Module de pression différentielle adapté à vos besoins

Régulateur de débit résistant aux surpressions, d’emploi souple grâce à la numérisation

Keller AG für Druckmesstechnik: Dès la phase de la conception du produit, une coopération étroite par ex. entre un fabricant de composants et un fabricant d’appareils de mesure permet d’aboutir à des solutions nettement optimisées. La souplesse offerte par les deux concepteurs, ajoutée au traitement numérique du signal, est du plus haut intérêt, comme le montre l’exemple ci-après d’un module de mesure de pression différentielle, lorsque le montage est souvent utilisé par un régulateur de débit spécialement adapté aux besoins d’une technique de mesure de processus particulière.

Le traitement de surface de tôles nécessite un système de pulvérisation permettant le dosage extrêmement précis des lubrifiants. Cette application avait été retenue pour la mise au point d’un régulateur de débit série piloté de fabrication Bürkert dans le cadre d’un projet pilote. Les capteurs, l’électronique de réglage, l’actionneur et les autres interfaces électriques habituelles devaient être logés dans un boîtier très compact conçu pour assurer un fonctionnement fiable de longue durée comme souvent requis en technique de mesure de processus.

Mesure du débit par la pression différentielle
Pour des raisons de robustesse liée à l’environnement de processus et de sûreté d’exploitation générale, le choix s’est porté sur une mesure du débit à partir de la chute de pression constatée au passage d’un diaphragme calibré, et ceci par utilisation de deux capteurs de pression individuels. A ce stade de l’étude, les bons contacts déjà noués avec la filiale allemande de l’entreprise suisse Keller AG für Druckmesstechnik ont été de la plus grande utilité. «Avec la série PD-39X, nous avions déjà présenté un transmetteur de pression différentielle capable de satisfaire aux exigences les plus importantes, notamment en matière de capacité de surcharge, et qui plus est disponible au catalogue», se souvient Wolfgang Braun, directeur de la filiale.

Transmetteur de différence de pression ou de pression différentielle
Sur les transmetteurs de pression différentielle classiques, les deux côtés d’une membrane de mesure sont portés à la pression du fluide ambiant. Avec des plages de mesure typiques de 500 mbar et des pressions système pouvant atteindre 10 bars, la disparition unilatérale de la pression appliquée pouvait entraîner une surcharge d’un facteur 20 de la membrane. La détection d’une telle anomalie ne peut être assurée sans mesures constructives complexes et donc coûteuses, avec pour conséquence la destruction inéluctable du transmetteur. Les spécialistes des systèmes de contrôle de débit de chez Bürkert voulaient exclure de tels risques et étaient donc très intéressés par un module de mesure de la différence de pression.

Les transmetteurs de pression différentielle fonctionnent avec deux capteurs de pression au silicium, encapsulés et spécialement sélectionnés, montés à une distance de 20 mm environ l’un de l’autre. Ils injectent leurs signaux de sortie respectifs sur les entrées d’un microprocesseur Xemics dont la capacité de calcul, après une confortable conversion A/N 16 bits, permet d’éliminer largement par des algorithmes mathématiques toutes les non-linéarités et influences de la température reproductibles. Grâce à ce procédé, Keller obtient sur ses transmetteurs de différence de pression une bande d’erreur globale meilleure que ±0,1 % PE sur des plages de températures étendues. Le signal de sortie analogique du module est actualisé au rythme de 200 fois par seconde et fournit donc une bonne réserve de dynamique pour la suite du processus. Une règle empirique veut que la plage de mesure de ce type de mesure de pression différentielle doit correspondre à environ 20% de la pression relevée en amont.

Outre les signaux analogiques normalisés de 4…20 mA et 0…10 V, le processeur est également pourvu d’une sortie numérique RS485. Cette interface permet aussi entre autres la transmission de valeurs de température et de pression relevées par chacun des capteurs et non pas seulement les valeurs de différence de pression. La numérisation permet d’adapter de manière souple la plage du signal de sortie analogique en fonction de la plage requise pour le signal d’entrée (différence de pression).

A l’issue des entretiens menés entre Keller et Bürkert et l’exécution de nombreux essais, il a été conclu une convention de fourniture de modules de mesure de différence de pression répondant aux spécifications élaborées en commun. Depuis, les régulateurs de débit (Liquid Flow Controller) ainsi conçus fonctionnement en continu dans les applications les plus diverses.

Le raccordement mécanique des capteurs de pression à la canalisation principale du régulateur de débit s’effectue pour chacun d’eux par un capillaire à purger selon un processus de rinçage défini, tube qui sert également de filtre passe-bas pour les pointes de pression. Tous les éléments au contact du fluide à mesurer (à l’exception des joints d’étanchéité) sont réalisés en acier inoxydable.

Intégration
Les régulateurs de débit Bürkert utilisés comme équipements de mesure de processus sont fabriqués à la demande pour une utilisation spécifique déterminée par le client. Avec seulement trois transmetteurs de pression équipés différemment, il est possible de réguler en fonction de la pression régnant en amont des valeurs de débit finales situées entre 0,9 l/h et 36 l/h. L’étalonnage fin des plages de mesure est assuré par des diaphragmes calibrés spéciaux intégrés à la canalisation d’écoulement, la différence visée entre la pression d’entrée et la pression se situant typiquement autour de 500 mbar.

Enfin, les concepteurs de Keller ont adapté d’autres détails pour répondre à la demande de leur client : c’est ainsi que le format de livraison de la platine souple, avec les détails des branchements électriques et la fixation mécanique, a aussi été spécifié en commun, tout comme le signal de sortie au débit nominal qui, avec ses 2,5 V, diffère à présent nettement de celui des équipements classiques figurant au catalogue.

Le traitement numérique du signal et l’interface numérique du microprocesseur délivrent des signaux de capteurs individuels pour la pression d’entrée et la pression de sortie qui peuvent être utilisés en interne pour le pilotage du régulateur de débit afin de fixer des valeurs limites, de détecter des surcharges ou de réaliser d’autres fonctions de diagnostic. Lors de la calibration de la mesure de débit (qui se fait habituellement avec de l’eau ou avec un liquide présentant une viscosité analogue au fluide de processus à réguler), les données de calibration mémorisées dans le processeur du transmetteur de pression différentielle peuvent ainsi faire l’objet d’un nouveau paramétrage intégral. Ceci autorise un étalonnage adapté au cas par cas aux processus du client et constitue donc une solution optimale pour de nombreux utilisateurs.

Résumé/Perspectives
Deