge dermillions de montres numériques qui sont tebriqué€s chaque anné€ l) .

+ que la mesure

Cerabar.. .Le manornètr+transmetteur de presslon

. Compact avec ou sans indication locale LCD

. Le transmetteur manomètre sans aiguille, ni bain d'huile.

. Cellule éramique

. principe capacitf

. précision 0,2 %

. tenue exceptjonnelleaux surpressions etpu lsa t lons .

Endress + Hauser3 rue du Rhin 68330 HUNINGUETé1. Bg 69 00 85 Télex. 881 511Télécopieur. 89 69 48 02

54

Endress + Hauser

TRANSilENEJRS s

T R A N S N Æ E T T E U R SE ET TRANSMI

Les hommes ou.les appareils qui ont pour tâche d'assurer le fonctionnement d,unproceoe Industriel doivent être informés du comportem€nt de ce procâJé. c,est_à-direqu'i l faut.mesurer, sinon toutes les grandeùrs, au moins ôuelques oiandeurscaractéristiques de ce procédé ; voir mêhe se contenter de capier Ëi-vaiations oecelles que l'on sait mesurer.

Les hommes pourraient p€ut-être se cont€nter d'une indication sur place mais lesappareils impos€nt que l,information soit transmise jusqu'à eux.

JlansfoS.er une grandeur comme ra température ou ra pression, en une informationpouvant circuler dans des tuyaux, des câbles, des fibres'optiques ou par ondes radioest maùère à réflexions :

- Réflexions sur les mesur€s industriel les : pour assurer I 'asservissement d,un€grandeur, il faut commencer pa.r la m€sursr, elie ou ses efiets.

- Re,flexion sur l'aspect thârrique" de ces technologies : comprendre qu'une qrandeurpnyslqu€menl concrète puisse être traduitê en ùne information quaii immâtériel le,ne relève pas du simpre bon sens, ir raut rorcer son espri i à effectuer unegymnastique intellectuelle ! c'est cela que nous appellerons l,aipect théorique .

- Réflexion sur le lutur : l 'évolution de la régulalion, c'est-à-dire du fonctionnemenrautomatique des procédés de production industriel le est très l iée à l 'évolution destecflniques de mesurage st de transmission.

DEFINI I - IONS:

capteurs ' lransmetteurs: comme ir est remarqué page 7 (R3) dans res appareirsde mesurage il y a généralement une partie capteur et u-n e gârtie transmetteur. I estsouvenl rmportant de distinguer ces deux parties. L'appellation de ces appareilsdevraient. être câpteur - transmetteur, mais c'elt un peu long ; en pratique il est utiliséun seul de ces termes, étant snlendu qu'un câpteur qui ne transmet rien n' intéressepersonn€, pas plus qu'un transmetteur qui ne capte rien !

l l I tr!: dun.capteur i i y.a ra grandeur à mesurer. La mesure de cene grandeur varreo une vareur mini à une valeur m-axi. ll est usuel de parler en pourc€ntagà de variation :le mini esr 07", le maxi est 1oo%. La valeur de àe pourcéntage êst- l , iniormation àÙansmenrs. Pour âtre comprise par les appareils récepteurs, cen-e information doit étremise sous forme précise appetée sigààt et,, en |occurrenc;, t ig;; i ; ; sortie dutansmeneur.

T r a n s m i s s i o n :La signal de sorlie peut avoir des formes très ditJérenres, €nrre aures :

1/ un€ prsssion d'air modulée

mesure 0 t 50 t loo t. * - l I r

s i gno l 200 mbo r 600 mbo r I OOO mbo r

standard u.s = 3 à 15 PSI (- 208 à t 030 mbar )

60

2/ un courant électrique

mesure ot 50: lo0r

si gnol 4 mA 12mA 20 mA

d'aufies standards ont été utilisés : 1 '5 mA, 10 - 50 mA,0 - 5 mA,0 - 20 mA,0 - 5O mA.

3 des signaux en tension : utitisés avec des indicateurs numériques, par exemple0à2Vpou r2000po in t s .

4/ les signaux numériques : (on dit aussi sorties digita.les) ils. sont relativementnouveâux mais le fait qu'ils soient très commodes d'emploi les destine à supplantertoutes les autres formes de transmission.

La lransmission par pression d'air modulé (transmission pneumatique) a provoqué.ledéveloppement dtinstruments mécaniques dont l'€ntretien demande un savoir-faireparticuiier. Les appellations "régleur en instrumentation" ou "instrumentiste régleuf' ontpour origine ce sâvoirJaire, c'e!t pourquoi il €st intéressant et souv€nt nécessaire, deprendret'abord connaissance de la tectrnologie des instruments pn€umatiques.

IE9-H.N9.çp.EI.E-,,p.,F..S-.INS..T.RU-M.FN.IS,P-N.EUMAJTQ!J.E-q

1/ les puissants moyens de l ' informatique sont directement accessibles aux sagnauxélectriques, €n pneumatique une conversion de signal €st nécessairs.

2/ La centralisation des mesures entraîne parfois des distances peu compatibles avecla lransmission par âir comprimé

3 D,une façon générale, l ' instrumental ion pn€umatique est Jorte consommatricod'énergie : â l 'ui inage des pièces mécaniques consti tuant l 'apparei l comme àI 'ut i l isat ion.

Mais la plupart des actionneurs (vannes automatiques, vérins) étant pieumatiqu€s,l 'économie de la production d'air comprimé n'est pas toujours possible. Dans ce cas i ly a des installations où un matériel pneumatique simple, peu sensible par constructionâux condit ions d'environnement, est préférable à l ' instrum€ntation électronique quidevrail faire la môme chose dans les mêmes conditions.

Cetle lechnologie malgré toutd' instrumentistes et d'ut i l isateursra isons :

I 'attach€ment que lui port€ un grand nombreest ên très n€tte p€rts de vitesse pour diverses

t-

60

TMISr/ETTAJRS 6l

Les éléments capteurs associés aux transm€tteurs p€uvent fournir :

- un déplecement : tub€ de Bourdon, czrpsule, soufflet + ressort, etc ...- uno foror : souftl€t seul, tube de Bourdon, m€mbran€, etc...

Remarque : les lubas de Bourdon sont utilisés dans certains appareils pour ledéplacement qu'ils lournissent (tubes en C, hélicoldes, spirales) et dans d'autregappareils, pour la lorce qu'ils fournissent (tub€ en C seulement) : la torce à exercarpour maintenir en position l'extrémité du lube quand la pression augm€nte, estproportionn€lle à la pression. Si I'extrémité est libre, c'est son déplacement qui estproportionn€l à la pression.Les membran€s sont aussi utilisées de deux façpns, dans le cas du déplacement,celui-ci dsvre être tràs petit, sinon le déplacement n'est plus proporlionnel à lapression.

DETECTION et AMPLIFICATION PNEUMATIOUE

Syrtàme buse . palette

Le système buse-palette p€rm€t de transformer de très faibles déplacementsen d'importantes variations de pression.ll est constitué par un orifice de luite (la buse) plus ou moins obturé par la

proximité d'une plaquette (la palette).Une restriction de diamètre plus p€lit que celui de la buse fait queI'alimentation ne peut pas comp€nser la fuile, donc la pression avant la buse(P6) varie avec I'importanca de la fuile, c'est-à-dire avec l'écartement de lapalette (e = epsilon) .Ouand la palette lerme la buse (e = 0), la fuite €st nulle, Pp prend la valeur de

I'alimentation : 1,4 bar. ,,La fuite maximale est obtenuo avec un écartement faiue ( e = i O, diamètre

de la buse) ;au delà de c€t écartement, la fuits est limitée par la surface desortie d€ la buse, la distance € n'intsrvient plus.

La pression P6 ne peut pas desc€ndre à zéro car il n'y aurait plus de fuite Id'où le choix d'un signal dâ=lé : 3 - 15 PSI ou 200 - 1 000 mbar!

Comme l'indique la courbe de la page suivante l'évolution de la pression debuse en fonction de la distance buse - palette n'est pas linéaire :

r le décalage a été conservé sur les signaux électriques (4 mA) car i l prôsentel'avantage consid6rable d'lnlroduire une distinction entre 0 mA = absencs de signal et@/" = 4 mA = signal existe, il est à sa vajeur la plus basse.

+ M vAl-ANcÉ - LE c,eFNÊT ou cÊGLRJR - a l

62 ( 1 , . r I s )

{ ) , 2

A l i r ncn t i l t i oû

u t i l i s a t i o n

c t i o n5 d

s i d =

e maxi

I fiEn1= i i m n

0 , 3 0,4 € (nm)

Le système buse - palene ne p€ut pas être utilisé seul :

a) parce qu'il n'est pas "linéair6"b) parce que la prêssion de buse dépend de la pression d'alimentation comme

l'indique la courbe en pointillés correspondant à une alim€ntation de 1,2 bar.c) parc€ qu€ les débits à travers la buse ou la restriction sont lrop faibles pour que les

variations de pression se fassent rapidem€nt dans l'enregistreur ou le régulateurplacé à distance.

HpLais..dlampli.liçeti.qn .de.déhil...iElôlq : délivrer suffisamment d'air pour la transmission de la oression modulée auxappareils en aval

Relais à fuit€ continu€ (ou à étranglement)consommation : 200 à 1000 mg/s (0,5 à 3 ms/h TpN )

la membrane M et le ressort R travaillent ensemble pour donn€r aux clap€ts undéplacement proportionnel à la pression buse. La chambro 4 reçoit la pressiond'alimentation. La chambre 2 est à I 'atmosphère. La pression de iort ie Ps, de lachambre 3 peut donc varier de 0 à 1.4 bar.

0 , I

r l È t r o d f , r J . É l t c t rt r L r a N r r l i o r E È ̂ . r

Relais à lui le discontinus (ou à contre-réaction interne)

Consommalion : 50 mg/s (:0,1 m3/h TpN)

" r e s t r i c t i o n "

d l -

ve rb

b u s er e s t r i2 à 0 ,

l lI

t,Pb

06

o , 2

/ "iî":"",:::,. "

I

2I

l

i

62

TMNSTCTTAJRS 69

I,il ùat--+

Dans ce relais on n€ mesure pas sêulement la pression de buse (membrane M1) maisaussi la pression de sortie (membrane M2).

c'est la différence entre ces deux pressions qui commande les clapets. si les deuxpressions sont 6gales, il n'y a pas de fuite et pas de consommation d'àir.si la.pression buse augmente, l'ensemble dés deux membranes descend, le passagevers l'atmosphère reste fermé mais le passage d'alimentaùon s'ouvre : p" auimente ;lorsqu'elle est de nouveau égale à p6, les membranes repr€nnent leui poiltion, tepassage d'alimentation est retermé. si la pression buse diminue, l,ensemblâ des deuxmembranes se soulève :P5- diminue : iorsqu'elle est de nouveau égale à p6, lepassage à l'atmosphère se referme.

Relais tiroir tJ--t-t--

l l

l*Réuni les lonclions de détection et d'arnplilication. Déplacement de quelquês dixiàmesde millimètres. consommation en régime permaneni semblable à âeile des relais àfuite continue mais plus forte en transiloire.

'

.r- ra vall.JcE - LE C F\a€r ûJ n€cLE'JR - q,

64

Sci êsre. de..B.rincip ei.'un..tr.ansmçnçsr*à..heta!.cp-.d-e*!q.rçes

Ce sôéma est également utilisé pour des appareils hydrauliques. ll a permis (il perm€itoujour-s) la .construction des instrum€nts particuliàrement robustes et liables quimarquèrent la Mesure et la Régulation indusûielle pendant une grande partie duvingtième siècle.

Théorie (explication du schéma) :

La bafance est en 6quilibre si Fxlr =RxlZavecR= P6 (pressrbn nodutée\1x surface dut .

soutflet d'où Pm = 51S-fu soit Pm = k x F

La pression modulée Pm est une fonc{ion linéaire (k €st une constante quand l1 et 12ont été fixées) de la force fournie par l'élément capteur.

La pression buse n'étant pas nulle lorsque la pal€tt€ €st dqlagée, ce dispositif ne peutpas déliwer un signal à vrai zéro. Un ressort p€rmet d'amener le décalage à 200 mbar.

I , 4 b.l'-

Equation d'{uil ibre : F x 11 = P6 x S x12 - F,"".o n Xlz

t . t ^rm=rxE- re+ Frx i ;Ë

3= tr" = décalage choisi : 200 mbarl r 1Ër S= ( gain de l'amplificarion mécanique )

64

d'otr l'équation linéaire : Pm = c.F + 200 mbar

ce sôéma mécanique simple est une excellente base pour comprandre ce qu'est un

;fi:li#"t:T#ilr"n,a" 0".'.Y".t!T"-..:,::î:L',",':,;p:lfï:,à,I?'o1lSulou' '"'appareits d.une boucte o"'îeg-"iàtiil'lue.lque so.it-ieui'tâctrnologi'e ( pneumatique'

éleclronique, numerrque ,Ët';iô;-*Jâ làsemule de la boude'

Dé t i n i t i on :Lo r squ .unsys tèm€es tas t r e i n t àdé | i v re rUne '3o l t i e ' qu i es tunefonction précise oe r'endË!;l'"iràrt"à"nt cette fonction, on dit que ce système est

asservi.

Exemple : un transm€treur à barance .de forces, -est conçu. pour délivrer un signal

pneumatique p.opon,onn"ià Ë io'Ë q''it reçoil' c'est un systèrn€ assewr'

- Le signal à l'entrée du.système -est 11j.9:f (F) produite dans le soufflet ou sur la

membranà de mesure, par la pression mesuree'

- Le signal de sortie est la pression modulée (Pt1)

- La sortie est un€ fonction de r,entrée pm = kF. C,est ra fonc*ion proportionnerre

FONCTION DE TRANSFERT

Le rappo r t en t r s | aso r t i e s t | . en t r éed .unsys tèmeasse rv i gs tappe |é |onc t i ondetransfert de ce sYsteme '

exemP le : P t=kF' sorlie Pmenlree r

Dans cet ",etpt",-t" lonaion de translert est une constante'

BOUCLE DE REACTION

TRANSTÉTTBJFS 6

ulilise un disposirif amplilicateur dont on réiniecte

de réaction étéEenr decoÛPAEArson

Pour obtenir un asservissement' oni";;À" à l 'êntrée Par une boucle

Lé|émentdecompara isonexécut€|asoust ract io l€nt re .ô.et |es igna|deréact ion.L'entrée et la sortie p"uu"-i-Àt'" d€- nature oifiaËnie' Pour les èomparer' il laut

convortir l'une ou l'",r", Jiî"tîL-"' -p"it"tpr"

tË'piettion d6 sorti€ est convertie

iltî,î,ja;Hîr:l ,". s.e détermine en écrivant t'équation de la ôaîne d'action et

f Oqu.rion de la boucle de réadion'

a I i loedta! ion

} M VAANCE - LE CAFNET DU RÊG-ruR '65

66

EXEMPLE D'UNL'ENTREE:

I c - 5

1. Chalno d'ection :

lère équdon s = A(e - sJ

Bouclc dc réaction :

2ème équaion .'= â t

en rempbçant s' par 3a vateur la .l ère équaton devientI

s = A ( e _ 6 s )

d b ù s = o " - fAsG - + s = A e

* - o "' f f iy-r"

" Æ=FG- e

Dans ler systàmes asservis, le gah A de ramp[ficdeu est gra^d. par exemple : I @0

t J#t# e ou lbn rcir que A + c elt por.r dlrfér$r de A

2.

SYSTEME OELIVRANT UNE SORTIE PROPORTIONNELLE

AG' F 0- G c

r O

t

taa

66

TnANST€ÎTE'JRS a

CsÂcllrshÉ:

1/ pour obtenir une tonction de transfert fuale à G, il faut placer une réactionfuale à l/G

2/ si G est une constante (par exemple 2), l/G est aussi une constante (0,5).Donc pour obtenir "s' proportionnel à "e" il taut qu€ la réaction s' soit elle'même proportionnelle à s.

.çENHNAIFAT..I9N

La fonction F, de la chaîne de réactionquelconque ; par exemple, une dérivé€ ousuivanl :

pourra ôtre une fonction mathématiqueune intégrale; il y a touiours l€ théorèmo

transfert de la chaîne de réaction

K

JH

i * -o , i .o

I"Schcmrtic Diegrrms of | 3A d p

d e I ' é p o q u e d e s p r e m i e r s l 3 A ! ( = 1 9 5 0 ) -

Ccll Trrnsmitter

T@EB

C o l l e c t i o n d e I ' a u c e u r .

+ ra vAJtrc€ LE CARI€T CU RÊCLBJR . 67

68

Les non - linéarités possibles ne p€uvent provenir que de l,élément capteur(conversion pression à mesurer en une forca).Ces appareils ne comportent pas de réglage de linéarité.

Le ctrangement d'échelle de mesure est obrenu par déplacement du pivot O lrapporr l!Pour faciliter cêtte. opération et obtenir une plage étendue de réglages, le!transmottours sont généralement à doubl€ l€viers.

L'échelle p€ut ôtre modifiée de 1 à 10. Ainsi un transmeneur pouvant mesurer de 0 à20 bar pourra ôtre utilisé pour mesurer de 0 à 2 bar. On dit le 'Rangeabililé. est de10/1 .

mesure Q 20 bar-5ïSnôl--'Zôo -----t doo mbor

IE6'ê11-elI mox l I

lEëEê]]t]I m ln l I

Cene plage de réglage est parfois mentionn6e sur la plaque signalétique de I'appareilpar la notation équivoque : ôchelle 2 - 20 6ar

Un décalage de l'origine de l'échelle p€ut ôtre obtenu€ par adjonc{ion d'un ressortagissant en préconùainte de l'élément capt€ur.Le décahge est utilisé pour les mesures de niveau par ÀP.l l p6ut ôgalem.ent permenre une régulation précise autour d'un point deloflctronnemenl clonné.

qx.emple : Régulation d'une pression au voisinage de 27 bar. Capteur de pressionôchelle 0 - 30 bar max. réglé sur 5 bar pleine éôelle, décalé de 25 bar.

25 bd

mesure 0 2 bar

30 bar

æ0 1 000 nÈar

Le dôcalage 6st limité par la charge maximde dmissible de l'ôlément c€pteur.

68

Bea. atpo l.tt.

A l imcn to t i oa So ' t i '

Icobroncboaaô p ra t a i oô

-' L ignc dc

f l ox i on

Riglogo drl 'onrortlrrrmrnl

TMNSTÆTTAJRS

Plvcr du lliou d'âluillbrogrFlÉou d'ôqull lbrcgr

do raitcllott

tattt . orrfflol t.à l ' iatirhur

grond)

Yonar pourtal.Gllon d.lo gonarr

ô9logr rrtrrnrdu riro

Ienrbronr houia paatt loô

f l iqu de f ccr

T ig r r d 'o r t logedlr mnrlronor

F lu ld r oaror t l r r ru r

Vonnr è mcmbrcno

æ

Réglo9r nricronétrlquod. l 'at.rdu. d'ichrlb

l{iconl rnrrv tto.l.f

Aapllf lcorrur

t r lo l r )

Icmbrqnotd ' é ronché i ré

' , Lo mcr f l c r ib lc rvar l i co laa

F léo' dc loccr

rrI t

,4< V

fl s,est construit aussi des transmetteurs à déplacement (ou à " équil ibre demouvementsl, dans ces appareils il y avait asservissement entre le déplacem_ent de lapalene et la piession de sôrtie. Dani ce cas, l'élément câpt€ur fourni un déplacementh la réaaioà (soufflet + r€ssort) opposs un autre déplacement. Les non - linéaritésprovenanl de t 'amplif ication mécanique n€. sont -pas prises on compte parl'asservissement, des Téglages de linéarités' étaient préws.

} M VAIJIICE . LE C RNET OU RÊGLSJR 69

70

L'INSTRUMENTATION ELECTRONIQUE ( 4numériouel

20 mA et

-En mesurage, ra transmission pneurnatique décrite. dans res pages précédentess'applique. presque exclusivemeni a oes.càpreurs oêrrvrant un déplacemenr ou unetorce r€présanratifs de ra grandeur mesuroe.-ôÀs-àpteurs éianr, ;6;€rii:"olià uiri.o"!L.._d_":lnai:"teurs, re frobrème " ets aJiràn-tioËài; àapËJfrfi'àr'lli" roroen une pression. d'air, moduré.e, pouvant àtr6 transmise .u-, àtiË. àùâéii, o" l"lPul,g d€. résutation.. Avec t,ihsirumenratiôn ÀËroniquq-i* ôi.iÉiriiàî'r" ,onrconsidérablement acques, les objectifs ar.rssi :' augm€ntef ra diversité des appareils mesurant les grandeurs industrielles- augmentgr leurs performances,

'obtenir des signaux cornpatibres avec res puissants rnoyens de |inforrnatique,- et môme de le lélématique.

A ce niveau. ir n'est prus -question d'avoir une connaissance comprète delonctionnemenr... c'esr ta ionctôn qrrir i",rt "ài*rii".

Comme il a été remarqué à.R4 page .2. la technologig qu matériel numériqueappartient au domaine riè_s.gen6rà o'e t,dtectànique mais ra diff6rence entre leginsrrum€nb 'enarogiquer' 1fu, Àq "i tàî iÀitËâ"nts .numériquer- (cfriffres; esrt€llement importante qu'il sera consi-d_éré plusieures familles t dlsdnaes : ia r6guladon

!lf191ic, 9 _ *l^os iq ue. _dans taîue'€ ''f orma6; ;,;Ë ;î ËiJàà àTrf tr r_,:gglg_ !4 ' p qal , '" résurâion numérique' oo ra ranJÀisli"î àJi ràii oar oesrmpursio.rs représentanr des nombres et , tien itr , te moiangâ àâ, ôrîdii'ài r" "."le plus général .

ll flut aavoir ce qul enùe, ce qur sort, mair entre rer deur r,rrnage d,une boite est:uftisaôtp pulsque'ra réparation

'oe t'insirument, ,ri àr" e3t possiue, ne peut ôre ,aiteque pâr te .onsrrudeur our ruimâme est triuutarrà oJ hdé;ï;Ë;L'Jiirlir ur*,

;3:"'|r:î;;ffilur aussi vérifier re ronàonnââ-e-nr o" c"i-apïarSirr dfi,qustâi

70

TR^I.ISTÆTTzuRS n

La'mise au juste" ou 'mise à l'échelle' se lait comme il est indiqué page 91 .La plupart d'e ces instruments sont à deux fils. Le transmetteur €st alimenté par lat€n;ioà (12 à 55 V) fournie par un sous ensemble extérieur d'alimentation continu€'l'intensité du courant est le signal (4 à 20 mA).Généralement, n'importe quôlle tension d'alimentation p€ut être choisie entre 12 st55 V (voir notice ds l'instrument) mais la 'charge' (résistæce totale de la ligne, enohmsi que supporto l€ transm€tleur dépend du niveau d'alimentation en volts : par

exemple 2 5OO O avec 55 V et seulement 500 O avec 20 V. Ced est indiqué dans lanotice.

Mesure du sional 4 - 20 mA :

Pour une mesur€ de courant, on ponse naturellement à un ampèremètre, ce n'9st pagforcement la meilleure solution: si ce n'est pas un appareil numérique, sa précisionsera probablement insutfisante. Mesurer avec un voltmètre est moins 6vident, maissouvent préférable. (Voir U = Rl dans les préliminaires).

ll faut bien sûr une r$sistance de précision (0,1%) dorn la valeur sera vérifiée de tempsen temps.

Exemoles de montage :

mi | | iYo l t t

PRESStOn

o% looz

5b- àu"t rb or, (t uea)o 50* tgol

irnl 12mA 2OmA

r l20.nV

SIGNAL I

1020 rm CE I l0 kPr l

} M VAIJI.}CE - LE CARNET OU RÊGLBJR . 7 1

72

Contrôle de fonctionnement :

L'ajustage d€s.transm€ieurs électroniques est de plus en plus simple, par conùe, ilsora souvent demandé un contrôle du fonctionnement conlirmant l'exactitudo de lavaleur indiquée (contrôle sur site).9e contrôle p€ut prendre des lormes très différentes suivant l'imponance de la me$rr€,l'implantation de l'instrument, l'équipement de contrôle dont on dispose, la qualifrcationdu personnel qui va l'eftectuer, la proximité de l'at€lier d'lnstrumentatiôn et biend'auùes paramètres qui apparaltront à l'étude de chaque cas.

ll serait souhaitable que soit joint à la ficfre de I'insùument (lorsqu'elle exists et qu'elleest utilisée, ge qui n'est pas le cas général) un p€tit descripril de la méthode pi6vuepour le contrôle de son tonctionnemont ; contrôle périodique ou rendu immédiat par undoule sur la validit6 de l'informationCette remarque 6st bien sûr, valable pour tous les instruments de mesure.

Exemple : pour un contrôle rapide, il serait indiqué les appareils qui, dans le mômesect€ur, mesurent .à peu près la même chose, l,emplac€ment (éventuel) d,unbranchement possible pour un appareil de contrôle et, dans le cas du remplacementde l'appar.eil douteux, la taçon de procéder (passage en manuel de tel autômatisme,couper la ligne à tel endroit, ...)

Réoaration :

La recherche du sous-ensemble en défaut se fait par substitution (remplacemenr parun âulre dont on est sûr du lonclionnement). ll taut ôtre prud€nt dans l'utilisation decette méthod6, par exemple : vérifier la ligne d'alimentation avant de "griller' tous lessous-ensembles disponibles !

êppalgils-,EiÉes (tech nolog i e i nterm édiair e)Transmeneur analogjque {4 - 20 mA) assistô oar microoroÇesseur

A fintérieur du corps de mesure sont placés divers capteurs qui pr€nn€nt en compre(microproc€sssur) les atfets d6 la température, de la pression statique, ... Ce corps dem€sure est préprogrammé en usine et les "mis€s à l'éctrelle" so font à distance depuisn'importe quel point de la ligne.Grâce à la stabilité et à la précision des caractéristiquss stockéss sous la formenumérique i l n'est plus nécessaire d'appliquer une pression 'étalon' pour ajuster lelran,sm€ne_ur, cene opéralion et des simulations de signaux (pour régler les alârmes ouvérilier le lonctionnement de I'asservissement) peuve-nt ôtre'iaites d-epuis le conforl dela salle de commande ! (ertrait d'un docum€nt Honeyw€ll)

t <

Plaque f i xe

Tige de harson

ç-FISCHEF|T:rè=PoF|TERI-l-J

Jornl d dmorl sse.nenl

- Anoeau Soude

V s .Je rêglagede I Smorlrsserne0t

L arsons aux praques

JOrnl hermel lque

Me..nbrane de rnesure

P aque moi l r le

Men'brane de com Ce.sJ l on/ - e f t temcera lu rel ^ 1 -

t -

74

TR^A|SUETTAJRS 73

Les techniques numériques ou digitales (de l'anglais digit : chiffre) sont récantes, il alallu attenàre le dévdloppemenl de technologies électroniques fiables et peucoûteuses. Ces techniqueè'présentent l'avantage de la'numérisatÎan du signal', c'esl-à-dire que la transmisiion <ie l'information n€ ae lait plus Par un signal- analog!€ à lagrandeur mesurée, mais par une suitê d'impulsions qui représente la valeur ôitfrée dec€tte grandeur.Les avantages sont nombreux :. Le chitfre rêprésenté par une brèvedimension de ces impulsions : même sicfritfre est le même.

suite d'impulsions ne dépend pas de laelles parviennent atfaiblies au récepteur, le

. Passer d'un nombre affiché à un autre nombr€ se tait sn envoyant un inqément (pargxemple + 1 ou - 1) si l'incrément n'est pas reçu, le nombre reste à sa valeurprécébente ; en analogiqu€, si le signal n'est pas reçu, le récepteur comprend 'zéro" ,ce qui est beaucoup plus grave !

Une liaison numérique des transmetteurs au système| ' - ' ' l modif icat ion de l 'échel lePermet la conl lgurl t lon, l :

ou le réétalonnage à distance. Une tubulure de

raccordement en option, commandée à distence, et un

nouveau mécanisme incorporé de référence de

pression, mis au point par Foxboro, Permettent en

outre I'éralonnage à distance des transmetteurs avec

un niveeu de précision encore accnr. Ces opérarions -

parmi beaucoup d'aurres - peuvenc ètre exécutées à

partir de n' impone quel posre de conduire du sysrème,ou à I 'aide d'un cerminal de poche faci le à ut i l iser. Le

microprocesseur . lu capreur mémorise touces les

données essenriel les, dont le repère d' idenrif icet ion,I

les unrtes phvsrques et la date clu dernter ctalonnege.

Ces intbrmations sont disponibles Pour tout

uri l isateur rutorisé, en n' impone quel poste Je

contluire du systàmc.

Foxboro

Atlention : €ncore laut- i l que chaque microprocesseur de la l igne ut i l ise le mèmemode de communicalion (comprenne et parle le langage des autres).

} M VAT-ANCE . LE CAFINET OU RÊCLA-N t 3

gÊBrrs 75

D E B [ ] f S o " t r u i d e s

DéIinilisn:Le mot débit désigne une quantiié écoulée par unité de temps. La quantité est unvolume (litre, ms) ou une masse (kg, tonne) et l'unité de temps est la seconde, laminute ou l'heurà.Détrit-volume : l/s, Vmn, l/h, rn3/s, m3/mn, rn3/hDébit-rnasse : kg/s, kg/mn, kg/h, tonne/hLes Normes Frânçaises utilis€nt la lenre Q pour désigner un débit, mais on emploie lalettre F (de l'anglais Flow : débit) dans le repérage des instruments de mesuraga.

milg-engsr{e:

Lorsqul.rne mesure de débit ne donne pas satisfaction, le régleur pourra rechercher s'iln'est pas apparu un délaut dans l'appareillage, dans le raccordsment au proc6dé oudans la transmission du signal, mais il devra garder à l'esprit que le changem€nt d'un€seule caractéristique du tluide ( densité, pression, températur€, vitesse d€circulation, ...) peut être la cause de l'erreur et ceci, de façon têllement compliquée,que le secours d'une p€rsonne ayant une grande connaissance en débitmètrie, €stsouvent nécessaire.

L'entretien de l'appareillag€ ns pose pas lrop de problème, puisqu'il s'agit soit d€transmeneurs classiques (voir page 57), soit d'instruments partiolliers qui sont alorsfournis avec des notices détaillées. Une présentation du matériel est faito pour la"cullura général{, mais ce chapitre traito surtout de I'aspecl thôorique, alin qusl'instrumsntiste prenne connaissance des problèmes, et sache que leur trouv€r unesolution est rarem€nt évident.

} M VAIIAICE . LE CAFÀJET UJ RÊGLEUF .

76

écoulement

Le déplacement des molécules de fluide (l iquide ou gaz) dansconduite peut. se faire de façon agitée, turbulente (tourbillons) ouque lbn appellera laminaire".U.ne des premières qu€stions à se poser €n mesurage de débit estd'écoulement ?!'ingénieur anglais REYNOLDS a donné le moyen de définir l'écoulement par un nornbre(c'est m.oins poélique que "agité", "plus agité,l ,,plus calme,', mais c,ost ilus pratique àl'usage !).

Q = V.S (S : section )r l\2

Ët'i

i h c 1 , 2 i 3 . O i :ri'11.,;,......,... D.v .,,..:'.:+

un conduit ou unede façon plus calme

: Quel est le régime

7r',

R e = V : vitesse du lluide (n/s)

D : diamètre de la conduite (m)v (nu) : viscosité cinématique (m3/s) voir page 78

La lormule avec le débit Q en m3/s est souvent plus pratique :

V x D

) = = -

Remarquer que le nombre de REYNOLDS (Re) n'a pas d'unité' . (ms/s divisépar m3/s) ;c'est un nombre "sans dimension" comme ia densité.

.:r

(Vincent van Gogh ,,Bateaux aux SainÈes aties" )phénomène d'écoulement

l 'art €t le ùavail n€ s'sxcluont pas l'un I'autre, l 'an p€ut et dort srister avec l€ quo0dien du mondo du travail(nor ice KROHNE).

76

t - �

oÊ8trs 77

En théorie, si Re est plus grand que 2 300, il s'agir :- d'écoulement turbulent : l€ plus fréquenl dang la pratiqu€. L'énergiedépensée par le fluide pour se déplacer dane la conduite, est proportionnelleau anâ du débit.

Si Re est plus petit que 2 300, il s'agit :- d'écoulement laminaire : 3e rencontre av€c l€3 fluides très visqueux(godrons chauds, fuels lourds). L'6nergie dépensée est proportionnelle audétit. C€rtain€s méthodes de mesurage n€ pewent paa ôùe utilisées.

En pratique, les repères : Re plus p€tit que 1 000 = laminaire et Re plus grandque 10 000 = turbulent, sont généra.lemeril suffisants. Enùe ceg deux valeurs,l'écoulement sera instable : il passera d'un régime à l'autre en fonction dudébit, de la section de passage ou de la température (qui modifie la viscosité).

Exemole de calcul de Re :

Dans une conduite de 4", le débit est de 35 ms/h. Le fruue (un trydrocarbure) aune viscosité de 176. 10+ rnzls.Qud est le nombre de Reynolds de cet écoulement ?

a\Re = 1,273 j-u . v

35 m3 35 m3"=Tr-=ff i=

D = 0,102 m (voir Annexes pag€ 264 )

176v = fTôôTôô' mzls

R€ = 1,273 tC#oo *U-'or r,^!@ = ggg

Ce Re d'environ 700 interdit I'emplci d'un diaphragme normalisé, un€ tuyère€n auart de cercle a été utilisée.

rJ- M vAL^NcE - LE CARNET ou RÉGLEUR - 77

78

viscosité :

Grandeur qui caractérise la force à €xerc€r pour déplacer les parti<r.rles de fluide les unespar rapport aux autes, la viscosité intervient dans l'écoulem€nt. On dlstinque la vlscosit6dynamique (dite aussi 'absolue") €t la viscosité cin6matique.

I

Visp..S.lt€dyn_a.mlou..e

C'6st.une grandeur propre à chTue fluide (comme la masse volumique).Utilisée surtout pour l€s gaz, elle est prathuement indépendante d'e lâpression, mais augmente si b tempérâturo augmente ( pour lbs gaz ; pour lesliquides, elle diminue )Symboleuril isé:q(ôta)

1i!és : le -pascal seconde (Pa.s) - anciennement le pa.s 3'appelait le,o,.au,1Lgr (pl)le poise est l'unité du systàme C.G.S. : 1 Po = 0,1 pa.sL'air à 20'c a une viscosité dynamique de'17,3 pPa.s ( p - micro . = 1O+) oude 0,017 centipoise. La viscosité dynamique de l,eau est d,environ1 centipcisê, soit 1 000 pPas, pour l'esserrce auto n :600 lrpas (pro.ro.rcor êraôgale environ 600 micrcpascal seconde).

Viscosité cinématique

C'est la viscosité dynamique divisée par la masse volumique (suivant NormeN F T 6 0 - 1 0 0 )Symbole : v (nu)

- Unités : le mèùe cané par seconde (nrels)' le sToxEs z (S1) est furiitO du systèflie C.ô.S. : I m2ls = l0 6 centistokes

'n'-ffi,L'air à 20"c st 'l 013 mbar a une viscosité cinématique d'envirm 13 x 1Oe rn2ls(ou 13 csd. Pour l'eau à la même t€mpérature : v = 1 x 1 0o nrals (1 c.Q).

D'autres unités d€ viscosité sont également utilisées. Elles sont liées auxméthodes.de mesurage.de viscosité : les degr6s Engler ou degrés DINInorqu.ent ranglo de rotation d'une petits hélice dans le produit considéré etdans lss conditions d'essais définis par M. Engler ou pai la norme DlN. Less€condes Saybolt, Redwood, etc ... indiquent un trnps d,écoulern€nt.

(",-#)

i

2POIS€UILLE J€an , 1799. 1S69 : physlcien 'rençai!STOXES (3ir Goorge...) .|819 - 1 903 : physicjen irtendsi!

78

oÉBns 79

Perte de charge

Les pertes de charges sont despressions.

pertês d'énergie exprimées par des ditférences de

---'

La pression P'l représente l'énergie au début du parcours, P2 représente ce qu'il enreste après tranchissement de la distanc€ et d€s obstacles (coudes, changements dediamàtre, erc ...)La ditlérence P1 - P2 est appelée 'perte de charge' du parcours.

REMAROUES:

1/ C€tta "perte de charge' représente l 'énergie nécessaire pour faire passer lefluide du point 1 au point 2 (i l n'y a gaspil lage que si les obstacles sontinuti les).

2/ Si il n'y avait pas de "p€rle de ctrarge", c'est-àiire si P2 était égale à P1, onpeut se demander pourquoi le fluide irait de 1 vers 2 ?

3/ On p€ut dire'une bouteille à moitié pleine" et"une bouteille à moitié vidd', cesont deux façons ditférentes de dire la méme chose ;da même, on p€ul dire'un écoulement crée une perte de chargd (puisqu'il y a toujours perted'énergie) ou'une perte de charge crée un écoulemenf' (puisque le fluide sedéplace de la pression torte v€rs la pression faible).Pour une bout€il ls, la façon dont on le dil ne change pas grand chose, parcontrs pour les débits c'sst important :

PlaqlJe à orifice : le débit exislant crée une différence de pression (c'est la aP,

V a n n e :

slle sert à mesurer le débit)

la ditférence de pression €xistante crée un débit (on le régle enmodifiant la surlace de passage)

"t- M VAIJAA]CE - LÊ CANNET ûJ RÊGLEI,N .

80

Classification des méthodes :

Quand un fluide (liquidetemps (ms/s) est ôgalciranlation (m/s)

Fornrr . r ledebase: F = SXV

ou gaz) circule dans une conduite, le volume par unitéà la surface de passage (m2) multiptiée par lâ vitesse

d6de

Débrt =rt"g; X .lF,ï;.m % = t m ? X 1 m / s

Pour mesurer un débit-volume (m3/s) il y a donc fois possibilités :

1 - mesurer le volume st le t€mps (compt€urs volumétriques) ................... S 1

2 - mesurer la VITESSE du fluide (la surlace de passage étant connue) :- mesure dlrec{e de la vitesse .................................. e Z- m€sur€ indirecle par le biais de la pression .......6 g

3 - mesurer la SURFACE de passage quand la vit€sse sst connue ouslstante ('Rotamères') ............................S 4

Pour mesurer un débit-masse (kgis) il y a les débiùnàtrer massiquer .......S s

'l m

80

oÉBrs 81

1/ Gompteurr volumétrioues

,@æ&@GA Les compteurs à roues ovales sont utilisés pour tous liquides y compris les gaz

liquéfiés. Ces inslruments précis et chers, s€ trouvenl à tous les points -de

distribution de carburant, super carburant, GPL, etc ...

B Autre type de comptêur à pistons rotatifs, l€ compteur DELTA est utilisé uniquementpour les gaz.

2U Mesure de vitesse

2. 1 / ïurbingç"-Mouline.ts I

1 - Coros2 - Hélice3 - Déllecteur et Porte-palier4 - Palier5 - Aimant non visible6 - Bobine caotrics7 - Support de bobine8 - Câble de raccordement élêctriou€9 - Taille 6 pans pour montage

l

Sensible à la viscositéPrécision pouvant atteindre 0,2/" avec faible viscosité

Nb de Toun / SccondeO 6bit t otrlis ôComptrw

m 3

82

?,?.P éSitm àlr.e.ç..êteflrffnas nêtjsu.e s.;Principe : dans un cframp magnétique pêrp€ndlculaire à l'écoulement ,des élec-

trodes diamètralement opposées captent une tension induite propor-lionnelle à la vitesse de déplacement du fluide.

Eleclrodes en inox, haslelloy, etc ...lsolant €n téflon, rilsan, p€nton, néoprène, polyuréthane, etc ...Convient pour les liquides chargés, pollués, agressifs, corrosifs et visqueux deconductibilité électrique mini SpS.cm'1

1(S : siemens =: unilé Sl de conduaion électriqu€)

t1

Problèmes : - n€ttoyage d€s él€clrodes- t€nue de l'isolant intérieur

à3. Q9.hilnètres à VoRTEX

vongx : veine de fluide tourbillonnant sur elle-même (voir...t'écoutemenr de vorro tavabo )Divers types d'appareils utilisent les propriétés particulières du Vorlex ,entreautres la fréquence de détach€ment dgs tourbillons derriàre un corps perturb-bateur ( directement proportionn€lle à la vitesse de passage -etlet Karman-) peutèlre mesurée par des éléments piézo-éleariques.

Utilisable pour la vapeur,les gaz et l€s liquid€s de faibte viscosité dans de largesplages de débhs ot de températures

Limitations : - exige un Re mini- m€sure faussée si cavilalion

82

84

?.4i Lhitmètre sàu !lr.as.cnç.;

]K

- iry,/ c.,&ir.du,"n::" |

/'\-

* i r y lII

r i l-l--

Détec'teur de passage GRAI{UFLOWCe radar à micro-ondes esl basé sur le prin-cipe de leifet Doppler ll rrouve son aoolica-tion dans la surveillance de l'écoulementdes produits en vrac y compris en transportpneumatique. Complément indispensableaux systèmes d'automatisation modernes.

L'entraînement des ondes ultrasonores par lemouv€m€nt du liquide a pour eflet de modilier lestemps de propagafion €ntre sondes. Ledéphasage entre les signaux reçus reprôsente lavilssse moyenne du llquide dans la veine. Lessignaux sont traités pour délivrer des Informationsde débit volumique instantar.é et de volumetotalisé.

M€sure de V dans les deux sens d'écoulement.Diamètre de canalisation de quelques mm à quelques mètres.Compatible avec tout liquide.Pas d'influence de la température - Inlluence négligeable de la pression.

2.5 Eftet DOPPLER

Mesure la vitesse moyenne st les l luctualions d€ vitesss des gaz, des l iquidesturbulents, de produit en wac (le détecteur de passage GRANUFLOW de E+H estun radar à micro-ondes (f - 5.104 1rm) utilisant l'eflet Doppler .

Pratiquement indépendant de la pression et d€ la tampératur€.Mesure de vitesse de 1 mm/s à 100 m/s

Définition de l'effet DOPPLER

Lorsqu'une voiture roule à bonne allure, les passagers €ntêndant un bruit demotsur réguli€r, par contre le son entendu à l 'extérieur est différent quand lavoiture s'approche, passe devant le sp€ctateur, ou s'éloigne (d'abord aigu, i ldevient de plus en plus grave : ambiance sonore caractéristique des coursesaulomobiles). Cette variation d€ haut€ur du son lorsque la source se déplace aété étudié par le physicien autrichien C. DOPPLER (1803-1853) (biên du mérit€ : tesroirures de courses à son époque ... ?).

84

mI

oÉBns 85

3 Mesure de vitesse indirecte

3. 1 P.êfnltlpn .dp..la.pres.çiçn.dvnamjsueP. s ta t i que+ P . dyn

P . s t a t i q u eP. s ta t i que- ,P. dynaruique

-+

La pression dynamique est lié€ à la masse volumique du fluide et aucarré de la vitosse par la relation :

Pdyn = tlz.P .Y2

P dyn en pascalp masse spécifique du lluide kg/m3 (pour les

l iquides p = 1 OOO lois la densité roir page 18 )Vilesse nYs

Cene formule oeut s'écrire :

On p€ut connaître la vitesse sn mesurant la pression dynamique (si ladensitô n'est pas constante, il taut aussi la mesurer).

3.2 Mesure directe de pressiqn dvnamioue

3.2.1 Tube de Pfl'OT Tube de PRANDTLPres s i on

s Eâa rque

I

Press i on dynaD lque

ô P . P . S . ! ! . + P ,

En la i t on n 'u t i l ise que. les tub€s deimproprement "tube de PITOT'

Pitot ---> P. Stat. + P. Dyn.Prandtl --> P. Dyn

- P ress loa !dynaoique

Dyn . - P . S ta t ' P . qvn

PRANOTL que l 'on app€l ls

.F M v^l.AI.rCE LE CARNET crJ REGIfUR 85

86

3.2.2Tuba de BURTON ( "ANNUBAR", "FLoBAR,', ...)

P d y n = ^ P = 1 m m C E = 1 0 P a

dbù v= .æ

V = 4 n l s

On trouvêrait le débit (en(en mz)Remarquer la nécessitécolonnes inclinées).

3.2.3 Débitmèrres à cibte (en

Donne. une.-AP plus grande que la pressiondynamique (il y a une légère dépression à l,arrièredu tube)." étalonné ' par essais du construct€ur.

Exemple d'utiisation du tube de "pitof, (prandtl) :Gaine de ventilation : la ÂP donnée par le tube de "pitot" est de 1 mmCE,quelle est la ùtesse de l'air dans cette qaine ?masse spécifique de l'air: 1,29 kg/ms (àans les conditions de mesure)

eoy" = tO \E d'où V =

m3/s) en multipliant par la section de la gaine

d ' ind ica teurs de préc is ion (dans ce cas :

anglais : target)

3.3 KROHNE

Le.nom exaci., : wtudéprimomètre, doit rappeler qu'il Jagit d'une mesure de débit-volume, même si parfois ta mesure est àipriméà, aprejàlàfs,;;it;.

2 x Pavnp

+ E +

86

Deux mesures deI'orif ice.-La différance P1 -

pression (P1 et P2) sont eflectuées de parl et d'aulr€ de

P2 est appelée pression ditférentielle (AP : delta P1

- n,importe quelles unités de débit €t de pression pêuvent être uti l isées àconditibns qu€ k soil calctrlé avec c€s unités'

Pour les calculs courants el pour l'entretien de l'instrumentalion, il n'est pasinàiipenoOt" de comprendre àomment deux mesures de pression, faites sur lacircohlérence du tuyau, c'està-dire à l'extérieur de la veine principale de fluide,pàu"ent ôtre utiliséôs pour connaÎtre le débit, mais c'est une queslio.n intéres-;ant€ et les mesures ilar diaphragmes ont été tellement utilisées qu'il .€st bond'en avoir une idée ( dans les installations récsntes d'autres méthodes sontutilisées car plus précises €t surtout plus économiques ! )

ll est possibl€ de laire le raisonnement suivant :

1 - comment varie la vitesse ?

La vit€sss €n amonl de I 'orif ice a pour valeur :débit en m3/s divisé par.surface enmt. L" surface de passage diminue, donc la vitess€ augmente, puis. le f luidei"pienrd lout€ la seciion de-la conduit€, €t la vitess€ reprend la valeur qu'elle avaiten amont.on peut imaginer la schéma de variation de la vitesse autour de I 'orif ice(le sàuvenir d'uâ torrent en montagne ærmet d'imaginer la forme de la veine de fluide).

I

La pression dynamique = * p V2 varie comme le carré ds la vi lesse donc on peur

aussi imaginer la scléma I

} M VA-ANCE . LE CARITET Û.J RÊGLsLH - ay

88

ttI

It

La pression dynamique pourrait être mesurée-en plaçant une.sonde dans laveirie fluide, mâis ltntârêt'des organes déprimogènes est de remplacer la mesurede pression dynamique (pas- commode) par deux m€sures de pressionsstatiques qui pedvent èire faites sur la circonférence de la conduite. ll faut doncse demander :

3 - Comment varie la oression statioue ?

Supposons que l'énergie d'une particule de lluide est la même en aval el enan'oht (ce n'ôst pas vrài, il y a des perteq mais ça simplifie l). Cene énergie estdûe :- à la pression statique (pression de la pompe)

( énergie en réserve dite'énargie Potentielle").- à la vitesse, c'est l'énergie cinétique", représentée par la pression dynamique.

L'égalité des énergies 6n arnont et en aval psut s'éctire:

(P stal. + P dyn.) en arnoot = (P stat + P dyn ) en aval

Donc on peut imaginer pour la pression statique, un schéma exactemont opposéà celui dà la preséion dynamique : quand l'une augmente, I'autre diminue de lamôme quantité pour qu€ la somme des deux reste la mÔme.

Cette courbe représente les ditlérentes valeurs de la pression stalique autour dêl'orilice pour un débit donné (celui qui nous a permis d'lmaginer les vilesses dupremier schéma).

I le débit diminue, la vitesse diminue et I'amplitude de la courbe diminue :

!It!

I

88

DÊBns &)

Si le débit augmente, la vitessê augment€t l'amplitude de la couôe augm€nte :

Ces variations de lac'est la ditférence P1

pression statique- P2 = ÂP qui est

sont mesurées en P1 êt P2 et, bien sûr,intéressante :

 P = P l - P 2

En observant le schéma ci-dessus, on voi l que : pour un débit donné, la ÂP mesuréedépend de l 'emplacem€nl des prises de pression P1 et P2 et de la forme de la veinelluide, donc de l'orilice et du fluide lui -même

La relat ion qui existe entre le diamèlre de la conduite, le diamètre de l 'or i l ice, la ÂPmesurée et le dôbit faisant égalem€nt int€rvenir la nature du l luide, el le n'est passimple et a étô 6tabl ie exoérimentalement, c 'sst-à-dire par des essais en laboralorre.Cene relat ion n'est valable aue si les condit ions de mesuraoe sont semblables auxcondit ions d'essais.C'est pourquoi les organes déprimogènes et leur implantat ion sont dél inis de façontrès pr6cise par les Normes (en France NF X 10-102) Un ori f ice de diamètre connuperm€t de calculer le débit correspondant à chaque ôP mesurée si I ' instal lat ion estconforme à la Norme. Si l ' instal lat ion n'esl pas conTorme, i l y a quand même une ÂP,mais quel débil donne cen€ ̂ P ?

Obs€rvation : Pour passer de la variat ion de pression dynamique à la variat ion depression stalaqus, nous avons supposé que l 'énergie transporté€ par lef luide élait la méme avant et après l 'or i l ice. En pratique ceci est inexact:pour f ranchr r l ' obs lac le d 'un passage é t ro i t , le l lu ide dépense del 'énergie. La pression stat ique en aval ne revient pas à la valeur de lapression stalique sn amont :

.I. M VA,I-Â^JCE . LE CARNET gJ âÊGIÉUFI æ

90

IP r e s s i o n s t a t ,

amonÈ

Per te de cha rge rés idue l l e

P r e s s i o n s t a t .ava I

Attention :

Le développem€nt théorique ci-dessus ne doit pas cacher la relation fondamentatedes organes déprimogènes :

fa. différonce de pression dite "perte de charge résiduelle. représente l,énergiedépensée pour la m€sur€ du débit. Elle n'est pas négligeable (l'évaluation de cottep€rte.de charge Eî eA de la AP mesurée est donnée pag€ 293). C'est un inconvénientdes diaphragmes. En utilisant des orifices qui facilitenf le passage du fluide (tuyère,venturi) la dépense perman€ntê €st plus faible, mais le cotrt d'achât est plus élavé. Aumoment du choix d'un appareillage de mesure de débit, ces considérations doiventenlrer en ligne de compte, dans le cadre d6s économies d'énergie, mais aussi pourévit€r une portÊ de charge gênante, dans le "tirage'd'une cheminde par exemple.

Sur une installation existante. le débit maxi etcalcul de ces valeurs 6st tait avant le montage IC'esl uniquement pour ce calo.rl que la théorie

implantation des organes déprimogènes

la ÂP correspondante sont indiqués.

comolète intervient.

l e

F = k { ^ P

LE DEBTT EST PROPORTIONNEL A LA RACINE DE LA ÀP

On mesure la différenca de pression stalique entre I 'amont et l ,aval par diversesméthodes:- prises sur brides- prises dans les angles- prises'D.D/2'- pnses sur p€rte de pression résiduelleLongueurs droites: les normes précisent les longueurs droites à respecter en fonction

.ldu rappor t f

1et des d ivers accessoi res en amont ou en aval de l ,organedéprimogène. Ces longueurs varient en amont de tO à 80 O et en aval de 4 à 1O D.Les prises de pression sur chambres annulaires o€rmenent de réduire ces lonoueurs.si les longueurs droiles sont insufl isantes, on peut uti l iser des tranquil iseurs, Àais cen'€st pas normalisé.

diarnètro intéri€ur de ta conduitsdianÈre du ùou

90

PiaphraBEe

v e n t u r i :

VE!{TURI COURT

Le tube DALL donne oour la même ÂP,faible et i l est beaucoup plus court qu'un

oÉers 91

^ll.a* <r.o.aaûir.Jrto < .OO I

I O > a O O )

VEIITURI LO:{C

une perle de chargerésiduel le trèsventuri. -.d

t u 8 € o ^ l L

La mesure de ÀP dans un coude esl d' implantat ion faci le mais el le donne

une ÀP très laible

Pour les produits très visqueux (Re laible ), on peul ut i l iser des d. iaphragmesà doubld inclinaisons ou des tuyères en quart de cercle. Ces dispositifs nesonl oas normalisés.

Remarque :Les calculs relaÙls aux organes déprimogènes normalisés ne s'appl iquentoas si Re esl inférieur à 10 000

rimooènes non normalisés

} M VAT-ÂNC E . LE CAFNET OJ RÊCLEUR

92

tV débitmètre a section variable

Lorsqu'il y a débit, le ludion (dit "floneur","plongeur", etc...) est en équilibre sous l'actionde son poids, de la poussée d'Archimède et dela force exercée par la pression dynamique(P6y1 multipliée par la section du ludion).Le poids du ludion est constant. Pour un f luidedonné, la ooussée d'Archimède ost constant€.

La pression dynamique = trp V2 est donc

constantoDonc la vitesse du fluide esl constante. lesvariations de débit entraînent des variations desurface de passage ; comm€ le tuba estconique, les variations de surlace €ntraînentdes variations de hauteur.Sensible aux variations de viscosité, aussi bienpour gaz que pour liquides.Mais convient aux l iquides visqueux :supportele chautfage. Transmission possible par ac-coupl ement magnétique.Rotamètre €st une marque déposée par la

Société ROTA.

g débitmètres massiques mesurage des " débit s- masse "

Débitmètres thermiqyes :

Tr,us fluides

Princioe : maintenir un écart d€ température constant entre un bobinage deréférence et un bobinage {€ mesure. Pour cela il {aut fournir d'autant plus decalories que le débit-mc.jSr ost important., donc le courant de chautfageaugmente quand le débit augmente.La cellule n€ mesure que de peti ls débits mais des débits importants sontpossibles par dérivation.

P.éhimèIr.e.s..à.eftelc-eqçli.s-,:'à peu prés tout produit pouvant être débité dans un luba" (pour la plupan des gaz il

€st prudant d'en parl€r , avant , aux construcleurs )

Pr inc ioe :

le f luide circulanl dans un tube vibrant esl soumis à des forces du type F =m.T (æ loi de Newlon voir page 17 ) oir "{ esl l'accélération angulaire '.puisqu' i l y a vibrat ion i l y a mouvem enl, angulaire en l 'occurrence, doncvitesse angulaire ( "/s

) a1 accéléGtion angulaire ( '/s/s ).

L'appl icat ion de F = m.T aux mouvaments angulaires a été faite parGaspard Coriol is (1792-1843 ingénieur el mathémalicien Trançais ).

92

oÉB|Ts 93

Tube de mesure vibrant

A - I : forces réactives exercées par le fluide.

Torsron résultante.

@ EMER.'N DI'ISI'N BRooKS

} M VAIJÀ/CE - LE CAFNET TJ ÊÊGLELR . s

DÉBITS 95

Calculs relatifs aux débits

1/ calcul du diamètre d'une conduile2l calanls usuels sur les débits mesurés par organes déprimogènes3/ calcul des organes déprimogènes

1/ calcul du diamètre d'une conduite

efgllèng : Quel est le diamètre à donner à une conduite d'eau devant assurer un débitde 10 ma/h ?

Solutie.n : appliquer laformule F = S. Vll faut choisir une vitesse. pour l'eau on peut prendre de 1 à 4 m/s. sachantque la perte de charge est proportionnelle au cané de h vitesse (AP=112 p V2lon choisira une vitesse petite si on dispose de peu d'énergie, et grande sil'énergie (et le bruit) n'entre pas en ligne de compt€.

pr€nons 'l nYs

F = 1 0 m 3 / h = # *

Fe - -

1 0^ \ t ouu lus=- =d6ô6 =0 ,00277m2

= ffimz =27,7 qn2,'r.l\2

S = î- ===> D: 6 crn

EXe,fgic-ç- : calculer le diamètre à donner à une conduite d'air devant débiter 4 m3normaux / s pour I'air : vitesse de 1 00 m/s

R.épSn.s..e : D = 3,7 mm (prendre un tub€ de 4/6)

Remaroue : ceci est du calcul rapide et très approximatif, le calcul soigné faitintervenir les pertes de charges !

2..1 formules à uti l iser :

avec un organe déprimogène, la vilesse est donnée par

la formule de base F = S . V devient donc :

ae =]o w

rzÀF--r = 5 \ l -

la s€ction de la conduite ssl constante, on peut donc écrire :

rÆËF = ( 1 r -

ï p

J- M VALANCE . LE CARNET OU RÊGLÉUR 95

96

120 = k.iTGDrô

Fno ou FE'=./AP;

!ÂPasorl

FnF A

Dans la plupart des applications, la masse spécilique du lluide est constante. onpeut simplili€r encore €n faisant passer p dans la constante k :

F=kr /ÀFL.e.dé.bit ast proportionnel à Ia RACINE DE LA Ap donnée par l.organedéprimogène.

2.2 Aoolications :

Un diaphragme donne une Âp de 1 600 mm de Ce pour un débit de 120m3/h. Ouel est le débit si la Ap est de 400 mm CE ?

.S.ç.|.v.tj.en : appliquer une première lois la formule pour trouver la constante k* =# = a puis appliquer une deuxième fois

la formule avec la constante trouvé€ : F = 3 ûil= g./40-O = 60 m3/h

B.gm.af-qug:Les débits et les ÀP peuvent être exprimés dans n,importent quellesunités car les opérations etfectuées sont tinalement des rapports :

Si Fa et ÂPa sont les valeurs connu€s (, 'actuelles,') , Fn et Âpn le débrt("nouveau") _correspondant à la nouvelle Âp, on a en appliquant une premièrefois la formule :

. F a^ = : -

{ÂPapuis une seconde lois :

Farn = ffi {Âpn

d'où la formule des anciens du métier :'Débit nouveau sur débit ancien égale racine de ap nouvelle sur ap ancienne-

Exercice 1 :une tuyère donne une Âp de g0o mm cE pour un débit de 7s tonneyh1/ quelle est la ̂ P pour 20 tonnes/h ?2 quel est le débit lorsque la Âp est de 4 mm CE ?

Réponses '. 1/ 64 mm CE

z sTth.Remarquer les erreurs imporlantes qui peuvent être commlses en bas d,échelle :pour le t ransmet teur ,4 mm CE représenle 0,4% de l ,échel le . mais 5 T/h

représente plus de 6% du débil !

96

DÉBns 97

F.xer.cicp..?..: Graduation de'l'échelle'd'un enregistreur associé à un transmetteurde Âp

La ÂP varie de 0 à 100% dé taçon llnéaire, le débit de 0 à 1 o0% mais en racinede la AP.

F=k' '6F-100 = k./T0'0

k = 1 0 d ' o ù F = 1 0 { A p

Puisque nous devons extrairs la racine de Âp, prenons des canés ûartaits :^ P = 1 ' 4 ' 9 ' 1 6 , " J 'On trouve les débits , .rrrespondants : q = 10, 20, gO, 40, €tc ...

LIIiIEAIRE(AP)

QuaDRATtouE I/û lrttn \ o|\qu.dr.tu" ,"e.rdJ

ExeIcicAS: Etalonnage d'un extractour analogique de racines carréesEntrée : 4 - 20 mA provenant d,un transm€tteur de Ap.Sortie :4 - 20 mA vers un enregistreur de débit gradué de Taçon rinéaire.

*{l*"O = k . /^P

Anention : Q et ÂP n€ sonr pas ici res vareurs réefles, mais res signaux représentantc€s grandeurs.

1l pleine échelle:16 = k.'Iî6 (attention au talon de 4 mA) k = 4

Z O = 4./AP

0

1 5 2

1 0 0 2

f " , , . , t . " . i . , , - l

S i g n a l d ' e n t r é e C a l c u I s c i ^ - ^ r . r ^ ^ ^ - . : ^J r 5 ' r d r u s r u r L r e

4 m A

l 2 m A

1 5 , 3 m A

1 7 , 8 5 m A

20 rnA

4 m A

8 m A

1 2 m A

1 6 m A

20 nA

1

a/T-!a = o. r yô - . r = ô

t n=-7L + V t Z - 4 = t t r )

a / 1 6 a = 1 3 , 9 5

4,204= 16

16 2 01 2

1 2 1 5 , 1 1 7 , 8 5 2 0

LE CARNET ûJ RÊC{EUR -

ôP oa 25% 50*

SIGTIAL8

'12

S i g n a l d e A P

S i g n a l Q

'} M VÂ-rC lCÉ

98

Calcul des organes déprimooènes

Le calcul comdet est indiqu6 par des NoRMEs lrançaises (NF x io 102) , européennesvoire môme tNTERMTxot{AtEs .

I

.Les entreprisàs spécialis6e.s disposent de programmes élabor6s pour etf€ctusr cs typ€de calcul $lr tous les types d'ordinateurs (de p=oche, micro-,....etc... )

ll est possible fualementde calcgler très approximdivem€nt un diaphragme, une tryèreou un venUri en utilisant des méthodes graphiques.un exemple est donné en ANNEXES pasô 293.

98

oÊans 101

Débit de Gaz

Les débits de gaz posent actusllement de sérieux problèmes aux instrumentistes :

La définition de débit "quantité écoulée par unité de temps" est évidemment la mêmepour les liquides et poui les gaz, le problème est : commeni exprimer une quantité de9 æ ?

Pour comprendre où est le problème, il sutfit d'avoir à I'esprit les trois petits dessins ci-dessous :

Scénario : supposons qu'il a été fabriqué un cube en tôle de un mètre de côtéavôc un toit coulissant qui puissa se déplacer en rêstant étanche.

1 le cube vient d'être lermé : à l ' intérieur, i l y a un mètre'cube d'air. L'airatmosphériqu€ a une massa volumique (p) de 1,3 kg/m3, c'est'à-dire quel,ensemble des molécules d'air entermées dans le réservoir a une masse de1 , 3 kg .

2 on pos€ une charge sur le couvercle, l'air se comprime : la pression augmenle elle vôlume diminue] l l v a maintenant un volume de 0,5 m3. l l n'a été ni enlevé, niajouté, de moléo.rles d'air, donc la quantité d'air ost restée la même, sa masse esttoujours de 1,3 kg.

QUeç.UCn: Alors 1 m3 et 0,5 m3 désignent la même quantité d'air ?

Bêq.ç.n.s..e : Oui, mais les pressions sont différentes !

on chauffe le lout: l 'air se di late, le voluma augmente, la pression et lalempérature changent, le nombre de molécules ne change pas, donc la masserest6 de 1,3 kg.

Comm-en!e.i.r-e- : Dans ces trois schémas, la quantit6 de gaz esl la méme,.le volumeie, la pression et la température aussi, seule la m€ss€ ne change pas

(1 ,3 kg dans les trois cas).

Conclusions : Pour indiquer une quanti lé de gaz, on peut uti l iser le volume en mèÎrecube, en prôcisant la pression E! la ΀mpératurs ou la masse enkilogramme. Les débits de gaz sêronl donc indiqués en débit 'volume(m3p.r / s) ou en débil-massa (kgs).

J- M VALANCE . LE CANNET O{J RÊGLEUR 1 0 1

102Le débit-marce, indépendant de ra. pression et de ra t€mpérarure estbeaucoup prus commode à utiriser maii un grand nombre oà'oouitmorresm€surent des débits-vorumes, ir faudra donc-passer de r,un à r,àuùe à ousles mom€nts, c,est le problème I

Relation P.V/T' :

une. quantité de gaz qui occup€ un volume Vr à la pression p1 et à la temDératur€ T1F€ur aussr occr.rp€r un volume Vz à la pression p2 €t à la température Te, ou un volumeV3 à Po et T3, €tc ... il y aura toujours ia relaùon :

Pr .Vr pz.Vz p3.V3-T1

Attention :1/ Dans cette reration, p et T ront en vareurs abcoruer (bars absorus et

degrés kelvin)2y Cette relation est rigoureusement vraie pour les gâz partait, ( la oluoan

d€s gâz n€ sont pas roin de l'ôtre, mais cfracun àâr {ue rren ileiif-a?tait 1.Pour comparer deux vorume-s,de gaz (quer est. re prus grand ? quer est le prus petit ?) ilf3ut q_uq ces votumes soient à ta-mamà pression'ei àïa;êmJiJ.;Zrit,ïà-qiir"r*tdites 'de rétérences,.ces Téféren-ces' peuv_snt être les valeurs moysnnes d€ fonctionnement du procédé(erqmde:30 bar et3s0'c..) ou des vareurs "cdnventionnert"i;

iÀiàrpiôlr,ôri ua, "t15"C) ou les valeurs normaliiées : 1 013 mbar.0"C.Les volumes ramenés aux_conditions normaiisées ( 1 013 mbar, 0.c) s,expriment en"normaux-mèfes

cube" ou "mèûes glbes normaux". '

ll n'y a pas ̂ de symbole pour désigner c€ne unité : Nms sionifie n€wron mètrecuD€. eÎ nmJ signifie nano mètre cube (10-e 631 suivant les gorlts, diversesnolations sont utirisées : m3 T.p.N. , n.,a,r,or"ro, "r"....

'Exprimer en norrn€rux-mètrss cub6s'un volume Vi mesuré à la pression p1 et à latempérature T1 , signilie qu'ir faut carcurer quor ssrait re vorume à È[r ai,ôiâ ùar) et TN(273 K\.

V r ( p r , T r ) = ? V N ( P N , T N )

La relation p.V / T s'é PN 'vN Pr 'Vrtcrn:Jî_ = -f i-

Pr .Vr.Tru-ÎiF

u'#'ffi

cene /eteùon est dû€ alx physirjens Marione et Gey-Lussac

102

d'où VN

soit VN

DÉBrrs 103

vn r 269,33 .V l .

Ngla: Pour exprimer €n normaux mètres c-ubes par seconde or par heure, un déibit Q1mesuré aux conditions de gervice Pl et T1, utilis€r cetter formule en remplaçant lesrclumes par les débits en m3/s ou m3/h,

Aoolications :

l/-v-otumc

Quelle est la quantité de gaz contenue dans un réservoir de 60 | ?La pression indiquée par le manomètre est de guatre bars, la températureambiante est de 20"C.

Vl = 0,06 mo P 1 = 4 + 1 = S b a r a b s o l u sT 1 = 2 9 3 K

^ n fVN = 26e,33r db, Ë = 0,275 normauxm3

z Débir

Quel est en normaux mètre cubes par heure, la valeur d'un débit de 420 m3/hmesuré sous la pression de 12 bar (bars absolus) et la tempéralure de 70"C ?

oN = 269,33 x lzox ffi = 3 957 normaux m3/h

Masse volumique des gaz

Puisque le volume intervient, la masse volumique des gaz varie avec la pression eti€mpérature : Si un gaz a la masse volumique P1 à P1 etT1, il aura à P2et12, la massevolumique :

Tr 9tP z = P r ' n t 1 ?

Cette lormule peut être retouvée avæ b relation P.Y l1

.È' M VAT.^NCE . LE CARNET OU RÊT:LÉUN . 103

104

Relation entre débit-volume et débit-masse

Déut-votume'# + Débitmasse,ffi I

Pour .passer du volume à la masse, il faut utiliser la rnasse volumique, mais"tt?$m.!l lzut que.le volume st la masse rrclumique soient pris à la mârnà pressionet à hrnême temp6rature I

m = V r pkg m3 kdrn3

F6=p r Fy s i p e t Fy $on tàmôme p e t T

Exemole : Quel est en kg/s le débit d,air d,un compresseur fournissant200 m3/h sous 7 bar à 20eC ?

pn air (1 ,013 bar, 0'c) = 1 ,3 k/m3

pa i r ( 7+ 1 ) ba r , ( p73 +20 )K ) =_ r 2 v 2 7 3 -

g= r,é r 1.0-13 x ffi = 9,69 kgfmc

Fm=e,6e S x zoo$ = tn.r *e,n = ln88ôfl = 0,54 ks/s(s+09s)

Au!.fe..ex.emde : Exprimer en débit-mass€, un débit d'azote de 1oo m3/h souspression 2 bar abs, à la t€mpérature de 20.C, pN = 1,026 kg/m3 .

p(2barabs. ,273K) = 1 ,026r f f i t râ = 1 ,88ks/me

F m = 1 s s o ' # ' l * # = s s s / s

mesurage des débits de gaz

Les appareils mesurant directement la débit-masse d€s gaz sont peu nombreux ( l€sr..t*t?.: massiquer " n'accspl€nt pas tous les trés faibles-masses volumiques des'gaz! 19 oaoit masse des gaz esr donc souvenr obrenu en muttiptiânr n aettiilâiine pai tamass€ volumique du gaz .

on mesure les débits-volumes de gaz comm€ les débits-volumes de liquides : sorr enmesurar directem€nt des volumes, soii en mullipli€ml une sôction d€ iassage par lavilesse correspondant€ (vitesse mesurée directenient ou indirectement).' Dan-ies deuxcas, on trouve un volume par unité de temps et il €st nécessaire de mesurer soit lapression et la têmpérature P et T , soit la masse volumique p .

104

t-

DÊBns 105

Pour exprimer la mesure en kg/s ou kg/h il faut connaître pr, masse etfective par unité devolume, qui, multipliée par le débit mesuré (volume par unité de temps) donnera lamass€ par unité de temps.

Un€ méthode indirecte consiste à mesurer P1 et T'l , pression ettempérature momentanées dans la conduhe, ce qui permet de Ùouver plen appliquant la formule :

nr =e0ft,PrTr

où Te et Pe sont les 'conditions de rétérence" (celles où lbn connait

Po)

Souvent I'habitude s'est conservée d'exprimer les mesures en débit-volume ( m3/h ) ledébit de gaz aux conditions momentanées de service (P1 er T1) doit alors être ramenéaux conditions de rétérence, c'est-à-dire ,au goût de l'exploitant , les conditionsnormalisées ( Pp = 1,013 bar abs, TN = 273 K) ou les @nditions "nominales'

I P6,Tsvaleurs habituàlles de fonctionnement ). Pour cela, on utilise la relation P.V/T qui en débitdevient:

P ' . O r P n . Q n4 _

T r - T o +# = erc...

l l est alors nécessaire de connaître P1 et T1 , donc de les mesurer. On peut aussimesurer la masse volumique et remplacer

P rparp0

.-C..o..nç.!.u-Siçn : dans le mesurage des débits de gaz , s'il n'sst pas utilisé un débitmètreiriasëtquà ;it est nécessaire de connaître soit lamasse volumique , soit la pression et latempéiature , au moment du mesurage. Ces grandeurs seront Utilisées pour corrigerautomatiquement ou non, I'information brute donnée par le débitmètre.

Eelnerque:æur passêr d'un " débi\-volume conigé" QN ou Oo, àun débit-masse (061)'il suffit de multiplier par la masse volumique pN ou po

O6 = Qp . pX = Oo . Po

Pour un gaz donné, pN et po sont des constantes. Donc lorsqu'un sig.nald'information est propôrtionriel au "débitcorrigé" il est aussi proportionnel au'débit-masse". Et réciproquement.Les disoositifs qui cala,lent ces deux débits sont €xactement les mêmes.

l ô l - l

F 0 1 1

J- M VALANCE - LE CAFNET ou RÊGLEUF105

106

Exemple de réalisations pratioues

Pression ditférentielle (Ap) corrigée 6n pression et température

Le coetficienl K est calcrlé par le bureau d'étude avec les données de catcul dudiaphragme.

-C-glçp.LA.C.X : Si les conditions de références sont les conditions nominat€sde fonclionnement, c'est-à-dir9, la pression po et la température To utilislesavec le débit maxi.( Qo max.).pour le calcr.rl du diaphralme, re débit-corrigésera oblenu en utilisant le coetficient :

K=ffi=Æette déAt-masse, par le même coefficient divisé par po.

II{DICATION PROP. AU DEEIT

OU AU OEEIT CORRIGE

e' 'ouoo-*{*{ i i

o6ns 1Oz

4ttgntiolr ; la valeur numériqu€ de ces co€tfici€fits ne prés€nte ar.run int6rôtsi les unités à employer ne sont p€ts p6ciséea IToutes sortes d'unités p€went être utilisées à conditim :

1/ de ne pas en changer enûe le calcul du co€fticient €t son utilisation

__21 de prerdre les pressions et les t€mpératures en valeurs absolues,

Remarque : les transm€t€urs de ÀP possédant la ficnction 'eratrætion de ræine can6e.ne doivent pas ôtre utilis6s dang ce ca!1 : l,extrætion de ræine doit se laireaprèr multiplication par la pression ct dividon par la t€mpérature.

Evidemment si l'une de ces grandeurs ou leg d€ux sont peu variables, ll n'est pasnécessaire de les faire intervenir I Les dispositifs analogiques, pneumatiques ouélectroniques etlectuant les opérations, dôivsnt ôtre ad'aftés'âux échelies desùansrn€tt€urs : 1 6_ q{ repr6sentant par exemple 4 bar, nbnt pas le môme .poids. que 16mA r€prés€ntant 20"C.

ùansmetteur de pression :

tansm€tteur de température :

L ^ -

mA

D9 olu9, css- deux grandeurs doivent ôtre lournies en valeurs absolues à l'opérateur decalcul. Voir in.Fumontr dc calcul page 157

107.t- M vArJNcE - LE c^FNEr ou RÉGLEUR

TEMPÉRATURES 111

tlemn@mafiumesToul le monde sait mesurer. une t€mpérature : on prend un lhermomètre, ou mieux uncapteur élearonique à affichage numérique, ori le place à l,endroit'doni' on ueurconnaître la température et il n'y.a qu'à iire. commè la plupart oei aplàr"its "ontprécis, on lit la température à 1/10èm€ de degré près (ou même .t/.10 g69bme de degréen laboratoire).

Facile ! tellem€nt facile qu'il ne faut pas hésiter à en faire la démonstration : avec defl|1_1t_-d_.:^qntl!l ,ou en faisant bouillir de l,eau sur un réchaud de camping, vousool|€norez lactt€m€nt les températures de zéro et de 100"c. Vous y plongez ie àpteur,pour_ôlre plus proche de la réalité industrielle, il est conseillé oruiitisei un

-,àoigt aà

gllt--(i?T,9"nné à l'étui protégeanr le capreur des agressions du fluide) ; si'on peurptacer ptusleurs c€rptêurs dans le môme doigt de gant, la démonsvation esl encor€plus intérassante. Mais quelle démonstration fEh biàn essayez ... . vous verrez bien !

si vous commencez à soupçonner qu'i l y a uN pRogLEME dans le mesurage destempératures, vous vous tromp€z : il n'y a pas UN problème, il y en a beaucoup !

Avant de les situer, ontsndons-nous bien : i l n'est pas du rôle du réqleur de faireapparaîtrs d_es problèmes là où tout va bien. Les explications qui suivent-s'adr€ss€nt àceux qui, eftsctuant consciencieusement les travaux d'entreiien préconisés Dar lesnotices ou. les. règles du métier, se voisnt reprocher la mauvaise ql"i i iÀ Jàiî".ure.obtenues (et des régulations qui s'appuient sur ces mesures évidemment l).'D. es,mesure,s au.ssi simp.les .... " Eh non, les mesures de tempéralures ne sonr passamples.: malgré la qualité et la diversité de l ' instrumentation, i l iaut beaucoup de bonsens, d'expérience (sens de l'observation) et d'imagination pour d,abord trouv'er ce quine va pas €t ensuite imaginer ce qu'i l laudrait faire pour que, peut-être, ça ail le mieux...

Un capteurlequel i l estSOne quB ce

de température n' indique€n contact, i l indique sasoil aussi celle de l 'obiet

pas la lempératurepropre température,ou du f luide I

de I 'objet ou du f luide avecc'est à l 'ut i l isaleur à faire en

!? l:mpératur€ €st une grandeur essentiei lernent tugit ive ; i l est bien connu qu,unfl?: ! lrt." l"ud (ou plus.froid) que son environnemeàr réchauffe (ou refroidit) cô quil 'entoure. Autrsment dir: la chaleur €st une lorme d'énergie qui siéchange aâ taçànp€rman€nre _d'un corps à I 'autre jusqu'à c€ que tous laé coips soient

-à la même

températuro (si on leur en laisse l€ temps).

ces échang.es se lont .par conduct ion (par contact ) , par convect ion (mouvementsengendrés.dans les i luides par les différences de tempéralures) et par rayonnement(émission de radiaùons taversant l,espace environnant).

A.-s.p.ç.C1.ç9.ç.r.til : Avec tous ces échanges, il est permis d,espérer que la lempérature ducapteur sera rapidement égale à celle de l,objet ou du fluide contrôlé.

Aspeçt néqati l :avec rous ces échanges, la température du capreur sera aussi un peucelle de l 'environnemant (lempéralur€ de la conduite, de I 'air ambiant.. . . e l c . . . )

} M VALANCÊ

112

Liée à la préc6dente, mais du côtô exploitadon/tabricatlon : dans le grand nombre detempératuros en présence, laquelle faut-ll mesurer ? Quelle est la plus reprôsentativede la bonne marche du proc6dé ? Quelle est celle dont dépend la qualité du produit ?La premiàre réponse de l'exploitant sera toujours rapide et catégoriqu€, mais il fautsouv€nt des jours et des mois, pour qu'un réponse satis{aisante soit donnée à cott€'question.

Unités:

100 "c

- 1 0 0 ' c

- l'unité S.l. est le degré Kelvin (K) 1

- le degré Gelsius ("C) 2 est égal au .degré Kelvinmais le zéro de l 'échelle Celsius correspond aurepère 273,15 de l'éctrelle Kelvin : 0C = 273,15 K

Temp. en K =Temp. en'C +273

- l'unité anglo-saxone "dêgree Fahrenheit" ("F ou F)est plus p€tite que I 'unit6 'C et son zéro està - 17.77"C

. Â ,Temp. "C =| (r"rnn. "F - 32)

100"c =2120F1 5 ' C

Nota : L'expression "degré centigrade' €st incorrecte : le grade est une unitéd'angle, le centième de grade aussi !

E I P T Ecfrelle Internationale Pratique d€ T€mpérature :

La t€mpérature est un repère. La précision du repérage s'améliorant, les instancssinternalional€s se réunissent périodiquement pour lixer I'E.l.P.T.Ainsi l 'E.l.P.T. 1948 a f ixé le point de fusion de l 'or à 1 063"C sl l 'E.l.P.T. 1968 à1 064.C.Si certaines tables qui devraient indiquer les mêmes nombres sont dittérsntss, c'€stpout-être parce qu'elles se rélérent à des E.l.P.T. ditférentes.

Etalons orimairerLes températures de rélérence pour l'étalonnage des capleurs sont l€s températuresde changement d'état des corps à pression atmosphérique normale (1 013 mbaQ.Lorsqu'un corps (de l'eau par exemple) passe de l'état solid€ (glace) à l'état liquide, latempérature de ce corps se stabilise p€ndant toute la durée de la transformalion(tompératuro de fusion). Le même phénomène so produit si l 'eau passe d€ l 'étatliquide à l'état gazeux (température d'ébullition). Ouelques repères (à 1 013 mbar) :

1 Kelvin : srr William Thomson lo,.d Ketvin ( 1824 - 1907 )2 Celsius Anders 11701 - 1744 )asùonom€ et physic€n suédois

1 1 2

C e c i e s t l e z é r o

1 1 n ' e x i s t e P a s

absolu des temPératures '

d e t e m p é r a t u r e P l u s b a s s e

9c!$ôle-Cas-çs.o!e!rs :

Suivant la température à contrôler, on utilise un étalon primaire bon marché (glacefondante, eau bouil lant€), un bain d'étalonnage ou un four. Dans les bainsd'étalonnage, on utilise un

'mélange de neige carbonique et d'acétone entre ' 80"C st

0'C et de l'huile entre 0'C et 300'C.

TEMPÉRATURES 113

Ebullilon de l'oxygène : - 183"CFusion de la glace : 0"CEbullition de I'eau : 100'cFusion de l'argent :960"CFusion de lbr : 1 0ê4"CFusion du platine : 1 755'C

Remarquez que le phénomène "température constante pendant le changement d'étal"est utilisô depuis longtemps dans la cuisson au 'bain'marie" qui permet quelque soit laôautfe de ne pas dépasser 100'C pour des préparations qui ne le supporteraient pas.Notez égal€ment qu'en ce qui concerno l 'argent, I 'or .ou le platine, i l n'êst. pasnécsssaiie d'en remblir un récipient : un til du métal est sutfisant pour coup€r un circuitôlectrique quand la lempératur€ de fusion est atteinte.

Princioes ohvsioues uti l isés oour les caoteurs de temoératures

1/ Dilatation :variation de longueur des solides, de volume des l iquides et de pressiondes gaz

2/ Eflets éleclriques :- couples thêrmo-électriques ("thermocouples\- sondes à résisîances- thermistances

3 Energie rayonnée:m€sure sans contact : pyrométrie optique

Les appareils à dilatation de solides, de l iquides ou de gaz sont des appareilsmécaniques fabriqués depuis longlemps par d€s construbteurs spécialisl€s dê latempérature. Même si l'appareil paraît très commun, lire la notice €st presqu€ louioursriche d'enseignements, ne manquez pas l'occasion d'sn profiter !

Les mesures éloclriqu€s sont les plus abondanles (et de. loin !). Les appareilséleclroniques qui leur sonl associés sonl de plus en plus performants €t taciles àutilis€r, toulefois, l'4ustage initial ou le contrôle du fonctionnemênt nécessitent souv€ntI 'uti l isation de techniques mal axpliquées dans les noticss, car le régleur.est supposéles connaîlre, d'où la place accoidée dans ce chapitre au calcul des millivolts fournispar un couple.

Ouant aux lunenes pyromélriqu€s, i l s'agit quoiqu'en disent cenains fabriquanls, d'unsuiel tràs délicat dont ce chapilre ne fera qu'aborder les diflicultés.

} M VArINCE . LE CAFINET OU RÊGLA.,]R 1 1 3

114

Couples thermo-électriouer ('Thermocouples")

P.êliniticn:pour qu'il y.ait couple, c,est-à-dire pour qu,il se produise un effet thermo-électriqu€, il.faut et il suffit.que deux conducteurs cie natures ditférentes (enliaison électrique enùe eux) soient soumis à deux températures différentes.

F-x.e.mplg:

l l yacoup leca r i l ya :) 1 a n E e^.c

T e m p é r a È u r e

, .constalbn : alliag€ de culwe ei d€ nickel donr la résistance élecrique ost praùquemenr indôp€ndanted€ la tompérarure .' I t 4

- deux conducteurs : cuivre st constantan' deux températurj-s^: A"c température ambiant€ (à une extrémité ducouple)

T"C température à mesursr (à I'autre extrémité du couplâ).'

Seules comptent-les lempéralures aux extrémités : les couples sont indifférenrs auxt€mpâratures qui €xistent sur la longueur €ntre I'extrémité soudée àt l,extrémitéraccordée ayx récepteurs. ces extrémités sont souvenl désignées par les exoressionsanciennes de 'soudure chaude" pour T (température à meéure4'et -souauie troide,pour A (lempérature ambiante) qui en lait, 6st la tempéraiure du bornier deraccord€ment.

Lj.,ejt_e!.ll'..e.f r.no.:.é.tggriqug

si A.et T sonl différentes, le couple se comporte comme un générateur de iension. Lalsnsion produite dépend de la difiérence 6ntre A et T et- de la nature des deuxmatériaux.Des tables indiquent la relation "température -nombre de millivolts produits', oour uncertain nombre de couples nor-malisés (donc interchangeables) iel que cuivre etc.nstantan -, ter si @nstantan ', nickel chrome et nickel allié, platine rhôdié et platinepur' elc ... ( le premier nommé est normalement le + du générateur qu€ constitue l€couple).

La relation température - mil l ivolts n,esl pas l inéaire:

0 ' c

TEMPÉMTU8ES 115

Bemafqlg-: si A = T, la tension est de 0 mV puisqu'il n'y a qu'une ternp6raÙre' il n!.apas de couple I les tables ont été établi€s avec A = ooC, pour les utiliseravec A * 0'C, il faut prendre certaines précautions qui ne sont pasévidentes, mais il existe une méthode raplde a sûre qui consiste à tracer ungraphique simple (voir remarque R1 page 6)

Sur un axe supposé gradué en température, tracer très approximativement :- l'origine 0"C- la lempérature ambiante A- la tompérature mesurée T

Par exemple :

C'est 16 cas le plus courant, si T est en dessous de ooc, lracer :

Sii c'est la température ambiante qui est inférieure à zéro, on tracara :

€ tc . . .Sur cst axe, figurer les millivolts par des flèches,

mV c orrespondanÈ

.-- à T ,-/

o __-Zl\--=-- -/ T

ii1o..""oo,oli\

\ ] a m b i a n t e

/

-t"--/ rnV fournis par

\ { " o "o r :

- millivolts correspondants à T : tlèche ce 0 à T c'€st général€ment cequ'il faut trouver- millivolts correspondants à A : à lire dans la table, llèche de 0 à A- millivolts foumid par le couple : flèche de A vers T (touiours de A vers T, même si la

flècfle est à contre-sens !)oour trouver T : lire dans la tabl€, la température correspondant aux millivolts de 0 à T.

- r r l )A O T

J- M VÂLANCÉ . LE CAF]NÊT D'J RË,GLELR - 1 1 5

1 1 6

Eremnle : couple'cuivre-constanfan;ï"

:ï::;;:: :j"

" t,

Table du couple Tpage flg

Pour tro_u_v_erla longueur de la flèche 0T (nombre de millivolts de o à T) il sutfit { aiouter0,7O7 + 4,232 = 4,939 mV

4,939 _-+ table --_+r 114.C

C'est le cas le plus général mais quelquefois, il faut retrancher. Dans le cas d,unetempérature T inférieure àz6ro,le graphique donnerait ceci :

;14 t A

Pour trouver la longueur de la flèche 0T il faut faire la soustraction 1,918 - O]Ozt4g4glgr où est la

tab le , pu isqu€ ls

1,8't8 - 0,707 = 1,1't 1 -J Tabte ----) _ 30.C

Autre exemple : le couple stivre-constantan fourni 1,593 mV, la température ambiante€st de - 5"C

La longueur 0T s'obtient par : 1,593 - 0,191 = 1,4O2et dans la tabls, on l i t : 3S"C

Remarques :

Si la f lèche de A à T est à contre-sens, cela signiï ie que le couple délivre unetension négative (chaqus fois que T est plus pÉtit que A). Le mil l ivoltmètreafl ichera le signe - sinon i l faudra inverser les polarités :par exemple cuivre sur- €t constantan sur +

Lorsque le nombre exact de mil l ivolts à convenir en degrés n'est pas indiqué sur latable , i l faut " interool€r'c'est à dire écrire la ditférènce entrs l€s deux valeursindiquées les plus proches (catte qui esr un p€u ptus grando et cê € qua esr un pau gtusp€nte), diviser par le nombre de degrés qui les sépare (avec 1O "C c'esr ptus facite!)puis avec ce nombre de mV par "C évaluer le nombre de degrés qui font ladiffôrencs entre la valeur à convertir et la val€ur la plus proche éciite sur la lable.Dans la plupart des cas, ce calcul peut se laire de têts car il sst toul à fait illusorrede croire que la mesure se fait à un d€gré près! ll est exact quê le repère utilisépar. l'exploitant sur un apparsillage donné, p6ut et doit êlrs suivi avec prôcisron,mais il y a une ditférence entre uÀ repèr€ €t la lempérature réelle I

1 l

4

1 1 6

Erercicee:1/ un coupte cuivr€-constantân donne 9,350 mv. La température ambianle est

'de 2O'C. Quelle est la température T ?2/ Meture de la température d'une chambre froide. Le cou.ple cuivre'-

ànst"ntan est inveèé, il donne 1,429 mV. Température de l'appareil demesurs : 2O'C. Ou€lle est la ΀mpéralure de la chambre froide ?

3/ Contrôle d,un couple fer-cohstantan dans de l 'eau en ébull i t ion.Température ambiantà 22"C. Combien de millivolts doit fournir le couple ?

TEMPÉRATURES 'I 17

Les rêponses sont indiquées page125 .

Gâbles de compensation

ulil isés pour prolonger les couples à moindre frais, ces câbles ont la mêmecaraa$riètique mVnemp. que le couple auquel ils sont associés, mais dans une zonsrestreinte (généralement de 0 à 200'C).

--.7

"f,

Les lils du couplà doivent avoir une longueur sutfisanle pour que-le raccordement avecte caute de coàpensation se touve situl dans une ambiance inférieure à 200'c.

Dans ces conditions, le couple prolongé par le câble de compensation Jorme-un seulcoupl€ th€rmo-élearique doÀt la soudure iroide est reportée à l'extrémité du câble.

200

Syrnbd. tûru! ù ttlttEpat hrna Ga.n rr da tsnEÉltu|!d l "C t l )

S.ngbttanroçnnc en 9V/tC

tClvomd Nr-CrAlrnd lù-À

- 270 à + 1372 4 l

JF -Cqrrrntr

_ 2 1 6 1 , 7 € O

TClvomd-Cqrarllllt

_ 270 | r t@ 68

1Cgvo-Cgrrrtrrt

- 2 7 q 1 r . O {o

a PùtÊ ôoùrn l0*PLur

- 5 0 l ' 1 7 6 7 r2

tFhrr rrqrrn l3Xtlrùr

_ 5 4 1 . 1 7 6 7 1 a

aPtatr.. rlbrrn IOAPt|r,! riErrn 6i

g 1 , 1 E 2 O rO

} M VA.ANCE LE C^RNET DU RÊGLEUR . 1 1 7

' t 18

couples gainéiexùait de la docr.rmentation de THERMOCOAX et Cie

A l'aurrq exrrÉrnité. lâ thermocouple eslætié à un câblo ds compensation oud'ertension adaDlé âu couol€ therm(É-lectrieue, Dar riôiarmâiiai€ d unconnecleur ou raccord.Cens structure obt6nùe grâce à unotechnologi€ o.iganalo, confàe aux th€r-mocolpl€s THEFMOCOAX de nom-br€ux avantages :

Faibls errcomb.em€rlt et grande fl€ri-bilité D€.menanr uno mesq.B do IaternfÉatura en deÉ points lec plusdifficilss d accès.

Graôde résrstance mâxniquo.Protedion cont.e l oxvdàlion Dar l'aar,

la conoston et la pollution chimiqus, desrnalâraur thermcÉlectriques.

Un temps dg éuonse tfè counpermettônt de suire une variatton trÈ

raridg de la te.nrÉ.aturq {ohérrcmènetrônsitoir€l.La grando diversrté d6 thennocouplesIHERMOCOAX psmer dE rrower un6solution à toutes 1€3 aoolicattons. lls agit da chorsir en tonctlon de l'urilisa-lion,

lo couplô rhermoélodrioue,l'isolant,la garrE,le diamètæ.19 typ6 d€ soudu.q chaude,le typ€ d9 rôccod ou do connoqre0r,lg rype de câble d9 comgênsation ou

d exten3on.

ls môgnélio et l alumino sont h!-groscoprquG pour c€lle rôrson.l'exrremrré owene das lnennocouplesest toulours oblurÉ€ avec une résine(Filsân. rËslne éooxy, ê(c.). En cas o€æpnse accrd6nrelle d humrdite(isolement à 1 MO). rl est tourorirs'possibl€

de chasser Ihumidité. Pourcelà. 'l suffit ds chauffer I ertrernrlé d-lhâmocouDle sur una \nngtarne decenlrmelr6 ou mresx, tout lethefinocouple dans un€ eluvo à l50oCouts de remetlre une résrr,e d'é-tancherte.

DESCRIPTIONLes t h€rmocouples THEFMOCOAX sep.Ésentent sous la fo.me de câblesblindés à isolanl m|nâ"|. de farblediamèire, lès il€xables et robusles.lls so comDosés ds:

oeux fils constrtuant le couple ther-mo€ieclnque.

Un isolant minâ"1 en poudf€ l.Èsfonemefl compnmé garanlssanl unpôafarl marnltei des conducteuG et unbon isoleme .

Une garne métallique continug, assu-€nl uôe protectton mâladaue et cht-mrque. du couole.A lune des exlrÉmrtés. les fils et agarne sont soudés pour fomer asoudure chaude {fio. 3).

TYPES DE THERMOCOUPLELa chorx du the'rmocouole sera fa,ld abo.d en foncllon du oomarne delempérature dutl l isaÙon. éventuei le-ment en fonctton de la sensrbr| lé

(pouvorr lhermoélectnquel ou du typed apparetl de rnesure drsponrljd.Dans la trés grande malonté des cas, onQteîdra .

Pour la gamme - IoO'C à -I loOoC le Chromel-Alumei ie fer-constantan ou e Nrcrosrl-Nrsrl .

Pour les bass€s lefiExiGlures. leChromet-constanran

Pou. les lemoéralures suoéneures àl1oOoC, le plarrne rhodrum 10,ryo-plalrne en mtlreu oxydan! ou Ie tungs-lène-rhénrum sous vrde ou elt mrlieufàirJcletJr.La f igure.l donn€ la Le.m. en fonclronate la tetnoerature polr chaoue lyE€ de!nennocorJDle.

Co.ù.. t.m, r.6p..!rùrtd.. 4'al..Ft! rhdrûoco.Jor.r

SYVSC]LE: : l . .Orê i /Cçrs ta . l .n

a Àir'.e 13% Rhcô'!m/ FirL^e: :3r.e 'C"i Êhoouô/9,r!ne3 Prr,.e :0% And,!m/F.n.!à

1 1 8

MECI rEMPÉRATURES 119

c o u P r E c u t v R E - c o N S T A N T A N rForcc é lec t romot r ice en mi l l i vo l ts Jonc t ion de ré fé rence ô 0 "C

- 9 0 * ' 8 0 . - 7 0 t - 60 . -50* -40 . -30 * - 2 0 * - l o r - o r

I2

4)

7I

l 0

3,0623, 0913 , 1 2 03, 1493 , r 7 83,2073 , 2 3 53 ,2611 ) O )

3 ,3203 ,349

2,7642 , n 42 ,8242 ,8542 ,8842 , 9 1 42 ,9442 , 9 7 13, 0033, 0333 ,062

2 ,1552, 4862 , 5 t I2, 549?,5802 , 6 t I2 ,612., a'2)

2 ,703) 7't1

2 ,764

2 , r 3 52 , 1 6 72,2002.2322 ,2612 ,2962,3282 ,3603,3922, 423

t , 8 0 41 , 8 3 8| , 8 7 11 , 9 0 5r ,9381 , 9 7 12 ,0042 ,0372 ,0702 , r 0 32 , 1 3 5

, 463, 498

, 567, 601

, 6 6 9,703, 7 3 7, 7 7 1, 8 0 4

, t 1 2, 1 4 8, t 8 3, 2 1 8, 2 5 4,289, 3 2 4

't <o

, 3 9 4, 429,463

0 , 7 5 10,7880 ,8?40,8600,8e70 ,9330 ,9 69r , 0 0 5r , 041t , 0 7 6l , l l 2

0 ,380o , 4 1 70, 4550 ,4920, 5300, 567o ,&4o, 6410 , 0 80 , 7 1 40 ,751

0,0000, 0380 ,0770 , 50 , r530 , r 9 lo,2290 , 2 6 70 ,3050, 3430 ,380

|Ivp à r o € 2a,7 29,8 30,9 32 ,O 33,1 34,1 35 ,1 36 .1 37,1 38 ,O

a L e ! i . é . m . c o n t e n u e t d c n r c e t c c l o ô n e J l o ô l n é q o l ; v e r ,

+ O l o 2 0 30 4 0 50 60 70 80 90

0I23

567I9

r0

0 , 0 0 00, 038Q , 0 7 70 , I l 60 , r 5 40 , 1 9 30 , 2 3 20 , 2 7 10 , 3 ] l0 , 350

0 , 3 8 90, 4290, 4680 , 5 0 80 , 5 4 70 , 5870 , 6 2 70 , 6 6 70 , 7 0 70 , 7 4 7t , 7 8 7

0 , 7 8 70 , 8 2 70 , 8 6 80 , 9 0 80 , 9 4 90 , 9 9 0I , 0 3 0I , 0 7 1l , 21 , 1 5 31 , 1 9 4

1 , t 9 4I ' ? S

| , 277r , 3 t 81 , 3 6 01 , 4 0 1t . 4 4 31 , 4 8 51 ,526r , 5 6 81 , 6 1 0

t , 6 1 01 , 6 5 21 , 6 9 4| , 7 3 7I , 7 7 9I , 8 2 rr , 8 6 4t ,9471 , 9 4 91 , n 22 , 0 3 s

2 , 0352 ,0752 , 1 2 12 , 1 6 42 ,?072 , 2 5 01 ) a 1

2 ,3802, 4232 , 4 6 7

2 , 4 6 72 , 5 t 1

? 594

2 , 6 4 32 , 6 8 72 , 7 3 1) 7 7 \

2,8202 ,8642 ,948

2 ,9082 ,9532 ,9973 ,0423,0873 , 1 3 23 , 1 7 73 ,2223 , 2 6 7

? 1 { 7

3 ,3573 ,4923 ,4483 ,4933 ,5393 , 5 8 43, 630

3 , 7 2 23 ,7673 , 8 1 3

3 , 8 1 3

3 , 9063 ,9521 q 9 Â

4 , 0 4 44 , 4 9 14 , r 3 84 , 1 8 44,2304 , 2 n

uvp à r ' C 3 8 ,9 39,8 40,7 4 1 , 6 42,5 43,2 44, l 44 ,9 45 ,6 46,4

loo i l o 1 2 0 r30 r40 r50 rôo 170 t 8 0 190

0I

' 2

567I9

t 0

4 , 2 7 74,3244 , 3 7 14 , 4 1 84 , 4 6 54 , 5 1 24 , 5 5 94, 6064, 65.14 , 7 0 14 . 7 4 9

4 , 7 4 94 , 7 9 64 , 8 €4 , 8 9 14 ,939! , 9 8 75,03s5 ,0835 , l 3 r5 , 1 7 9

1 1 ) 7

< 17,

5 , 1 6 9

5, s66

5 , 7 1 25 , 7 6 \5 , 8 1 05 , 8 5 95 , 9 0 8

6,0076 , 0 5 66 , t 0 56 , 1 5 56 , 2 0 4

6,2046,2516, 3æ6 , 3 5 3é, 1O36, 4536, 503

6, ô03

6 , 7 0 3

6,7036 , 7 5 36,8036 , 8 5 36 , 9 0 4

7 , 0 Q 47 ô 5 5

7 , 1 0 67 , t 5 77 , ? æ

7,2087 , 2 87 , 3 æ7 ,3607 , 1 l l7 ,1ô27 , 5 1 3

7 , 6 1 67 , 6 ô 77 , 7 1 9

7 , 7 1 97,770/ , ë a l

7 , 8 7 47 0 7 A

7 , 9 7 8I ,gn8, 0808 , 1 3 28 , l 8 jI , 236

8 , 2 3 68 , 2 8 88,3408 , 3 9 28 , 4 58 , 1 9 78,5198, éOl8, é548 , 7 0 78 , 7 5 9

4 7 t p

8 , 8 1 28 ,8648 ; e 1 7ù ,9709 ,0239 ,0769 , t n9 ,1829 ,2359 ,?88

y.vp à r o C 47 ,2 47 ,8 4 8 , 5 49,2 49,9 5 0 , 5 5 l , l 5 l , 7 5 2 , 3 52,9

} M VAIJ{NCE . LE CâRAIET OU RÉGL3-R - 1 1 9

120

uec

Les apoâreils numérioues :

un millivoltmètre numérique est, bien sûr, l'appareil idéal pourfournie par un couple, mais c€tte ténsion n'ost p€ls la températurethermomètre pour A, une table de conversion et un calcul.

Les irdicateurs numériques de tablezu, ou portables, sont équipés d'un ou plusieursdispositils dit de 'compensation de soudure lroida' (mesure .de A) et d'unmicroprocesseur calculant la ou les conversions mVÆemp. lls atfich€nt directemont laternpérature en oC. Leur emploi est donc fàs simple : il sufiil de lire. Cependant, tout coqui a 6té dit sur le calcul des millivolts dewa quand même ètre utilis6 quand il s'agirade contrôler le fonclionnement de ces appareils.

@ :

lls sont intéressants pour les boudes de régulation, mais aussi en mesure seule, car latransmission €n mA est moins sensible aux parasites que la transmission en mV. llsdisposent d'une 'compensation de soudure froide", el sont linéarisés (voir plus bas).Généralement montés €n tête de canne, ils sont à deux fils comme les transmetteursacluels.

Des appareils de conception plus ancienne, p€uvent encore être rencontrés, soit parceque leurs constructêurs en poursuivent la commercialisation à côté d'appareils plusmodernes (parce qu'ils sont €ncore demandés), soit, parce que de construction trèsrobuste, leur remplacem€nt n'est pas encore nécessaire.C'est le cas des 'ponts potentiométrique'. Le principe da la mesure potentiomélriqueest exp l iqu6e page 26. Las enregis t reurs à pont potent iométr ique sonttradilionnollsment liwés avec une notice détaillé€, voir cene notice.

'Compensation de soud ' :

ll s'agit d'un dispositil faisanl intervenir la température ambiante dans la mesure desmill ivolts fournis par le couple : généralement, un€ résislance variant av€c latempérature ambiante suivant une loi identique à la courbe mVÆemp. du coupleutilisé. Cene rôsistance, difTérente pour chaque type de couple, doit être situé€ trèsprès du bornier da raccordement .Alin..d:âlrg..à..la..m.�.m9..1emp.ér.atu.r:.9..9u.e..19s...h9.[nqt(€xrrémilé A du couple).

L inéar isat ion:

Pour expliquer la linéarisaùon, prenons le cas d'un converliss€ur mVhA :couple : T (anivre - ænslantan ou cuivre - cuivre.nic*el)- plag€ de mesure : 0 - 100"C- signal de sortie : 4 - 20 mA

120

mssur€r la tensionI ll faut, en plus, un

TEMPÉRATURES 1210 " c 5 0 " c ? 1 0 0 " c

4 m À

En tait le mil ieu d'échellede températur€ (50"C) ne correspond pas à 12 mA, car ladu couple n'est pas linéaire.

1- 4 ,277

1 2 m A ?

- - O

à 1OO'C, le couple et la compensation fournissenl 4,277 mV, le signal de sortie duconver t isssur est d€ 20 mA. La convers ion mV/mA étant l ioéai re , 12 mAcorrespondronl à 112 de 4,277 = 2,138 mV c'estàdire 52,25'C ( à 50'C i l n'y a que2,035 mV). L'erreur provient du fail que la courbe a été remplacée par un segment dedroile ( "linéarisation"

).Pour améliorer les performances d€ la conversion,ùès proche de la courbe, pour cela i l faut l inéariserExemole : l inéarisâtion en deux segments

20 mA

'12

,ta'

i l faut que le segment de droite soiten plusieurs segments.

"I- M VALANCE LE CAANEï DU AEGL:I-|I' t ) 1

diverses m6thodes gxistent. pour contrôler les récepteurs associés aux couples.Attention : les habitudes acguises ( avec les très dassiqu€s ponts potentiomérriques portatits, pareremple ), ne sont pas toujours transposables d'un contrôleur à l'autre même's'ils sont,par ailleurs,.d'un emploi de plus en plus agréable. En lait quelQue soit l'instrument âcontrôler €t I'appareillage d.ont on dispose,-l'opération consiite à remplacer le couplepar une simulation des millivolts qu'il fournirait dans les conditions de mesure.

122

HX.ç.mp.lg. : vérification d'un enregistreur 0"C - 3OO"C couple fer-constantan

0 " c 300" c

ll laut envoyer les millivolts de A à T pour obtenir l,indication 3OO"C et lesmillivolts de A à 0 pour obt€nir l'indication 0.C.

Pour caloller le nombre de millivolts que lournirait le couple, il faudra :

- un thormomètrê pour mesujer la température du bornier d'entrée du récepteur (A)- la tabl€ de conversion mV/To du couole considéré.

Ensuite, i l laudra remplacer le couple à I 'entrée du récepteur par les deux l i ls(ordinaires .bien sûr) venant du générateur de millivolts sur' lequei on affichera lest€nsions calculées pur le "zéro' et " l'éùelle' à régler.

Suite de l'exemole : le thermomètre placé entre les bornes de raccordementdu récepleur indique 22"C

l' indication 300'C sera obtenue en générant les mil l ivolts de A à T, c,sst-à-d i re : 16,33 - '1 ,12 = 15,21 mV et le po inr 0 .C en généranr - . t ,12 mV, l€signe - est obtenu par l'inversion des polarités t .

Les contrôleurs électroniques actuels eftectuent automatiquement une parlie dê cesopérations mais la sonde qui masure la température ambiante mesur€ en tait latempératur€ du contrôleur;la temoéralure du bornier du réceoteur est.elle la même ?Par ail leurs i l n'est pas inuti le de vérif ier que la conve6sion nùlT. eflectuée par lemicroprocess€ur gst restituée corr€ctement.La plupart des appareils portatifs de mesure de températures par couple lhermo-élearQues possèdent la fonction génêrateur de mil l ivolts. Pour là contrôie rigoureuxdes récepteurs, uti l iser cane lonction est souvent plus sûr que d'émenre un

-"certain

nombre'de mil l ivolls dont I ' indication est donnée en deorés ielsius !

Dans I 'exemple précédent, l 'organe de mesurage reçoit en tait 16,33 et OmV. La difîérence avec les tensions lournies provient de la comoensation de'soudure froide'inlarne au réceptsur. Ouel nombra de millivolts envoie ungénéraleur équipé lui aussi d'un disposit i f de comoensation automatious ?

l - -

122

' t24

sonde platine 100 e à 0"C variation de la résistance

r 6.43

14.36

I rJ.4 t

o . /o

d 5 q

60.20

5 8 , t 7

56,r 3

54,09

52,04

49,99

47.93

45,8t

43,80

41.13

J Y , è 5

35.48

J J . J ë

3 r . 2 8

29.17

27 .05

24.92

J U . D 5

o.42

r 00.0098.04

96,07

94. r0o, ' i ' i

9 0 . r 5

88.r 7

8 6 . r 9

u , 2 1

80.2s

78.21

76,28

14.29

72.29

70.29

68.28

64,25

60.20

0.40

o+ 5

+ 1 0

+ l q

+ 2 0- 2 5

- 3 0

- 4 0

- 4 5- 5 0

- 6 0

+ 0 5

r 1 5

* 8 0

- a t5

- 9 0

- 9 5

- r 0 0

! na r?

I r r . 6 7

r r 3 ,61

r r 5,54

1 t 7 . 4 7

l 1 9 . 4 0

146,06

| 47 ,94r 49.82

I 5 r , 7 0

155,45

1 5 9 . t 8

1 6 1 . 0 4

162,90

| 64 ,76

212.03

2 1 3 . 8 r

z | ? . f ë

211,36

2 1 9 . 1 3

220.90

2?2,66

224,42

226,18

227 ,94

375.61

377.10

378.59

3æ.07

381.55

383,03

384.50

386.98

387,45

388,91

r 00.00 I 138,50

r 01.95 140.39

103.90 | 42,28

r O S . A S ; r A . l a'to7,79

r 75.84

r 77,68

l 79.5 t

r 81,34

r 83,17

r 85,00

185.82

r 88.ô4

r 90,46

194,08

195,89 i

r97.70 |r 99.50 ;201,30 i

I203,09 l

I204,88 j

206.68

20s,46

247.061 280.93

?48.781 282.6025O,s0 | 284,26252.21 | 205.91

253.93 I 287.s72s5.æ I 289.22257 .34 | 29O,87

?5e.0s I 292,s 1æ0,75 I æ4.15262.45 | 295,8O

264. r 4 i 297,43

265,æ 299.07

26 7.52 I 3m.70

269.21 i 302,33

270,æ I 303.95

212,51 | 305j8

27 4.25 | 3O7 .2O

27s,92 i 308.81

277.60 I 3 r 0 .43

219,21 ) 312.UI

280.93 i313.65I

0.34 0.33

j 3 r3 .6s i 34s .2 ri 315 .25 I 346.76

121 ,32123,24

r l . t , r o

127 ,07

128.98

130,89

132,80

134.70

I JO,OU

166.62

168.4 7

170,32

1 7 2 . 1 6

174,00

173.U

0,3 7

231 ,44

233.19

?3{.93

zJo.o /

233.41

240. r 5

2 4 1 , 8 8

243.61

245.U

241 .06

3r6.86 I 348.30318.46 i 349.84

320.0s I 3s 1.3832r.65 I 3s2.92323.24 | 3s4.4S

324,83 | 3ss,98

3 2 6 . 4 1 1 3 5 7 . 5 1327.99 I 359.03

329.57 | 360,55 390,383 3 1 . 1 5 i 3 6 2 . 0 7332,72 I 363.59

3 3 4 , 2 9 j 3 6 s . t 0

33s,86 i366.6t337.43 I 368.1 2

338.99 I 369.62

138.50

0,38

2l 2.03

0.36

3 4 0 , 5 5 1 3 7 1 . 1 2

:}'2ro1372,62343.66

i 374.r 2

315 ,2 r i 375 .6 r

0.32 i 0.30

O|G|POT: générateur de mV _ simulateurde thermocouplesToute la température avec le DlGlp0T àmrcropr0cesseurO grande simpticité de maniputation Omesure et simulation de g thermocoupleslD mesure et génération de mV O mesurede température par sonde pt 100 et sondeNi O mesure de résisiâiffiohms Omemorisation de 4 valeurs a 0.C (RESET)O conditions de mesure figées pendaniI 'ext inct ion O générat ion en montee oudescente sans disconlinuité par rouesc00euses électroniques O coffret anti-cnoc et compact O chiffres verts trèslumineux t2 mm O mesure en Volt et mAla s0rlie d'un transmetteur de température

* t o o l * r * j . . * j - o t

- 2 5

_ 4 0

_ 4 5

- 6 0

- 10- 7 S- 8 0

- 8 5I

: : iI- r 0 0 II

a ' . I' - ' t

124

TEMPÉRATURES 125

sondes à résistances

![ir]çi!e :

tous les conducteurs présentent une variation de résistance électrique en pré.sence de

u"ii"tùni à" f" t".pdr"trt".-Là ptàtine sst pratiquement lo seul conducteur utilisé car il

oeut ôtre obtenu€ .u* un" gi*-dà fureté, 'sous

iorme de fils très tins, et ses varialions

5;-rà;i.6;; Jnt bien coniues sui une plage de température étendue'l;;il;;ii;niàietont aâ'ijùù.o. æri-tàuritoit de vàriations pratiqu€ment linéaires'

sonde olatine :

La résistance dont on mesur€ les variations pour connaître la température ne p€ut pas

avoir une valeur de o w à o'c. Pour ôtre conlorme aux normes (c'est-à-dire

interchangeable) une sonde platine doit avoir une résistance de '100 w à 0"c' La

variation de la résistance en fonction de la lempérature n'est pas linéaire, elle est

indiquée dans le tableau ci-contre 'i;;ù-;-t-ài";égtigeable, lJrÀsistance des lils de liaison au récepteur, les. sondes

;Ëii;;; ;;.1 ;;ËiËa àtioi. rir" iÀt àême à quarre Tirs pour tes monrages de précision).Làs récepteurs sont tradit ionnèllement des ponts de Wheatstone. Les récepteurs

etearoniques actuels, -rpo.tônt un dispositif àe linéarisation par segments, l'affichage

est en degrés, la table n'est plus nécessaire' .La variation de résistancJ'âit transformée en variation de tension grâce à une

alimentation à courant conslant. ce courant bien sûr, doit âtre très faible' æur n€ pas

échauifer la sonde par eifet Joule.

Les convertisseurs W/mA en tête de canne permettent unedes récepteurs s'effectue très simplement 9l.r.eTpt9çalt( Uoir"t iaeodes") qu'elle aura au "zéro" et à "|'échelle" dutroisième {il !Les sondes platines otfrent la possibilité qe. m9!9iIfaible coÛt, des températures allanl de -1 00 à +600"C'exécution spéciale.

liaison deux tils. Le contrôlela sonde Par la résistancerfuepteur. Ne Pas oublier le

avec une grande Précision et unC ette plage Peut être étendue en

thermistançe s

Ce terme est uti l isé aussi bien pour des résistances à coetficient thermique. négatif

ic.f.ù.i "" àtiJei-mètariiquei jgglomérési,qu.e p-o-ur des êléments semicondudeursdif{usés. Très uti l isées dans les montages eleclronlquas ,9t dans les appareils "grand

puUtic" (macnines à laver, automoUilesl Ëlles ne sont pas très prisées industriellement car

i"iî. iàï"i |Àiiùoit i te" îtt 'roin oâtr" aussi sûie que celle des sondes platines

normalisées.

Réo.onses des exercices de Ia paae 1 1 7 :

1/ 21 5,8"C 2t - 17"C 3/ 4 ,15 mV

J. M VALANC É LÊ CARNÉT OU RÊGLEUR 125

TEMPÉMTURES 127

mesurage optique des températures

Le mesurage optique (ou à distance) de la températurê d'un objet est en tait unm€surage de l'énergie émise par cet objet.L'énergie émise dé-pend de la température gldu pouvoir émissil.de l'objet,.donc: lamesuré d'6nergie 6mise permet de connaître la lempérature seulement $ le pouvoirémissil est connu.lf laut penser que l,énergie est transmise par rayonnement,. les .longueurs d'ondesinterviennent (1iage 22). ll est nécessaire de connaître I'émissivité du corps pour lalongueur d,onôe-de trâvail du capteur d'énergie (appelé trop souv€nt "capteur dstempératures").De btus, une iartie de l'énergie est absorbée par le milieu traversé (entrê le corps êt lalun€tte).il y a lâ des ditficultés qu'il importe de bien connaîlre pour comprendre l€s problèmesdr"i mesurage optique d6s températures. Nous ne donnerons ici qu'un petit aperçu.deces diff iculiés..Le mesurage des tempéraluros pat ' lunettes ' est un domainspassionnant mais complexe, réservé aux spécialistes de.cette technique ou auxinstrumentistes pouvant recevoir la formation indispensable pour.le devenir ; parexemple, ceux

'des entreprises qui ont quasiment I 'obligation de mesurage de

températures à distance (sidérurgie, verrerie, entre autres).

coefficient d'émissivité

Un objet (si ce n'estque l 'énergie qu'i l a

Réc..gotion : l'énergie

pas un émetteur parliculier tel un radio-élément) ne peut émettrsrêçue.

r€çues est divisée en :A - énergie absorbée (qui augmente la

tsm pératu re)- énergie réfléchie (les rayons rélléchispa r l ' ob j e t son t r ePa r t i s dansl'€n vironn em ent)- éne rg i e l r ansm ise ( ce l l e qu i es tressonie après avoir lraversé I 'objet)

La somme de ces trois énergies est êgale à l 'énergiereçue, d'où :

A + R + T = 1

Dans cene relation A, R et T sont considérés comme étant lescoefficients d'absorption , de réllexion et de transmission-

Emission d*é4ergie oall 'çbiet : seule l 'énergie absorbée (A) subsisle, les.énergies R €tT sont reDâÀiàtdila l iénvironnement. Donc: la capacilé d'émission d'énergie d'unobjet €st i iée à sa possibil i lé d'absorption. Ces deux grandeurs caraclérisées par l€cdetl icient d'âmissivité el le coell icient d'absorptlon ont à peu près la mêmesignif ication en ce qui concsrno la mesure d'énergia Pour simplif ier, on peul raisonnerdr intuit ion sur l 'absorplion. La relation A+ R +T = 1 montre que I 'absorption (A)augm€nte par exemple si la réflexion (R) diminue, ainsi A peut passer de 0'05 à 0,9pour un métal d'abord poli (R imponant) puis oxydé (R faible).Les chiffres cités ci-dessus concsrn€nl le coetficient d'absorplion (donc le coef{icientd'émissivité) Iotal". Ce coefl ici€nt est intéressant à connaîtr€ pour les "lg-ASIgSl.

radiations totales' c'€st-à-dire celles qui m€surenl l 'énergie de tous l€s rayonnem€nts(ensemble) quelque soil leur longu€ur d'onde 1,.

} M vAIJNcÊ . LE CARNET OU RÊCL:LR 127

128

D'autres lunetes pyrométriques sont dites à radiations partieiles ; leur capteur tientaompts d€s rayonnêments allant par exemple de I = 4,9 pm à t, = S,2 1.l,lrr.

Les luneftes monochromatioues travaillent sur une bande encore plus étroita,preliqu€m€nt une seule longueur d'onde. Par exemple 1, = 0,65 pm pour les lunettes àdisparition de filament. Le rayonnement l, =.0,65 lrm n.€st pas absorbé par les gaz telco2, par contre on est gêné par ce qui est visibte â l'oeil nu'(fumoes, pouiiierLlf

Les lun€ttss 'ialB&gsj4sont en grand nombre sur le marché, car les élémentssensibles aux l.R. (l > 1 pm) ne sont pas rares chez les fabricants de composanrséleclroniques.Les lunenes bichromatiques (à deux couleurs, c'est-à-dire à deux l,) oermenentd'éliminer le co€fticient d'émissivité, mais ssulement si il est le même pour les deuxlongueurs d'onde.D.e nouvelles techniques sont actuell€ment en développ€ment. Elles cherchent àoorentr te catcut (microprocesseur) du coetficient d,émissivité sur la longueur d,ondede travail du capteur. A suivre ...D€ toutes façons., . quelque_ soit la longueur d'onde de travail d.une lunette, laconnatssance cte l'émassivité du corps est nécessaire, mais il faut aussi connâîtrel'ahsorption de la zone €ntre lê corps émetteur et re récellilr, ne s"tâir-ôe lL" pouchoisir une longueur d'onde qui n'est pas absorbée dans cene zone.

Tout ceci montre que mesurer unq. temqératurq è distance n'est pas aussi simpre quecsrlains constructaurs de lunettes" voudraient bien le taire croire. par contre, suivrê àdistanco les variations d'une temoérature est _un peu plus facile lanention d'"- n" p..suivre les évolutions de son environnement). celà peut dé,à être intéresiani poui laconduite manuelle ou automatique d'un précédé, mais nétessite quand âeme uneétude préalable.

doc . AOIP

Le rayonnement d un€ source {d'un obiet) ast génér6lemenl consnru€par un snsomble continu d€ radistions Inlrarouges et évÉntuellgmenrvisibl€s. Un lryromètrc ofrthu€ monochromateuâ efiecrre bs ;;r.",dans une longuour d'onde donnéo, ou plus oxaclem"ni OarrJ u.,,brnda plus ou rnciÉ étroiro do longu€ur d'ordas.ll cn éralonné par rapport à un corps noir donr l.émissrvrté est éoate à IF|ar dlfinnion, ou plus rrâclsm.nt à I'sido d.un tour ônt les p.fuiétéslont rà3 vo6in s (b cdtes du corps ndr. Un disçrosrril Oe ,l5t5g" a,gtan pcrrnct dsns l'utilisation d€ ranir corîptc du tactôur O.jmi-ssronré€l dc l'obid conùôlé.

L.nrllb{àircril

l >.Y

JJ V Ytr uaita

128

NI\IEAUX 131

N û v c a u xGénéralitéo

Tel ou'il est utilisé dans l'industrie, ls terme Niveau implique la présenca d'tJne surlaceô'ùËr;id'isu-rrâce-pràne d'un'liquide, surface complexe des solides en poudre ouen grains, etc ...)L'oÉieaif orincibal d'une mesure de niveau est de déterminer la position de catte

ru-rf-âéà, n{.iC il'n'est pas inutile de se demander dans quel but on recherche cattepositlon :

- Veut-on qvoir" c€ qui se passe à l'intôrieur d'une enceinte fermée ?le;niveau, pounà ôtre une simple vitre ou ... une caméra de télévision.

- Est-ce la quantité présente qu'il faut connaÎtre ?-ô;; c"-a., la'position de la surface importe moins que le volume ou la masse'

mème un pesage pourra servir de "niveau".- l i pâut I âvoiita nécessité d,une hauteur précise de produit, car la pression

d'alimentaion des machines suivantes dépend de h (P= h'p'g)- L'introduaion d'automatisation (de régulation) peut créer la néc€ssitê d'une m6sure

de oualité à des endroits où le'"servié production" n'étail pas très exigsant'- pir'."0'frài"i.-ÀàJ,'ËËiàar finat de la'mesure de niveau; est un€ combinaison plus

ou rioins nuancée de ious les obiectifs précédents'

La délinition précise du ou des obiectifs à anêindro €st bien sûr, un élément impodânlôur le choix'de la méthode et dê'l'appareillage de mesure mais pour I'instrumentislê'l, to.âni Jql;intervention, ce cfroix ell fait' l[trouvera ]Igisrpgs-{io$allaJ90s :

1/ .Une..Sx.1fefn9. : des mesures très simples faites avec de l'instrumentation très simple

iËiiiil;iî;àux visibtes, loneurs, ...) pas de catcut, les problèmes sêront du genre' propr8té, étanchéité, ...

2/ 1J.ng...4u.tf.9....9.X1[êm.9. : des mesures très précises failBs avec des inslrumsnls- Ëfi;Ëï; i i i lôî"ïôôiiormanls er chers). i .es niveaux onl tait l 'oblet. d'étudesoairiculières. lô'matériel a été l ivré avec des notic€s : en cas.de problèmes, cesiliË;-. ;;;;i pie.iàr"às... ainsi que les collègues qui ont participé à l'instâllation'

3/ Entre l€s de.ux : d€s mesures pas .si simples et sans notico, parce qu€ tout

instrumontiste est sensé connaitre l'instruhentation et l€s mâthodes ulilisées

ïJàpùi. fàÀ ôrigines-dà-ràiagutation ! ). L' instrumentiste doit avoir appris les

irinèipes de me'surage I pàrtie" d'Archimède et pr€ssion hydrostatiqu€ ) et l€scalculs qqi sY ranach€nt.

Dans ce chapitre n iv e a u t, on trouv€ra donc la des ditf êrentes

techniques de mesurage des niveaux.€t dss méthodes et

àtJii reutits à la pou-ssée d'Archimède ot surlout à la pression

} M VA].ANCÊ . LE CARNET OU RÊC{AJR '

hydrostatique .

1 3 1

132

Présentation des technioues de mesuragg

La position de la surface de séparation peutôtre donnée par la mesure de d ou de h.

d : distance (du haut du réservoir à la surfacede séparation)

h : hauteur (de la surface à partir du fond)

Si on attend le passage de la surface à un endroit précis, ou dansune "fourchette" donnée : c'est de la déteclion de niveau.

mesurage de d : on trouve les techniques les plus anciennes, mais aussi les plusmodernes :

Le. cablg.*|"gsté connu depuis la plus haute antiquité ; les progrès technoloqiques ontpermis de I'enrouler sur un treuil électrique télécoinmândé, et de llâcer uncomptage sur la rotation du treuil, on parle de ',palpage automatique,' ou de"systàmes électromâ:aniques asservis".

!.eS.lJ.SLe_UtS._d..Sn!..Qn.ilj.t.le.pe.9j.!ien par câble ou par transmission magnétique.

L.e..g.,m,eSU..{p.S*d.e. disl.ançC,s*"Ag,r-qpn.ç..e! U,tV.aSpnS page 1.t6

mocr rrano r{o h .rl.rr,:l.lr-$t:_y}_-u .

Lp.,grjqe9 dont on observe la longueur mouillée

[-e.ç..pJ,o,æ.eWS soumis à la poussée d'Arcfrimède les plus connus sont les.niveaux àtube de torsion" page 133

Le mesuraqe de oression hydrostatiquemesurage direct page 137ou par insufflation page 140

Les.me..s..ur.ag.e..c.pâr..lçnd.e..ç..çep?çili.v9.q

.t9.ç..m.es u.ta.ggs-.e3.r:. r.ayg.n s..gam m.a

f..9,1ttç.Lv.r..æe..d..e.h...paf..U!lfA.:S-o-ns (depuis le fond du réservoir) est utilisé dans le casdif l ici le où la surface est surmontée de mousses ou autreé matiàres faussant la

page 144

page 145

page 146mesure de d

En détection de niveau, on trouve outre l 'uti l isalion de quelques uns des principes ci-d€ssus, toules sortes de dispositils allant des systèm€s vibrants dont le produit arrôte lavibration, aux thermislances dont le produit chânga la température, en passant par lesmicro-ondes qui p€rmenent d'éviter le conlact du pioduit avec l,appareillale.

Les catalogues des constructeurs sont généralementsuffisants pour se faire une idée du principe et des précautions d'dmploi de cesdétecteurs. Les r{;lages sur le site ne sont pas lorcément commodes à exéorler. mais ilest tacil€ de comprendre ce qu'il y a à faire.

132

j

tcdrha rn rl?rrr L dbùdo.1 d- div3. L.rr iit'I tror: rub. o. tqlto.r, t- 'n 9ao.rgt .I co|||l|.: ùolll., ch..iô.- aa ,nac-rÛ!r ar i'. ,onrat.

l rcr drlort loô

2 - ta.ir-da fidoi do b.- Ô tûla.rrt - Crrr da ûn da tdra.ra - 1|lo da !..I.traæ.r6 - Chtnùn da ti-.'|aÉa . lrL'. da lirdoar at dra.iùr da |ricrt|!7 - Cdrraar! . CtûiE d. C..Ca.tl. !r5.ô fir.ra.r r b.ai-

l 0 . i r ù . Ô t . x l rIt . la- (b rra.r12 - ldù

NnÆAUX lgl

ligo dolrair i t i ioô

I28OO YASONEILÀ.\

1/ Apner-Q.ilç.à.d.épLamm.ç.nt dit "niveau à tube de torsion'

[n(al | r la a^ . . to l ioô ora< l t l i

qgida do|rt oâ tnargaa la ôlv'ou

laranlsallata^l icur Paarllotl

At|noioàrka artatlae.a

} M VALANCE LE CAF'{ET &,' REGLBJR . 1 3 3

134

aLe schéma de.principe de la balance de lorces page 63 pefm€t d,imaginer le principede cet agpareil.

Définilion de la poussée d,Archimède, page 266

Utilisation en mesure de niveaux : la. poussée d'Archimède donne au plongeur unpoids apparent plus faible que son poids réel.

C e t t e f o r c e e s t l ep o i d s d u l i q u i d edép lacé

enÈre de g rav i té- d u p l o n g e u r

e e E t e f o r c e e s t l epo ids du p longeur

Le PoidsappE?âf esrfî?ï?TErenceen t re ces 2fo rces

!i11-:yt-"^a* poijs. qOnarenr p€rmet de connaître te poids du liquide remplacé par reprongeur et d'€n dâJuire la hauteur h si les autres dim€nsions sont connue;.La poussée d'Archimède est .un€ I,orce, elle s'exprime en newtons,-mais pourl'ajustage , nous utilis€rons d-es "ooids:. en réalité des masses, marquées àn grammes.ll est donc plus pratique de faire tous les calctrls en grammês, c'ost-à-dire d'utiliser lesmasses.

Exemole de calcul :Le l iquid€ dont on mesurs le niveau a une densité de 0,g. La plongeur estun cylindre de diamètre = S0,g mm ot de longueur H = 91S mm. Son-, 'poids,;(en réaliré. s:r masse ) est de 1 899 grammes.

-

Nota : si cas dimensions n€ sont pas sur la f iche technique, on pêut lesm€surer en décrochant le plongeur, i l faut un pied à coulisse, un mètre etune balance.

Qy..ç.Sil-o.O :. qu€l ssra le "poids apparent', (en grammes, c,est-à-dire : Ia masseapparente) du plongeur à niveau bas et à nivàau haut ?

Réponse : l l faut imaginer l 'anvironnement du plongeur dans le réservoir

niveau bas :

Pas de volume immergé, donc pas de poussé- d,Archimède. La masssappar€nte est égale à la masse du plongeur I g99 grammes.

1 3 4

NIVEAUX 135

niveau haut :

Le volume immergé €st le volume du plongeur. Sin'est pas indiqué, le calculer :

le volume du plongeur

v = T 2 , n d = diamètre du plongeurfl = longueur du plongeur (ou hauteurimmergée)

I

I 000 mbar

maximale

p€tite, etL'unité cm est commode pour co calcul (ni trop grand€, ni trop1 0 0 O c m 3 = ' l l )Avec d = 5,08 cm at H = 81,5 crn, le volume est de :

= | 651 cm3- l  < 1 ,

La mâsss du liquide déplacé par ce volume est de :1 , 651 / x0 ,8kg / l = 1 ,321 kg =1321 g

( Rappel :pour l 'eaud- 1 --> 1 kg/ pour d -0,8-->0,8k9,1 )La masss apparente du plongeur sera donc égale à :masse du plong€ur : 1 899 g - masso liquido déplecé : 1 321 g = 578 g

ÇO!çbsig!-: le niveau bas pouna être simulé en remplaçant le plongeur par1 899 g (utilissr les "poids" de la balance, ou d'autres obiets pesés aupréalable, et un sach€t en plastiqu€).Le niveau haut pourra être rimulé en remplaçant le plongeur par 578 g.Pour des points intêrmédiaires, calculer par un€ règle de trois :

1 8 9 9 g.i-

200 nba r

E c h e l l e e n g r a n m e : 1 8 9 9 - 5 7 8 = 1 3 2 1 gL e m i l i e u d ' é c h e l l e e s c à :

r R a a - I l l l - 1 ? t Ê o

L È q u a r c d ' é c h e l l e e s r à :

t 1 Â R o| 1 - ) 1

I X q L l -L

Remarque :

Finalement, la hauteur du l iquide est repérée le long du plongeur, c'est'à-dire à partirde la base du plongeur. L' idéal serait qu€ cene base ne s€ déplace pas. Pour m€surerdes variations de poids (de forces) sans déplacement, la balance de forces sembletoute indiquée (voir page 62) €t i l en existo pour cene lonction, mais on renctntresurlout des appareils à déplacemenl. Lo ressort antagoniste est en fait, un tube detorcion donnant une grande force antagoniste pour un Jaible déplacement.

} M VAIJ{NCE . LE CARNET OU RÊC{ruF 1 3 5

136

Aiustaoe des niveaur 6 olonoeurr

Les instruments électroniques récentb comportent un mécanisme d'aiustageextrêmement pratique ; pour les autr9g il fzudra proéder à une simulation de niveauavec un lhuide ou avec des masses.

Aiustaoe sur olacs avec un liquide :

Cette laçon de procéder élégante st rapide n'estpas toujours possible. On peut utiliser le liquidedont on m€sure le niveau, sinon utiliser de I'eau.

Dans le cas des réservoirs sous pression, il fautune grande expérience pour uti l iser c€tteméthode. Le niveau bas se lait en purg€ant laboutêil le, le niveau haut en la remplissanijusqu'à haut€ur du piquage supérieur parexemple (quand le plongeur ost totalem€ntimmergé, la poussée d'Archimède ne changeplus). '

ll est commode de disposer d'un Ié venant s'adapler à la vanne de puJge. Sur cg Ié,on monte un tuyau vinyl transparent qui p€rmet de voir le niveau à l'intérieur de laboutêille, et d€ faire le remplissage si un bouchon supérjeur n'a pas été préw.Les réglages obtenus avec de l'sau p€uvent ôtre adaptés au liquide réel grâce àl'index de densité prévu pour cela, mais on peut fualement calculer les hauteurs d'eaudonnant les mômes poussées d'Archimède que les niveaux réels.

Æu.çtagç.ave-c.de$ mas.e-ç:

Calculer les masses (les "poids J à suspendre en copianl l 'ex€mple donné

précédemment. Ajust€r alt€rnativem€nl le 'zéro" el 'l'échelle' en accrochant lespaquets de poids calculés (l€s sach€ts plastiques €t l€urs fils d'accrochage auront é1épesés).

Observations sur les niveaux à plongeurs :

- Pour que le niveau soit connu avec précision, il faut que la densité soil c€lle prévue.

- L'appareil de mesure €st ch€r mais très uti l isô, i l bénéficie de la confiance denombreux exploitants grâca à sa fiabilité. Parmi les m€sures anciennes faites par cemoyen, beaucoup pourraient ôtre r€mplacées par une mesure de presslonhydrosladque (voir ci-après).

t -

1 3 6

NI\€AUX 137

Mesurages de niveaux oar mesurage de oression

Utilisant dæ capteurs-lransmetteurs de pression ,nombreux, fiables , relativement bonmarché et d'instâllation souvenr simple ces mesurage sont basés sur le gfillgilg-ç|gPascal (paso ,t4) .

P = h . p . g

P = pression (Pa)h = hauteur du liquide (m)p = masse volumiqu€ du liquide (kg/m3)'

( Rappel : le nombre de kg/m3 est égal à 1 000 fois la densité)g = 9,806 sauf cas particulier (annere g gege 24

Si la densité du liquide ne varie pas, l'indication de pression est directement uneindication de niveau.Si la densité varie, il faut la mesurer et la fairs intervenir de façon numérique,analogique ou manuelle pour en déduire la hauteur h du liquide.

1/MesJngE.cirscl

.1.,1..Ç-apÎ-e..ur.:tlenç.m.er.e.uI.d..e.9r.99-s.i-o..n..r9.1.e!iv..9

t ' = P" p . c

Exemole : l iquide 6s6si1f = 0.8pression : 160 mbar (16 kPa)

la hauteur sera :P = 1 6 0 0 0p = 8 0 0

. 1 6 0 0 0h = m - f f i = z u m

Si le capteur est monté en dessous,

ï-

il faul tonir compte d'un décalage p€rman€nt :Dans I'exemole cidessus 3v6ç f{ = t,5 mle décalage p€rman€nt sera de :

P = 1 , 5 x 8 0 0 x 9 , 8 1

=11 772Pa g | 18mba r

Ce décalage n'intervient qu'à I'aiustagedu transm€tleur, il n'€st pas visible pour

l'utilisdeur.

=:ftr- - * =

} M VAIJNCE LE CAFNET OU REGLBJR . 137

138

1 .2 Caotew-lransmetteur de oression dittérentielle

Si pression, ditférente de la pression atmosphérique, existe-qn utilise un capteur de pression ditférentielle.

au dessus de la

Pour obtenir un signal de sortie qui augmentequand le niveau augmente, le niveau doit venirdans la chambre " HP' . Dans tous lestransmslteurs de pressiondif f érentiel le, lachambr€ marquée HP, H ou + est celle quidonne signaly'quand pression z?.

Le côté BP est rarement vide (il se remplit par condensat ou par débordemenl) doncles hauteurs H et H' représ€ntent des pressions. H'n'a pas d'importance si (etseulement si) les liquides sont les mêmes et à la même température, des deux côtés.Pour oblenir l'échalle de pression (AP) du transmetteur, il faut :

- faire un schéma- calculer la pression côté HP sn additionnant toutes les pressions côté HP- calculer la pression côté BP en additionnant toutes les pressions côté BP- calculer ^P = HP - BP

Schéma et calculs sont à laire deux tois , une première fois pour le niveau bas (niveauà hauteur du piquage HP) €t une deuxième lois pour le niveau haut (niveau à hauteurdu piquage 8P)Généralement la ÂP (HP - BP) est négative dans les deux cas, c'est pourquoi letransmetteur devra avoir de larges possibililés de décalage de zéro.

Exemole: Niveau d'un ballon de cfraudière

Le oot de condensalion oermet à lacolonne côté BP de se remolird'eau.Cett€ qau esl à température proche del'ambiante : d a 1 L'eau du ballon à295'C, a uno masse spécif iquede 769kg/ms (voir page 25Ot soit, uns densitôde 0,77.1a vapeur à 80 bar a unedensitéde 0,043 : c'est faible mais oour êtreorécis, nous en tiendrons comotg.

La simulation, à l 'ajustage, se fera av€c unapression d'air mesurée à la colonne d'eau, il estdonc plus commode de faire les calculs avecI'unité de pression : mm CE

' r S O b e r

295.C _

1 3 8

| 4.,7f\ - L ..^ DO( :P '

NIVEAIJX 1æ

. Calcul de pression côté H P :80 bar+ 5@ mm de vaPanr, d :0,04i1 = 21,5 mm CE+ H 'mmCE

. Calcul de pressim côté B P :80 bar

I tiqn#fY'd:1 = soommcE

. Galcul de AP :HP-BP =2 ' 1 ,5 - 500 = - 478 ,5mmCE

Remaroue : la BP est plus forte que la H P, la simulation se lera en appliquant 478 mmCE sur la chambre B P, la chambr€ H P étant ouv€rte à I'atmosphàre.

amA

2/ Niveau haut

. Schéma :

- 5OO rn

d : O,77O

. Calcul de la pression coté HP :80 bat+ 500 mm de liquide à 0,770 = 385 mm CE+ H ' m m C E

.I M VA.ANCE LE CAF^JET OI' RÊGLAJF . 139

140

. Calcul de la pression côt6 BP :80 bar+ 500 mm CE+ H'mm'CE

. Calorl de la AP :HP - BP = 385 mm CE . 500 mrp CE = -115 mm CE

. montage : même montage que ci-avant, mais 1 15 mm à la CE

2ll Merurace oar lnsufflation

L insufllatlon est souvent une solution élégante et srire pour mesurar la hauteur d'unliqui{e...Elle présente.l1nconvénient de néôessiter l'entreùen d'une ou plusieurs lignesde'bullage', mais s'impose souvent dans le cas des cuves enterréds, des leuldesagressifs pour le lransmeneur (acides,... ), et plus encore lorsqu,un environnemenldangereux .rend difficile les interventions, mômes les plus' simples (industrienudéaire,... ).

P.i:inçip..s:I

REGUL,DE

OEBIT

ALIH

T AIR

h - '

1 : t Lo-

La 'canne'gaz) par(appelé arpement dtque la preh . 0 . q ( s i

'%,

' €st alimentée (un disposit i f rértssi 'purge cotls bulles, visibkrssion dans la c

elle érait intrait pas st €lr, car à partir

- _ t : s'échappesupér ieurr

41 . " r r. *. r.ro,r." *lÏi

{ ï ' = h ' P ' c - /

s'échappe).

si le débit de bullage est laible ('on dcir pouvcfr comprer tes bules'), la pression est la mômedans tout€ la canne,.on peut donc la mesurer à n'importe quel endrolt de la llgne.Toutelois pour des distances importantes, il est préféiables de mesurer en haui decanno.: comm.€ ll n'y a pas de débit dans la llalson au lransm€nour, ll n! a pas deperte cte pression

,e en air (ou un autrerégulateur de débit

ctntinue'). L'échap-ible ou non, indiquea canne est égale àin lér ieure, l 'a i r neelle ne p6ul ôtre

r r t i r de h.p.g, l 'a i r

't 40

NI\EAUX 141

Un mesurage de pfessign-difléfgoliglls peut ôtr€ eftectué enlro deux Glnnes disposanlchacune de son disposilif d'insufflation.

La pression dans un réservoir. fermé ne doitpas èlre supérieure aux possibilités de la'purge continue' (capacité de résistance à lapreséion) ; par ailleurs, il faut prévoir ce quiarriverait pat manque d'air d'alimentation.

Pour les 'niveaux int€rfacos", il faut un niveau total constamment sup6rieur à I'orilicede la canne la plus courte, la mesure du niveau total peut ôtre faite par un capl€ur d€pression sur c€tte canne.

Le..f.êS.V.[a$Uf..d.e..C.ê.hit (appelé : -purge continu€') .permet d' obtenir un bullagerOoutiôil"ôîê't-Ëilâ-èdï'ià hiv'eau, c'est un dispositif simple : pour obtenir un débilco-nstant à'travers un orifice il suflit que la difJérence P1 'P2 soit constant€,

æ

Pz 1= n.p.g1 varie avec le niveau. Si àlous moments Pt =Pz + constante,fa différanca P1 - P2 ssra cetl6 constante. Ceci est obt€nu avec un€ m€mbrane el unressort :

L'odfice est un poinleau rfulable permenant d'obtenir le débit souhaité, mesuré par.ledétitmàtre à biile, il peut ére ré'glÔ €nire 1,6 et 16l/tr (air à 20'C et 100 kPa). Ladifférenco entre P1 et P2 est donnée pat le ressort R.

.I- M VAJ\NCE . LE CâFIIET UJ RÊC-ruR . 1 4 1

142

BemenIrË:. [a dengitô du lkluHe doh âre omnue

. Eviter les rærds sur la ligne d'insuftlation est un bon moyen d'éviter les fuites

. Dans I'industrie nud6aire, llnsuffladm est ulilisée pour mesurer tout€s sorlæ depressions, y compris les pressions amont el aval de certains organegdéprimogànes.

Fr.em.ç!g.ç..d.p.-çdç1,1 :

Scil à mesurer le nlveau lnterlaæ enùe de l'eau et un llqulde de densité 0,8.l - 1 m

Leg calqJls sont fait en mm CEpulsque le ûansmeneur geraaiustô arrec une colonne d'eau.

Nlrcan-bqr:HP=1 .p2+h 'p2BP - h'p2

A P - | p 2= 800 mm CE

Niyeau-bau-:HP=1 .p1 +h ' p2BP = h'pz

A P - l p 1= 1 m C E

Echelle du lransrn etteur :

N i v , b a s N iv . hau t

800 rm CE I 000 rm CE

f-eto slo glo I4 B A 1 6 m A

. Ecfielle 200 mm CE (:2 kPa)

. Dôcalage de zéro - 4 r l'ôchelle(Un tel d6calage n'est pas possible8lr tou3 les ûan*ngn€un).

l lrlJ

P2

-pr -, :

142

100 mrn CE = | 000 Pa

De nonùreus€s'asûces'peuvont ôfe Uiligôes pour obtenir des résultats salisfaisantavec la tectrnique dln$dfla:tion. Par eremple, I'insuffldon p€ut so faire dans un liquideIntemédlalre (car der produitl cdstalllsants).

même lprizontale, même pressrbn (paeo 45)

H m m C E = 1 , 2 h m m C E

La connaissance de H remplace exaclem€nt csll€de h, la mesuro de H ne pose pas de problème.

lde$re-Ce.csleilâ:La t€chniqu€ d'lnsufflation p€ut â1re utilisôe avec prolit pour la m€sur€ de massevolumique d'un llquide : P = h.P.9 lndique leg variations de p si h êst constanl :

l{oolage!-eedlsrlisr :

NrrÆÂux 14il

D a n s l ' e a u P = h m m C EDans les liquides de densitô 0,8 el 1,2

P = 0 . 8 x h m m G EP =1 , zxh mm CE

Pour connaître la d€nsité, il sutfil dediviser la pression en mm de CE par lahauteur h en mm.

xntl ucoiff^rr

+ M vrurs€ - LE crnt{Er ou ÊÊ€LaJR - 143

144

Mesuraoe de niveaur oar sonde caoacltlve

Raopel :.un condrlsdeur (dont on mesure la apcité ) est constitué de deux plaquesconducùices, dites'armatuies,, séparées pr un' ûéteciique.I1y.. l?-.,!.toouits, qu'ils.soient lsolants ou conducteurs,

'ont un .pouvoir diélectrique.,

caractérisé par le coefficient diélearique appelé aussi constànte diélectrique oupermittivité rela.tiv€ : € r (terùe grecquo 'opsitonJ. ce coefficient est d,autant plus grand quele produit est plus conducteur.€ r d u v i d e = l e 1 a t r = 1 e ' e a u = 8 0

Pour la masura d'un niveau de produit, h premièreplaque 6st un câble ou une tig€ rigide dite électrodeou sonde, la deuxième plâque esl la paroi duréservoir (s'il est métaltique) ou un treillis métafiique,le diélectrique est le produit dont on mesure leniv6âu.Dans les l iquides tràs conducteurs, la deuxièmeplaque est le produit, le diéleclrique est constitué parun gainage de la sonde.

L€s construct€urs indiquent le type de sonde le mieux adapté aux dimensions oures€rvotr et aux caractéristiqu€s du produit.F-l_q:yl"'9" niveau. pai une s'eule sonde_ capacitiv€ n,est possible que si leco€nlc€nl diôlectrious du oroduit est constanl. Dans le cas contrairô, il faudra lalre unemesure différentielle pour s'affranchir de e I , ca n'est pas Eès simple.

Exemole de e- variable :Pour le sable sec €, = 4

Pour l 'eau t r : g0ei p(xrr l€ sable humide ?...

L'implantation d'une sonde capæitive exige une grande expérience sinon te signal desorlie sera un cockrail : de lâ haureur dù produii, du degie o numlàitg amuiâre, oucolmâtâge de la sonde, etc ...1-ry1!):I" !,x]Sgpe fondamenrale, les.sondes capaciriv€s sonl un exceilenr principeoe me3ure électrique de niveaux, applicable à de nombreux produits et dans àenornbreux cas.

144

plaque

Mesurc de niveaur par rayons gamma (1)

Chère et contraignant€, l'utilisation .dequelques cas ditficiles : tràs hzut€ ou tràsm€sure extéri€ur à I'enceinle

NIVEAUX 145

sources radioactives €st intéressante dansbass€ température, obligation d'un moyen de

Pdasipe:La présenceradioactivel'intensité du

du produit €ntrs la sourc€et le récspteur, modilierayonnement r€çu.

Bien que la puissance des sources radioactives soit très faible, et les risques souventinsignitiants,'t'aversion des utilisateurs est quasi générale €t l'administration impose,.àjustË titre, des régles de sécurilé sévères. Le personnel chargé de l'exploitation ou dei'entretien de ceé appareils de mesure, doil avoir reçu les instructions. généralesrelatives à l'uiilisatiori àes radio-isotop€s (c'est obligatoire, en France du moins).

Quelques définitions oui ne sont oas touiqurs dans les notices

d o c . É ? 1 1

: rayonn êmentsissus des corpsmatériaux, ce quiradioactifs. Les rayons T trav€rsent à peu près tous l€s

p€rmet d€ faire des mesur€s à travers les parois.

radioactit : se dit des corps naturels ou artificiels émenanl spontanément desrayonn€m€n l sxAFT

iRdi9.:j.S.eLqe.e : dans une famille d'éléments chimiques, différant seulementôâi"iô'ii6àUie de constituants du noyau de leur alome, cerlains m€mbrespeuvent être radioactifs ;cs sont les radio' isotopes. Exer:nole : dans laiamil le Uranium, U 235 €1 U 240 sont des radio-isolopes, i ls entrent p-o-ur0,7"/o dans la composit ion de l 'uranium naturel, le rests sst l ' isotope U 238qui n'est pas radioaaif .

: Radio isotopes du cesium el du cobalt ut i l isés enm€sure industrrel le

êçajg S eUl-m.ç!lj.é : épaisseur d'un malériau à lravers laquelle le rayonnemenlperd la moitié de sa puissance.

Exemple : Co 60 béton 66 mm Pb 13 mmCs 137 bé ton 52 mm Pb 6 '5 mm

cesiu-q 137 (Cs 137)co..-b.glt.6p_.(Co 60) :

} M VAI.ANCE . LE CAFNET DU BÊGLFJR 1 4 5

146

çsnplEJ.r-.ç.e.!ser..M.0.il.er...drem.br.e-Clrniçet3!i#H.S[3Lr_n"r*

crJrie (Ci) : unit6 de mesure de l'activité dune source, tunité S.l. est lebecquerel t t1=# rûrocidans les mesurages de niveaux les aAivitég sont < 1 Ci

ÉnJCg! (R) : unité de mesure de quantité de |ilyonn€rnents krnisants. UmitéS.l. est l€ Coulomb par k9 (Ctkg)

tenmmmmmmmmmmmmmmm�: (rôntgen équivalent nan): unité de m€sure d'exposition auxrayonnsments ionisante, utilisée pour lhomme.

r.qm/t! : unité de mesure du débit d'une source de rayonnement.

fe{ (rd) : unité de mesure des raymnanents absorbés par un corps(abdo.bé ost à prendr6 dans le s.n! : ni ùammbe, ni réiédrie).

Lunité S.l. est l€ gray (Gy).

Mesure de distancs oâr sons et ultrasons :

Lorsqu'un son ou un ultrason (voir définition page 22) rencontre une surface, il seproduit un phénomène d'écho : une partie du son reùent vers l'émettsur.Le temps écoulé entre le départ et le retour du son, dépend de la distance (Cest cegui nous intéresse), mais aussi du milieu trav€rsé (c'est une difticuhé).

Le temps aller-relour, quelques milli-secondes, se m€sure assêz facil€ment,mais le retour doit ôtre Iranc" : si lasurface absorbe beaucoup plus qu'ellene renvoie (présences de mousses), sielle renvoie dans tout€s les directions(fès grosse granulomérie) ou si les gazqui la surmontent, absorbent la laibleréflexion les mesures seront douteuses I

Les appareils récents, plus perfectionnés,lrait€nt' sur micro-processeur les signauxregJs €t peuv€nt ainsi fournir une mesuroprécise et fiable môme dans un environ-n€m€flt difticil€

146

ACCESSo|RES 147

A o G @ s s o i l n @ sLe lerme 'accessoire" est utilisé ici comme il l'est dans le commerce d€ l'automobile.On dit qu'un véhianle peut commencer à se déplacer av€c un chassis, des roues et unmoteur. On pourrait dire de la même façon qu'une boucle de régulation peutcommencer à 'tourner' avec un capteur, un rfuulateur et un actionneur.Nous savonsbus, que c'êst très très schématiqu€ : par exemple, il manque l'alimentation (carburantdans le premier cas, air comprimé ou alim. électrique dans l'autre), et bien d'autreschoses ...

Les accessoires dans une bor.rcle de régulation, ce sont :. Les alimentaions pneumatiques ou éleclriques. Les visualisations : indicateurs et enregistreurs pneumatiques, enregis-

lreurs él€c{riques, indications numériques, écrans ùdéo, tables traçantes.. Les convertisseurs : pressionfintensilé, intensité/pression, analogique/numérique,

numérique/analogique. Les moyens de calcul 'en ligne" : opérateurs analogiques, pneumatiques €t

électroniques, ca,lculateurs numériques.. Et d'une laçon générale, tout ce qui en dehors du capteur-transmetteur, du

régulateur et de l'actionneur, concourt à la produaion, au trailement et àl'exploitation d'informations, permettant une régulation optimale.

L'air comprimé

lls sont à pistons ou rotatifs. Comme dans les moteurs à explosion (auto, moto) lesmouvements du piston dans le cylindre aspirent et compriment l'air, mais levilebrequin est entraîné par un mot€ur électrique et le systèm€ admission-échappement, €st du typ€ "2 temps" ou "clapet anli-retour', plutôt que du type'double arbre à came en têle'.Lorsqu'une membrane sépare le piston de la chambre d'admission-échappement,l'air refoulé est exemot d'huile de lubrilication.

.8é..hit..dly..n..c.çmp..[.e..ç.$.es.(

La difficulté d'exprimer un débi1 de gaz, signalée page 99, est évidente au sujet dela produaion ou de la consommation d'air comprimé : le débit-volume est sicommode pour les liquides, qu'il est difficile d'admenre que seul le débit-mass€ estacc€ptable pour les gaz !ll est maintenant évident gue l'utilisateur du futur refusera (parce que trop pénible)l 'usage des débit-volumes de gaz qui seront remplacés par les débit-massesbeaucoup plus simples à utiliser (voir ci-dessous).Actuellement, le débit d'un compress€ur est délini par le volume d'air aspiré àf'atmosphère dans les 'conditions normales'. Ces conditions (très particulières) detempérature et ds pression atmosphérique, sont notées T N et P N ou TPN ou PTNet sont d€ 1 013 mbar et 0'C.La masse d'un m3 d'air TPN êst de 1,3 kg '

' 12928 k9

.I M VAJATCE . LE CAÂIIET UJ RÊG.BJR . 147

148

Çsnsp..mma$.qn.d-.ç.s.i.o.slrum.p.n!s-.;1 m3/h TPN = 360 mg/s ; 1 Umn TPN = 22 69/5

lmg/s = 2,777 1t3m3/h = 2,7 l lmn

Transmettsur : 20 à 50 mg/s (suivant modèle)Régulateur :30 à 150 mg/s (suivant modèle)vanne avec positionneur 3 1 000 mg/s (wivant motorisation)

Lo traitement de l 'air comorimé

3 - réfrigérant (avec purgeur automatiqu€ ou manuel)4 - rés*voir ( '

)S-séparaeur( "

)6 - sécfreur ( )

1 - Filùe d'aspirationll e.st. prélérable de placer l'aspiration à un endroit où l,atmosphèrs est la moinspolluée, la moins humide et la moins chaude, cependant, il est nécessaire deprévoir un liltre dont les caractéristiques seront sélectionnées en lonction del'ambiance.

2 - CompresseurPour certains compresseurs, le fonctionnement normal est la marche en continu, leréservoir (4) pourra ôùa moins important.

3 - RétrigérantLa vapeur 9'eau contenue dans I'air ambiant se rêtrouve intégralem€nt dans l,aircomprimé. La températrre élev6e de l'air à la sortie du compreèseur, la maintient àl'état gazeux. ll est nécessaire de se débarrasser de c6ne vapeur avant qu'ellen'aille se condenser dans les circuits 6t instruments de mesurage, d'où l'utilisationdes réfrigérants (condensation) Bt plus loin, des séparateuré et sécheurs. Larélrigération esi assurée par écfrangeur (refroidissement p€v €€lu ou par air) ou parun groupe frigorifique.

4 - Béservoirc'est un accessoire indispensable de l'âquipement d'âir comprimé. ll ôquilibre lesrapports entr€ la demande et la production, évitant ainsi les chutos d€ pression. Enoutre, il fait office d'amortisseur de pulsations et assure ta réserve de marche encas de manque de couranl.

5 - SéparateurDans le circtit, pour atfiner encore la qualité de l'air comprimé avant son utilisation,on inslalle des séparateurs, des deshuileurs, des filtres dair. Chacun de cesappareils r6pond à une fonclion bien précise. lls sont destinôs, quelque soit l€ursyslèm€ de fonctionnement, mécanique ou ôimique, à éliminr lei coâdensationsrésiduaires (eau el huile) et à relenir ies partiotles solides.

6 - SécheurLe sécheur p€ut êù€ un group€ lrigorifique, dans ce cas, il jole le rôle de (3).

1- Filtre d'aspiration2- comoresseur

1,+8

ACCESSOIRES 149

.P3..ts.nd-e.uæLair comprimé est distribué à la pression de 7 bar, plus_pr6cisément à une pressioncomprise gntre 3 et 7 bar.

'La pression nôcessaire au tonqtionnement de

l,insùUmentaûon pneumatique étant de 1,4 bar, cfraque ingrunlgît est prÔc6dé d'undétendeur, dont t'e rôle est-de maintenir à 1,4 bar la pression d'alimentation guelquesoit le d6bit et la pression à l'entrée du détendeur (o.r pesque, il y a quand mêrne deslimites'l).Le loncdonnement est identique à calui des relais amplificateurs de débit présentéspage 62 , [â pr€ssion de sorti'e n'est pas commandêpar la pression buse mais, par la|orco {réqlable) axerée par un rgssorl 7 /\(rfulable) axerée par un rossorl

FÂooo

oP r a r 3 i o n d ê r o a t i .

1 modèle tràs simple, c'€st enlre autre, le détendeur des bouteilles Oe 992domestique. Notàr que la fuite nécessaire à l'6quilibrage est faite par laconsommation de l'appareil alimenté.

2 modèle de détendeur d'alimentation 'l '4 bar

3 modèle de précision : p€ut ètre utilisé en alimentation mais les inslrum€ntsn'en demand€nt pas tant !

Remarquer que css appareils sont des systèmes asservis : la pression de sortie , enagissani sur Ùne membrane , ef{eclue une réaction qui s'oppose à l'action.

Alimentation et câblage électrique

Généralement fiable, le câblage d€s instrum€nts électroniques pos€ parfois desproblèmes délicats :Les ruptures d'alimentation, rares heureusembnt, sont tràs dangereuses pour. lepocédb, rnais relativement faciles à détecter ; par contre, les délauts plus ou nroinsiugitils de m€lsse, l'origine de certains parasitages, la plôSence insolite de potentielsinàtendus sont sowent ûès dificiles à localiser et à Ôliminer.Pour la plupart de ces défauts, le dépannage relève du savoir-faire des ôlectriciens etOes ôleètrdtechniciens. Le régleur devra acquérir au rmins un€ petit€ partie de cesavoir-faire : savoir utiliser làs schémas de câblage, connaître les précautions à

.T M VAJ}æE . LE CARI{ET OU *GLSJR . 1 4 9

150

Les transmissions par câble sont soumises à des interférenc€s ayant oour orioine deschamps électriques (couplages gapacitils) €t de6 champs magîétiq'ues (co-uplagesél€ctromâgnétiques). Voir "Bruits dans les mesures. page 31Ces interférences et les différences de pot6ntiels bnTre les différents points de terre(poreniels de nrcde cornmun') perturbent les mesures si le câblage nËst pas étudié,réalisé et entet€nu avec soins_'

'

Les blindages (trêsses métalliques) atténuent les 'ôn rits'd'orlgin€ élecfostatique.Les_fi ls torsadés (au pas de 2 à 3 cm) atténueniles "bruits" 'd,origine

électromagnétiques.Les dispositifs d'isolement utilisés avec les relais .reed" (ænlaÇIs sous ampoules deverre scellées), les commutateurs statiqu€s (cMos) ou les'systèmes opto-éleètoniqueséliminent pratiquemênt les "courants de ciriulation; indésirables. cepàndant, pour gu€ces dispositifs consorvent leur etficacité, I'instrumentation doit ôtre èâblée suivant desrègles précises et complexes qui nê seront plus respectées dès la première modificationrmprovisée ou plus souvent, aprés démontage et remontage , dès l,apparition d,unmauvais contact.

Les atmosohères erolosibles( doorm€nt GEORGIN )

En atmosphère explosible l'emploi de matéiel élætique peut ête à lbrigine de deuxtypes dlncidents :

- Hlumage du mélange explosif par étincelles ou arcs,

' lnflammation de ce mélange au æntact d'une sudace portée à une températuresullisnte dite tempéÊture d'auto-inllammation ou inflammmation spontan'ée.

Conte ce deuxième risque, il nl a pas d,autre solution que d,empêcher le matérielen_question d'âtre poîté à une température supérieure à la température d'auto-inflammation.

Contre le premier risque, plusieurs solutions sont pssibles :

' utiliser du matériel sur lequel I'appatition d'un délaut électrique soit considéréecomme négligeable : *curité augmentée.

'Empêdrer.le mélange e.xp.tosif.de pénét9r à I'intérieur du matériel par remplissagele produit neutre, diélectrique, pulvérulent, huit€ ou de t,ajr': surpiessiôninterae.

' PreMre les mesures pour que t'inflarnmation ne puisse se transmettre à t'extérieurclu matériel en ne cierchant pas à éviter l'entrâe du métange explosif : matérieltntidéflagrcnt.

- Utillse.r dy matlriel qui dans les pires conditions ne puisse prcvoquer uneajyi01!i9p d'énergie sullisante p,our provoquer t,inftahmatioà du métange :#curité lntrinsèque.

Dans ce mde de yotection on distingue deux Wes de matériels :

'| 50

152

- Les matériets dits à'Sécutité lntrinsèque'destinés à êlre placés dans la zonedarguanse (@pteurs, indicateurs de @tdes 4-20 mA, wpnts ...)

- Les matériels dits iqssocrés' dont seuls certains chcaits sont de Séahtélntinsèqte et ræordés en zone explosible, ce matériel étant installé en zonesûre (alimentations, wtditionnanrs de sigmux ...)

lJn ciranit de Sécrlrité lntrinsèque peut se ættccwir de deux tryons :

- &it être antièrement isolé de la terre, il est dors dit : à isolement gdvanique,

- &it âtar&érené àhtene (bniùe Zn*).

ASSOC'ATPI?NS DE SYSTEMES DE SECURITE INTRINSEQUE.

It lant se sanvenir qte t'asæcbtim de plusieurs nptériels reconnus indivkluellementde S&trité htinsèque ne @nsttue pas néccssairement un systèûe sans danger.

Pu exemple : si nous disposons d'une alimentation qui déliwe 20 V à vide,. quipossède un counnt de æurt-circuit de 100 mA et que ndrs réalisions le court-ciranit'dans

l'hydrogàne, nous ne pouûons pas obtenk l'explosion. Une telle alimentationpurra alus laire l'oQet d'une honnlqation de Siéanrité lntrinsèque.

Si maintenant, nous disposons 10 alimentations de ce type en patallèle, nousæmmuterons dans I'hydrogène un æurant de 1 A sous 20 V qui provoquerallnflantnetion.

Les nivéaux d'énergie mis en jeu font de la Sécurité lntrinsèque un -m-o.da deprcteclion paflicTtlièrement tien àdapté à I'instrumentaiton et aux courants faibles.

Les matériels de Séahté tntrinsèque canservent un encombrement et un poidséquivalents aux matéiels classiques et ne posent pas de problèm.es pafti-culiersquant à leur implantation, que ca soit au nivæu du site ou des salles de contrôle.

t 52

ACCESSOTRES 153

Les Converlisseurs P / | et | / P (Pression / Intensitô et lntensité / pression)

Rôle:Les convertisseur P / | sont utilisés pour convertir àn 4-2O mA les signauxpneurnatiques (fovenant par exemple d'un procédé en atmosphère explosiblel dansle but de les transmettre à grande distancs ou de les utiliser en réguldion élecrrônique(surlout numérique).Les convertisseurs | / P sont utilisés dans lout€s les boucles de régulation 6lecùoniquedont l'actionneur est pneumatique. Le convertisseur I / P est sowent indus dans lepositlonneur de vanne (lesquelles p€uv€nt d'ailleurs ètre fournies avec desmotorisalions élecrriques).

Pour utiliser avec de I'insûumentation pneumatique, les puissânts moyens de calcul etde régulaion des processeurs numériques, l€s construqtzurs livrent dés convertisseursP/l et UP montés en'rad<'de 12à24 appareils

.Schâma..d.e..p.r:incins..d.'un-mnysfliss.e.ur.P./..1200 -

200 mba r

4 m Â

' SAlrSOf'l oar erernDb

+ M va ^JcE - LE c FiET uJ ÉcLtJR .

,| 000 mba r

20 mA

lf s'agit en tait d'un transmettour électronique dont "l'échelle' est fixée (gOO mbar4ustable éventuellement à 12 PSI). Toutes les technologies vu€s au Chapitre 4 sontutilisables (et utilisées).

Exemple : balance de forces

4 - 2 0 . 1Sortia

1 5 3

Le schéma esr celui d'une balance de forces. comme pour les transmeneurspneumatiqu-es, une alimentation 1,4 bar est nécessaire. La foice d'entrée est produitecomme fa force de réaction du Pll, gar le passage du courant 4 -2o mA àans unbobinage se déplaçant dans un cframp magnôtique-permanent.

Eô!rér4 - 2 0 ù A

S o r t i . . :200 - I 000

Remarque pour les deux schémas:' Le 'ressorf de zéro' a un rôle limité, puisque I'entrée et la sortie sont toutes lesdeux 'décalées'.

' Les lettres N et s indiquent un aimant permanenl. Les golarités réelles del'aimant sonl peut-être inversées.

154

Schéma de orincioe d'un convertisseur UP :

mbar

1 , 4 b a r

Entrde 4 mA 20 mA

Sort ie 2C0 mbar | 000 mbar

En ce qui concern€ les principes de fonctionnemênt, css deux appareils sontidentiques : en remplaçant I'aiguille d'un indicateur par une plume reliéé à un encrieret l€.cadran _par un papier-diagramme motorisé, on passe de I'un à I'autre sansproblème. Enfin presque, car les problèmes d'enregistrôurs sont essentiellement desproblèmes d'encrage, ce n'est pas le cas des indicaæurs !Les enregistreurs pneumatiqu€s les plus simples ne sont pas des systèmes asservis.Los €nregistreurs électroniques non-asservis ont totalement dispa'ru du marché auprofit d'un.grand nombre de dispositils, intéressants certes, mais eux aussi en "perte devitesse' depuis l 'apparit ion des lechnologies numériques perme ant de visualiserl'rnformalion sur un écran, el de trac€r ou d'imprimer, à la demande les seules parties àconseryef .

L -

1 5 4

ACCESSo|RES 155

Lâ pression d'entrée est transformée €n un€ forca par uô soufflet. Un ressort oPPoseune force proportionnelle au d6placement. Uensemble lourni un déplacementproportionn€l à la pression d'enûée. Un dispositif genre parallélogramme, perm€t à laplume de rester gn contact avec le papier, plutôt que de d6crire un arc de cerde.

Le r6gfage 'd'échelle' (amplitude du déplacement) se fait en approchant ou enéloignant le mécanisme de mesure du point d'artollaion de la plume :

Le régfage Ae zéro' est généralement un€ vis qui permet de décaler la plume, ou latringlerie portant la plume, par rapport au m6canisrne soutllet + r€ssort

l b-+FF1 LN

'de linéarité" : à la pression de 600 mbar, le systèm€ prés€nte à l'oeil desangles droits ou et, des droites parallèles. Le'réglage d€ linéatit6" estunà vis ou une tige filetée qui permet d'établir (ou de modifier) cesangles droits ou css parallèles.

Le réglage

Pour comprendre comment apparait un 'défaut de linéarité' sur un appareil àdéplacemen! il sutfit de lracer un mécanisme soufllet + ressort qui ne fait pas un angledroit avec la tringlerie portant la plum€.

.I. M VAIJIICE . LE CÂFNET CU RËCLAJF - 1 5 5

156

Enregistreurs oneumatioues asservislO loi-.

II{

Une balance de force (A,B) compare l'action de la force F ( F = pression x surface dusoufflet ) et la réaction R exerc6e par le ressort.La réaction €st proportionnelle au déplacement de la plume, donc le système estasservi et assur€ une relation proportionnelle entr€ la pression relue et ledéplacement de la plume, quelles qu€ soient l6s perturbations dventuelles(frottements, variations du 1,4 bar d'alimentation, 6tc ...) ; et bien sûr, il n€ p€ut pas yavoir de "défad de linéarité" ' .

enregistreurs éleciriques et électroniques ( 4 - 20 mA)

1 / Amoèremètres et qalvanomètressont pratiquement abandonnés.

2 / "Pjnts potentiooétrj.qqgs"on fes trouve en enregistreurs de tableau, mais aussi en "table traçante"(diagramme de 250 mm), le principe est prés€nté page 28. La panne la plusfréquente de ce type d'enregistreurs esl un "pompaqe" autour du point d'équilibre,dû généralement à un mauvais contact enù6 curssur et lil calibré. Un nenoyage àl'alcool s€ra suflisant si le mauvais conlact est c€tusé par la présance d'huile(lubrification du guide du curseur).Des pièces d€ contact usées ou déformées produisent le môme défaut, maisl'intervendon sera plus délicatê ,..

3 / Autres OrincjpesNitinol, ruban capacit i f , ..., les techniques les plus diverses ont été (et sont

encore) utilisées par les construcleurs d'enragistreurs électroniques. ll n,est pasnécassaire d€ connaître toutes cas techniques pour dépanner le modèle grésentsur un site, l 'étud€ de la notice sera plus uti le {dans le dépannage desenregistreurs, il nl a généralement pas d'urgence rendant impossible la lecture dela notice avant interv€ntion !).

' SYSTEMES ASSERVIS pagâ 65

1 5 6

ACCESSo|R€S 157

Les inslruments de calcul (opêrat€urs analogiques ou numériquos)

Ajouler, soustraire, mulliplier, diviser, €xtraire une racine, sont.des opérationséurantes. Pour effectuer

'ces calculs sur l€s signarix standards de l'instrumentation

(2OO - 1 000 mbar, 4 - 20 mA), il existe des appareil-s_pneumatiques, électroniques etàumériques, dont le bon fonclionnement doil ôtre vérifié de t€mps en.temps.AueQuà soit la technologie (exception faite pour.les transmen€urs à sortie numériquedont liusage comm€nc€ à se répandre ), la ditfiorlté réside dans I'utilisalion de signauxslandardi représentatits des grandeurs mesurées : ces signaux ne sont pas desnombres, ce sont des pressions ou des couranls proportionnels à la valeur de lagrandeur mesurée.-

L'écbglle du--tensmeneur int€rvient : la même variation de 4 à 20 mA peut

@un transm€tteur et 15 nr3/h pour un autr6, ou mêm€ 40'c,30 bar. ou aulre chose !

Lç..1-éçd.egç..de.g.Ç;.q intervient également : 4 mA, représente généralem€nt la valeur--;éio màis 0tô = 0 alors qué +mA+ 4mA= I mA ! ( I ' intérêt du décalage du

zéro est expliqué page 61 )Donc dans tous les calcr.ris efiéctués sur les signaux, il va apparaître des "coefficients

de proportionnalité' (K1, K2, K3, ...). De plus les d.écalages de zâro introduisent desconstaÂtes dites 'potàrisations' (a, b, c, ...). Ces coetfici€nts et ces polarisations doiventêtre PREVUS, CALCULES et REGLES sur les instruments'L€s constructeurs les ont prévus. Le réglage en est généralement simple. Rest€ aurégleur à les calotler en fonction des opérations mathématiques à effectuer.

Calculdes réglages

Ce calcul est délicat, il y faut de la méthode. La méthode la plus facile- à utiliser estcelle proposée par le c,oàstructeur FOXBORO. Elle consiste à écrire les "édtel/es'des

transmetteurs éous forme "d'échelles normalisées". Les signaux écfits en "écheiles

normalisées' peuvent être r.rtilisés dans les calculs comme des nombres.

E9h.e!!.e...n.o-fna!!.eÉ..q : pour un ùansmetteur d'éctrelle A, par exemple 0 à 120 bar'

l 'écriture conventionnelle est: échelle A = 0 à 120 barf'écriture en'édtelle normalisée'sera : A = 0 + 120 A'

.8.é.s1.ç.ç..d1êEitu t e -.en .:.eû.e | ! e...n e.m.al i s.é. e.:.;- le 1er terme conespond au minimum d'échelle ( ex : 0)

- le 2àme terme compr€nd un coefficient égat à l'étendue d'échelle et -la lenredésignant la grandeur suivie du signe "prime" ( ') (€x : 120 A')

exemples d'écriture en "échelle normaliséJ '.

é c h e l l e B : 0 à 5 0 b a r = = > B = 0 + 5 0 8 ' ( o u B = 5 0 8 ' )

écfrel le C : 20 à 30 bar ==> C = 20 + l0 C'

é c f r e l l e D : - 1 5 à + 1 5 m m C E = = > D = - 1 5 + 3 0 D '

éc f re l le E : 200à300"C ==> E =200+ 100 E '

échetle F : .t 00 à 20 xvz ==> F = 100 - 80 F'

0 b g , |20 bù

4 m A 20 mA

+ M vAt rcÊ - rE CARNET ou RÉGLBJR r R 7

158

Le sQnaf de sortie de I'opôrateur doit, lui aussi, ôtre écrit en 'êchdle nomtalisée'.

Qalcul en "échelle normalisée'

Dens l'exemple choisi, d'ar.rtres méthodes p€rm€ttraient d'arriver plus simpl€mentrésultat, mais celle.ci prés€nt€ l'avantag€ d'ôtre tràs générale.

Addhion de deux débits :

L'opérateur utilisé est un sommateur de signaux 4 - 20 mA (symbole : X )

Les signaux venant des débitmètres sont:

d é b i r Q r 0 ur3 /h 50 mr /h

signal E' l

déb i r Q2

4 E A

0 m 3 / h

20 EA

70 mr /h

s ! gna I LZ

Le déb i t

déb i t ro ra l

4 n A

t o E a l , Q l + Q 2 ,

0 o r / h

20 nA

e s t : 5 0+ 7 0-î2î-rrr

/tr

s ignal S 4 mA 20 ûA

L'opération à etfectuer est :

o toral = Q1 + 02

Nous venons d€ voir que les signaux d'instrum€ntation n€ permenent pas une écritureaussi simple : l'équation de l'opérateur sera du typ€ S = K1 El + K2 E2 où K1 et K2sont deux coeflicients réglables prévus sur l€s enlrê€s. .

L€ oroblème esl: à quelles valeurs faut-i l régler Kl et K2 pour qu€ I 'addit ion dessignaux El et E2, représ€ntant les débits 01 et 02, donna le signal Sreprés€ntant le débit total ?

La mélhode des 'échelles normaliséets" permet d'écrire en signaux (E1, E2, S)l'opération qui doit être etfectuée sur les grandeurs (O1 , 02, Ototal).Les coetlicients (Kl, K2) apparaitront "automatiquem€nt" au cours des ca.lculs, il n'y apas à les écrire au départ.

-La..m.éthç-d-e:

1l Ecrlre les "éôelles normalisées' d€s entrées et de la sortie

Sor t i e

1 5 8

L'enlré€ E1 s'écrit E1 = 0 + 50 E'1 ou E1 = 50 E'1

ACCESSOTRES 159

L'entrée E2 s'écrit E2 = O + 70 É'2Lâ sortie Ss'écrit S =0+ 120 S'

ou E2 = 70 E'2o u S = 1 2 0 S '

2l Eqire avec les "échelles normalisées",l'opération à effechrer :

Qtotal = Ql + Q2 ou S = E1 + E2 dêvient.

120 S' = 50 E'l + 70 E'2

3/ Sortir les coefticients de proportionnalité et les polarisalions : dans l'âluation ci-dessus, il y a trois co€tlicients (120, 50 et 70) dont un sur la sortie où il n'est prévuauorn réglage ; par ailleurs, les coefficients doivent avoir, en règle générale, desvafeurs dus pedtes que 1. ll taut donc "arranger 'l'équation :

120 S' = 50 E'1 + 70 E'212 S ' = 5 E ' l +7 E '2

* l7e'zd ' o ù , W

Cette équalion montre que pour obtenir la sortie S souhaitée, il faut multiplier lapremière entrée par K1 = 0,416 et la deuxièmes par K2 = 0,584 avant d'en fairel'addition.

ll n'y a pas de constante à alouter, donc paS_de__?O/AfUated (si elles sont préwes surl'appareil, les metfe à la valeur zéro)

Remarques. Sur les opérateurs analogiques-él€ctroniques, le réglage des coefficients se fait par

molette ou par vis (voir les notices) .

. Le calcul des coefficients est parfois nécessaire avec les opérateurs numériquessimples, mais généralement, l€s calculs sont etlectués après conversion (surchacune des sntrées) du nombre de mA en nombre de m3/h et l'addition des débitsse fait sans oroblème.

. En pneumatique, les coef{icients sonl habituellement pré-r{;|és par le constructeur.lls peuvent ètre modifiés mais dans des proportions assez faibles. ll convient doncde les calculer avant de passer commande de l'appareil.Les coefficients n€ sont pas affichables, les r{;lages se font en amenant la sortie àprendre des valeurs calculées (avec des signaux d'enfée simulés).

V_êd.tiç*{_iqndp.S..h.*r_un9_ûs_decalcul

ll n'est pas nécessaire de connaître les coefficients (encore moins la {açon de les calculerl) pour vérilier que le calo.rl s'eft€ctue normdemenl.ll faut simuler les signaur d'entrés (détendeurs ou générateurs de courant 4 - 20 mA etmêsurer la valeur de la soriie (manomèfe ou m€sure de courant 4 - 20 mA). On donnedes valeurs aux entré€s et on calcule quelle doit ôtre la sortie. Quelques règles de troissuffisent.

" . - 5 r , ,' - 1 2 ' '

J. M VALAI.JCE . LE CARI*IET OU RÊGLEUR 1 5 9

160

Exemde : addiùon de débits

o 2 5 5 0#4 0 4 1 2 20

r o È a l ' Q t + Q 2

0 30 60 90 120 u3 /h{------ù---,.......#

4 I 1 2 1 6 2 0 m A

Q1

a?

n! /h

EA

Br /h

rnA

Q l

Q 2

Qr

Q2

0 m ! / h

0 n ! / h

5O mr /h

70 mr /h

Vér i f i e r éga lemen t un90 m3 /h venanÈ de Q l =

Qt = s0

Q 2 = 4 0

L a s i m u l a t i o n d o i t ê c r e :

20 mAQ l = 5 O n r / h

Q 2 = 4 0 m ! / hr 3 , r 4

c

poinÈ quelconque, par exenple Q tota l5 0 n ! / h e t Q 2 = 4 0 m t / h

mr /h + 20 me

m! /h + +âjq

1 3 , 1 4 r A

9 , 1 4+ 4

Q roral = 90 Er /h

l ' é

nA-t

he l l e i nd iqu

l 6 E A

IY

e 16 nÀ

70

20

't60

Q È o r a l : 9 0 m r / h ,

1 6 1

ilmn I a n t a t û o nQuand il y a doute sur l'information délivrée par un transmetteur, le régleur débutantintervient directement sur l'instrument ; le régleur chevronné s'informe sur l'état duprocédé, observe le raccordement de l'appareil, manipule les vannes d'isolement ,brel : il pense à l'implantation, c'est-àdire à a liaison €ntre le capteur a le proédé.

Faire que la grandeur que reçoit le capteur soit fidèlement celle que I'on souhaitemesurer, est un art difficile. Des règles g6nérales existent (elles pourraient laire I'objetmesurer, est un art difficile. Des règles g6nérales existent (elles pourraient laire I'objetd'un ouvrage complet). Elles sont destinées aux bureaux d'études chargés deconcevoir l'imolantation de centaines de caoteurs mais le réqleur int€rvi€ntconcevoir l'implantation de centaines de capteurs mais lenormalement sur des

rteurs mais le régleur intervientSur cene implantation, son rôle se

limite à signaler d'éventuelles anomaliescorr€ct d€ l'instrument de mesuraoe. Là, il

ne permettent pas un fonctionngmentcorr€ct d€ l'instrument de mesurage. Là, il n'y a plus de règle générale, seulement descas particuliers, qu'il faut observer et analyser avec soin.

A..tilfg..C.:ind.içetign : voici un conseil concsrnant l'implantation des capteurs depression,

Depuis plus d'un siècle, les labricants de manomàtres indiquent à leurs clien{scomment uti l iser les robinets d' isolement, les siphons, les l iquides lampons, lesséparateurs, les amortisseurs, etc .. pour obtenir des résullats satislaisants. Le taitque ces capt€urs de pression soient devenus transmett€urs ne modifie pas grand-chose à ces conseils. Les catalogues des constructeurs constituent donc unegxc€llente documentation sur ce sujet. lls sont largement diffusés (forcément, depuis ler€mps !). L'instrumêntist€ pourra acquérir un précieux savoir-faire par une lectureattentive de ces .catalogues.

-,.---_\\/,2\\i , l .2 l\\."\/ ).,

\''\--l/

S.rdct.ut t-,.o. < Srpca.-

------:<-_tddl )

t.,-.-"-

l l exisle quelques ouvrages lraitant de l 'art de lamaintenant ôpuisé, est celui de J,P, BURTON

' .

€ T A E L I S S Ê M E N I S B O U R O O N

mesur€ industriel le. Le olus célèbre.

Message oersonnel :merci Cher Ami, votre savoirJaire m'a souvsnt rendu service I

-sÀf__

} M VAr{NCE . LE CARNET OU RÊG.AJR .' | 61

Vannes 165

V a R n e s

Les Vannes sont des organes comportant un orifice de dimension variable, ellesp€rmett€nt le réglage des débits de fluides.Êlles sont l'ectiônÀeur de la plupart des réguldions, ce qui leur conlère une importanceconsidéraUe. C'æt pourqrci ies caalogues des consÛuc{eurs de vannes sont fori bienfaits et constituent Ë meilieure dæ.rmentaion que l'on pr.risse consllter sur câ suj€t.

Ce ctrapiue sst un€ préparaion à la lecture des catalogues de constnJcleurs.

Le choix d'une vanne de rôgulation est fait par les ingénieurs des bureaux d'études oupar les responsaHes des services 'mesures+égulation', le rôle de l'instrumentiste seiimite souvànt à l'enùetien des vannes installéeslÔvid€mment cet entretien ne nécesshezuqrn calcul I

cependant on constat€ parfois, en obs€rvant le fonctionn€ment de régulations peupeàormantes, que la vanrie travaille de laçon anorrnale : presqu_e bujours très pfàs d€ laiormeture ou, àu contrair€, trop souveni ouverte en grand. Pour qu'une décision demodification ou de remplacement puisse ètr€ pris€ en connaissance de caus€, ilappartient au régleur de fournir l€s résultats d'observations prÔcises. Des.relevés deéiactmstiques

-'signal de commande / débiÎ ré€l' pourront lui ôtre demandés. C'est à

ce moment lu'il lauiavoir d€s notions sur la laçon dont une vanne régle un débit

Le débit à travers un corps de vanne 6st proportionnel à la racine carrée de la ÂP enfeI'arnont €t l'aval :

Diaohragme :

F r o u O r = k ! Â P

Yanns:

F ( o u o ) = k { A P

^P = P1 - P2 'Preæion diflérentielb'

I

#k,AP = P1 - P2 'Perte de charge'

+Pr Pl

L

J- M VALA|{CE . LE CAFI\IET OU REGLEUR 165

Le débit obtenu dans ces

'| 66

0n r8 , 2

condit ions s'appelle le Ky 6stsxempt€ : 2,5 m3 en .t heure

Cq?! de !rûLEEcrcrrtSfàreClrD.tRtæa-{tct ç.È!!ortCalnltute at lnræsur ptFE en Vhltlê lrçériêur! d. vâryEh€LE (b guidâSÊbrill,è fllctéePhqtrtt. dr irdlc.t iql de clqlle1tç ôÊ clâDctEctq/ d'raco(elaiFnrCmttr+rcu^çccuplailnt ênttt tit!! de !êF\.o'@taqt ct ôê c,lâpet ( égr lÊ|Én Ètrrdl cltctF da cour.!ê )Sê.t.\ro.rætâf1i8! d. trerrîj ssionlhg!lê{cr.ou

l l Yanna ,===> Kv = 2,s

5.2

4 .2

2!I4 . 1{ . 2

66 . 16 . 21

Question : Quelre sara le 'dimenslon" d'un6 vanne capabre de régrer à une pressionde 2 bar, un débit maximum de 50 mslË d'eau troidà i La Si"ssiond'arrivée peut varier entre 6 et g bar.l .a AP dans le.cas le plus défavorable est : Ap = p amont _ p avat =6_2=4bar.l l ,autdonc trouver dans un catarogue un corps de vanne raissant pass€r so msÀ quand taÂP est de 4 bar . Les consfudeurs n€ pêuvent pas indiqu€r tous l6s débits pour loulestes pressions possibres, ".'"9'ou"nt .lil"iéi[ JJ àtdil "lG'iàËîi?Jion,on"d'essais orécises. par exempte , .u*?âlâililtp éGnr d;;f-*

Yge-gl_gsspe_9e_!e_yelle_!ype_311:1__!4ygSry

r r e s s t o n p o u r o u v e r l u r e m â x i m e l e

Vannes 167

L'orifice qu€ nous chercfrons doit laisser passer 50 rn3/h sous la ÂP dê 4 bar.Quel doit être son Kv ? autrement dit : combien laisserait-il passer si la ÂPn'étah que de 1 bar ?On peut faire le calcul comme pour les diaphragmes : calcul de k avec lesdonnées. O = k.fP- devient 50 = k J-4 d'où :

,, 50^ = T = 1 3

Puis calcul du débit avec la ̂ P de 1 bar

o=2s\6F===> o =zs.{1 ===> e = 25m3/hCet orifice laisserait passer 25 m3/h d'eau si la AP étail de 1 bar. On dit queson Kv est de 25.

Lidée d'indiquer les possibilités de débit d'une vanne dans des conditions précises étantd'origine américaine' , certains constrrrcteurs indiquant le débit d'eau en gallons parminute avec une ÂP de 1 PSI (vanne grande ouverte, comme pour le Kv).

G e l l o n ' J . > . À . \ = J ' / O l l

( t b a r i l = i 2 U S A â t )

Ce débit particulier s'appelle : le Cvdifférence numérique entre Cv et Kvd'unités.

de la vanne (coefficient de débit de la vanne. Lan'est pas très grande. on trouve en changeant

v = 1 . 1 6 K v

La vanne de l 'exemple doit donc avoir un Cv de 1,16 x 25 = æ

Les manuels des consructeurs indiquent des méthodes de calcul du Kv ou du Cv, pourles liquides, gaz, vapeurs, dans les condilions les plus diverses. Ces méthodes et d'un€façon générale, les calculs de dimensionnem€nt des vannes de réglage sont souventtrès complexes. l l €st habituellement judicieux de faire appel au savoir-laire (et àI'ordinateur) du construcleur ou d'un centre de calcul. Toutelois quelques définitions,souvent utilisées sont intéressantes à connaître :

Lois de variation du débit en fonction de la course du claoet

Le débit maximum est donné pour la pleine ouvortur€ : @urse = | 00%. Avec la course0ol" le débit est nul. Entre ces deux extrômes, le débit peut varier de différentes façons,par exemple en Jonction linéaire de la course, mais d'autres lois peuvent ôfe imposéespar les variations de formes de l'orifice da passage entre l€ débit zéro et le débit max.Attention: ces lois de variations de débit diles 'caractéristiques intrinsàques'

Yrnu !es

I,|ASONEILANJ- M VALANC E LE CARNFT DU RÉC,LEUR 167

90

80

70oo5040

30

20

to

't68

sont Ôtablies dans les conditions d'essais décrites ci-dessus pour les délinitions du Kv etdu Cv, Cestèdire à ÂP constante ( lbar ou 1 PSt )

1/ Loi linéaire

o to 20 30 ao 50 ôo 70 ao 90 1ooD é b i r

Le débit est de 1 0 lih à 10% de la course, de 50 l/h à 50p/de la course, etc ...par contrscet aspect sympathique qui d'ailteurs n'existe qu'à ̂P constante, cas rès rare, cacfte un piègeredoutable : la même variation de course (per exemple iO % en ptus ou en moins) enfaîne unevariation de débit très importante en début de course ( r 0o"/. de ro à æ ) mais très taible enfin de course (10./o de 90 à too ) .

zLp..i.é.se!:s-o.ur.ç.eilagq.(qu-.exsgneilie!!_e.l100

90

80

70

a a r c o n s l a n t e

à ^ P c o n s t a n t e

aJ EoU'i 5 0

3 4 030

20

ro

10 24 30 'lO 50 OO 70 AO 90D é b i r

Exemole :pour une variation de 'l C/" de la course :

- entre 20 el 30ôlo l€ débit passe de 3 à 4,5La variation est ds 1,5 ce qui représente

1oo I 1 '5 = so% de 3- entr€ g0 et 90olo le débit passe de 39 à 59La variation €st de 20 ce qui représente :

too

Pour une même variation de la course, la variation du débit 6sl, en tous points d€ lacourbe, à peu prés le méme pourcentago du débit précâJent.

/

t

I

'168

Vannes 169

1oox2o =s ' r%d€99-

C'esl à oresque le même pourc€ntage dans les deux cas' [a loi linéaire aurait donnépori'fà.-àeriô vâr6tiôns'Oe cours€-s 5æ/" er'12,5r" de variations d€s débits. D'autres'à*tii;ûàiàà

intiniaques existent. On trouvera dans les catalogues diverses formesde clap€ts et les câractéristiqu€s correspondântes.

çemd.ér.r.çtic.u..e..d.ç.!.e..v.enne.!ns-tel!.éeLa caractéristiqu€ intrinsèqu€ êst établi€ par le constructeur dans les conditionsi"?iqràà.. C"J bnditions sont r'ar"rnent cellei de l'installation ! Les lcis de variations duàeùii en fonalon de l.ouverture s€ront donc très différentes, on parlera de 'ardêristique

installée'G èatractéristique instattée peut être prévue par le calcul si tous les élémentsÀecàisàirà" à câ calcul sont dnnus avani le montage. Après montage, elle peut êtreietàvge par diverses mesures. En principe, il suffit dà relever le débit correspondant àdiverses valeurs du signal de commande.

Remarque : cec i es t | ecasd .unevannequ i l e rmepa rmanqued .a i r (F .M-A ) .Unevanne ouvrant par manque d'air (o.M.A) présenterait une courbe inv€rse :débit = 0 Pour un signal de 100"/"

En pratique, sur un procédé en @urs de production, ce ralevé n'est pas touiours évident :- donner'ou relever une valeur de commânde pneumatique, ôlectronique, vanne équipéeou non d'un positionneur, est facile (sur le régulateur par exemple)'

- relever le débit si il y a un débitmèrê n€ pose pas de problème non plus,, mais ce n'estpas toujours le cas, éouveni it tâuOra trouver dds "astuces" : par exemple, mssurer des

iemos de variation de niveau dans un réservoir en amont ou en aval'

- il faudra aussi relever un qrand nombre de grandeurs concernant le procâié.afin d'êtresûr oue la différence ob.grv-é" entre deux détits provient uniquement d'une diflérence designal de commande.

A lorce de patience, ces dif{érentes obs€rvations peuv€nt être laites æur divers pornls

d6 fonctionnem€nt ctu procédé. Dans les installations importanles, ces relevés sontetleaués au cours de'campaqnes d'essais'au démanage du ptocâJe'En régulation classique, LnË caractéristique insralléà la plus l inéaire possible est

souhaitable pour obtenir dàs perlormances satislaisantes. En rq?ulation numériqu€, la

forme de cgie caraaéristique a moins d'importance, mais si elle esl.connu€, on peut €nt6nir compt€, les performances de la rêgulation 6n seronl encor€ amellore€s.

e,?aIoo{,

A

2EI

J. M VALANCE - LÉ CARNÊT OU RËGLEUR'| 63

170

Entretlen det venne, :

Les opérations d,entretien sont généralement simplæ :

ll"jl1" s'etteclue €n dérnoitant re chap€au pfesse-étoup€ et en montant un t/orantse manoeuvre sur la tge du dapet're remp'acement d6s oaryr". de presse-étoup€ p€lJt nécessiter re dénrontage de hîrotorlsatlon s'll s'agit dianneaux non tendus. '--.- .

-.re pesse-ébup€ ddt àtre sené à h main-r'e'"r de surface de ra tige de crapet est prirnordiar pour une bonne étanchéité(polissage ou remplacemeni). -r -' --' r! "'�ry'r

Réglages:Les vannes ne co.nportent que deux réglages :

1/ tension initiale du ressort2/ la longueur de la tige du clap€t

Mode qoératoire.:

t' ,'l;;l"onteillé

de commencar par faire te croquis (a, b, c, ou d) de la vanne à2/ Dégager largement g-"11ry! _O: son ,oè.g9. en vissanr ou déùssanr ta tige (dansres cas b et c, c€ne opération sera facirîée en apprquant une pression sur ramembrane).

i Æ'ji?il",ffi ,Ti?lJ:.,*ï:,1*ïilï du ressort)

t-

170

Vanneg 171

Posil i onne ur

BêIe:l]Fdtionneur est uh dispositf permettant d'asservir la course du clapet au signal decomrnande:

Le positionneur apporte les avantages d'un système asservi, de plus il permet :

. La commande d'une motorisation pn€umaliqu€ par un signal ôl€cirique

. Le forrtionnement du s€ryo-rnoteur à des pressions diflérentes du gtandatd 200 '1 0OO mbâr (cas de fortes pressions statiques)

. Le fonc{ionnement En cascade de deux vannes (split+angel

. La modificdion de la carætéristique de la vanne (positionneur à cames)

Toutefois il taut remarquer que le positionneur peut introduire un petit l€mps mortsuppl6mentaire powant Ôtre gènant, en particulier sur les régulations de débits.

.Çchâma.C..vn..çe.ç.ltien0.e.u[.p.o.e.ume$.q!.e..à..b.algnç.e.d.e..fer.ç.es.:

P..ç.silisone.vr.llP1 Aimant2 Plvot, lamelles flexibles3 Ressort de zôro4 Buse5 Flêau de la balance de forces6 Relais7 Ressort de rôaction8 Réglage de réaclion

171} M VAI.NSE - LE CART€T OU RGGLELN

t -I

172

P.csitipnn ç.ur..à car.uto.&lqrrr à Acrb Olr.et È.ltldnr a ^cdc hr-r.

*'ïË:."--- Et r r tE'âîil X':J::

Ecà*''tr.'r o^Tffi,.,

l-a cam€ perm_€t d'obtenir des caractéristiques linéaires ou 6gal pourc€ntage ainsi quela commande linéaire des vannes en cascà€ (splii*ange).

-

Elle peut aussi ôtre taillée par l'utilisateui-pour iéiondre à des applicationsparticulières : linéarisation de la carætéristique in-stall6e.

'

Réolaoe dss oositionneurs

1/ Réqlege de linéarité:. réglag€ do la géométrie du système pour que la relation : Déplacement du

dapeVTension ressort, soit linéaire

?à

a. faire conespondre les valeurs extrèmes du signal de commande avec lalongueur de course du clapet.

3 Réglage drt 2Cro'faire correspondre.la position 'vanne fermée' avec la valeur du signal de

commande corraspondant.

En général ces rôglages dép€nd€nt tortem€nt les uns des autres. un exarnen attentilde l'appareil et d€ la notice du constructeur, perm€ttront de dôgager dans ô4ue cas,l€ mode opératoiro le plus etficace

t_

Oifrara|.t i..a.n

172

Cavitatio n

Analçgje qv.ç un.erqane.dêndmqgàne :

Cas de la caviation :

P I

Vannes 173

ATTENTION :Toutes les pressionssont exprimées en valeurs absolues.

Dans le corps de la yanne, il se produit le môme genre dc va{ation de. pression qu'aupass.rg€ d,irn diaphragme. Or si la pression diminue brutalement, les, liquides nebemalifuent qu'à vàporiéer : si la pression pass€ par une valeur inférieure à la pressionde vaporisation du iquide, le phéromène de cavitation (bruits + vibrations) s€ produit

format lon debu l l es de va -

Pv + orssslon ds vaoorlsat lon

tr l*"r* rr"" ortr"" (ou tenslon de vapeur)

qu1 dlsparal ss€nt

peu r l exP 1o -slon

Annexe page 250 les pressions de vaporisationde l'eau à diverses températures.

Définition du Cf :

Les condilions de pression pour lesquelles Un€ Yann€ sera soumise à lâ cavitationsonl détinies par le coetficient Cf.

ÂP critique = Cf 2 (P1 - PV)Avec P1 = pression absolue atnont (bars absolus)

PV = tension de vapeur du liquide considéré à la tâmp6rature d€l'écoulement (bars absolus).

} M VAI.^AICE . LÉ CAF'\ET OtJ FÉGLEI.T . 1 73

I

I

174

Exempje_Cç.Celc'{ (notice Masoneilan)Conditione de service : Fluide : eau chaude 170.C

Pl : pression amont 20 bars absolusP2 : pression aval i0 bars absolusM : débit 60 tonn€s/hG : densité de I'eau à la T" de l,écoulement 0,9

Pression de saturation à 170.C Pv = I bars absolusOn utillse une CAMFLEX avec fluide tendant à lerm er, Cl = O,lMème dimension que la tuyauterie (D = 80 mm

Cherôer les conditions d'écoulement :

AP réelle =Pl - P2 = 20 - 10 = tO barsDonc pas de vaporisation à la sortie de la vanne, Mais dans la vanne ?

AP critique = ç12 1P1 - PV)= 0,49 (20 - 8)= 6 bars

pl s 20 bars ... . _ P2 : 10 ba rs

P v I b a r s

La ÀP vanne (10 bars) est plus grande que Âp critigue : il y aura cavitation.

Lorsqu'elle sst vraiment inacceptable, la cavitation p€ut être évitée en utilisantplusieurs vannes ou une vann€ multi-étagée.

174

Vannes 175

Autres actionneurs

Uactionneur d'une boucle de régulation est souvênt pneumatique, mais ce peut êtreaussi une commande électrique : vanne à motorisation électrique, commande depuissance de chaufte ou commande de vitesse d'un moteur.Les motorisaûons électriques de vannes peuvent développer des forces de 5 à 40 kN.

Çommande d9 pujssance-par th,yristgrs :

L€s unités de puissance à thyristors sont utilisées en monophasé ou €n triphasé pourdes charges résistives (chaulfage électrique), éventuellement inductive(lransformateurs).Deux types de lonctionnement : en train d'ondes el en angle de phase, les deuxpeuvent ôtre combinés.La documentation du constructeur CORECI comporte des explications très daires surce sujet qui relève plus des compétences des électriciens que de celles desinstrumentistes.

Commande de vitesse :Les variateurs mécaniouesdes vannes automatiques.

sont commandés par des motorisations identiques à celles

Les variateurs électroniques de vitess€ des moteurs àsynchrones relèvent eux aussi des compétences d'uncommande soit issu d'un réoulateur.

courant conlinu ou des moteursélectricien bien que le signal de

CorpsBoîtierPloque signoléiiquePloquette d'obturotion pourrégloge des fins d: courseMoteurRêducteurEmbout d'orbre du réducteurVilebrequin en 2 porties .Bielle (sons ressort)(pour type 5821)Ressort d'occouplemenlPièce de verroui l lcge duressor t d 'occouplemeniBielle ovêc ressort(pour iype 5822)Ressort d occouplementPièce de verrouilloge duressort d'occouplementRessorl ovecergot d'enlroînement

6.4 Ressort de retour enposition extrème

6.5 Guide-ressort7 Repère de course8 Volont9 Poussoir

l0 Monchon de roccordement

T-i;-------- ,---I vonne oe regroge

l ê!9qr!eue_ __

. t

.2- J

23

45

5.15.2

ô . 1

6.2

o.J

SAMSON REGULATION

.I- M VArJAÀICE LE CART€T OCI REG-ÊI.R 175

RÉGULATEUR 179

R é u I a t e u n

- - - - - ; . 1 2oo ' l ooo mb . r' . ' \ <: <' ! .F, / r l ! - - - -. . - , I

L - - - - - - - - - J

aI

r - Ji e t i m

,.*!jt - l

I---- . ' ) t

: l_ . ,Entrée Sor t i e

I!-À?i;''-1 |I L J L J L I I I

f r : 1 c l - - - - - '-' 4-2o ma

L'astion en REGUIjTION de ces fonctions (lour utilitÔ) o3l ôludiée au chapitreRégulation.

.F,M VAAiæ E . LE CAF{ET OU RÊGLAJR . 178

A l'origine ( ar d6but de t'ke indultrielle et avant 1, réguleteur étail le nom donn6 à loutapparàit devant assurer la mardp <'ert à dire lc mouvem€nt rlSullrr, ?agla ' d'unmécanisme.Les progrès de la t€chnologie ont fait qu'il est mainte.nant exig6. une marcùe nonseddment régulière mais à la yaleur exâcle souhaitée par l'explcitant ( conrigno ).I est afors difricil€ de ne pas conbndre réguldeur el ragutttion mais, s'il ne s'agitpas d'une rôguldlon num6rQue, ll est lmPonad de bien falre la diff6rence :'

Lorsqu'il e-st relié à un transrn€tteur et à un€ vanne, le. régulateur. esl en régulation, sonforrtionnement ne peut pas ôùe observ6 indépendamm€nt du lonctlonnement del'ensemue, pourtani il fairt vérifler qu'il lonc'tionne correc-tem€nt; pour c€la, il estnécessaire (comme por.rr les autræ inslruments) de llsoler, d'utiliser. un gén6rat€ur d€valeurs d'entrée, el de vérifier que lee rraleurs de soiie sont ti€n celles préwes :

IJ

1L

l - - - -

l;c;elCa:-lL - - - - - J

Le comportem€nt normal d'un REGUT-ATEUR montÉ comme indhu6 cidessus est lobietde ce cfrapitre i explication des forrctiong P, I €t D (poportionnelle, intégrale ef dérivée).Ces fonaibns sont, hrien sÛr les mômes quelle que scit la technologie employée pour lesm€tire en o€uvre ; c'est pourquoi il est important de les connaite tant qu'elles sontutilisées I

Régulat.eur

L

180

La fonction Droportionnelle

Défirlition : cette lonction (dont l'action sera tràs importante en régulation) estmathématiquern€fit très simple : c'€st une multidication.

I = K - x

La sortie (y) est égale à l'enùée (x) mulripliée par un nombre connu (K)^y est prcponionnel à x'

schéma :

lire :

exemples :

x = 3

x = 4

x = 3 k = 1

Y = 3 x 2 = 6

Y = 4 x 2 = 8

3

y = 3 x 1 = 3

z

x = 4 k = 1 t 2 y = 4 x 1 / 2 = 2€tc ...

Aoolicalion au régulaleur

L'entrée d'un régulateur est l'écart (différence) entre la valeur de la mesure ( X ) et lavaleur de la consigne ( W )

'

. X est un signal standard (200 - 1 000 mbar ou 4 - 20 mA) venant d,un générateur ;en régulation, c€ sera bien sûr un signal venant d'un capteur-transmenèur.

. w peut venir d'un accessoire inclus dans le boîtier du régulateur (consigne interne)ou de l'exlérieur (consigne €xt€rne).

- _ ces_. lenres symboles sont recommandées par l'organisation Int€rnationalê doNormalisation.

1 8 0

R = 2

k = 2

x = 4

I

mesûe x

RÉGUIATEUR 181

. Ko est ap9el6 coetficient de proportionnelle où gein du r6gulateur. Le gain durég-ufareur' est réglable, i l est quelquefois .désigné par I 'expression'bandeprôportiornelle' ( Bp ou Xp ). [a convesion est simple :

*o=# "t xe=+igxetodss : un gain de 2, conespond à une Bp de 5r/o (Kp = 2 <--> Xp = 50)

une Bp de 25'lo, conespond à un gain de 4 (Xp = 25 <'--> Kp =4)

. Le signal y n'est pas à lui seul la sortie du rÔgulateur : la sortie. Y d'un régulat€ur 6stl'additiôn dâ deux'valeurs : une valeur connul (Y6) et une valeur proportionnelle àl'écari X. W

Quand le régulateur est équlpé d'un poste de commande manuelle, Yo €stgénôralemeni la dernière \ftaleur d€ la commande rnanu. avant pâssage. en :ruto.Éur les rares régulateurs qui onl s€ul€ment la fonction P, Yo est réglable parl'instrumentiste.

Direcl / lnverse

Un commutaleur p€rm€t de choisir entre :

- rortie Nugmenlo quand la mesure rugmonl. : DIRECTou - soriie dim-inue quand la m€suro augmentc : INVERSE

x 1 , Y 1 : 'D i r ec f II Au cfroix par position de l'inverseur

X 1, Y J : " lnverue ' l

.-ex.€.mp.!.g..çhiftâ : supposons un régolateur branch6 de la façon suivanteI

Ath.

Oueslion : Ouelle valeur va prendre la sortie Y ?

h : 10026 ( K-l )lnYelse

conslgne Inùerrp:5 0 2 - 1 2 n t A

.F M V^llr.lcE - tE c Fr€T 0u RÊÊ€t R -

20mA

1 8 1

182

BêpSnSe : La valeur Yo moins (lnverse) la partie proportionnelle XO 1 X - Wt.

X -W= 12-12 = 0 donc I =Ys c'est-à-dire une valeur généralement quelconquecomprise entre 4 et 20 mA, voire même ontre 0 et 50 mA.

NB : ll faut r€tenir : mesuro = consigne donc Y = Yo quelque soit la valeur dugain

( K p x 0 = 0 )

Supposons Yo = 11,8 mA (valeur quelconque) et augmentons la mesure de 1 ,6 mA,que devient Y ?

Baisp..nnem.ent : 1/ Régulatour sur Inverse , X 1==='V Ia

Réoonse : la sortie diminue de 1,6 mA

Sur la position Direct, la sortie aurait augmenté de 1,6 mA Avec une Bp de50% (Kp = 2) la variation de sortie serait de 2 x 1,6 = 3,2 mA en plus(direct) ou en moins (inverse).

Remaroues :

1/ La valeur sxacte d€ la sortie n'a pas d'importance, ce sont ses variations qui nousintéressent. D'ailleurs, ce ne sont pas les grandeurs X et Y qui sont proportionnellesentre elles, ce sont leurs variations.

2:/ Si au lieu de supposer c€t exemple, on peut laire le branchement à l'atelier, c'estmieux ! Mais les régulateurs "P seule" sont rares, la plupart sont au moins P + I , dansce cas il est prélérable d'avoir lu la suite avant de manipuler.

3/ La fonction P est la même sur tous l€s régulateurs. La seule différence entre lesdivers régulateurs pneumatiques, élsctroniques ou numériques, réside dans lematériel à utiliser oour simuler X et mesurer Y.

4/ De même que pour les transmetteurs, il n'est pas indispensable de connaître latechnologie des régulateurs électroniques (anaiogiquês ou numériques) pour les installer,les uti l iser et les entretenir, par contr€ sur une installation pn€umatique la con-naissance des schémas technologiques est souvent tràs utile. Le schéma du principede fonctionnement d'un régulateur pneumatiqu€ à balance de forces est donné dansl'annexe PNEUMATToUE pags 238.

Vérif ication de la lonction P sur un r{lulateur isolé

compto tenu de la remarque 2 ci-dessus les tests de vérification de la fonction P sontindiqués après la présenlâtion des régulateurs P + | .

1 S 2

I = 1 x 1 . 6 = 1 , 6

RÉGTJIITEUR lEI

Le lonction Intégrale

DÉlinilions:1/0..éJ!0j.1io0..d:une.l.qn.qtj.gn.C..e.!€'Ip.ç.u/

4 ô

)o

Zo

A ê

î .t (na)

Si , pour raprésenter les valiaions de la variable x, il taut tenir compte du temps, on ditI est un€ fonction du temps".Toutes lss mesures industrielles sont des fonctions du temps .. d'ailleurs, lesenregistreurs fournissent des représentations graphiques analogues à celle.ci'd€ssous:

ë

Ia

(zt,L' in téorafe I x .d t l "sommedet l à2dex' Jttvaleur la surface S.

Exemolext'A|l

Â-. '"

: $rr un€ fonction.du temps lacile à reproduire, l'écielon, --'Jrr-rïr;*

rottm)

Io, = 1ù7o.mn

Pour faciliter l'explication, x est exprimé en ê/o, (2 qui dispense de préciser s'il s'agit dembar, de mA, d'un niveau, d'une température, ... de plus le talon disparait Pour chaquecas précis, on pouna revenir à l'unité réelle de la variable si cela s'avère plus pratique.

z .l ntâcraJ.e..C.iu n e. Len dien. d u..lem.as.

x.Ç

- - )

d t ') de la forrtion du temps x, a pour

1otoIl

,t

rectangle = 1 mn x 107" = 107o.mn d'ott

.r- M v^ll rcE - LE crFr€T 0u RËGlfl-F -

S = Surtace du183

184

L'unité %.mn peut surprendre, mais quand on muhiplie des % par des mn, on n'obtieritpas des mm2 ou des crn2 !

De même, il est facile de caloller (plus exactement de mesurer)

f -= 10v..mn

f :^=20ato.mnet n'importe quelle autre valeur de l'intégrale de la fonction x. C'est pour cela que nouschoisirôns 'l'àcheton'gortr tester les régulateUrs. Quand x prend une valeur négative, la

surface prend le signe -

Régulateur P + |

La fonction intégnale s'ajoute à la fonction proportionnelle : la sortie ( Y ) du régulateur estaugmentée 1ou diminuée) de la surface de l'tuart enfe X et W multipliée par le gain Kpet divisée par un coeffcient réglable T1 .

- rY = Ye t Kp (x-w) t+P l(x-w) dt

, l )

Le coetticient T1 permet d'augmenter ou de diminuer I'influence de la surface sur la sortie,ëestle'æetfident de dosage de l'intégrale'.

11 est tosiquement sradué ;;;, ;;;;" r"æ" f;'[x-w) dt représente des %.mn (la

surface) divisés par des mn (fi ), il restedes%qui sâioutent au "/" de Yq etau A"delafonaion proportionnelle pour constituer la valeur de Y.sur cartains régulateurs, le dosage de I'int{'rale est indiqué an répétitions paf mn ila

valeur de T1 en mn est l'inverse du chiffre indiqué en Rép./mn :

2Ré9. / mn -----> fr =| mn

"," ..1,U RôP. / mn ---'Tl = 2 mn

La notion de répétition par minute est pratiqu€ pour vérilier un r{Tulateur isolé, mais enrégulation, il eit plus ômmode d'uliliser le coefficient T1. Le.passage de l'un à l'autreétàt simple, nous n'utiliserons que T1 en gatdant à l'esprit que le nombre de Rép./mn estl'inverse du temgs en mn.

Nota : T1 est parlois noté Tp.

Le schéma lechnologiou€ C:un régulatsur P + | pn€umatique esl donné p.2zt0

1 8 4

Vérilication d'un régulateur P + |

1 - ldenlege.:. Etfectuer le branchement indiqué page 179 .. Les régulateurs pn€umatlques et ôlectroniques sont g6néralementmontés dans un boltier comportant : les 9én6ratgurs de commandemanuelle €t de consigne, les commutateurs D / I et MANU / AUTO' desindicateurs (X, W, Y, X-W) et d'autres acceesoires utiles à la r6gulation(alarmes par exemple), Avant do comm€ncar les t€sts, il conÛent :

a) de repérer sur le'bornier' les entrées (alim., mesure) et la Sorlie quinous intéressent, et de 'neutralis€r' les autres.

b) de vérifier le fonctionnement des générateurs et des indicatdurs qui vontâtre, éventuellement utilisôs. (ll serait stupide de croire que l€ régulateurne donne pas la sortie pr6we si c'est l1ndicatalr de Y qui est décalé l)

Certains régulateurs sont construits sur l'instrum€nt de mesurage, d?ns ce cas, lasimulation de la mesure doit se faire comme indiqu6 pour les capteurs-transmett€urs de pression ou, pour les couples et les sondæ P1, avec un générateurde mV or.r d'O ; la suite des opérations teste à peu près la môme.

2 - Alignemsrn

'Alignement'est un t€rme qui vient du pneumatique : voir ANNEXE : PNEUMATIoUEpage 238

Ce tàrme a 6té conservé pour indiquer que sur tous les régulaleurs, quandMesure = Consigne, la sorti€ ne dgit pas varier si on change le gain.

C 'es tma théma t i que : S i X =W, (X -W) =0 e t Yo tKp (X 'W) =Yo t0 = Yoquelque soit Kp atfiché.Autrement dil : la sortie peut avoir une valeur quelconque, mais le fait de changer legain (la Bp) ne doit pas modifier csne valeur.

Comme X = W, l'intégrale n'inlervient pas, atficher un T1 plus petit que 0,5 mn (ouplus grand que 2 Ré/mn)Pour vérilier l'alignement': générer une Mesure égale à la Consigne, faire varier legain et observer que la Sortie ne varie pas (ou varie peu).

RÉGULATEUR 185

M.é.1h.4d.e..(Anid.e : bouclage du régulateur sur lui-môme. Cene méthode n€ néc€ssilepâs d'accessoire particulier, elle- consiste à envoyer la sortie (Y) sur l'entrée (X)'rêgulateur en inversq. Les indicateurs en façade permenenl de vérif ier queW: X = Y quel qu€ soit le gain. (f; très faible p€rm€t des manipulations rapides).Le bouclage'est la configuration idéale pour régler un alignement mais il 8st parfoisnécessaire d'adapl€r l'entrée du régulateur au signal Y qui va lui âtre envoyé' parexernple augment€r la résistance de ligne en 4 - 20 mA ou augm€nter le volume dela liaison sortie-entré€ en oneumatique.

} M VAJAICE . LE CAF!{ET OU ÉG1.EI,f| - 185

' t86

@ :Si avec Mesure = Consigne, la sortie varie quand on change le gain, uneintervention est nôcessaire :En pneumatique, les vis d'alignement sont laciles à trouver ; procéder pâr petitesretouches successives alternativ€ment av€c un gain faible 91 avec un gain lortiusqu'à obtention de variations de sortie les plus laibles possible.En électronique, il y a un ou plusieurs potentiomètres à retoucher, la notice duconstructeur dit lesquels.Ouand zu num6rique, s'il ne s'agit pas d'une simple confusion entre les entrées, lessorti€s ou les diverses fonctions possibles, mieux vaut laire appel à uninlormaticien !

3 - Vérificarion de la fonctio0. prooortlgnnelle

Consiste à vérifier que les variations de la sortie sont identiqu€s aux variations de lamesure si le gain est d€ 1, deux fois plus grande si le gain €st de 2, deux fois pluspetite si lê gain €st de 1/2, elc ...

Bien sÛr la position de départ est Mesure = Consigne et l'intégrale qui ne doit pasintervenir, est 6liminée en faisant T1 plus grand que 50 mn (ou plus petit que0,02 Rep/mn). Attention cette 'suppression" de l'int{7rale doit se laire à un moment

sortie est stabilisée à une valeur moyenne (environ 12 mA ou onviron 600où lambar).

Les variations de la mesure, consigne constante, peuv€nt être remplacées par desvariations de la consigne, mesure constante : ce qui compte, c'est l'â:art (X - W). Lasortie évolue €n sens opposé avec W €t av€c X, mais de la même quantité ! D€même seul le sens de variation, distingue la position DIRECTE de la positionINVERSE.

Exemole d'essai : Gain atficfré : 1 ( Bp 100% ), INVÊRSE. Une augmentationde +2O/" ( 3,2 mA, '160 mbar ) de la mesure doit donner -20/" sur la sortie.Si ce n'est pas le cas, modilier le gain affiché ,usqu'à obtenir -207" ot noterla valeur qui donne ce gain réel de 1 .Sur certains régulateurs, la graduation du gain peut êtro déplacée :l'amener à la posilion correcte. Sur les autres, on ne pourra que noter lesécarts ou prévoir une révision de I'appareil si ces â:arts sont trop importants(par exemple Kp = 2 avec gain atfiché = 1). Plusieurs valeurs du gain seronlainsi essayées autour de diverses valeurs de la sorlie ( 50%, 25%,75% ).Les gains forts Kp = 5 (Bp 201") er Kp = 10 (Bp 10%) ont autantd'importance, sinon plus, que le gain de 1 (Bp 100"/").

4 - Vérilication de la fonaion Intégrale

ll est commode pour vérilier cette fonclion du temps, de suiwe les évolutions de lasorde sur un ênr€gistr€ur (vilesse de d6roulemenl assez 6levée : au moins 1cm/mn),mais ce n'est pas indispensable ; on peut aussi observer la vitesse de déplacementd'une aiguille en m€surant le temps avec une montre. ll s'agil de vérilier que le'dosage de l'intégrale" correspond bien aux valeurs indiquées.

?p.Shion Ce -dé.çgI : Mesure = Consigne,Oirecl ou Inverse au choix.Kp qu€lconque,Tg sur la valeur à vérifier.

1 8 6

RÉGT',IJTEUR 187

. not€r la valeur d€ Y, ( c'est Y6 )

. faire une nariadon sui X ou sur W ; la sorde aura une varialon lmm6dlde due àla foncdon propordonnelle. noter la nôwàtte valeur de Y, ( Yr ), la varldon se por.rrsuit de laçon côndnue (alelle n'est pas arrètée) jusqu'au mini ou lusqu'au maxl de l'lndlcateur ou del'€nregisù€ur Pour l'arrôter il suttit de faire X = W ( ou W = X). ce (u'il faul mesurer, c'est le lemps néc€ssaire pour 'répétef la variadonimmédiate due à la proportionnelle.

exemple :Yo = 8/q Yr = 55o/o ===> variation : 55'48 -- 7'%mesuier le temps quo met la sortie 6n cours d'évolution pour varler de 7n".C€ lstnps doit âtre égnl au T1 dfiô6.

L'utilisaùon d'un enrsgistreur dispense de noter les valeurs (la manipuldion est plusagrôable).

.F M VAtl^rCE LE CARN€T orJ RÊq;L,fi - 187

188

5 - Fregsl.ens.MAl.tu./_a.ul0 ..AlJJ.Q.1ùtAryuMANU / AUTO : av€c X = W, la commutatim MANU --> AUTO ne doit pas produire

de variation de la sortie. Si c'est le cas, la remise 'en

6tat estindispensable.

AUTO/MANU : la sortie doit prendre immédiatement la valeur afliôée par lacommande manuelle.

.Ç.e.ç..narticu.fi .ç.r.ç. :certains rfuulateurs comportent des dispositils spéciaux permettant l€s transfertssans-à-coups.Le.passage MANU ---> AUTO avec Mesure ré Consign€ est alors possible sansvariation brutal€ de la sortie mais seulement si le régulàeur est boudé sur lui-môme(ou en régulation).

C€ci peut être obtenu, par exemple avec une suppression provisoire de latonction P. La sorti€ varie lenternent sous l'action de l,intégrale et la mesure,bouclée sur la sortie, reioint doucem€nt la consigne.

Pour que le passage AUTO --> MANU se fasse sans à-coups, il suffit que la sortie dela commando MANU soit égale à la sortie Y du râgulateur en AUTO. Ce qui estobtenu en o.bligeant la comm. MANU à suivre la valeur de y (seulement sur Àuro,évidemment !).

La fonction dérivée

Définition : la dérivée €n un point d'une fonction du temgs, est la vitess€ de variationde c€tte fonclion en c€ point..

h dérivée de la lonction du temps x. - dxs'ecrn af€t , en régulation , s'exprime en 7o

^ ffr comme l..a * x er +

Jsont dos symboles d'opérationsmathématiques

t - - -

188

t (En)

RÉGULATEUR 189

.trac€r la tang€ntg en cs Point

.m€sur€r la p€nte de cstte aroite.: fr

exemole : tangente au point A ,

la droite va de 19% à 41% en 2 mn61 =41 -19=22T"

À t = 2 m noJ = ZztZ= 1 1 yo par mn^t

S= r rz. l rn

aupoint a ' $=$=o aupoint c : l3#"=='$=to"z" / tn

exercic€ : calculer les dérivées au point A , B et C de la fonction du temps ci-dessous :

0

A S = o

t S=-

f =o9/"ï -=

-

I t (I'III)

0 divisê par quelque chose c'est encore 0par contre diviser oar un nombre très oelil

I

comme 0,00001 (ft- i tôô') c'€st multipl i€r

oar l'inverse (1 0 000) et ça donne un nombretràs grand.

( - est le symbole de infini )

C - c o

Oérivésdrclchehn :

J. M VALANCE LE CARNET OU FÊGLEUR 189

T(q/o)

190

t(nn)

La dérivée d'un échelon ( 0 , "ô , 0 ) est une fonction mathématique compliquée connu€sous l'appellation Ionction de DIRAC".

" n o , $ = o , e n B r # = - , " n c : $ = o , e n D , * = - -

d'où le graphique :

Dans la pratique, l ' infini ( oo ) nedépasse pas 1,4 bar ou quelquesdizaines de mA !1(En)

Dérivée.d'ung fonction liné?ire :

x(o/o

30

20

t0

3 l(ttur)

Représentation oraohique des.!'ariatio0s de la défivée :

1 9 0

NÉGU.ATEUR I91

@

Régu la teu rP+ l+D

La lonction D s'ajoute aux deux autres

Y= Yo rKp(x-w) tff Jtx-wlTa : coefficlent de dosage de la d&ivée' il

dr + Kp.rd{$JryIs'exprime en mn (quelqu€fois noté

Tv)K p . r a . # ' * ' #

Remarque : Dans l'équation d'un régulateur P + | + D apparait souvent Un co€fficient c.

Y= Ys *aKpx *F , I td r +Kp. t #cr indique que la dérivée rnodifie le gain.

en théorie , o = 1* mais ce n'est pas toujours le cas.

Vérification de Td:

La dérivée d'une rampe étant un€ constanle, il est commode de générer une ramp€sur l'entrée mesure.

yry

Lâ lonction intégrale est éliminéê par T1 plus grand que 50 mn (ou 0 Repimn)..Le gainKp p€ut ôfa québonque. Direa ou Inverse change seul€ment le sens de la variation.

Pour générer une rame, la méthode la plus simple consiste à utiliser un régulatzur P + |intégrant un 6chelon.

La pente (évolution ni trop lente, ni trop rapide)est réglable par :. l'arnplitud€ de l'ôcart (X - W). le gain Kp. T i

La pointe de DIRAC peul être éliminée sur le régulatarr P+D en le passant en AUTOseulement après l'échelon.

.t- M VAI.ANCE . LE CAFN€T OU FêGI-ELN . 191

192

ldaûielJaliem:

Schéma:

- afficher le T6 à vérifier,- faire un échelon sur l'enfée du régulateur P+l- enregisùer la sortie de P+D- taire Td = 0- mesur€r le.temps que met la sortie pour retrouver la valeur qu'elle

avait au mom€nt où on a fait T6 = 0. Ce temps doit être égal au T6affiché quel que soit la pente de la rampe, quel que soit le gain et enDirect comme en Inverse.

ê.aee,tltcer'r.re

pXo

Rre.Lbc-

i c.jt..

t

1 9 2

PROCÉDÉ 195

F n o q é d éNormalenrent le t€rme procédé désigne la méthOde à suivre pour obtenir un résuliatbræédé de fabrietiott'd'un prduit), àais par analogie anec le teme anglais iprccess'lËs gens de rôguldion désigàent pr procqdé.la nartie d1nstal6tion que l€ régulateur apouimission dà conduire automatiquement, dbÙ notre définition :

Procédé : lout ce qui se touve entre I'eotrég-deJ3cliqmetJ[ et la sgÛiÈdll-capleuL'lransmetteur m€s{rftnt la grandeur à ré91er.

Etude du orocérié en vue de la réculation

1 . @ :

Schéma Éel : circr.llation des fluidec Schéma fonctionnel : circulation de I'infoIm$.tion

Pour le choix de I'actionneur et son implantation, pour le choix du transmett€ur et sonimgantation, il est indispensable de coànaitre le procédé dans les moindres détails (les

tôprieiOi pirysiques ei chimiques du produit , les caractéristiques de la tuyaderie'...)'rnais ,t,âtu:de'di procé<!é en.v.te de Ia régulation'consiste à étudier,con:f_e11-Uqe'rFformé.$tin ."difi6 uæ..aqtre-lEtormgtioft : cômment le signal de commande--àl'êntré€ dol'ætionneur (Y) moditie le signal de sortie du capteur-ttanslefieur oa mesure (À).

ceûe laçon de roir esi, si I'on peut dire, celle du. rég^ulateur : l'entrée X el la sortie Y duregufatàùr sont dæ signagx i - ZO ml ou 200 à 1

-OOO mbat, ca no sonl pas le produit

ôaud et le débit de g;az I

Remaroue : Le fait de dessiner le procédé comme une petite boite no doit pas faireo u b l i e r q u ' u n p r o c é d é r é e l e s t t o u i o u r s s o u m i s à d e n o m b r e u s e spertrrbatiirns. pànaant les test sur le procédé, on cfrerche à les rendre lesplus faiUeg possibles. rnais elles existent buiours ..- |

!rJ

r,xi

FOUA

! ; ,

J. M VALANCE . LE CAFTNET OU RÊGLAJR ' 195

196

gxfndf : Sch6rna fmcrionnd du lour

Vanne fuef

débi t d 'ent tée

n l veati

Question : m€tfe sous forme d'un schéma fonctionnel le procédé "niveau,,ci-dessous

gratdeurs pertwbttices ==> peftJrbatiorrs

Températute ptoduit

avons provoqué des variations de( page 179 )

o

'd !

'CJ li

o.-to(âol{

'f{

Eol{

'-l No ' !> b l

ar!

a oh

q)+.1! c.lJ|t|+Jrr'-l

E Oo r ]+l O{

Bâpp.nçe:débi t d tentrée

Remarquer jusqu'où p€ut aller la ditférence entro los schémas : I,ENTREEsur le schéma tonctionnel est la commande de sortie sur le scfrôma réel.

2. Réoonse du orocédé

Pour étudier le comportement d'un rôgulateur, nousI'entée X et cbsenré ce qui se passait sur la sortie y

1 9 6

Vanne débitde sorÈie

téguTateut

Pmmmmmmmm�ÉDÉ 197.v_

De même pour étudier le comportement d'un procédé, il iaut provoquer des variationsd'entrée et analyser la "réponse'du procédé, Cest-àdire les variations d€ la sonie.

Attention : - Entrée procédé = sortie régulateur- Sortie procédô = entrée régulateur

Donc il est commods d'observer le procédé depuis le régulateur, maisREGULATEUR SUR POSTnON MANU. QlR9

\ '/Si le régulateur est sur AUTO., la boucle est bouclée et la réponse duprocôdôlisparait dâns le forrctionnement global de la régulation !

3 . :

Si un procâdé à la suite d'une perturbation trouve de lui-même une nouvelle positiond'ôquilibre, on dit que c'est un procedé 'naturellement stable".Par contr€ si le procâJé a besoin d'une action €Xtérioure pour relrouv€r une nouvslleposition d'équilibre, on dit qu'il est 'naturell€ment instabl€".

Pour illustrer ces notions d'équilibre et d€ stabilité, il faut imaginer l'éqgiliblg d'unebille dans. ou SIJL un bol.

STABLE

INSTABLE

\"/

a\(-

)

exemple : Dans un four où la température esl en ôquilibre, un€ petite augm€ntation duOOOif Oe combustible entraîne i lne augmentation l imitée de température qui va'stabil iser'à une valeur plus élevée. De même, après une petite diminution ducombustible, la temp6raturô va 'stabiliser'à une valeur plus taible. Ce procéd6 esttâturellement sta e.Noter l'utilisâtion de 'petite' : si la p€fturbation esl tràs importante, la bille sort du bol ...!

Aulre exemole : Dans le 'niveau' de l'exercice conigé, une augmentation môme p€titedu débit ae-aôrtie, si elles n'est pas comp€nsée par la mème augmentation du dôbitd'entréo (ælion extériarre) entraînera une baisse rêgulière du niveau iusqu'à ce quele bac soit vije : ce proc6dô est nâtur€ll€ment instabl€.

L a b i l l e a t r o u v é " n a t u r e l l e m e n E " u n en o u v e l l e p o s i t i o n d ' é q u i l i b r e

L a b i L l e n e E r o u v e r a p a s " n a È u r e l l e m e n È "

u n e n o u v e l l e p o s i t i o n d ' é q u i I i b r e .

.F M VAI.ANCE . LE CâAiIET OU RÊG.AJR . 197

198

4. Obtention des réoonses des procôdés ;

!r_l !?. installations. importantes, c'esl I'opérateur' qul aura la responsabilité deprovoquer une vadation sur le.signal de coftmande de factionnaur-dariaiion sur lacommande manueile) ; re rôre-du régreur est d'observe;Ë-Ëpb'Ë;-inàr", ,tchronométrer, ou enregistrer, les variation-s de h mesure).z lU-+--

,Tl-J-

-

p r o c . N a E . S t a b l e

p r o c , N a t . I n s t a b I e

5. élude des réponses des proédés naturellement stables :

.répcnp..ç...d.u...Ip.r.çmi.çr..p.r.C..r.ç.ll:Vawr-

Y(t)

é (rr...) exglication math, page 253

c'est la réponse idéale : TF^.q-ri p€rmet d'espérer une réguration parfaite et cefle que,bien sûr, on ne rencontre iamals.F!:::n de.rérérence pour toutes res aurres formes de réponses des procédésnaturellem€nt stables.comme un cercle est connu si on donne re centre et re rayon, ra réponse du premierordre est entièremenl délinie si on connait deux nombres :

- le gain statique Ks- la constant€ d€ temps 0 (thêta)

gain stal iaue

lgt9.5.,.le..gain.statique du procMé est re nombre par requer il faul murliprier ravariation de l'enlrée ( icj aY car l'onrée de l'acûonneur esr v) polr obtenir la variâtlon à'e sorrie(aX puisque la sortie est la mourr).

' opérateur, exploitant, fabricant, ... : p€rsonnes appart€nant au service responsablede la produaion.

198

PRoÔÉoÉ 199

^€*

ÂX - Ks AY d'ou

glglnllg : le procédé est "stabilisé". La mesure (X) sst à la valeur 587"(valeurs relevôes sur les indicatsurs en taçade du réoulateur en manuel ).On fait un€ variation sur la commande manuelle, pâr €xemple, + 57o enpassant de 47A" à 5?/". AY = 5/"La mesure augmente et stabilise apràs 'un cortain temps' à la valeur 6.4plo.AX=64o /o -58P / "=6 / "

,r.Ç"F, r " = ! = r , zConstânlê de lemos

Lâ constante de temps 0 ("thÔta") est 16 temps mis pour que la varialion de X atleigne63% de sa valeur finale. (explication math. pago 253)

Dans l'exemde ci-avant, le variation totale de X est de 6%.g s€ra le temps mis pour qu€ X varie de

Afl

f r x 6 % - 3 , 6 / "

Enclencher le chronomàtre au moment de l'échelon sur Y et le déclencherquand X passe à la valeur (58% + 3,6%) = 61 ,6%. Le temps compté est ôgalà 0 .

Remarq.ue : 0 6st appelé constan te de temps car sur un proc#é du premier ordre, cetemps êst le mêrne quelle que soit I'amplitud€ des variations : si les éôelons sur Ysont plus ou rnoins importants, les variations de X seront plus ou moins importantesmais 0 rest6 le méme.

LomnsJgÉgense.:Le temps de réponse 6st le temps nécessaire à la mesure X pour "stabiliser" ànouv6au. En théorie, l€ temps mis pour atteindre la valeur finale est infini, mais enpratique on p€ut €stimer qu'apràs un t€mps T, la mesure a cessé d'évoluer. T seraaggelâ'temps de réponse..'Une valeur approximative d€ 0 sera obtenu€ en divisant Tgar 5.

l s = r Il - 5 |

IÉn.cn te..C.u..1.er..c.r.C.re...e.v9..ç..Ig.mp t ..m.9.r..t

La rôponse €st du pr€misr ordre mais elle n€ commenca pas immédiatement aumoment de l'échelon. Le temps de retard t (tau) ost apgelâ 'temps mon'.

i : : : : . : . : . ̂ v . : . : . :. . . i , . . . 1 { l , .: KS : - . . : i î : . : . :' : : : : : : . : : : . . l r . . : . :

} M VA-ANCE . LE CARNET OU RECLzuR . 199

200

(^^)

Réo-onses rée_lles

Les réponses réeiles rsssembrent prus ou moins à la réponse ci-avant, maii sont en faitdes S plus ou moins grononcés.

( ^ ù

sur ces réponses, on fait une 'approximation, c,est-à-dire que |on cherche des vareursde 1 et de g qui donneraient une courbe du premier ordra avec t.rp. ,oi "..",proche de la courbe réelle.

ê0f:!?fb3!!raleeid, : r.esr mesuré entre re moment de r,écfrelon er r€ moment où ramesure commence à varier. Ënsuite ra mesure du temps lusquâ ce quàià'iariationsoit terminée donne le temps de réponse T ; 0 est ca.lorlé par e =l

hoortanr : Pendant |observation d'une réponse de procédé, il ne doit pas y avoird'auûe perturbation que r'écfreron ay ( ra réponse du procédé à ay * aruc *Amachin, no perm€t pas de calculer K. , 0 et t ! ). C,est pourquoi la

200

PNOCÉDÉ æ1prôs€nce d'un op6rateur sachant conduire le procédé en manuel estpr€squ€ touiour indispensaUe.

Egnarqrs:

Les opérateurs expérimentés connaiss€nt K. , 0 et I sous la lorme glivante '. si on lait'p'de plus sw la vanne, il y awa'ç' de plus sr la meswe dans ... minûes et il fan&aattendrà ... sændes avanique la meswe d&oile. Le réglzur astucieux se fait une idéede Kr en divisant 'F'W ta'et do 0 en divisant par 5 le t€mPs de r6ponse indiquÔ' test Uen sOr le temps de retard.Toutelois il faut 3e rappeler que les opérateurs conduisent par p€tite3 retoucheglmccessives sowent sui plusieurs comrnandes à la fois, ce qui pan donner une id6etausse des grandeurs rech ercfiôes.

d'un bon €nregistrem€nt de la meeure, on Peut

Refever f€s t€mps t1 et t2 mis pour atteindre 28Vo êl &/o de la variation de X.Monsieur BROIDA a calcul6 que la couôe "1er ordre + temps mort'la plus proche decette courbe réelle a pour valarrs :

0 = 5 , 5 ( t e - t r ) € t T = 2 ' 8 t r - 1 , 8 1 2

AXDans les deux approximations, le gain statique se calotle Pa5

6 . :

Les procédés dont la réponse à un échelon est une rarnpe sont dils"intégÊteurs'

' Victor BroÏda (f) était, entrs autre, Président de la Fédôration Internationale del'Automatique. J-M.V. et D.D. sont ômus et fiers de rendre hommage à ce grandingénieur qui a bien voulu les honorer de ga confiance et de son amilié.

Aooroximation line : si on disposeappliquer la méthode de v. BRoIDA'

L x /

201J. M VALANCE . LE CARNET OU RÊGLEUR

202

ÂX (7o)l = +

a t ( m n )09019 :

Le modèle est plus ou moins ressemblant lRéponse du procédé

€xemde : la m€sure al€mente de 107o par mn, a = 10

æelfrcient d'intégration : i- a"=TrLe coefficient d'int6gration ti€nt compte de I'amplitr.rde de l'écfrelon car, u€nstr, la pente est plus ou moins forte si l.6cfrelon dst t importarfi.

len ps tr'o,tt t (*tau') est le temps qui s,écoule €ntre le rnom€nt de l,écfielon dle mornont où h mesure commenoe à Évoluer.Les .grandeurs k et t 3ont sutfisantgs pour calcrrler les coefiicients-derégulation, mais il ne teut pas oublle qu,une drcite et un tsnps nnn:

J

. constituent une approxirnation de h r6ponse râelle: a/

7. ldentification de orocédé :

chercher à obtenir des courbes de réponse prôcises dans les conditions delonclionnement les plus diverses, est un€ opération'tràs délicate qui dcrit associer lesautomaticiens, les instrumentistes 6l l€s exploitants.C'ejt "l'identi.ticatign du p|ogédé", elle permet d,établir un ,modè!e. du procédé, c,est-à.'dire un€ équation mathématique dont la courbe représentative ràssemble à laréponsa du procédé.

L'approximation ''l er ordre av€c.temps mort" fournit un rnodè16 assez grossier rnais les1égulateurs P.l.D et los techniques de régulation numérique dôveioppées par M.D.indeleux, n'exig.enr p.ag gue la réponse du Érooète soit rigodreusement'iàenfiqLe à |arépons€ du procédé rôel (les premiers parce qu'lls n'ont quo trols réqlaoes Ko. il et Tdparce qu'lls n'ont quo trols rôglages Kp,et les.s€condes_parce quieltes sont étùdié$ iour). Lapfioximation-le? ordie + retardest alors satistaisante, l'6tablissement d'un modèlé trèg ressemblant étanl uneopération très complexe.

8. ldentif ication en automatioue :

c€tte méthod€ due à M. Dindeleux est simple et rapide, mais elle demande du'doigté' ==> réservée aux_ instrumentistes ayani une boÂne oratioue de la rôoulatlonou accomoagnés d'un ooéraleur capabte dô reprendffimoment.

ProcqCÉ.$Jnatur.eltefl lsnl slablQ.s :. stabiliser la mesure à la consigne dôsirôe. régulateur en AUTO. avec T1 =!g, TC - O ot Kp , une val€ur au cfioix du régleur(le'doigté'fera choisir un Kç-.,-l donne debons réeultas gur une lnstallâlon

semblable ) .. détermination du gain statique (Ks ) :

202

PROCÉoÉ æ

- faire un écùelon de consigne u %- enregisirer ou rel6/er sur l'lndicateur

€ = x - W après srabi l isat ion

' pompage'et recherôe du gain critique (Kpc)

faire de petit€s variations sur la consigne en augm€ntant Kp entre chaquenouvel ôcfrelon (les échelons sont lalts en + et en - pour rest€r aulour de laconsione d'exoloitation).t_e gàî critiqu'e Kpc eit la valeur de Kp Quand la mesure enù€ en oscillations.

É- cJt c lo ' . W

___J-

RJ-p.,,.t"t

-aL -\----w '

__J-

- È - -u = ; r K p c

. ' : b . : . . : . .

: . r t ' . : : : : .

relever la p6riode t 9n minutes ou en second€s et relever- lo g.ain ctitique KPc' puis

revenir à uhe naler.rr de Kp plus raisonnable (par exemple : Kp = Kpc/4)

Rernarque : il est hatite d'obsenrer la gortie du régulatanr : l'amplitude des variationsô 1399-6; V €.t Kp bis plus grande que I'amplitude des variations de la mesùre X.

( " . . " ,

--L_

_f-\R.c."-)

(R . e . " . )

-r- M v^l-AÀrcE - LE C^$lEr 0u REGLAJF ' 203

8.2 Rr.çç#.âs..natpreltsment.i0qk$les :, pas de recherche de K3 qui n'existe pas. recfierche de Kpc comme indiguée ci-avant.

e llmillr:

Les méthodes d'essais de proédés en MANU. ou en AUTO., expos6es dans cechapilre, donnent dee réguhats satisfaisants pour neul procôdée sdr dix. Reste ledixiàme qui ne sera ni waiment stable, nl waiment instabb'... dans ce cas ne p€rshésiter..à laire pppel aux compétences supérieurea I lt y a des problààesd'i<lenÙfication qui sont waim€nt très difliciles, une des qualhés dri réoleur eit de savoirlæ distirgu€r des problàmes courants d'insfumentatlori I

10 Eremole :

-EXemnlç..CjjC.gntif.çqtlen.faplC.e Procédé : remp6rarure sur un petir bur- la températuro sst stabilisée, rêgulateur sn position MANU.- |a vanne est à 47olo- la mesure est de 52%

. Avec la commande manuelle, on fait un écfrelon sur la vanne.Nouvelle valeur : S37"

. p plume de mesure commence à se déplacer 4 s après l'échelon.Elle stabilise à nouveau, vers S9"/o, après 2 mn 30 s.

204

d'où : ÀY = 53% - 47o/o =6o/o

ÂX=597" - 52/" =7"/"

,LE_3* . = | = r , r

o = + = = 3 o s

t = 4 s

' voire môme ' mullivariable '(le

I .

204

schéma fonctionnel comporte plusieurc entrées y el,

RÉGtJIATION N7

R E G U L A T [ @ N1 . SCHÉMAS FONCTIONNELS

1 .1 BÉsnf rlieû sÂ-n*tlr,le.Iefln*qi

C'ett te boqctc, celle otr la granda;r à régler est : ' mesurée (.X )

: ffi,#Y'1Ei'li5l,"'tY)réglage ( Y )

Avanlagos : la bor.de corrige lgxgg lee variations de x, donc tônt compte de toutesles p€rturbdions (de façon t p*fcrnaritet, rnais elle conig-e).

lnconriénients : dani la UciCe, Y rrarie quand un écart appardt enre -X e1 lt.-(atrend lamælxe e8t cliff6rente de la consignel. rutement dit : il 'aut que x scit différent deW ætn oue le ctisoositif do.tt |a mirsion eet de faire X = W, entre en ætion !D,àbord

'apparalt l.écart, en3uhe la correcdon ; toutefois dans les régulationg

pefcmantea, l'écart regiera tràe petit.

1 2 Antef,lr.li.r.mi .Â.: çttr!.t t..eslilIe:

l_a dplne d)verte assure Un fonc{qtngnent autornatique, mais ca n'est pa8 uner6gdat'ron, cd, b grrrderr à rôgler ( x ) n'e.t pas priee efi corndo par le régulatanr.

} t. YAJT€E . LE CAÊ.IET OU RÊEAJR

208

Aye0laCe : conige rapidement I'effet de la perturbation mesuréeSur le schéma : si le débit de produit à chauffer augmente, le débitde combustible augmgnte en même temps, il n,y a-pas à'attendreque la tempérdurg commencg à vaner.

lnconvénient : ne corrige pas les autres perturbations.Sur le schéma : si la pression d,alimentation en combustibleaugmente,. la te.mpérature ?ugmente ; il faudrait fermer un peu lavanne, mais le débit de produit n,ayant pas changé, la vann€ resteraà la même ouverture.

1 . 3...8.é.S.u_!C.!!.9.4..9.4fi .t9.. ( "Boucle f e rm é e " + " dt aî n e o u v ert e. I

Pour lenter de réunir les. avantages de. la boucle fermée et de la cfraîne ouvene,on peut additionner les signaux de sortie des deux régulateurs.

E est un sommateur réalisant Y = kt.Er + k2.82Le r{Tulateur ayant pour entrée Xl eit souveît inutile (donc supprimé)

1.4 8,é.g.u.la-!e..u.r....c,9.ç.ç.,gC-g- ( "Boucle fermée' + 'boucle fermée,)

Le r{Sulateur de débit Rrl raçoit sa consigne du régulateur de lempérature Rr2. Laboudo 1 est l'aciionneur (perfoimant) de la bude 2.ueux 00ud€s peuvenl également être imbriquées pour obtenir un etfet d,antrcipatron :

l__:--

208

RÉGULATION

/ \

209

La températur€ T2 est la grandeur à régler (c'est à l'utilisation que.la températuredoit avoir une vàleur constante). Tr, la température à la sortie du four, estreprêsentative de T2 d'où une première boucle sur T1. La consigne de cette boudeest donnée par le régulateur 2 qui comparê T2 à la consigne demandé€.La boucle 1 sst plus rapide puisque o et t du conduit en sont retirés. D'ailleurs onvoit bien sur le schéma fonctionnel que les perturbalions du four sont corrigées plusrapidement en passant pal Rrl qu'en passant par Rr2

lmoortant : Observer sur les divers schémas de ce chapitre que.les difïérencesapparaissenl surtout sur les.sc.h.ém.aç..19nçi.e0ne!S D'où l'intérêt de les dessiner I

2. ACTION DU RÉGULATEUR EN RÉGULATION

2.1ACU.çn.:T--o..(11..-O.g..8J:en j'(discontinue)

Le signal de réglage Y n'a que dsux valeurs : Y = 1 ToutY = O R I E N

si X est proche de WSi X s'écartê de W

Ce mode de rqJulation très "robuste" peut remplacer (nous le verrons plus loin) unerqlulation contiàue proportionnelle dans le cas où un gain fort peut être ulilisé.

2. 2 B.ç.9.q ! S..U.s n .f !.9.t!s.ç.t9. (d i sconti n u e)

Le signa.l de réglage n'a toujours que deux valeurs mais il commande un actionneurqui peut prendre tout€s los positions entre ouvert et f ermÔ.si X 6st proôe de W Y = 0 l'organe de réglage est anêté sur une position'.si X s,ôàne de w la motorisalion de l'organe de réglage est alimentée, l'actionneurse déplace (mouvement continu uniforme quelle que soit l'importance de l'écart). Lemouvàment'peut s€ taire dans le sens de I'ouverlure ou dans le sens de la lermeture,au choix, quand X s'écarte de W dans un s€ns ou dans l'auÙe.

Y = 0Y = l

J- M VALANCE - LÊ cAFt^tET 0u RÉGLEUR 209

2102.3

Lâ bncdon P du r6gulata;r eot udllgôe pour ouvrlr (o.r lerme) la vanne en popordon defôcan mre la meeure si b ænslgne ( X - W ).U6qJsdon du régulalew : Y =Yo t Kp ( X- t{ ) rrontre que ri X =W, c'est-àdire X-W_ r 0, la !o4o elt égde à Yg . Autiement dh, pour avoir une grandeur de réglagediffôrente de Yg , ll fant t,ln écan enûe X et W. Or pour coniger lea perùrbdone, I tautder valeirr dllérentee de Y6 . Donc la rôgulaûm P obllge h meaure X à prendre deovaleun dlfr&ente! de h conCAne W.

Conduslon : I: W -=> Y - Yo valeur frxe ,Dggtlg|{eg-jgg3qfÊC poaidone de la vanne, ll taut X * W,

atesure dlft6rente de la conelgne. On ne p€ut obtenlr deg varlatlona lmportantea sur layanne ayec dea écarta p€tlts que al le gain du r6gulateur est grand (ou la bandetropordmnde p€tlte).Plur Kp est grand, plue les écarts X - W peuvent ôùe petits, mais l'augmentation duggin est llmûté par le procédé.

Sur un pocédé'1er ordre + tenlps mgrf/alqLe_dgggln est donnôe paf :f . a r lpæédénatwellrn€ntrtebb : 1xe

= 7 x *" Ir " ' - l

. . 0 . 8KD = :""-:-' k . T

Kp : gain du régulateur e : constante de tempsft : gain statique du procôdé I : ,"mps mortk : coetîicient dlntégralion (proc6d. Instab.)

R{guhllon orooor{onndb (condnue)

procâdé neûJrellrnefit Inrtebb :

Àl ddà de cee valanrs, le procôdô €nù6 €n pompage æ-ilgndg : La réponse d'un procédé naturellem€nl stable a touml le6

lndlcallons suivantes :Ko = 9'60 = 2 m n

otrelle sera la valeur théoriqr" ;ï# l, g,,in du rôgutat€ur ?

1 æ ( 0 ) 1 _Kpmêd - ff ir 6p - 15

ou 'en bande propordonnelle' : & - ]$ - e,e re

210

RÉGrJr-ATror.l 211

A[eo]ien:. Pr.emièrement : cette valeur de gain est calculêe pour une réponse du 1'r

ordre + temps mort , c'est une approrimation de la réponseréelle Le gain calculé risque de mettre la régulation enpompage- En pralique, on essayera prudemment la moitié dugain calculé (pour terminer peut-être au double ... ça anive).

. .DeuljèOenlgn! : avant d'afficher sur un régulateur, une valeur calculée, il lautêtre sÛr que le repérage des valeurs sur le régulateur estcorrecl.exemple : un régulateur peut donner un gain de 20 sur laPosition BP = 1Vh

2.4 Act ion P+l (cont inue). - I

L'équat iond'unr{TulateurP+l : Y= Yo +Kp(X-w) t f f / tX-Wl A rnontre:. t )

1/ que la lonction intégrale donne au régulateur la possibilité d'avoir Y * Ys avecX = W

2l que la loncton intégrale fait varier Y tant que X est différente de W(page 183 : la sortie cesse d'évoluer seulement si X = W).

Donc une régulation P + | p-g9!-9!-!9Æ$-g!19 stabiliser avec X = W : l'action del'intégrale est d'obliger la mesure à rejoindre la consigne.

Réglage : l'intégrale fait que la sortie du régulateur évolue dans le temps. La vitessed'évolution -peut être dosée par le coefl icient T1 (en mn), el le doit êtreadaptée-âtâ vitesse d'évolution du procâié.Pour un procédé "1er ordre + temps mort" on aflichera :

f r j = o lll faut diminuer un peu le gain, la valeur limite devient :

l-e e l-ll a î R ; l

Les procédés naturellement instables sont eux-mêmespourra atficher'. _

t r i= 4T

2.5 Act ion dér ivée

La lonction dérivée tient comple de la vitesse de variation de la mesure. Ellen'intervient pas si la mesure varie lenlemenl, par contre elle donne de tortosvariations à la vanne si la mesure varie raoidement :

intégrat€urs. On

} M VA.ANCE . LE CARNET OU NÊGIAJR 2't 1

212

action dérivée lorte(les variations sont petites

mais brusques)

L'aclion dérivée est intéressante sur lesimportant. On peut introduire la dérivéefaudrait afficher

action dérivée faible(variations importantes maisl€ntes)

procédés présentant un temps mortprogressivement, théoriquement, il

sur procâiés naturellement stabl€s et instables, mais en pratique, la dérivée desparasites de la mesure devient gênante ("à-coups' zur la vanne) bien avant quecette valeur soit atteinte.

3 . PASSAGES MANU. / AUTO. FT AUTO. / MANU.

Pour que ces opérations courantes n'apportenl pas de perturbationssupplémentaires dans la régulation, il est bon de se rappeler :

1/ Pour passer de manu. à auto., il faut consigne = rn€sUre (W = X)

Z Pour passer de auto. à manu., il faut que la commande manu. soit à la valeurde la sortie auto. du r{Tulateur.

C_efrnpqlelIe,.€. : dans le cas 1/ il est évident que, s'il voil un écart, le régulateuragira immâJiatement.Ouand à Z, de nombreux régulateurs actuels sont équipés d'undisposilif qui oblige la commande manuelle à suivre la valeur de lasortie automatique, ce qui permet un transfert sans à-coups.

4. MISE EN SERVICE D'UNE RÉGULATIoII

4.1 instructions de mise en service d'une boucle simole

1/ faire un schéma fonctionnelUn croquis est souv€nt indispensable pour retrouverun endroit en ville ou en rase campagne, pour ne passe perdre dans un dédale d'automatismes, faire uncroquis est la premiàrs prâ:aution. Dans les deux cas,ne pas partir avant de savoir où il ,aut aller I

Z Observation : - procâ1é "naturellement " stable ?-procédé "nalurellemenf instable ?(la suile élant prévue pour un procédé stable, i l faudra la modifierlégèrement si le procédé €st inslable.

3 Conduite en manu. :N vérilier le fonctionnement de la vanne (en commande manu. avec

l'aide d'un collègue)

Al vôrifier le lonctionnement du lransmeneur (200 mbar, 4 mA)

Cl la pompe, le débit. etc ...

212

i i

I .

RÉcul-ATlot{ 2'|'3

D/ amener la mesure aux enviroos de la consigne chctisie, €n conduitgrnanuelle avec l'aide d'un opérateur

Et relever les conditions de fonclionnement : charge, t€mpérature, etcSi ces conditions changent par la suite, les rfulages d€vront ôtrernodifi& ( Page 217).

Ft la mesure est stabilisé€, faire un 'échelon' sur la vanne encornmande MANU.Chronométrer I etT de la m€sur€

Gl vérifier le sens d'aclion du régulalêurL'actionneur a été droisi Ferme par Manque d'Air, ou Olvre parManque d'Air pour des raisons de sécurité (l'abserrce du signal decomrnande ne doh pas provoquer une catastrophe).Pour choisir le sens d'action du régulatzur, il taut se poser laquostion : Si la mesure I pour la retenir, faut-il que le signal decommande (Y) l ou J ?

B.gm.afgUg : compte tenu de la sécurité, il y a 99 chances sur 100 pourque le régulateur soit INVERSE.

Hl afficfrer Kp='ll2 KpthéoriqueT t = 0

(ou Tn)T a = o

(ou Tv)

Faire consigne (W) = mosurô (X), passer en AUTO.

4 Tests à etfectuer en AUTO. :Faire une petite vatiation sur la consigne et observer comment la mesurerejoint la consigne :Si la mesurà rejoint la consigne sans dépassem€nt, K p €stprobablement trop petit, un léger dépassement avant de rejoindre laêonsigne indique un Kp correct, des oscillations indiquent un Kp tropgrand.Faire les variations de consigne en plus et en moins autour de la valeursouhaitée Par l'exPloitantAprès cfraque retouche de Kp, vérifier par'un échelon que le nouveaugain n'est pas trop lort.Ôes essais sont lacilités par l'utilisation d'un enregistreur (une voie pourX, une vcie Pour Y).

I Recherche du coefficient de dérivée (fa ott Tv) :

S€ulorn€nt sur les procÔdés av€c temps mort important (20 s el plus).Augmenter T6, faire une variation de consigne, observsr la m€sure etsuàout la vanne : si la mesure est parasitée, la sorlie va s'agiter, si lav'ann€ s{rit le rnouvemenl. elle s'us€ra ùès vito.S Ta apporte une amélioration, continuer à augmenter sinon retour surune naleur dus fiaible.

J- M VAIIAICE - LE CAFUIET OU REGLEUR 213

214

4.2/ M!Se.*gq..çp..ty.i.c.-o__dlsne_rég u_!s..tj.çn .mir.te

Les schémas (réel et fonctionnel) sont ceux de la page 208

. Pour la sécurité, la vanne lerme par manque d'air ( F M A ) :

Y 2 æVanrn : fennéc

100 nbar

ouçÊtÈ

. Sens d'action du rfuulateur de température : quand la température 1 il taut fermer(un peu) la vanne, donc diminuer le signal de commande Y,

X Î YJ = l nve r se

. Le sommateur ne doit pas modifier ce sens, ni la valeur de gain afficfré. L'entrée Eesera donc affectée du signe + et k2 sera réglé égal à 1.

M!s..e..e.n..ç.çLvi.çe.dp-.1ç..b-o..qdp..T-e..m.ée.;

Dans cefie phase et tant que k1 n'est pas calculé, le débit de produit est seulementindiqué, i l n' intervient pas dans la régulation (l 'entrée E1 est neutralisée ou lesommateur est by-passé). La mise en service est donc celle d'une simple bouoe.

Réglage de !a chaîne ouverte :

Le rôle de cet aulomatismê est de faire varier le débit de combustible en prooortiondu débit de oroduit à chauffer.Le débit de combustible est commandé par la sortie Y du r{;ulateur de température,le débit de produit €st indiqué par X1 . Pour comprendre le rôle de l'automatisme,imaginons que la température soit bien stabilisée. Un relevé nous donne Y = 50% etXf= 60%. ll apparaît une perturbation : Xlpasse à 67"/o. La température va diminuer,pour la ramener à la consigne, la sortie du r{Tulateur évolue et stabilise à nouveauà 59/". Donc pour corriger 7"/o de >q il a tallu 9"/o de Y.Si dès l'apparition des 7% de plui sur le débit, il apparaît g"/o de plus sur y, latempérature ne changera peut être pas ?! C'est dans cet espoir que le sommateurest ulilisé.Généralement la grandeur réglée varie quand même (le temps de réponse à lagrandeur perturbatrice est rar8ment la même que le temps de réponse à la grandeurde réglage), mais la variaùon pourra dans certain cas ére très anênuée.

t

214

4.3 M!.ç-o_..en...ç-e.ry!.cs*..d..1p-nç._.r.é.gs.[elio-n..çeg_c..ed..e

Les deux montages de la page 208 sont soussemblables : ils sont constilués d'une boucle à évolution€xterne) par un€ boude évoluant plus lentement.La boucfe interne (la plus"rapide) sera mise en serviceconsigne intêrne).

l'aspect'rapide'

et testée

RÉGU.ANON 215

théorique, assezpilotée (consign€

la première (sur

Après commutâtion surcomm€ faisant partie du

consigne extern€,procâCé. La boude

vue par la boucle principaledevient une boucle simple.

elle seraprincipale

Une reprise en MANU. partielle peut être faite sur R2

Remarquer qu'une reprise en MANU. sur R1 élimine les deux régulateurs, parcontre si elle est faite sur R2, le régulateur R1 reste en service (si la boucle R1lourne'bien, ce serait dommage de s'en priver !)

5 - Cas oa r t icu l iers

Si le schéma fonctionnel de la régulation que vous devez mettre en service nefigure pas dans ce chapife, soyez très prudent, il pêrrt s'agir :

- d'une erreur de vofe part,- d'une erreur de c,onceplion du bureau d'étud€s,- d'une régulalion mullivariable.

Dans ces trois cas, n'hésitez pas à laire appel à des compélencessupérieures (voir page 204).

"F M VAIINCE . LE CAFINET DU REGLA.]F 215

,\CT ILr\Nf U fis

:,

-)2,

216

6 - Régulation numérioue

( r--------'t \t - l

- - - - - E - - - - - - - i = -

ff

l.E.S. = Interface Entrées Sorties

Dans un premier temps, les technologies et systèmes numériques p€rmettent de réaliserdes régulations P, I et D très perfectionnées. Certains €nsembles identifient eux-mêmesle procâCé, calorlent les coetficients Kp, T1 etT6 les mieux adaptés ... et s'en servent ! '

Ces améliorations technologiques sont très appréciables, mais ce ne sont que desrecopies d'appareils basés sur les tecfrnologies tradiùonnelles, il y a encore mieux ! ...comme le montrent ces extraits d'une conférence de Monsieur DINDELEUX :

B.Q.O. : Réoulation Qualitative Ootimale

'Le développement des tæhnotogies et systèmes numériques implique une remise enause des concepts dassiques de régulation liés à l'utilistion des tedtnologies et deI'i nstrumentati on analogiqu es.Depuis que les élætoniciens, puis automaticiens s'intéressent à I'asseruissement ou àla régulation des systàmes, les algorithmes fonaions) de type proportionnel (P),Noponionnel et intégrcl (P.l), propoftionnel + intégrcle + dérivée (P.l.D) turent etdemeurent enære les plus utilisés.

Que le régleur s€ rassure: de lels appareils ne lui retirent pas son travail ... aucontraire, en facilitant la régulation, ils lui donnent un développement considérable, ce quisignilie beaucoup d'activités sur les mesures et les actionn€urs !

216

RÉGULATION 217La simplicité et la ctmprâhension physique de cas algorithmes en sont les avantagesprincip.ux, ce qui explique m grande partie leur succàs.Mais I'avènement des technologies nouvelles (systèmes de conduite à micro'processeurs et calculateurs numériques) nous Permet aujourd'hui d'ouvrirsensiblement le champ des possibilités et nous amène à repenser certains conceptsde Ia régulation, qui proposent des solutions plus vastes aux proHèmes posgs p1!4conduite des procédés industriels. Faut-il en déduire que les algorithmes Pl et PIDseront afurdonnés ? ceftainement Fs ... "

lci sont mentionnés les inconvénients et les limites de la régulation classique,essentiellement le fait que les coefficients Kp, T;, T6 sont calculés dans toutes lesméthodes, d'après Kr,0 et 1, ou k €t 1, or ces grandeurs changent avec lesvariations de charge ou de consigne.

"L'effet le plus néfaste de ces variations est sans doute celui qui modifie le gainstatique du process.Le calcul théorique montre que la régulation entre en "pompage' si le gain statiquedouble. Ce phénomène est bien connu par les techniciens responsables de laconduite de procédés à ùarge vaiable.ll est ators admis en pratique qu'un ajustement des actons de régulation n'est valablequ'autour d'un point de fonctionnement (en consigne et charge) puisque I'identifrcationet les réglages d'actions sont eflecrués dans I'hypothèse de linéarité'.

Suit la présentation de la R.Q.O. ... une régulation est q9..e!!!eli.v..ç si elle permetd'impossr certaines "c*qlAqteristiqu*e"S à la réponse de la mesure (X) à un échelon deconsigne (W) et gpllgle si elle permet d'imposer l9gl6Les-€tA@g-eg de laréponse (on impose à X une f4octoire pour rejoindre W et une seule) ...

...que le lecteur me pardonne :les techniques numériques de régulation sont tréssimples à utiliser mais les expliquer sort latgement du cadre actuel de cet ouvragelUne présentation "visuelle" en est faite ici car les ordinaleurs qui les supportent (dumicro-, portable, aux grands ensembl€s, meublant toute une salle) font et feront de plus en pluspartie de l'environnement du régleur mais les " détailler " pourra faire I'objet d'un autreouvrage...

Monsieur DINDELEUX a démontré que les inconvénients et les l imites de larégulation PID sont estompés par la R.O.O

Avantaoes et in@nvénients de la R.Q.O."Les avantages de la R.Q.O. peuvent se résumer ainsi :- obtantion de la réponse désirée de la variable de sortie (X)- meitleure stabilité (robustesse) de la ré<.trulation lors du changement du point delondionnement (consigne ou charge) du système process- inlluence atténuée de la non-linéaité du procédé- mise en oeuvre relativement lacile si t'on dispose d'un système de régulation àmtcfo-procasseur- extension possi e de la R.Q.O aux systàmes multivariablesI'inænvénient oilcioal de la R.Q.O. réside dans la nécessité de dispser de systèmesà micro-process€urs ou de calculateurs numériques. ll semble dillicilementconcevable d'agpliquer une R.Q.O , par Ie prix de revi€nt , si l'on ne dispose qued'înstrumentation et tedlnologie analogiques dassiques.

f..ç m et !ç n . à..!a..F"Q.Q, :Pæ iàs iàiormances at son approdte, ce nouveau æncept de R.Q.O boule'varse

sensi ement les idées et méthodes issues d'une lormation dassique en

} M VALAAIC E - LE CAFTNET OU RÊGLEUR 217

218

asservîssement.Ce concept doit compléter et non etlacer les concepts de régulation PI, PlD,cæc',des.Le proHème de tormation se pse alors.En ce qui concerne la lormation continue, l.A.A. ( lnstrumentation et AutomatiqueAppliquéa - département de INTERFORA ) dispense déjà l'enseignement de laR.A.O. à dilférents niveaux ; souhaitons que la lormatian première de techniciens ouingénieurs en automatique industielle résewe une paftie de son enseignement à laR.Q.O, particulièrement adaptée aux systàmes numériques de conduite à micro-præ€�sswrs.

Êçndasipn..;La RQO est de mise en oeuvre tacile si I'on dispose d'ensembles tedtnologiquesnumériques. Les pertormances de la R.Q.O sont sensiblement meilleures que ccllesobtenues par les rQ1ulations dassiques.La R.Q.O valorise saf,s auarn doute les tedtnologies numéiques, il serait dommageque celles<i soient uniquement utilisées en reæpie de concepts taditionnels issiusde la technolog i e.analog iqu e.

Auteurs cités :

- D. DINDELEUX : 'Techniques de la Regulation Industrielle" - Editions Eyrolles- P. NASLIN :'Technologie et calcul pratique des systèmes asservis" - Ed. Dunod- P. DE LA FUENTE : cours orofessés à l.A.A.

t

2 1 8

T .IJfl pUlssarrCe

PROVOXpIUs !^ La fabrication intégrée dans les procédés industriels peut s'avérer complexe et

meme onereuse.Les systèmes de contrôle-commande et les calculateu.rs, de par leur complé.-

mentârtte- ont châcun leur role â:alculat,eurs. de Dar leur compte-mentarité, <i-n! chacqn leu.r rô-le àjouer pourélaborer des solutionsc om De LlLlves.

te svstème numérique de con-trôle-c<immande de FiÈher Con-trols a été concu dés le départ afinde nermettre I'intésratioh des ré-sea'ux de contrôle--commande etinformatiques, de.manière inno-

vaf,rrce et ec0nomr-Mseau local du Site

l ogicieled'application

Ccrrtion de hocédéBage de donnêes hieto-rique, Prévicion et ruiYide! lot r. Optimisst ion,Simulation, AnalyrGs,Supcrvirion, SQC/SPC.

que.- Des évolut ions

récentes ont dotéc e s y s t è m e d em o Y e n s p e r m e [ -tanl de iésoudreles problèmes d ' in-téryation des pro-ceoe s.

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Trensmcttcurconvcntionncl

Actionncur/Démerngc Jc moccur

Taxnsmc!taurintcl l igcnr

Trrnsmcrrcurconvcntiooncl

Âctionncur/Démrrrege dc moteut i-. i

Trrnsmcrtcurinrel l igcnt

Trrnsmcrtcurconven!ionncl

Âctionncur, 'Dcm.rrr.rgc Jc nrotcu

in lcmc + 3

:stc dc conduitc i Colfrct déponc pour'otcction rcntbrcce moJulcs,lc tr: itcmcnt ctrntrcl 'cnvironncmcnt d'intcrfeccd'E/S.

Colfict Jcpone po.rrmotlulcs J'intcrtrcc.l'E/S r .list:nce

Bus uniré muldpoinr

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AUTOI\IATE

PNEUIIATIOUE2æ

technologie pneumatique

ulateur oneumatioue à balance de lorces :

La balance de forces pneumatiques est présenlée page 64.La force d'entrée provient de la diflérence entr€ la pression de mesure et la pression deconsigne.Le ressort fixe Yg : veleur de la sortia Y quand msur. X = oonsigna W Ce ressort esl souventremplacé par un soufflet identique au trois autres ;sn position t\il,ANU, le rfuulateur est hors service, maisce soufflet r€çoit la pression générée par le dispositif de commande manuelle : en position AUTO le soutflet€st isolé, Yg est alors à la dernière valeur de la commande manuelle. Ceo explique la présence d'uneenlréeR(ou F - " Feed-back'= Réaction enenlrée R (ou F -" Feed-back'= Réaction en anglais, p€rmenant de relier la réacùon à la sortiê du relaisou à la commande malgele-Lelqque X l la buse se ferme ot Y 1.L'action lnvcrs. s'obtient parinversion de X et W :

Le scfréma en nâutEe page est i-illustration mâænique de la lonaion P.ll n'€st pas nécesseire de connaîlre la technologi€ d'un régulaleur pour tester son fonctionnemenl, par

contre il faut avoir une idé€ daire de ce que l'on drerche à vérifier. Ce sôéma (qui sera repris pour lesfoncÙons P+1, P+D, P.l.D.) p€ut aider le raisonnement. Ainsi l'exemple traité page'181 peut sê dessiner :

p u i s X / d e S O r l b . r r , l  b u s c 5 , o u v r e , y \s e r e t r b L i :

e\

o u e n J I t e c c :

l l . , ' e i q u i l i b r e

l a r e a c t i o o 3 L r s s \ , è ! i t i q u i L i b r e

Àl Y + 3 0

Eqr . r ' , I i b re

r v è c i = l

i f - io a

.m 5 q u ! I i b r È

SAggEl : un système assêrvi comme la balance de lorcês ne peut ètre qu'en équilibre ... ou en pânne.

J . M VALANCE LE CARNÉT DU RÉGLEUR 239

?AO

Schéma technolooique d'un régulateur P + |

Rétul.teur p!.rsr!iqu. i brl.ûcê d€ lorcca

La fo,Êtlon i l l tégi. lê, cte.t-à-dira le prisc ca corpt. d. la aurfscG d.l .récrrt x - Lt e.c effrcluéa grâcc à uo loufffet dc coûGrc-rÉ.ct ior ( i lc:.rcê uoc force opposéc à l . rércl ioû) al inêDté p.t !a sott ic à rrsv.rgua robinl l poincê.u. Cê robln.t coBdit ionoa !e !a!p. dG Eaopli .raagc dutouft let C,R, ctcrt autl i ule rr iron d. gladuGr se pori l ioo'co u.En looctiori P rcule, l . souff lêt C.R erc ul i l i !é pour y^ Er 9ori . l ionl{Al{U, ce souff l .r er! reccordé à le colraudê oeo"lt lc.

-

I l .ê!t i .ùpo.re[! dê rêû.tquer qtr. cecla bel,arce oe peut âtrc êr équi l ibrêquravcc I 'égal iré des grr i . ioûr coolr.-réâction . réaccioo êr I - H.l four varrons eo régul,at ioa que ce!!ê pârt iculsriÈé ett ertr-àcoelt io!ércscratc

R . | l a r ô u ê s :

l ) Ob3€rvêr qu. d.ns ler !éSuleteur! p +corraspoûd ! I 'addi l ioo ( t ) dc coutcraût la ocl lura et conr ignc.louacfoi3, lâ sorl io gÊuÈ Coujour! êtrc reoenée à \rne valcur coEduc êdcorut:Dt ÀUTo/!{ t{U êC HA!{U/^UÎO. Cod. il . été diG Dlu. hru! :sur L: po.l t ion HÀttU, Yo pr.nd Ie vrleur dc 1r coannàc EÀru.t lc. C.rt .co@uràtlon ert à f . i !c avcc X - g sinon KP(X-H) rrejouccrr ioédiegcocntI vo .

2) Cêtt. i .û! régulâa€urr, êr! p.rr icul ier ccux p!évut poua l . réBul. l ior d..procédé! discor! inus ("brrch-proccrr") :onr équipér dc disp;! ir i !sél iûin.û! I 'acrion iotégrr lc quend 1'écttt X - u elt i roorirrt .Pour cc. aégulâ!.ur!, la fonc!ion I nc p.ur êgrc vdti f i ic qu'avcc dcrécrrtt l ior i ,ré! (9.t "x.E! ' le : : tO!)

Alignement

L e i h a n 8 e o e n r d e p o s i t i o n l u ? o r n c 0 ( c h a n g € c e n c d c B : i û )i ' é q u r l r b r e i a I € s u p p o r ! i o i é r r e u r e s c " . r L i g n é " a v e c l e( c . q u i è s c o b t e n u p . r l c a J e u i v i s " d ' À I i 8 n . E ê n t " ) .

I , Yo ê! t ur . v l lêur vrr i rb lê qutl . r lur f rc.a qui tc soat dév. t rpÉ.t

n ' r t f è c r ê p ô sf Léau Je l . r o . l r nc€

T

240

PNEUMATrcUE 241

Schéma lechnologioue d'un r6gulateur P + | + D

SchéE! :

vlritrte : cerlgiulà Le qarurc. d(X-lJ)

conStructeur! appliquent la fonction dérivée seuleoenteet rcqlecé par dt

À .

S c h é E r :

J. M VALAIICE . LE CAR{ET OU RÊGLEUR 241

Annexes 243

L l s t e d e s a n n e r e !

242452Æ24728249250251

Alphabet grecBruilComposants 6l€ctronhuæ (quelguee ...)( dB ) d6cib€lDé:ignaion des ùbesDildation des môtaurEauEau (suite)Equaion du 2ème degré prye262

252 Fibre optique253 Forrtion de ùansfert du 1er ordre2 s . 9255 Humidité de l'air "point de rosée'2æ Humidité (Mesure d')257 Log et log258 Note6 p€rsonnelles259 Masses volumiques €t carætérisliques de quelques corpe : solkleræ0 ' liquideg261 ' gazæ2 Moyennee arithméthues, géornétriques, quadrdiques .263 Notaims du calcr.rl ooéraionnelM Perte de charge265 pH

PNEUI,6T|QLE ( tÊônologi6 des régulateurs pneumatiques ) ?39266 Pousséed'Archimède67 Powoirs calorifiques26,8 'P1 10O taUeæ9 Puissance et énergie270 Repr6sentation conventionnelle271 Teirnesconvontionn€lles272 Table de conversion couple N273 Table de convsrsion couple N (suite)274 Table de conversion couple C275 Table de conversion couple K276 Table de conversion couplee J277 Table de conversion couple S278 Table de conversion couple X279 Table de conversion couple X (suite)æO Table de conversion couple Bæ1 TaUe de conversion couple Eæ2 Température de fusionæ3 Trangmission de cfraleuræ4 Trigomm6trieæ5 Unh6sæ9 Unirég U S29'l Vocabulalre

293'Voludôprimornères' (dlaptragm€s, tuyàre....) calcd raplde

213

244

o al pha

bê ta

Itn--

d e l t a

thê ta

lanbda

[tU

nu

rno

tau

kh i

angle, rayonneoent

angle, rayonnenen t

accé1érat ion, rayonnement

d i f f é rence , p ress ion d i f f é ren t i e l I e

Y

A

pi

p i

I

0t

eps i l on une pe t i t e quan t i t é(en arabe : un chouia)

ê t a v i s c o s i t é a b s o l u e

c o n s t a n t e d e t e m p s

longueur d I onde

_ 610 m ic ro

v i scos i té c inémat ique

3 , l 4 l 6

po ids vo lum ique N /m! , ce n res t pas uneIe t t re S , recque

masse volumique (kg,/nt )

lemPs nort

c o n d u c t i v i t é é l e c t r i q u e ( S / o )

ohm

x

244

n ouréga

Annexes 245

Bruit

Qur esÈ-ce que le brr . r i t ?Crest un ensenble de sons sans harmonie, manifestenent désagréable.

S o n :

Le son est la percepÈion audit ive d'une vibrat ion qui se propage dans un ui l ieumaté r ie l e t é las t i que te l que I ' a i r . 11 y a a l t e rna t i vemen t concenÈra t i on eÈra ré fac t i on des mo lécu les du m i l i eu é las t i que . Un son es t ca racÈér i sé p r i nc ipa lement par sa fréquence, son spectre, son arnpl iÈude et sa durée.

Après l a po l l uÈ ion de l ra i r e t de l reau , l e b ru i t es t entrain de devenir la t rois iène grande menace pour notre environnement. Or, lebrui t est un sous-produit de la cransformation de 1iénergie ; son niveau, s iI ' on n ' y p rend ga rde , ne cesse ra d 'aug rnen te r dans tous l es dona ines de I ' i n -dustr ie en même t .emps que la demande d'énergie sans cesse croissante. Ceproblème, de la plus haute importance, a déjà retenu l rat tent ion de nombreuxgouvernements, notament en ce qui concerne la protect ion de la santé despersonnes . Pa r exemp le , aux E tâ ts Un is 1 ' r roccupa t iona l Sa fe ty and Hea l th Ac t "l im i te l a du rée du t rava i l en fonc t i on du n i veau de b ru i t su i van t l e t ab leauc i - a p r è s :

Durée de t rava i l ( heu res ) N iveau de b ru i t ( dB)

8 ' 9 04 9 52 t 0 01 1 0 51 1 2 1 t 0

1 /4 ou no ins I 15

NIVEAU DE QUELQUES BRUITS COURANTS

É8 Crfar

Avion à réactionSeuil de douleurMarteau piquarr trèi puissanrTrain circulanl $r une YoieaérienneVoilure :ur route à grandecirculationCrisIntérreur d'une votture roulantà grandc vitê.s!Convcrsâtion da plus da deuxptrlonnC5Convergtion !ntr? dcux g€f-30nnelBureau commun à plusia.trsptr!onn6Bureau prrvéChambre à couchcr

S€url d'audibrl ié

140130r201 1 0

r00

9080

70

50

4030

C e s i n f o r m a t i o n s s o n t e x t r a i t e s d u d o c r : r n e n tde la soc ié té MASONEILAN

" C a l c u l d u b r u i t d e s v a n n e s d e r é g l a g e "

215

26

Composants électronlques (qudques ...)

RESISÎ^ I iCE : vo i r U - R . l

COI{DËXSATEUN i Ler condcn!.tcurr ron! uti l iré3 pour des etockages I tcoporeires,de rëne quc l ron ger le dc l r capec i té d run b idon (en I i r re ) ,on ger le de l . cap .c i té d 'un condensateur (en fa rad)

lotl||âcE :

D I O D E :

THTRISTOR :

T R A f i S I S T O R :

ut i l i ré r d .os le r oo tor i re t ions é lcc t r iqu ! ! (é lec t ro -a iosnÈ) |l c r déSecteura dc dép l .cco€nt3 , e tc , . . le r bob inages sontcerac tér i ré r , Got re ru t re , par leur "se l f " (en Henry)

+ --DF

joue en é lect roniquc

--€É :)fun rôlc analogue d r u n c l a p e t s n t i -

c I L c u t 1INTEGNg i

rccour en hydreu l iquc .

+d iode co lo rndée, eoo rô le es t aoa logue à ce lu i d rune é Iec t rovanne.

rô lc rna logue à ce lu i d 'une vanne au tooat ique.

r r d i r r l run aorsnb lage dc ooobreux codrpogants é lec t ron iques ea del e u r c i r c u i t d e l i a i s o n l u r u n o ê o e s u p p o r t e n s i l i , c i u m .

! ! cc schéna à l téche l te I d run c i rcu i t in tégré coopor tanr5{ l2 l t ran$ isaors c ! les bonds prod ig ieux de la techno log ie daoscr door inc , oxp l iqucot pourquo i l rapge l le t ioo"puce" es t souventeop loyée ; l r puce er t en fenÉe dans un bo i t i c rd o n t l . r b r o c h G t d G c o n n c r i o o j u r t i f i e n t I t a p g e l l a t i o n " o i l l e -

p a t t c s " u t i l i É é e p e r f o i s p e r l c r é l e c t r o n i c i e n s .

D louEsELECIiOI.UXINESC[,NTES :

éDBt aaut un rêyonneo'lna Iuoincurt r a v c r r e É t r é c i p r o q u c o d n ! .

t l l k l oPT lqUU ; vo i r pagc 21 ,6

f onc t i on du cou ran t qu i l c !

26

f l t Z o f l L S t S ' f l f i r c d i r d r é l é 6 c n t r " i n t é g r é r " t e n s i b l e s a u x v a r i a a i o n g d e p r e s s i o n

Annerec 247

Le décibel est une uniÈé sans dimension qui expr irne le quot ient de deuxvaleurs numériques en prenant une échel1e logar i thnique.

Ut i l isé pour expr iuer un niveau de puissance éleccr ique ou df intensi téacoust ique par rapporE à des niveaux choi l is come référence, le nombrede décibels esÈ déf ini oar 1a formule :

Pu issance mesurée=_-Pulssance de ré fé renc e

L r in tens i té acous t i que éÈan t p ropo r t i onne l l e au ca r ré de l a p ress ion acousÈ ique ,on peuÈ égalenenÈ obtenir la valeur de n par la formule :

P ress i on acous ! i quen = Lv ros F;elfG-Effice

_ 5La p ress ion acous i i que de ré fé rence es t de 2 . l 0 pasca ls .

L 'o re i l l e huma ine esÈ capab le de déce le r une augmen ta t i on de n i veau sonore de3 d B

217

2Æ

Désignation des tubes

Tubes gaz sér ie légère, moyenne eÈ forte : (Epaisseur suivant sér ie)

Dénoninat ion 0 e x t .approxinat i f

anclennedénominat ion

1 / 8

1 / 4

3 / 8

1 / 2

3 / 4

1

1 1 / 4

1 1 / 2

2

10,2

1 3 , 5

1 7 )

2 1 , 3

t ^ a

33,7

42,4

48,:3.

6 0 , 3

- t v

- t J

- l 7

- 3 4

- 4 2

- 4 9

- 6 0

6

8

r 0

1 5

20

z )

40

50

La norme recormandeo a r l e d i a m è t r e e t

de désigner les Èub.es1 ' é p a i s s e u r .

5

8

1 2

' t (

20

26

J J

4 0

50

1

t-

28

Annexes 249

Dilatation des métaux

La d i l a ta t i on des méÈaux n tesE oas une foncÈ ion l i néa i rede 1â tempéra tu re .

Le ch i f f r e app rox ima t i f de 1 n rn pa r m e t pa r 100 'C es tval .able pour de nombreux mélaux au vois inage de 100'C.

L tac ie r I nva r (362 N icke l ) esÈ b ien sû r mo ins sens ib le( i l es t éÈud ié pou r ! ) = 0 ,3 n rn / rn /100"C

Tungs tène (W) = 0 ,4 n rn /m/100"C

A lumin ium (A l ) , p lon rb (Pb ) e t z i nc (Zn ) : 3 à 4 mxn /n /100 'C

Cu iv re = 2 nm/m/ 100"C

Le plat ine esÈ dans 1a ganrne des métaux qui se di latentd 'env i ron 1 mm/m/100"c ; son coe f f i c i en t de d i l aÈa t ion es t assezpeu va r iab le j usqu 'à des tempéraÈures é1evées .

250

Eau

PRESSION DE VAPORISATION

L'eau se vaporise à 100'C à la pression aÈmosphérique et à :

Èernpérature

Température( ' c )

Press] .onb a r

tempé rature

1 9 02002102202302402502602702 8 0t a n3003 1 0J Z U

3 3 0340J ) U3603 7 0

press i onbar

1 0203040) UO U

8090

1 0 01 1 01201 3 0r 4 0r 5 01 6 01 7 01 8 0

01 02 03 04050607 08090

1 0 0

0 , 0 0 80 , 0 1 20 , 0 2 3o,o420 ,073o , 123n r Q o

0 , 3 1 1o , 4 7 30 , 7 0 11 , 0 1 31 , 4 3 21 q R S

2 , 7 0 13 , 6 1 44 , 7 6 06 , t 8 07 ,920

10,027

12,5521 5 , 5 5 11 9 , 0 8 023,2O12 7 , 9 7 93 3 , 4 8 03 9 , 7 846,945 5 , 0 56 4 , 1 97 4 , 4 585,929 8 , 7 0

1 1 2 , 9 0

1 4 6 , 0 81 6 5 , 3 71 8 6 , 7 42 1 0 , 5 2

MASSE SPECIFIQUE ET VISC0SITE de l reau à la pression atmosphérique

Masse Spéc i f iqueo (kg/m! )

V i s c o s i t éCinématique (m? /s)

q q q R 7

o o o t 1

o o q t 1

995 ,67992 ,249 8 8 , 0 7983 ,249 7 7 , 8 \9 7 1 , 8 3965 ,J49 5 8 , 3 8

1 , 7 9I , 3 11 , 0 10 , 8 0 40 , 6 6 10, 55,60 , 4 7 70 , 4 1 5o ,3610 , 3 2 80 ,296

1 o

l 0

Vo i r c i -ap rès : du re ré , a l ca l i n i t é , eÈ po in t de congé lac iondu oélange Eau - EÈhYlène glYcol .

t-

250

Arnexeg 251

TERUINOLOGIE

DURETE .

AIqAIIIIIE 3

le Èitre hydro t irné t rique (ttt) exprime la Eeneur ensels de calc iun eÈ de magnésium.

correspond à la teneur en composés suscept ibles d'êtreneutral isés par un acide fort . On dist ingue le t iÈrealcal in (TA) et le t iÈre alcal inérr ique (TeC) qui corres-pondent à des neutral isat ions t poussées. Le t i t red'alcal in i té caust ique TA6g (eau de chairdière), correspondà la concenÈrat ion en soude caust. ique l ibre.

UNITEE : TH, TA, TAC, TAOH sont indiqués en uni té de concenÈrat ion ionique :degré français ou équivalent gramne par l i t re : 1 é/9. = 5 000 degrésf rançais ,

MELANGE EAU - ETHYLENE CLYCOL : Poinc de congélaÈion..

Teneur en glycolen Z volume

TempéraÈure decongé la t i on ( 'C )

0l 020304 0

0- 4- 9- 1 5- 2 5- 4 5

251

252

Fibre optique

E n v e r r e , e n s i l i c e f o n d u e o u e n m a t i è r e s p l a s t i q u e s , l e s f i b r e so p t i q u e s , d r u n d i a m è È r e i n f é r i e u r à 1 5 0 p m , s o n t u t i l i s é e s e nt r a n s m i s s i o n s o u s f o r m e d e c a b l e s o p t i q u e s ( f i b r e s c a b l é e s ) .

L a È r a n s f o r m a t i o n d e s s i g n a u x é l e c t r i q u e s ( a n a L o g i q u e s o u n u r n é r i q u e s )e n f a i s c e a u x l u m i n e u x , s e f a i c p a r d i o d e é L e c t r o l u m i n e s c e n t e( À = 0 , 8 à 0 , 9 p m ) o u p a r d i o d e l a s e r ( 2 è m e g é n é r a t i o n , t r = 1 , 31 , 6 r r m ) .

C e È t e I ' o p t o - l i a i s o n " e s E i n s e n s i b l e à p r e s q u e t o u s l e s p a r a s i t e si o d u s t r i e l s , I ' e x c e p t i o n e s t c o n s t i t u é e p a r l e s r a y o n n e m e n È s i o n i s a n t sq u i p e r t u b e n t l a t r a n s m i s s i o n e t d é g r a d e n t I e s m a t é r i a u x c o m p o s a n tI e c a b l e o D t i c u e .

2s2

J ' . L P r . ' s i r i r . ' t . r t { . N , , r b L e e . . u r t i n l ! r : ( ' : - ! - : - I C f ' t 0 \ ! Q L E

Annexes 253

Fonction de transfert du ler ordre

' c7i

. E q u a c i o n : x = 1 - e - 0 :e :

" thêta"

2,7 1828

ré senÈa t i on

. L e È e m p s 0 c o r r e s p o n d à 1 r i n t e r s e c t i o n d e l aa v e c l a l i g n e 1 0 0 2 .0 e s t a p p e l é r r c o n s E a n t e d e t e m p s " e t s u f f i tu n e f o n c E i o n d e t r a n s f e r t d u ' l e r o r d r e .

. "Temps de montée" :

l a n g e n t e à I ' o r i g i n e

à déf in i r complè lement

A 1 ) a

o o , 7

o o 0 7

1002

4 , 6 00

E n n o E a c i o n o p é r a t i o n n e l l e , 1 as ' é c r i c :

,|

1 + E P

f o n c t i o n d e t r a n s f e r t d u l e r o r d r e

253

254

g

g e s t , s u r t e r r e , I t a c c é l é r a t i o n d c c h u t e d t u n c o r o sque lconque tomban t dans l e v ide . Sa va leu r dépend de I ' a l t i t ude ;e l l e esÈ de 91806 mè t res pa r secondez au n i veau de l a mer à 45 .de l a t i t ude Nord .

g d im inue de 0 ,001 m/sz chaqr re fo i s que I t a l t i t udec ro i t de 300 mè t res eÈ va r ie de 9 ,78 à 9 ,gg quand la l a t i t ude passed e 0 ' à 6 4 ' ( a u n i v e a u d e I a m e r ) . t e p o i d s j t r r r , " o r p " q u i e s t l afo rce exe rcée su r l u i pa r l r aÈ t rac t i on te r res t re .u l i " u o i . , i lse È rouve ( f = masse r g ) es t donc essen t i e l l emen t va r iab le eÈne cons l i t ue pas I ' une de ses ca rac té r i s t i ques i n t r i nsèques .

2g

Annexes 255

Humldité de l'alr'poinl de rosée'A 20oC, l ra i r peut conteni r sous forne de vapeur (donc non v is ib le) t9granmes dreau par nètre cube. Si i l y en a p lus que 19 g, l reau en excàsp a s s e à I r é t a t l i q u i d e e t s e d é p o s e s o u s f o r o e d e g o u r t e l e r t e s ( r , r o s é e " ) .

Ces 19 g sont la quant i té roaxinale dreau vapeur que p€ut conteni r un mètrec u b e d r a i r à 2 0 " c , o n d i t : " l 0 o Z d r h u n i d i t é r e l a t i v e ' , . I l y a u r a i t 5 o Zd ' h u r n i d i t é r e l a t i v e ( à 2 0 ' C ) a v e c

5 0- ; ; r 1 9 C - 9 , 5 g d r e a u

Le,naxi dreau vapeur que peut conteni r I n t dra i r var ie avec la température.A 0"C ce maxi est égal à 5 g ( l 'exédent tombe sur la route, gèle et fa i t duverg las l ) : pour de l ra i r à 0 'C, 1002 drhunid i té re lar ive correspond à 5 g/nr l

Quelque-soi t la tenpérarure ambiante, la sensat ion dte i r t rop sec appara i tquand l . rhurn id i té re lat ive es! in fér ieure à 5OZ et la sensat ion " t rop hurn ide, 'quand l rhunid i té re lat ive est supér ieure à ?02.

Renarquez quren fa isan! entrer dans une p ièce ' r t rop sèche"à 0"C er t rès hurn ide (1002) on fa i r ent rer au naxiurum 5 gchaque n! à 20 'C qui sor t de la p ièce, cont ienÈ (à 302 par

1 nf r 6 .

t t g 3 6 g d r e a u , d o n c , l r h u m i d i t é d e l i a i r d i u r i n u e !

d e I ' a i r e x t é r i e u rd r e a u p a r n ! , m a i s

exempl e)

On désigne souvent par "poinc de rosée", la température en dessous delaque I I e l rhusr id i té se dépose.E x e o p l e : p o u r d e l r a i r c o n t e n a n t 1 9 g d ' e a u p a r m r , l e p o i n t d e r o s é e e s ! à20" c .

Température ( ' c ) + 1 0 + 2 0

Q u a o t i t é d r e a u ( g / n t )ul:lxlnun( sa tu ra t ion)

Les hygromètres et psychromèlres ont pour obje!i n d i s p e n s a b l e a u c o n f o r t d e s h a b i t a t i o n s e È a u xf a b r i c a t i o n s i n r l u s t r i e l l e s .

l a n e s u r e d e l r h u r n i d i t é r e l a t i v econt rô1e de nomb reus es

" hygmcor lHR " indicatourportatif d'humiditôrclttiuoo Mesr.r d H.R de 5 à g8 96.o ftblon gloàôls t 2 9{ dHRa TûDs de rhorEs ràfld! < à 2 s4ldei

" hygrocor lllFT" indiotarporffiil d'humiditÉst dc tdnpârlturs. M€!r! dltltrûa dlmqrc'à lHf,a M!3 ! d! tmtÉ u!, - 100 à +æFC. filsoluon , 0.lqc.

2æ

. p H

. Potentiel Redox

. Conduclivité

. Chlore résiduel

. Oxygène dissous

15 ANS D'EXPERIENCE EN INTRUMENTATION ANALYSÊ

Endress + l'|auser3 rue du Rhin 683i10 HUNINGUETé1.89 69 00 85 Télex.881 511Télécooieur. 89 69 48 02

mI

+ que ta mesure +

. Des lraces d'humidi lé dans les g

. De I'humidité dans les liquides ?

. De I'eau dans l'huile ?

DEMANOEZ LA SOLUTION

Endress + Hauser3 rue du Rhin 68330 HUNINGUETé1. 89 69 00 85 Télex. 881 51'1Télécooieur. 89 69 48 02

.,m*r'%-

+ que la mesure Endress + Hauser

Annexes 257

LoE et loq

L e s l o g a r i t h m e s a p p a r a i s s e n È d a n s q u e l q u e s f o r m u l e s d e l a p r o f e s s i o n .

A t E e n E i o n , l e s c a l c u l e t t e s o u l e s m i c r o o r d i n a È e u r s D e u v e n t f o u r n i r d e u xs o r t e s d e I o g a r i t h m e s :

L e l o g a r i t h m e d é c i m a l : l o g

L e l o g a r i È h m e n é p é r i e n : L o g

P o u r s a v o i r s i v o t r e c a l c u l e È t e f o u r n i t l e s 1 o g o u l e s L o g , i l . s u f f i t d e l u idemander 1e logar i thme de l0 :

1 o g 1 0 = 1

Log 10 = 2 ,30259

Pour passe r de l og à Log , d i v i se r pa t 2 ,3O259 : l og a

Pour passe r de Log à 1og , d i v i se r pa t 0 ,4342945 : Log a(0 ,4342945 es t . l e l bga r j . ehme de e ) .

_ l o g a0 ,4342945

_ L o g a2 , 3 0 2

257

Annexes

diverses

259

llasses vo

Dés i gnat ion

Ar,lo i sc

I i I utr.:

Boi s l ,uurd (Acajou . . )

B r r i s l . É g c r ( P e u p l i c r . . )

8ét <.ru

C a l c a i r c o i - l o u r , l

G l . r c c ( à 0 ' C )

L i ù g e ( é c o r c e )

P a i I l c

et80

Volunique Dés i gnat ion }{asse Voluniqueo! ût

l{J5 sek

2 6 4 0 à

810 à

6 50 à

150 à

2 2 0 0 à

2 0 0 0 à

2 900

I t 60

| 000

700

2 500

2 2QO

920

240

1 0 0

700 à

r 0 9 0 àI r 7 0 à

9 1 0 à

900 à

980 à

I 7 r 0 à

1 2 0 0 à

Pap ier

Verre à v i t re

N y l o n

P l e x i g l a s

P o l y é t h y l è n e

P o t y p r o p y l è n e

Polystyrène choc

S a b l e a r g i l e u x

l e r r e v é g é t a l e

I.,

I

I

r 6 0

530

r 5 0

200

970

9 t 0

r00

800

4006 0 à

I

I

I

259

260

Masse vo lum ique : p kg /m3 e t V i scos i ré dynamique : n( 1

cen t i po i sesc e n E i p o i s e = l 0

- l

Dés ignar ion Masse Voluniquekg/ur

Désignat ion l{asse Vo luniqueks /m3

Acétone

A lcoo l à 90 '

Alcool éthyl ique

Alcool né thyl ique

Essence auÈo

7 9 1

834

789

792

b 6 é

Glyco l

Hu i l es végé ta les

Hu i l e m iné ra le

PéÈro le b ru t

I I t 5

9 1 0 à 9 3 0

9 1 0 à 9 4 0

7 8 0 à 8 1 0

Dé s i gnar ionP kglmr

E a u à p r . a t m .

E a u à é b u l l i t i o n

F u e 1 - o i 1 s ( m o y e n n e s ). F . 0 . d o m e s t i q u e

. F , 0 . l é g e r

. F , 0 . l o u r d n ' 1

. F , 0 . l o u r d n o 2

M e r c u r e

S o d i u m

209 0

1 0 0200

2 05 02 05 02 05 02 05 0

9 9 8964

9 5 88 6 6

8,10

9 1 0

9 4 0

v ) )

t l 6 0 01 3 t C 0

9048 0 9

r , 0 0 40 , 1 1 5

0 , 2 8 30 , 1 3 6

6

2 91 0

2 r 56 0

r 5 0

I , 6 8 5r , 0 1

0 , i 50 , : I

91,E

MasseVolumique

kg /ml

1 , 2 9

1 , 7 81 ,026

) r z l

1 , 2 6

1 , ' l o

0 , 1 8

0 , 0 9

3 , 7 1

0 , 9 0r ? q

1 , 4 32 , 1 4

2 , 0 2

Annexeg 26'l

Températures deL iqué fac t i on

1 9 5

1 8 5 , 71 0 q R

0 , 5

3 4 , 6

1 0 3 , 8

1 8 7

? a q o

252,8l q t Q

245 ,9

1 9 0

1 8 3

1 1 2

4 4 , 5

P a b s o l u : 1Tempé ra ture

D é s i g n a t i o n

, 0 ' l 3 ba r: O ' C

Formul eChimique

A i r p u r e t s e c

Argon

A z o t e

B u t a n e .

C h l o r e

E t h y l è n e

F l u o r

H e L l u m

Hydrogène

Kry p ton

Néon

c l z

C 2 H r y

He

H 2

Kr

N e

c0

O 2

0 :

c : H e

L I a i r i d é a 1 c o n E i e n E :

Oxyde de

Oxygène

0 z o n e

Carbone

A z o t e 7 5 ,87,Oxygène 1 1 7 '

G a z d i v e r s l Z(Argon + gaz carbonique + un grand

g a z r a r e s e n q u a n t i t é i n f i m e )

en vo I ume

7821 1 7

nombre de

D a n s I ' a i r a m b i a n c , i l y a a u s s i d e 1 ' e a u ( v o i r p a g e 2 5 5 ) , d e l a p o u s s i è r e ,d e l a s u i e , e t u n e m u l t i t u d e d e p a r c i c u l e s d e E o u t e s s o r t e s ( c e r c a i n e s , l e sp o l l e n s , n e p r o v i q n n e n ! p a s d e l a p o l l u t i o n i n d u s t r i e l l e ! )

261

æ2

arithmét

l l o y t ' n n t ' i r r i t h m é t i q u c :

Moyenne géomé t r ique

Moyenne quadrat i que

a l + a 2 + a 3 + . + Jn

EQUATION DU 2,,, DEGRE

a x 2 + b x + c = 0

r a c i n e s x = - b t / - b 2 - 4 a c

. c o n f o n d u e s e ! é g a l e s

. i m a g i n a i r e s s i b 2 - 4

s i b , - 4 a c = 0a -l..

=-_

< 0

62

Anngxes 263

Notations du calcul opératlonnel

Les foncèions du teDps se prêtent difficileoent à lrn traitetent par lesrÉÈhodes de calcul habituêlles, aussi est on amené à effeccuer un càargenentde varjaDle par une teJ.ation ile tranètorzation bien définie.

Le ca-lcul opérationnel util ise la transfo:zaÈjon de CARSON-LAPLACE 3el le permeÈ de t ransfo:mer Les fonct ions de la var iab le Èêmps en fonct iondrune nouve.ll,e variable (p) beaucoup plue comode dteoploi, pqr exenple :lt intégrale it 'une fonct,ion de p srobtient par une division et la dérivéepar une uul t ip l icat ion I

La fonction de p est appelée t'imaget'ou tttraasfornée" de la fonction du teups,Des tables ind iquent les t ransforoées des fouct ions du teûps les p lus usuel les.

Cet te notat ion en p est souvent ut i l isée pour désigner la fonct ion drun opérateuranalogique ou numérique :

systèEe in tégrateur (T i : coef f ic ient réglable)

act ion dér ivée (Td : coef f ic ient réglable)

fonct ion dê l ransfer t du ler ordre (0 : cons tan te det e o p s - v o i r p . 2 4 9 )

: syubol e de laf o n c t i o n e x p o n e n t i e l l e )

retard pur

systèue du

(T : teups norc ; e

preuier ordre + tenPs rûo rt

â 2 r . . . , a n : c o n s t a n ç e s )systène de neÉordre (a,

R é g u l a t e u r à a c c i o n P + IK : g a i n r é g l a b I e

T i : c o e f f i c i e n t s r é g t a b l e s

e l c . . . .

A l t e n l l o n :

C e t t e p r é s e n t a t i o n r a p i d e n e d o i t p a s c a c h e r q u e l e c a l c u l o p é r a t i o n n e l ,s o u v e n t f a c i l e d ' e m p l o i , e s t e n f a i t , d e l a o a t h é o a t i q u e d e h a u B n i v e a u .A c e u x q u i s o u h a i r e n r d i s p o s e r d e c e c o u t i l p u i s s a n t d ' é t u d e d e l r A U T o I I A T I Q U E ,n o u s c o n s e i l l o n s I e l i v r e d e D . D T N D E L E U X t ' p r a c i q u e d e l a R é g u l a t i o n r n d u s t r i e l -

I e " E d i t i o n s E y r o l l e s .

Î d ,

263

æ4

Exeurpl e d I abaquede la v i t esse du

a

a

tt

EICa

attaat

It

-

q a G t c E 1 U r 6 1 6 1 t 2vit.s$ d 'aas

at

frrtr dc cÀargr ôn loaEtro^ da ta vrtaoa (trul

(Tubes I i sses en ac ie r sans soudure pou r t ranspor t de f l u ide e t usages généraux .

donnant la perte de chargel i qu ide e t du d iamèt re de

22 2rô/t

iu

rorlr naxç.rEl

Dllomi

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,

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I

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ÎU3ES GAZ3ltlt rornI$r< Û nrtrr:as ru} (.r

EpirllE 6kra

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a,at

l .gro,t t.E

r-E

o.Ft

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_r4!l__ r,ara

l , a t a

-rÆ_t,s

C..|<rarirriesr du É&u|r (.)

dfune Èuyauler ie en fonc t ionla condu i te :

264

a\ra

,a,at t ,

t.D t r .a 13 - l r .

Le pH dépende t d e l a f o r c e d e I ' a c i d ed o n n é e , i 1 e s t f o n c t i o n

Annexes 265

à 1 a f o i s d e l a c o n c e n t r a t i o n d e l a s o l u t i o n

o u d e l a b a s e d i s s o u t e : à u n e t e m p é r a t u r e

Un co rps es ! ac ide l o rsqu ' i l esÈ capab le , en se d i ssoc ian t ,

de 1 ibé re r des i ons hyd rogène H+ en so lu t i on aqueuse ; bas ique l o rsqu ' i l

est capable, de mêrne, de l ibérer des ions hydroxyle OH- dans une tel le

s o l u c i o n .Le pH se r t à mesure r l . ' ac id i t é , ou l a bas i c i t é l i b res

d rune so luÈ ion aqueuse . Ce1 les -c i ne do i ven t pas ê t re con fondues avec

I ' ac id i t é , ou l a bas i c i t é pocen t i e l l es , qu i son t mesurées Par t i t r age '

Le pH esÈ fonc t i on de l a quan t i t é d 'ac ide , ou de base p résen te dans l a

so lu r i on ec du deg ré de d i ssoc ia t i on de l rac ide , on de . l a base , f ac teu rs

se traduisant tous deux par la concencraÈion en ions H+ ou 0H-, tandis

que I ' ac id i t é , ou l a bas i c i t é Po ten t i e l l es ne son t f onc t i on que du

p remie r de ces fac Eeurs .

Le pH de I ' eau ch im iquemenc Pure à 25 "C es t de 7 '

c e l u i d ' u n e s o l u t i o n a c i d e v a r i e d e 0 à 7 'c e l u i d ' u n e s o l u t i o n b a s i . q u e v a r i e d e 7 à 1 4 '

d é c r o i s s a n t e d e 1 a c o n c e n i r a È i o nl a f o r c e d e c e l u i - c i

c r o i s s a n t e d e 1 a c o n c e n t r a È i o n e n

l a f o r c e d e c e l l . e - é i .

e n a c i d e e È d e

b a s e e t d e 1 â

265

266

Poussée d'Archimède

Archioède (Sic i l ien, 287 à 212 av. JC) ayanr reaarqué (coEre tout le nonde) quecer ta ins corps f lo t ta ient , sresE denandé ( là , i l n test p lus conne rout le no;de)quel le pouvai t b ien êt re la force qui les oaintenai t à la sur face du l iqu ide.I I a t rouvé ("Euréka t t t ) qutun corps envi ronné drun f lu ide éta i t soumis à uneforce (une poussée) égale au POIDS DU FLUIDE DEPLACE.

Poids du f lu ide - vo luoe r po ids vo lunique

(ur ) (N/u t )(N)

v o l u n e d u c o r p s p l o n g é d a n s l e f l u i d ed u f l u i d e d é p l a c é " , i l f a u t n u l t i p l i e r p a r

le poidg voluoique du f lu ide ( p . g , n / n r ) , l e n o n b r e o b t e n u e n n e v t o n e s t l apoussée drÂrchinëdr .

Pousséed d A r c h i n à d e o v r 0 , E

( N ) ( n ' ) ( N / n r )

Le " f lu ide dépl acé"o c c u p é e p a r l e c o r p s , c r e s t(v nt ) e t coooe i l s ragi t du

c t e s ! I a q u a n t i t é d e f l u i d e d o n t l a p l a c e e s tdonc le

r rpoi ds

o! ( la par t ie i roergée)f lu ide en kg/u!

F = Y . p . e

endu

volume du c orpsoasse volumique( | 000 X dens i té )9 , 8 1 n / s :! t .

E l g g p l g : U n c o r p s d e v o l u n e I l i t r e ( 1 - # - r t ) , p l o n g é d a n s d e l r e a u

( d e n s i t é t , p - t 0 0 0 k g / r o ! ) , r e ç o i t u n e p o u s s é e d e :

I . ^ ^ ^T 1 6 - . l o o o r 9 , 8 1 . 9 , 8 1 N

S i s o n p o i d s e s t p l u s g r a n d q u e 9 , 8 , | N ( c r e s t l e p o i d s d ' u n e m a s s e d ed e I k g ) , i l c o u l e , s i i l e s t p l u s l . é g e r , i l f l o r r e .

ê9! I9_9lggg!g r Un corps de volume 3 000 n! (un bal lon dra i rd a n s u n f l u i d e d e g r 1 , 3 k g / o r ( l r a i r ) , r e ç o i t u n e p o u s s é e d e( c ' e s t é n o n r e n a i s l e s 3 0 0 0 u t d r a i r c h a u d à l r i n t é r i e u r o n cp o i d s , l a d i f f é r e n c e - l a c h a r g e u r i l e - r e s t e f a i b l e .

c h a u d ) p I o n g éi l 9 0 0 0 N .

presque Ie rnême

266

Annexes 267

Pouvoirs calorifiques

L r u n i t é d c p o u v o i r c a l o r i f i q u e p â r r a p p o r !lsu uoi !éu jou lcs par k i loqranûe (J /kr ) e tË o n t c o h c r c n t c g a v e c I ' e n s e n b l e d e s u n i t é sk i l o g r o u r n c c s ! é g a l e à l â o i l l i t h e r h i e p a r

pas dénomé,ar kiTograrûÊ (nth/kg)k i localor ie par

I u t h / k g : 4 1 8 5 , 5 J / k C - 1 , 1 6 3 W h / k g

COMbUST I8I.ES SOI,IDESlpouvor r-rs c a r i i ï i l î -ues inf ér ieurs à l 'étar ordinaire)

D é s i g n a t i o n Eth /kg

B o i sCharbon de bo is

l l o u i I l e g r a s s eAnthrac i te

Coke uÉta l lurg ique

COIIEUST I IJLES I . IQUIDES

2

7

7

D é s i g n a t i o n nth/kg

700200400800r00

(eau 202 )(eau 7Z)(cendres | 4 I ,(cendres 82,( c e n d r e s | 0 2 ,

eau 4Z)eau 2 l )e a u I , 5 Z )

A l c o o l é r h y t i q u e ( é r h a n o l )Alcool uéthy l ique 6É rhano I )

Carburant a utoF u e l o i l d o o e s t i q u e

F u e l o i l l é g e rF u e l o i l l o u r d

G a s o i lP é t r o l e b r u t

COHBUSTIEI .ES ( ;AZEUXpo"voTrs-Ëilæffffies supér ieurs

6 4 0 0 ( p . c i n f é r i e u r )5 3 0 0 ( p . c i n f é r i e u r )' l l 2 0 0 ( p , c i n f é r i e u r )

l0 800 envi ronl0 600 envi ron!0 300 env i ron| | 0OO environ9 8 0 0 à t l 4 5 0

D d s i g n a t i o n Eth /kg

Hyd rogèneBu t aoe

Propane

COTISUSTTBI.ES P^UVRÊS ET DECHETS VEGETAUX

3 lt ll 2

8908 l I0 3 1

8. r ga s se (canne à rucre)l l o û t d e r a i s i n

N o y a u x d r o l i v e el ' a i I l c s è c h e d e b l ÉP a i l l e s è c l r e d r o r g e

Gadoue sèc heL i q u c u r n o i r e

h u o i d i t é 501502r0tr6zl | , 5 t257401

P . S . C rth/kB,Eth/kgoth/kgD t h / k gEth/k8Erh/kgoth/kg

: 2 2 0 02 5004 300I 0003 200| 3502 000

à la oasse nr es!,riIJ i tàernies

du S . I . L run i tËki lograuue.

267

268

- 200 - t00 0 0 + t00 + 2 æ + 3q, + a(! + 500 + 6{X) + 7 æ + E æ

0- 5

_ .t0

- t E

- 2 0- 2 5

- æ- 3 5_ 4 0- 4 5

- 5 0

- 5 5- 6 0

- Ê 6

- 7 0

- æ

_ 8 5

- 9 0

- 9 5

-r00

n,.c

r8,53

t6.{3

r4,36

12.35

tu .4 t

8.76

1 . 1 2

4,S5

3,56

2.58

60.20

58.r7

56,r3

54.09

52.04

49.99

47,93

45.87

43,80

4r ,73

39,65

37,57

35,48

El,38

3r .28

æ , 1 7

27.O5

24.92

22,78

æ.55

0,42

00,00

98.0495,07

94,1092,r3

88.r 7

86.r9

u,21a1,aJ

80.25

74,27

76.28

74,æ

12.29

70.29

68.28

66.?7

u,25

62,23

60.200,40

t 0+ 5

+ 1 0

+ 2 0

- 2 5

+ 3 0

+ 3 5

r / o

. 4 5

+ 5 0

+ 6 0

+ æ

+ l <

- g o+ 9 5

- r0onfc

| 00,(x)r 0r,95!03,90

r05.85

r07.79

109.73

I I | .67't 13,61

I r 5,54

117 .17

I l9,40

121.32

r7J.21

1 2 5 . r 6

127,O7

r28,98

r30.æ

r32,80

134.70'r36,60

r38,50

0,38

r38,50.| 40,39

r42,28l i l4.l8

| 46,06

117,9

I ilg;8:l

l5 | , t0

r53,57

| 55,45

157,32

1 59, t8

161, (X

t62.90

l6rl.76

r65.82

168,47

17032

r 72 ,16

174.q)

175,U

0,37

t75.8a

ln,æt79,5rl8l,34t&t . t7'185,@

! 8tt.82ræ,ôals,a6

192,27

194,08

r95,æ't97,70

199,5{)

æ1.30

2C(},0!l

204,88

æ6,68

208,46

210,25

2 | 2,03

0,36

2lz.dt2r3,El21 5,58

217,8

2r9,r3220,902j22,æ2t ,122æ,r8227,*

22!t.69231.U

zB,r9z:x,932t6,67

æ8,ial

240. | 5

2. r,88

24:t,6 r

2153.

2a7.É

0.35

211p6

2a8.78250.50

232,2r253,93255,6l|

237 2r259,05

æo,73262,.5

264, | 4

æ5.t8

8?,4æ9,2r

270.8!)272.57

211,25

273,92

277.æ

279.21

2æ.93

0r.

280,9t

z&Læ28r:6æ5.9t287,572æ2221lOl7

æ2,5r294, | 6æ5,æ

æ7,€299.07

a!.70$2,3l

3ri,95

I)5,58

307,æ

308,8r

3lO,'13

3r 2,(r

313,65

0.æ

3r3,65

315:5316,86

318.463æ,0532r,65323.21

32..8t

3æ,ar327.99

3æ.57g' r , r 5132.72

Et4:9

E,5,æ

ïi7,4338.99

3a0,55

3a2. I O

3a3,66y52r

0.32

345,2r345.76

348,303/.9,E435r,38352,92354,45

355,08357,5r359,08

36{r,55362,07

36359365,r 0368,31

3€8. r 2369.62

37r , r 2

372.ê2

374,12

375.6r

0.30

375,61

377,r0378,593æ,0738r.553&t,Gt384,50

3t6,98

387,.5388,9r

3SO"38

o29

MINISTA: mesure et sinrulation desonde DIN Pl100â mesure de - 100 à I450"C ̂alfichage direcl en nC ̂ simulation de-50 à + 450nC sans discont inui te -

résolut ion: 0, loC ^ réglage en s i rnula-tion par comrnulateur au pas de 50"C+ potentionrèlre 10 lours à hauterésolution 0our valeurs in ter nrédiairesâ petit coffret de poche avec béquilleô oossibil ité de brarrclrer une sondeDortative

268

Annexes 269

ENERGIE, TRAVAIL, QUANTITE DE CHALEUR : JOTJLE (J)

Ltuni té joule est une quant i té de travai l , le Èerûps mis pour ef fecEuerce travai l nrenÈre pas en l igne de conpce !La calor ie eÈ la thermie sonÈ dranciennes uni tés mâintenant remplacéespar l e j ou le .

PUISSANCE : WATT ( I.I)

EnÈre deux apparei ls (ou deux indiv idus) capables de fournir ou d'absorbefla nêne quant icé drénergie, le plus "puissant" esÈ celûi qui va le plus viceon calcule la puissance en div isant 1rénergie par le tenps.

llcgelg ' Si une énergie de un joule est produite ou absorbée en uneseconde, on di t que la puissance esÈ de un joule par seconde1 T

1{ = t i . l , s i un joule est produit ou absorbé en dix secondes

on d i c que l a pu i ssance esc de ' lU { = o , r w

BÉS:p:g9g:gCnt : Si un apparei l de puissance = 1 waËt t ravai l le Pendant uneseconde , 1 'éne rg ie p rodu i te (ou abso rbée) es t de

l w x t s = + * ' 1 s = l J ,

Si le même apparei l t ravai l le pendant une heure :

t I . I x 3 6 0 0 s = f {

' 1 6 0 0 s = 3 6 0 0 J

(D i re "un waÈÈ mu lE ip l i é pa r une heu re éga le un wa tÈheure " n resÈpas faux , ma is ne s imp l i f i e r i en ) .

CONCLUSION

. Une éne rg ie ( j ou le ) d i v i sée pa r un l emps es t

. Une pu i ssance (wa t t ) nu l t i p l i ée pa r un temps

pu issance (war t )

une éne rg ie ( j ou le )

!9Iê Cette pagel e W e t l e

e s t d é d i é e a u x c h a u f f a g i s c e s q u i n e f a i s a n t a u c u n e d i f f é r e n c e e n t r e

W h , c o n f o n d e n t c o n s E a m e n t p u i s s a n c e e t é n e r g i e !

æ0

270

Représentation convenllonnelle

oco

Instrument monté

Instrument mon Èé

InsÈrumenÈ monÈéseconda i re

l oca I ement

sur Èab leau

+d<F>kI><l

sur Eab l eau

Ins t rumen t mon té à I ' a r r i è redu tab l eau

Liaison au procédé

Transmiss ion élec tr ique

Transmission pneuma c ique

Vannes autorna È iquesm o t o r i s a È i o n :

memb rane ,

p i s ton

é l ec c r i que

--F__t_

270

CODE AIPI{ASETIQUE

A analyse, alarme

C conduc t i v i t é , régu lé

D masse volumique, di f férence

E f . e . r n

F déb iÈ , f rac r i on , f e rmé

H manuel, haut

I i n tens i té du cou ran rind iqué

J pu i ssance , sc ruÈa t i on

L n i veau , bas

M hunidi té

P pres s ion

Q quant i ré, intégrateur outoÈa l i sa teu r

R rad ioac r i v i t é . en ree i s t réou lmprlmanÈe

v iscos iÈé , vanne

nasse , po ids ou fo rce

T

v

Annexes 271

Teintes conventionnelles

Eru

Hrl:Lr nir*nla. vQÉtrLr et rninulcr, comburtiblcr liquidcr.c- . .

Acidcr ct ùgcr.

Blcu ùia

Tcintc d'idcntificrtion(urncru ou brndc)

crt clrir.

foocâ

Ittrroa drir.Vcrt deir.C,rir baca

Onnsâ

crt bncâ

Rou3c.BbEBlar foocâVoir NF X (El(E ct 103

Tsilrc d'Lû

Autnr liquidcr

Nrturc du Buido

Eru ditllléc, épuré< tu &miuénlir& Ro.G.

E r n o l p o t e b l c . . . . . . . . . .

Hydrocrrùunr lrq"id- (t compù lubri6utr) :lr Dr point d'éclrir < 55p C: dg pdnr d'éùir > 55e C, D.n dôat L

tcrorartlr oa trb o srp&iarn I lcur poinr d'6clrir. .,,..,. ..Zr Dr poirt d'adrir > tt C, neb do* b tclrpanturo ét irf&iatrt

f lcor point d't Lir. . . .. .. .. .llbriÊatr. ... . .Gt ûilLà coomc comh*ibla idurtricb ct

lrrcr quc cau utilir{r comû codlsrtiH€. irduûicb rt

Érrt do 0Ua.

Clrrud ou !|rrch.l|6é

A c i d e r c t b . r c l . . . . . . . . . . .

Froid qr nfroirli.

Gr liqué6{ R6c.

Beg clrir.

Brun.

Rou3c.

271

272 MECIC O U P L E N I C K E T C H R O M E - N I C K E T A t t l E

Force él.ctromotricc cn mill ivolT: Jonction dc référcncc ô O oC

OC - lOOr - O . + O too 200 300 400 500

0246I

t 0

3,193,553 ,613 ,63 ,n3 . æ

0,000,080 , r60,230 ,310 ,39

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t 2l / tt 6t 820

3,843,8e3 ,951 ,æ4,06

o,160,5.10,62o,69o,77

0,480,560,610,720,80

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I,628,709,788,868 ,9 4

12,7|12,7912,8812,?6| 3,0,1

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4,621 ,671,721,774 ,8 t

| ,57l , u| ,72I , nr ,86

| ,69| ,77t , 8 5t,9,12 ,92

5 ,8 |5, 895,976,056 , l 3

9 ,839 , 9 19 ,99

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| 3 ,96I ,1,04l , t , r31 1 , 2 1| 1.29

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22 ,1322,5222,6122 ,6922,74

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4,964,901,951,995, Gl

I ,932 . û2,072 , 1 32 .20

2 , l o2 , t 82 ,272 ,352,13

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0 21l 0 ,3210,40| 0,,r8l 0

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r 8,60r 8,68t8,77r 8 ,8518,9, t

22 ,8ô22 ,9523,823 , l 323 .20

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5,085 , 1 25 , l 65,205 . 2 1

2 , 3 12 , 1 12 ,172 .51

2 , 5 12 ,60? , æ2 ,762 .85

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r 0,65l0 ,73r 0 , 8 || 0,89t 0 ,98

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I I ,06l l , t , {t t , 2 2I t , 3 0| | , 39

t5 ,22r 5 ,30r 5,391 5 , 1 7

19, ,15t9,5,(t9,6219 ,71t9 ,n

23,7223 ,8023,æ

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aLar f .é.m. conlôôu?t donl qcr colonncr rcnt négotiv"!.

272

couprE NrcKEr : î . . î : , l r -NrcKEr ArrE

Annexes 273

F o r c e é l e c t r o m o l r i c e e n m i l l i v o l t s Joôclioo de référence à 0 "C

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024

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21,9125,W25,082 5 , 1 725 ,2525,34

2 9 , 1 429 ,2229 ,3029 ,3929 ,1729 ,56

33 ,3033,3833,4633,5,133,ô333 ,71

37 ,3637,1437,5237,6037,6837 ,76

4 r , 3 r, { l ,394l ,174r .554 r , 6 34l .70

45, l615,24,15,3 I45,3915,4ô45,54

48,8918,9649,034 9 , I I4 9 . l 849 ,25

52,1ô52,5352,6052,6752,7 452 ,81

2l 4l 6l 8z0

25,4225 ,5125,5925,6825 ,76

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29 ,8929 ,97

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37 ,5437 ,9238,0038, æ38, 16

4 t , 7 84l ,8ô41 ,?112 ,O2-42,@

45,6215,6945 ,774 5 , 8 415 ,92

49 ,3219 ,1019 ,1749 ,5419,62

52,8852 ,9553, 0253,0e5 3 , 1 6

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53 ,3053 ,3753 ,14

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30,4830 ,5630,6530,7330 ,8 r

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38,6438,7238 ,8038,88? a o Â

42,5612 ,6J12 ,7112 ,7912 ,87

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39 ,27J Y , J J

42,9443,024 3 , 1 013 ,1743 ,25

46,7 416 ,824 , 8 91ô ,9717 .01

50, 4t50,1850,55JU, Ot

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39, €39,5r39, 5939,67?a 7<

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50,n50,8450,9 r50,985l ,05

51,275 4 , 3 451,1051,1751,51

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27 ,5427,6227 ,7127,n27 ,87

3 t , 7 33 r , 8 r3 l , 903 t , 9 I32 ,06

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40,22,10,3040,3840, 4540,53

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17 ,E617 ,93{8, 00,18,08. l € . 1 5

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32 ,5632,6132 ,723 2 , 8 t

36 ,6336,7236,8036 ,8836 ,96

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41,Æ14,5514,6311 ,71u ,78

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53, l . l53,3053,,1653,6253,7553,91

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68,8569,0169, l669 ,3169 ,1769,62

t ?l 4t 6t 820

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4,07& ,23$ ,$1ô,%s,72

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62,61ô2,9663r l l63,27ô3,13

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55,6955,8556,0156 ,17Jô. JJ

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18,1918,6548,8118,974 9 , 1 3

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64,36u,5261,68u,8361,9<)

72,s772,2272,3772,5372,68

525,{5658ô0

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19,n19,1519 ,6119 ,7719 ,93

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T2,8372,9873 , l 373 ,2873,U

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12,9212 ,1812 ,3542,5142 .67

50,0950,2s50 ,4150,5750,73

58, G58,2158,3958,5558,71

65,?26,076ô,2366.38&,51

73,973,7173,8971,U71,20

7271767880

42 ,4312 ,99,$ , r613 ,3243,48

50,905l ,065 t , 225 r , 385 r , 5 4

58,8759, 0359, l859.3459, 50

6,6966,8567,0067 ,1667 ,31

74,3571,5071,6571,8071,95

828486

90

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5 r , 705 r , 8652,925 2 . 1 852,31

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52,5052 ,6652,8252,9853, l , l

60, 4560,ô06Q,7660,926 r ,08

68 24ô8,39ô8,5568,7068,85

75,4576,0076, t576,3076,15

BY9àr "C 80,9 Eo, ir 79,4 ,7 ,7 76,O

274

Forc" élcctrorptricc en mill ivoln

couPrE NrcKEr Jiff;r-.oNsïANTAN EJonction dc référcncc à 0 "C

274

Annexes 275

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0,045c,0470,0490,05r0,054

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o , 60 ,1710,48 |0 ,Æ70 .194

o,8360,8u0,8530,86r0,869

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| ,863| , 875| ,888r,900| , 9 1 2

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3 ,2503,26ô3 .2813 ,2973 , 3 1 3

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o,05é0.0580,0600,0630,065

o,2250 ,2290,2340,2380,213

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o ,8740,8870,8950,9u0 ,9 t3

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| , vz4

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0,5330,5400,5470,5540,5é l

o,9210,9300,9390,9180,957

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o,2960,30r0,3060,3r20 , 3 r 7

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0 t3220 ,32 80 ,3330,3380,344

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o , 1 2 70 , r300 , 1330 ,1370. t . r0

o ,349

0 ,3600.366

o , 6 7 60, 6840 ,6920,6990 ,707

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| , 6 2 6r,ô39I , 6 5 11 , 6 ô 21 , 6 7 1

2 ,243

2 ,2702 ,2832,296

2 , 9 4 62 , 9 6 12 , 9 7 62 ,n \3, 00é

1 ,7303 ,747

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4 , 5 9 4.,1, 6081 ,62ô1,6111 ,6ô2

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o, 1440 , 1 4 80 , r 5 r0, r550 , t 5 9

o,3770 ,3à30 ,3890 ,3950 ,401

o , 7 1 50 ,7230 , n00 ,7380 ,74ô

r., r 52t , 1 6 2| , 1 7 2r , 1 8 21 , 1 9 t

l ,685| ,697| , 7 W

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2 . 3 1 02 ,323

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3 , 8 1 33,8293 ,8,163 , 8 6 33 .879

4 , 6 8 04 , 6 9 81 , 7 1 61 , 7 3 51 , 7 5 3

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o,o270,9280 ,600,0320, 83

00 , 1 é ô0 , t70o , t 7 40 , r 7 8

0 ,1120,,r I Io ,1210, ,r3 l

0 4060 , 7 6 20,n00,7780,78é

0 751 20l , 2 n| ,221| , 2 3 r1 ,211

7| , 7561 , 7 6 7| , 7n1 , n l

3n2 , 3 9 12 , û 42 , 1 t 82 , 1 3 1

33 , 1 1 23 , 1 2 73 , t 4 23 , t 5 8

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3 ,9303 ,9471 A A 1

893 7 7 14 ,7894 ,8071 , 8 2 54,8. t4

UYpbr'C o ,33 t ,45 2 ,53 3,55 4 , 5 5 5 ,50 ô,40 7 ,27 E,Os E , 8 r

274

C e c t e È a b l e a é t é m o d i f i é e p a r l r E . I . p . T . 6 g ,

L a n o u v e l l e t a b l e p o r c e l e r e p è r e f f

C O U P T E P T A I I N E R H O D I E 3 0 % - P I A T I N E R H O D I E 6 %Force é lec t ronro t r i ce en mi l l i vo l t r Jor rc t ion de ré fé rence à 0 "C

Annexes 279

OC tooo iloo r200 r300 t400 1500 r600 t7()0 r800

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1,841,9624 . 8 8 14.899, { . 9 1 81,936

5,7935 , 8 r 3s,8325,8525,8725 ,891

6,8006,8216,842ô, 8636,8836 ,9U

7 ,867,8 887 ,9 t0

7,?547 ,?76

s,9n9 ,W29 ,O259 ,U79,0709, 093

10, 12,{10 , | 17t0, | 7010 , t 93t0 ,2 t7t0,210

I I ,28ôr r ,309r 1 ,333I I ,35é| | ,379I I . 403

2,1532 ,1762,5002 ,5232,54ô2 ,570

r 3 , 6 r 6r 3, 63913,62r 3,685| 3,708t3,731

l , )

l 4I 6t 8? ô

4,7541,9731,9925 ,0 r 05 ôro

5 ,? 5 , 9 3 15 ,95 r5,9705,990

6,9?56,9 /ô6,9676,9887 , O @

7 ,9988 ,0208,0428, 0648. 086

9 , I t 59 , 1 3 89 , r 6 l9 , 184I ,2%

1o,26310 ,28610,30910 .332| 0,356

r r .420| 1 ,14911,473| | , 1 9 6l l , 5 l 9

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2 , 6 1 62,6102,6ô3z. oéo

t3, /5413,777t 3,80 |t3,824l3 .842

2221t o

2830

5,4475,0665 , 0 8 55, r03< l r t

6 , 0 r 06,0306,0506,0706 , W 0

7,0307 ,O5l7,0727 ,837 . 1 1 1

8, r088 , r308 , t528 , t 7 48 , 196

I ,2529,275a 797o ? tn

to,379to,102t 0.425I 0, 448t0 ,471

r t , 5 €l I ,566l I ,589I I , 6 1 3r r ,636

2 ,7@2 ,7332,75ô) 7 m

z . o v J3231363840

5 , t 4 t5 , t 605, t785 ,1975 ,216

é , 06 , t 3 06 , r 5 06 , 1 7 06 , 190

7 , 1 5 67 , l n7 ,1997 ,220

8 , 2 r 88,210I ,2628 ,285I,307

9 .3€I ,366q ?40

9 ,4129 ,134

| 0,495r 0 , 5 1 8r 0, 54lI 0, 5é4r 0,587

r r . 659I I , 683I t ,706| 1 ,729r l ,753

2 ,8262 ,8492 ,8722,8962 ,919

12441ô48

5,2515 ,2735,292s ,3 l r

6 ,Z tO6 ,2306,2506,2706,290

7 ,2417,2627 ,2817.305

I ,329e 1 ( l

a 17'�1

8,3968 , , 8

9 .1579,1t)09.503o <)a9 ,519

t 0 , 6 1 I| 0, ô34t o , 6 5 710,680l0,704

t 1 , n 6| | ,799I I , 8 2 3l I ,816I I ,869

2,9422,9662 ,9893 , 0 1 2

5251565860

5,33O5,3195,3ô85,3875, ,106

6 , 3 1 06,330ô , 3516 ,3716 , 391

7 ,3147 ,3697 ,3907 ,1127 ,133

8,11O8,1ô38 ,1858,5978 ,530

9,572

9 , 6 r 89 ,U0? ,63

t o , 7 2 7r 0,750to,773t0 ,79710 ,820

r I ,893r I , 9 1 6I I ,940I I ,963I 1 , 9 8 6

3, 0593, æ23 , 1 0 5i I t a

1 l { ,

626 4666870

5,4255,1445.1635,183

6 ,1326, 1526,1726 ,192

4 l 7 ,1557 ,1767 ,4987 ,5197 ,541

 5 5 ?

8 , 5 7 4I ,5978 , 6 1 98 , 6 4 1

9 , 7 æ

9,755a 77�

686 I o,8431 0 , 8 6 6| 0 , 8 9 01 0 , 9 1 31 0 , 9 3 6

r 2 . o r 0r2 ,033t 2 , 0561 2 , 0 8 0l 2 . r 0 3

3 , t 7 53 . 1 9 83,2213 , 2 4 5J . Z O O

/274/ è7880

5, 5405 , 5 6 05 , 5 n) . ) Y 6

6 ,5736 ,5336 ,5v6 ,57 46 , 5 9 4

7 ,5627 , 5 8 17 ,6057 , 6 2 77 ,619

8,6648,68ô8 , 7 æ8 , 7 3 18 , 7 5 4

9 , 8 0 19 ,8249 ,8479 ,870a e a l

l 0 , 9 6 01 0 , 9 8 3I | ,006n , 0 2 9r I ,053

t 2 , 1 2 61 2 , t 5 0' 1 2 , 1 7 3

t 2 , t 9 6t2,220

3 , 2 9 13 , 3 1 43 , 3 3 73 , 3 6 13 , 3 8 4

82848ô8890

s Â'17

5 ,676

6 , ô r 5

6 , 6 5 66 , 6 7 66 , 6 9 7

7 . 6707 ,5927 , 7 1 4

I ,776I ,7998 , 8 2 lI , 4 4 48,866

9 , 9 1 6

o oA l

9,9861 0 , 0 0 ç

lIII

I

076099123t4é1 6 9

t2,24312,266t2 ,2901 2 , 3 t 31 2 , 3 3 6

3 ,4073 , € 03, .r533 ,1773 .500

929 49 6

r00

55 , 7 3 45 , Æ 45,n4< 791

7 t 56 ,7386,75e6 , 7 8 06 , 8 0 0

7 tB 7 , 7 7 97 ,8017,8 ' t27 , 8 1 17 .86ô

8 , 8 8 9q q l ' )

8 , 9 3 48,9578 . 9 æ

0320r 0 ,055to,o7B10 , | 0 rt 0 , 1 2 4

I

III

I q_ l

, 2 1 6? 1 q

, ?63,286

r 2 , 3 6 0

12,406r 2, 430r 2 , 4 5 3

3 , 5 1 é3, 5691 <O?

3 , 6 1 ô

E Vp à r o C 9,49 to,o7 to,ôô I l , l 3 1 1 , 4 5 l l , 6 2 n , 6 7 n,ô3

279

æo

COUPLE NICKEL-CHROME/ CUIVRE-NICKEL (E)

3 EgtESËB8ËpFI ç T 9 9 ! gËEËf , eE i iËFFggE H É H =9 n 9 n >r i Y n t x ë RFFËËË Ë Ë Ë Ë

g Ë 8 9 € 8 Ëf i 3Ê iHi ËgËgËE8g :g E ; F d3 3 ô 3 8

gË8Ë8gËËEËËEAsEFERFËE R F 8 8E E g E à

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3 gERggnsËË88g g E s âE * f i ! ËÈ R t s 9 8S E È E Aâ $ E à E e t ' 2 a r

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II 9 R ç S EI

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gIi=' '= *t r & R 8 g g 8 E 9 c r 9 3 8s ; 8 3 8l " r " t ** : P , - " ' 8 â 3 t 8 8 â ' E E 8

Document YEC I

280

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6 à t à t E à 3 Ë : E Ë Ës : g E p. é è ô è è

E 9 E à Às E A E A ô ô ô ô ô

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F ! i À 1 9l : ù t i a ù 1 6

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3 , l i Q Q E ! tF Ë l l . t v v t s€gg:? 8 È E : & g 3 a ES g F E F8 - g E : e g B S û8 8 s $ û 3 8 p F :8 R 8 : 3

E s g E E e ;p Ê È E gg e c à g 8 e s 8 Es 4 3 3 3

g 8 : 8 9ê f i 8 8 8

g R 3 9 RE E E S EEËf isËa ; à R 8 HEEgËg5ËEÊ

I 3 S f l S 8 E ËÈËËfiEA€âËË È Ë Ë : 8 8 3 3 Ê à = E 9 SËËgËËEËËËF: f r rF :E S x q sH â ; ; ;

g a g g È g EB S g g :Ë 3 E E àf r E : X f l= = l < R & i Ê x È E: 8 9 Ê ER S 8 9 8 g 3 E Ë 8FÊggtsp a F : 9

g { R Ë Ë Ê ËF : S g Jg g s Ë Èà e R g 8€ Ë g { H; â g 3 g5 3 S g ;Ë 3 8 4 â g â P F FS 3 ô P â

g ! ë g ; 3 ÈE I n s EËeâs ;â g g 3 h8 à E E 8 E E Ë g ËIT ç : r e ëç â : E â. 1 ô ô t t J t g * â s ËE Ê à $ Eg i s s Ea 1 : R :

€ ! ë ë =e æ 8 3 91 ; R P 8

F ^ ' g E 8 3 sp È - : Fa q E g t : Ë R Ê €F : F € FË B â : : Ê R F g f , : Ë E g Ê: t s E p çç : : ; ;

I t 8 à 8 = ! J 1 : ' ; U A â 8 8 9 â E E 6 ë è f 3 ; a F € € = : s

C' : : ; : l l l É R F ; ;

R Â , É R 8Ê r 8 n 8c 1 3 9 8 â 5 : 3 3 S ! 6 E 3 4 =."or l; 3 : 3 S â f , 6 S 9

COUPLE PLATINE 3Oz RHoDIIM/PLATINE 62 RHoDIIJM (B)

Annexes 281

.o(u(J

tu|..

ro

o

.9(,o

u

3

?81

DocumÈnc l l l lc i

82

Température de fusion

en oC sous la press ion atmosphér ique normale

Corps Fonnule Chirnique È f

Aluminium

ArgenÈ

Az o t.e

Chlorure de

Cobal t

Eau

Eta in

Hé I ium

Magnés iurn

Mercure

Nickel

Or

P la t i ne

Plomb

Zinc

Sod iurn

A1

Ag

Nz

Na Cl

Co

Hzo

Sn

He

Hg

N i

Au

PÈ

Pb

ZrL

658

961

- 1 9 0

- t r Â

804

1 495

0

232

6 5 r- 3 9

1 4 3 5

1 064

1 7 5 5

3 2 7

419

242

Annexes 2A3

Transmission de chaleur

COEFEICIENT DE CONDUCTMTE THERUIqUE : À ("lambda")

À- expr irue Ia quant icé de chaleur t raversanÈ en uoe heure, un naÈériau drunmètre -d 'épaisseur pour un degré ( l "C) de di f férence de tenpérature enÈre sesdeux faces :

I , / / n .h . "C

Elegglg : Métaux, À = 10,5 à 420l ' t aÈér iaux de consÈrucÈ ion , À = O ,14 à 3 ,5

I s o l a n r s , À = 0 , 0 2 à 0 , 5 6

COEFFICIENT DE TMNSMISSION THERMIQUE DE PAROI : K

Le coe f f i c i en t À ca rac té r i se un ma té r iau ,

Le coe f f i c i en t K ca rac té r i se une pa ro i .

K expr ime la quant i té de chareur t raversant en une heure, un mètre carré deparo i pou r un deg ré de d i f f é rence de tempéraEure en t re ses deux faces :

t r l m 2 . h . ' c

. IK = : e : épa isseu r de l a pa ro i (m)

l l g g p l g : M u r s e r c l o i s o n s , K = t , 5 à 4

T o i r , K = 2 , 5 à 5 , 5

F e n ê t r e s , K = 3 , 5 à 6

À ec K va r ien t non seu lemenc avec ra d i f f é rence de Èempéra tu re , ma is auss ia v e c I a t e m p é r a E u r e a m b i a n t e .

28il

æ4

Trigonométrie

DEFINITION : Dans un cercle de rayon 1 (0A =

0C est égal àAC est égal àTA' est égal à

1 )

cosinus osinus cla tângenÈe

J U

6 0 "

9 0 '

0

n q

0 , 7 0 7

o , 8 6 6

1

s i n 2 c l + c o s 2 c = 1

s in o-

c o s c

,|

0 , 8 6 6

0 , 7 0 7

0 , 5

0

n

0 , 5 7 7

1

1 , 7 3 2

R E L A T I O N S :

284

Annexee 2gs

Unités

S I o à t r e Dângstrôn t ' - l0- | 0 t

o i l l e n a u t i o u e - I 8 5 2 r na n o é e l u r n i è i e z l 0 ! m ( d i s t a n c e p a r c o u r u e p a r l a l u o r i è r e e n u n e a n n é e )

. uxttla otortltrarta

LONGUEUR

AIRE OU SUPERFIC I E

SI nètre carré nthectare ha - 10000 nra r e a . l 0 0 m tc e n t i a r e c a ' l s r l

VOLUUE

Sl srè t re cube n!l i t r e t ' l l l 0 0 0 d e r o r

ANGLE PLAN

S l r a d i a n r d o u r a d . L e r a d i a n e s t l r a n g l e q u i , a y a n t s o n 3 o r r n e ! a u c c n t r ed ' u n c e r c l e , i n t e r c e p t e e u r l a c i r c o n f é r e n c e d e c ec e r c l e , u n a r c d ' u n e l o n g u e u r é g a l e À c . l l c d u r a y o n d r rc e r c l e .

t o u r t r ' 2 t l r d.

' l l ( r ' P i " ) . 3 , l 4a n g l e d r o i t -

Ë r dI

grade s r - t dô

- 0 ,9 "

degré ' - # .0

ninure . ! '60

s e c o n d e " . t - : = l = '60 1600

ANGLE SOL IDE

S l s t é r a d i a n s r L € s t é r a d i r n t c c t l r a n 3 l e r o l i d c q u i ' r y s n t t o n r o E n c tâ u c e n t r e d i u n c s p h è r e , d é c o u p e s u r I l r u r f e c e d a c c t t cs p h è r e u n e a i r e é q u i v e l e n t e à c e l l e d ' u n c e r t d d o n t l cc ô È é c a t é g a l a u r r y o n d c l a s p h è r c .

295

286

SI k i lograme kg

MASSE VOLUIIIQUE

kilogras@e par or kg/urr = g/l

tonne par nètre cube t/rnr = kg/l

. utatTES DE LlssE

}{ÀSSE

. ut{t1Es 0E

TB{PS

S I seconde

oi.nuCe

heure

j our

TETPS

sI

r 4 4 0

h = 6 0 t r r

j o u d = 2 4

1 : : ' = n = b U s- b u

= 3 6 0 0 s

h = 1 4 4 0 s n = 8 6 4 0 0 s

a v e c c e I I e s

= 3 , 6 k B / h

= =! m/s

= ..'! m/s

= l m r t l e / h =

Unité non dénoooée cohé renÈe

oètre par seconde ru/ s

k i looèÈre par heure kn i h

oètre par oinute E/Erçl

noeud

ÀCCELERATlON

UniÈé non dénoooée cohérente avec ce l les

mèt re par seconde par secondeouoècre par seconde car rée m/sr

VITESSE ANGUTÂIRE

Uni té non dénooée cohé ren c e

rad ian par seconde rd /s ou

Eour par seconde t r /s -

cour par a inuce t r / rnn -

d u s y s c è m e S I :

1 , 8 5 2 k n / h = 0 , 5 1 4 4 û 4 m / s

du svs !ène 5 I :

.utltïEs r|EcaxtquEs

VITESSE

FREQU ENCE

hercz l l z

. r v e c c e l l e s d u s v i t è m e i I :

r a d / s

2 1 r d , / s o u 6 , 2 8 1 t 9 r d l s =I- 3 6 r d l s o u 0 , l 0 i 7 ? 0 r d l s -

. F r é q u e n c e d ' u n p h ! n o o ù n e p é r i o d i q u e d o n c

b 0 t r l n nI_:':.:- C r/ s

! J p e r l o o c É s c I : i e C O n d e

286

Annexes 287

FORCE

SI nes ton N

MO}IENT DIUNE FORCE OU DIUN COUPLE

Uni té non dénorurée cohérente âvec cel les du systèrne SI :

mè t re-ner.lt on rn.N

ENERCIE (TRAVAIL, QUANTITE DE CHALEUR)

S I j o u l e J

waÈtheure Wh = 3,6 kJ

k i lowarÈheure k l . lh = I600 kJ

k i l o c a l o r i e k c a Io u r 4 1 8 5 , 5 J = 1 , 1 6 3 W hmi I l.i therrni e mth

t h e r m i e t h = 1 0 6 c a l - 4 1 8 5 , 5 k J = 1 , 1 6 3 k H h

f r i g o r i e f g = - 1 k c a l .

POUVOIR CALORIFIQUE

Uni té non dénommée cohérente avec ce I les du sys tème SI :

j o u l e p a r k i l o g r a n r n e J / k g

r n i l l i t h e r m i e p a r k i l o g r a m m e m t h / k g = 4 1 8 5 , 5 J / k g = 1 , 1 6 3 U r / k g

r n i l l i t h e r m i e p a r m è t r e c u b e m t h / m r ; 4 1 8 5 , 5 J / m r = 1 , 1 6 3 w h / m r

PUISSANCU

S l w a t È t J = I J / s

k ! l w ô l t k t l = l O r t l

U n i . t é s e m p l o y é e s p a r 1 e s é l e c t r i c i e n s p o u r l u r n c s u r e d e s p u i s s l n c , , r s u p p n r e n t s s :

k i l o v o l r a m p è r e k V a p o r , r r r a m c s u r e d c s p u i s s a n c e s r é a c L i v e s :

k r l o v a r k v a r

c h e v a l - v a p e u r = 7 3 5 W ( 1 ' e r n p l o i d e c e t t e u n i c é a n c i e n n e e s t i n E e r d i t d e p u i s l el e r J a n v i e r 1 9 6 2 )

V O I R E N E R C I E E T P U I S S A N C E P A G E 2 6 7

C O N T R A I N T E . P R E S S I O N

S I p a s c a l P a

VISCOSITE DYNTY IQUE

S I p a s c a l s e c o n d e P a . s

p o i s e u i l I e P l , ( a n c i e n n e a p p e l a t i o n d u p a s c a l , s e c o n d e )

p c . r i s t : P o = 0 , 1 P a . s

v tscos IT[ c tN E]rAT IQU E

U n i r é n o n d é n o n u n é e c o f r é r e n c e a v e c c e l l e s d u s y s t è m c S l :

m è c r e c a r r é p a r s e c o n d e m r / s I

s r . - r k r s S t = 1 { ) n r i , / s

287

æ8

.urarlEt cALonrFroult

lSI,PERAIURI

SI degré Kcl{in K

degré cclcius oc (I t exprer rionr'àegré ceotlgrada' cat lscorrêctc, lc ccoÈigrrdétant une unité drraglc (ccotlèoc dc grda)).

COTIDUCTI BILITE TEERITIQUE

Unité non dénomée cohérente avcc cellce du ryatèEc SI :

eatE par Eètre et degré Kelvin I/u.X

co8FrrclEtùÎ cLoBAt DE lRAltSl{ISgIoN IBERUIqUE DE ptROI

Unité non dénomée cohérente avec cellee du aystèoe SI:

eat t pâr nèÈre carré et deBré Kelv in l l /n t . . f , 3 0,860 Eth/dh. .C

ni l l i therh ie par nètre carré, heuree t d e g r é c e l g i u e o t h / d h , . c r 1 , 1 6 3 f / d . . L

.u t r t ! t tEc l i touÉt

INTIIISITE DE COURâNT SLECTRIQUE

SI aopère A

QUANTITE D' ELECTRICITE

SI couloob C (quant i té dté lect r ic i te t ra [spor tée cn I leconde p l r un courrotde I anpère)

ampère-heure Ah - 3 600 C

DIFFERENCE DE POTENTIEL (OU TENSION), FORCE ELECTROTOÎRICE

S I v o l t V

RESISTANCE ELECTRIqUE

SI oho O

uégoho ll n - tO6 n

CONDUCTA}ICE ELECTRIQUE

Sl r ieoens S (conductance é lect r ique d 'un f i l conductcur ryrnt une réc ls tegrceé l e c t r i q u e d e t o h n j ,

CÂPACITE ELECTRIQUE

St farad F (capaci té drun condeneateur étect r ique entre ler r rû l turca duquel- a p p a r a i t u n e d i f f é r e n c e d ê p o t e n t i . l d e I v o l t l o r r q u r i l c s t

c h a r g é d r u n e q u a n t i t é d ' é l e c t r i c i t é d e I c o u l m b ) .

u i c r o f a r a d ! F . t 0 - ' F

æ8

l e

s t

S I

.u r1Ê3 oPTlouEs

INTENSITE LUMINEUSE

cande la cd

FLUX LUMINEUX

lumen ln ( f l u x l u m i n e u x é m i s d a n s u n s t d r a d i a nu n i f o r n e s i t u é e a u s o î m e t d e I ' a n g l ei n t e n s i t é d e I c a n d e l a ) .

Annexes 289

p a r u n e s o r r r c e p o n c t u c ls o l i d c e t n y â n t u n e

ECLAIREMENT

l xIuxS I ( é c l a i r e m e n t d r u n e s r r r f a c e q u inran iè re uni fornément répar t ieo a r n i è t r e c a r r é ) .

r e ç o i t n o r m a l r - m n n t , d t u n e

, u n f l t r x l u r n i n e r r x d e I l u r n e n

UNITES USA

LOHGUEUR

i n c h

f o o t( p l u r i e l

y a r d

( i n . )

( f r = l 2

' 2 5 , 4 m r n

i n ) . 3 0 4 , 8 n u n

f r ) - 0 , 9 1 4 r n

( p o u c e )

( p i e d ): f e e E )

SUPERF IC IE

s q u a r e i n c h ( p o u c e c a r r é ) ( i n r ) .

VOLUTE

cub ic inch

cub ic foo c

cAP^C t1ÊU S g a I I o n

U S b a r r e l

T E H P SL e s u r r i t é sf r a n ç a i s e s ,- , ' a I a " a f ^ i c

( y d = 3

( p o u c e c u b e ) ( i n t ) =

a ^ i ô . 1 ̂ ' , X ô ) t f r r ) =

6 , 4 5 1 6 c m '

1 6 , 3 8 7 1 c r n !

2 8 , 3 1 6 8 d m t

U S g a I = 2 3 1 i n r

( b a r i l a m é r i c a i n )

= 3 , 7 8 5 4 1 I

b b l = 4 2 U s g a l = 0 , 1 5 9 m '

e c L e u r s a b r é v i a t i o n s s o n t l e s m ê r n e s q - u e l c s u n i t t i s c t ; r b r ô v i a t i o n s

r n a i s I ' a b r é v i a t i o n d e " m i n t t t c " e s t m i n c t n ô n n n ; o n c n p l o i e

l e s a b r é v i a t i o n s s e c p o u r " s c c o n d e " , l r r p o r t r " l r e u r c "

v r lEssE oE no la r roNr c v o l u È i o r r p c r r n i n u t eo ut u r n p e r m i n u c e

( t o u r p r r m i n u t c ) r e v / m i n o u r p m = | t r / m n

FREOU€NCEI ' u n i t é h e r t z e t s o n a b r i v i a c i o n l t z , i d c r t t i , 1 ' r r ' ss o n t l e s p l u s c o r r e c r e s , m ; r i s o r r a r ô l r v ( ' s o r l v c n ta b r d ' v i a t i o n s c / s c t c p s

i c r , l l r . s ( . r u s , 1 r , r ! r ' n l ' r i n c c ,

I ' r r n i t d r - y r ' l c l r r . r s c c r r n r l c t l c s

289

290

O E I I T

U S g a l l o n p c r

US ba r rc I p r : r

IA83E

ounçc (oncc )

p o u n d ( I i v r c )

r u i n u t c ( g a l l o n a o é r i c a i n p a r o i n u r e ) U S g a l / o i n o u U s g p n. 1 . 7 8 5 4 1 I / o n

l r o r r r ( b a r i l a o é r i c a i o p a r h e u r e ) b b l / h - 0 , t 5 g 9 g 7 u r r / h

l b

. 2 9 , 3 4 9 5 C- 1 6 o z . 0 , 4 5 3 5 9 2 k C

( l i v r c - f o r c e p a r p o u c e c a r r é ) l b f / i n , o u p s i = 6 g 9 4 , 7 6 p ap s i a : a b s o l up s i g ; r e L a c i f

( p o u c c d ' e a u ) i n l t 2 O - 2 , 4 9 0 8 9 r n b a r( p i . r . ; r l r . l r c u u ) f r l l ? o - 2 9 , 8 9 0 7 n b a r( p r . , r r c c d e n r c r c u r e ) i n l t g - 3 3 , 8 6 3 9 m b a r

s h o r ! t o nou r r . rnue anér ica ine s t rn , 2 OO0 lb = 907 kgnc t too

FOrCÉ

pounda l ( fo rcu qu i cc . rn rmun ique à un corps ayant une oasse de I pound, une. r c c i l É r a r i o n d e I f o o t p e r s e c o n d p e r s e c o n d )

( p i e , l l i v r e p a r s e c o n d e c a r r é e ) p d l . 0 , 0 1 3 g 2 5 5 d a Np o u u t l f o r c c ( l i v r c f o r c e ) l b f - 3 ? , 1 ? 4 0 p d I . 0 , 4 4 4 g 2 2 d a N[ J S t o n - f r . r r c c ( t o n r r e f o r q c a r n é r i c a i n e ) 2 0 O O l b f = g g 9 , 6 4 4 d a N

PÊ € 86tOx COlt ln^t!ar E

p o u n u - t o r e e p r rS q u r r ! | n e l l

t oc l t o f r . r t s r

f o o t u l e . r ! s r

r n c l r u f u c r e r r r y

Ê x € n G r E

l r o r s q p o e r r l r , , r u r ( c l r c v a r - h c u r e ) h p h o u h p - h r = 2 , 6 g 4 5 2 x r 0 6 J . 0 , 7 4 5 7 0 0 k t l h

I €T9ERATUR€

l ) c g r c c l ' . r l r r l o l r e i t ( d c g r é F a h r e n h e i t ) o F o u F t . . 59

f r - - 1 r \

æ0

Annexes 291

Vocabulaire

Les techn iques e t les techno log ies soot in le rnac iona I es , le vocabu la i re qur

s?y rattache tend à devenir couun à toutes les I 'angues ' Les langages

é.roluent ; ainsi les apPareils de réq)Lation et de nesute étalonnés pat des

régleujrs sont ûainÈenan! des jnstnrmen ts de conttàTe-mesute ajustés pat

d€s irstruEêntistes.

I A R O U S S E :

contrô1e

Cort!ô1eur, euse

Ins È ruEen t

lns truleDlâcion

Instruoenliste

Rég I age

Rég l e r

R é g l e u r , e u s e

Régu lar iser

Ré gul at ion

Eca I onne r

 j u s t e r

(ancien français : contre-rôle - registre tenu en double)

vér i f i ca t ion ( le cont rô le d run produ ic fabr iqué)surveil lauce (être chargé du contrôle de quelqu'un)

oaitrise (perdre le contrôle de soi-oêue)

personue chargée d'exercer un contrô1eappareil de coûtrôle

(1at. ins trunentuo)appare i l servanÈ à exécucer que lque chose ( ins t ruoent de nesure)

appareil propre à produire des sons qusi.catrx

f iguré : ce qu i es t enp loyé pour a t te indre un résu l ta r : serv i r

d r ins t ruoent à Ia vengeance de que lqu 'un

cho ix des ins t ruoencs cor resPondanr à chaque Par t ie d 'une oeuvre

nus icale

ousicien qui joue d'un instruoenÈ

act ion de régu la r iser la ûarche d 'une oach i 'ne

rendre exacc ur r insÈrumenÈ de oesure ( rég le r une pendu le)

Eet t re .u po ioc le Toncr ionnenenc drune oach i 'ne ( rég le r un

tour )( a s s u j é t i r à c e r t a i n e s r é g ! e s - d é c i d e r d e f a ç o n d é f i n i t i . v e :

r é g l e r u n e a f f a i , r e - d e t È r e e n o r d r e : r é g l e r s e s a f f a i r e s )

s p é c i a l i s t e c h a r g é d u r é g l a g e d e s a r a c h i n e s

rendre confor rqe aux rég lenencs , à la lo l 'rendre régu l ie r : régu la r iser la narche d 'uqe ooncre

ensenb le de nécan isoes per tnerÈanc !e oa in t ien de l i cons t fnce d 'une

fonction a réqulation càermrgue.: ' v é r i f i e r p a r c o u t p a r a i s o n à u n t j t a L o n , l ' e x a c r i s u d e d e s i n d i c a t i ù n s

d ' t rn ins t ruoen t

rendre lus lea d a p c e ra r r a n g e r , d i , s p o s e r a v e c s o i n ( a j u s t e r 5 a c r ô v a t e )t r r c e r e c f t ç o n n e r d e s o r l c . r u x ! [ a n a i n d ' . r p r è s u n ? [ J n e t e n s e

s e r v a n t d ' u n c e r t a i n n o o b r c d ' o u c i l s

o u v r i e r c a p a b l c d e r é a l i s e r , i t p a r t r . r J e l : r : : r a t i t l r e 5 r u t e o u r ' r s i n ' i c '

des p iùccs o t i c :n iques . J u s t e u r

æ1

Comme l'indique la page 98, le calcul cornplet est indiqu-é par les_]\IORMES mais il estpoiiiUfô d,efiecùer un'càcul ràpide (par exemple pour vérifier qull n'y a p€r.s eu d'erreuriJans les données lournies à l'ordinateur...)6n p"ut â"uler approximativement un diaphragme, une tuyère ou un venturi en utilisant

Annexes 2gl

le graphique ci-dessous:

t5Ito

o,9

o,a

o.7

q6

o,5

o,4

o,t

0.2,|

10-x( o r i g i n e : " T e c h n i q u e s d e I ' I n g é n i e u r " )

c : l c r r l n e r m e t d ê t r o u v e r À P s i o n c o n n a i ! d o u d e c a l c u l e r

n n r r r n h r p n i r l a À P c h o i s i e .m é t h o d e c o n s i s t e à c a l c u l e r u n n o m b r e X q u i p e r m e t d r u r i L i s e r

g r a p h i q u e :

./oatâ

do

d

l e

l l C a l c u l d e X : , , = M / 1" n 2 ^ ^ 9

M d é b i t m a s s e e n k g / hD d i a m è c r e i n t é r i e u r d e l ' r c o n d u r t e e n f l r f l

p m a s s e s p é c i f i . q u e d u f l u i d e e n k g / m r

ÀP en rnm de CE

2 / e n p o r t a n t X s u r l e g , r a p h i q u e ' o n E r o u v e l e r r p p o r c

p e r m e t d e c a L c u l e r c l .

- E I C g p l g : c a l c u l d ' u n d i a p h r a g r n È s u r d e I ' e a u d e c h a u d i è r e '

dD'

qu r

D é b i t m a s s e : 8 7 0 6 5 k g i h

D e n s i t é à P e r T " d e s e r v t c e :

. \P : 2 500 mm CED : d i a m è t r e i n t é r i e u r 1 i i : n t t

C a l c u l e r l e d i a m è t r e d .

/ t--v _ 8 7 0 6 5 / 1 8 7 l o r / t I'' - -ltsZ)' '

nl-T 2 500 =

il36'x to-F " 9,T * 3O

- 8 7 / r I 1 g ' t - lz:i6' q;u * 5 " To,

= 43il-3,T2T-5

= 2,44 x 1o

S u r g r a p h i q u e X = 2 , 4 4 * * = O , t t

d = 1 5 4 x 0 , 5 5 = 8 5 , 7 m m

Remarque : I 1 es t i nu r i l e d tag rand i r l e g raph ique , l a mé thodeesÈ ePPrgrl!Êllvg.

NOTA : La pa r t i e supé r ieu re du g raph ique donne ra pe rEe de cha rge rés idue . r reen Z de la Àp pour les diaphragmes seulement.

301

INDEX ALPHABÉTIOUE

absorption (coefficient d'...) 127ACCESSOIRES 147aaivité nucléaire '145

air 14{!alcalinité 251alimentation électrique 1 50alignement (d'un régulateur) 185afphabet grec 244ampère 23Annexes liste alphabétique 243A.O.l.P 129approximation 200Archimède '132. %6armature '|/4asservi (système) 65atmosohère 45atmosphère explosible 150atome 21balance de force 64balance manométrique 51baromètre 4€|bictrromatiques (lunettes) 127boude 207BOURDON 4{r,61bras de levier 19BROIDA 201bruit 254bruit dans les mesures 3.1bullage 140BURKERT 58BURTON (ouwage de M. J.) 161BURTON (tub€ de) 86buse oalene 62Cablage électrique 150cadre mobile 25calcul (instrument de) 157calcul ooéralionnel 263calibrateur (Kelatron) 124calorilique (pouvoir) 267capacitive (sonde) 144caolsur-transmeneur 48. 59CARSON LAPLACE 263cavitation 1 76cfraleur (tansmission de) 283chaine ouverts 207changement d'unilés (calcul de) 9cinématique (ûscosité) 78coefficient d'absoption 127coefficienl d'émissivilé 127coetficient diél€ctrioue 144

dasse de précision 32colonne (de liquide) 48compensation (câble de) 1 1 7@mpresseur 147composants électroniques 2z16conf iance (limite de) 31

" (niveau de) 31conduaibilité 81constante diélectrique 144conventionnelle (représentation) 270

" (teinte) 271constante de temps (t) 200, 253'conversion (tables ... couples) 272 à281conversion d'unités de pression 5'lconvertisseurs P/l et l/P 'l 53couplage élecrique 31couDles. lables de conversion 272 à251DalL (tube ...) 91DEBffS 75débit de gaz 99décibel dB 247deg ré C , F , K 113ÀP (delta P) 88densité 18déprimogènes (organes) 91 ,95, 142dérivée 188désignation des tubes 24€idétendeurs 149deuxième degré (équation) 62diaphragmes 91, 93diffêrence de potentiel 23digital (voir numérique)dilatation des métaux 249DINDËLEUX (ouvrage de D.) 218Direcùinverse 181Doppler 83dynamique(prêssion) 85EAU 250échelon 182écoulement 76él€ctrode 144électronique (composant) 246émissil (pouvoir) 127émiss ion 127ômissivité 127ENDRESS + HAUSER 146énergie cinétique 87ENERGIE ET PUISSANCE æ9énergie polentiel le 87onreoislreur 155

30r

302

ENGELHARD PYRO.CONTROLE 110epsilon € 62,244âquation du 2ème deqré 262âruilibre tgerreur (calcul d') 35erreur (cause d') 38erreur relative 35fiabitiré 30fibre optique 252fidelité 31FISHER CONTROLS 219flottante (r6gulation) 209fonciion de transfert 65fonciion de transfert du ler ordra 253tonclionnel(schéma) 195force 19FOXBORO 58traclion g"France lnler " 22fusion (température de) 282g 2 *gain (régulateu4 lg0gain (starique) 199gamma (ï rayons 145GAZ (débit de) 99GEORGIN 1'51glycol 251graphique (représentation) 13humidité de l'air 255humidité (mesure d,) 256hydrostatique 43hygromètre 255hystérésis 32IMPLANTATION 161incertitudes 31indicateur 147information 3 ,59instable (procâJé) 197instrument de calcul 1 57insufflation I 40int{lrale (d'une l. du temps) 183intensité de courant 23Invar 249Inverse/Dired 1 81Justesse 32K ke lv in 112Karman (effet) 87KELATRON 147KROHNE 75Lambda (l) 2tlaminaire(écoulement) 77lovier 19linéaire 14linôarité 32, 154

302

Log et log 257longueurs d'ondes 22ludion g4lunettes pyromériques 127manomètre 4€!MASONEILAN 178masse spécifique etmasse volumique 19, €t ANNEXESMECI 179membrane 4{lmesurage 25m€sure optiqu€ des temp. 127métaux (dilatation des) 249méthodes de mesuraje 25mercure Hg 48mètrecubes normaux 101micro p 21,244micron um 21mobililé 31mode commun 29moment de force 19monochromatique (lunette) 1 27moyennes arith. gâ)m. quadrat. 262MTBF 30MTTR 30multivariables (procédés) 204Newton 1 7NIVEAUX 131normaux mètre-qrbes 101notations du calcul opérationnel 263notes personnelles (vos) ....numérique 27, 59, 74, 216Ohm A 23A (oméga) 244opérateurs analogiques 157opérationnel (calcul) 263opposition (mérhode d') 26organes déprimogànes 91 ,95, 142OTIC FISCHER ET PORTER 57partiqrles 21PASCAL 44permittivité 144personnelles (vos notes)perte de charge 79, 264" résiduel lepH 265photon 21pig€s 132Pitot 85plat ine 100 Q 124,2æplongeurs 133poids apparsnt t34poids spécifique ou" voiumigue j I

90, 97

303

point de rosée 255poise, pois€uille 78, 287potentiel (ditférence de) 23potentielle (énergie) 87potentiomèùe 26poussée d'Arôimède 1?+, æ6pouvoirs caloriliques 267pourroirs émissifs 1 27Prandtl (tube de) 85précision 35précision (dasse de) 32PRELIMINAIRES 9PRESSION €pression absolue 45

" atmosphérique 45' dynamique 85" hydrostatique 4:l' relative 45" statiqu€ 85" vaporisation (de I'eau)

PROCÉDÉ 195proportionnel 14proportionnel (r{lulateur) 180psychromère 255R 100 (table) 268PUISSANCE ENERGIE 269purge continue 140pyromètre 111,127pyrométriques (lunenes) 1 27quadratique %, %2quantité de gaz 99radiation 127,145radio-activité 1 45ramo€ 27. 1 89rangeabilité 67rayonnement 21 ,145rayonnements ionisants 1 45rayons ga,lma ('y) 1a5réaction 64, 65réc€otion 127réfrigérant (air comprimé) 148rèole de trois 9RÈGULATEUR 179REGUI-ATION 207R{Tulation Oualitative Oplimalerelais d'amplification 62réponse (du proédé) 198reor6sentation conventionnslle 270rôsistance électrique 33r€ssofl 25Reynolds 76f iô (p ) 18rosée (point d€) 255

"rotamètre". ROTA 92SAMSON 74schéma tonctionnel 195sensibilité 31siemens 81signal d'entrée 1 0signal de sortie 10, 59simuler 5lsonde 125stabilité d€s m€sures 29stabilité des procédés 197stable (proédé) 197statiquo (pression) 85Systèms asservi 65

Tables des "couples" 272à281î (rau) 200,24toint€sconventionn€llss 271TEMPERATURES 111température de fusion 282temps mort (r) 200temps de réponse fD 19etension (en volt) 23tétrabromure d'acétYlène z16thermislancss 125thermocouples 1 1 4THERMO.EST 126hyrislor 246titres (de I'eau) 251Tqrricelli 48torsion (lube de) 1 33Tout ou Rien (r{lulation) 209traitemênt de l'air comPrimé 148transf ert (f onction de ) 65ûansistor 246TRANSMETTEURS 59ùansmission 59ùansmission de chaleur 283tigonométrie 244rois (ràgle de) 9tubes (désignation) 244,æ4tub€ en U 4€ltube de lorsion (niveau à) 133tuôulênt (écoulement) 76nrvère 91ulira-sons (niveaux à...) 146Unités 17, 285 à 290unités composées (caloll) 9Unirés usA 289VANNES 165vaporisation de l'eau 250venturi 91vide 45viscosité 78, el Annexes

250

z . l I

\_

303

304 rNDEX

vocahllaire 291voh 23vohmètre numérQue 27volumique voir massevortex 82wæ (produh en) 108W consigne 180X mesure 180Y sortie '180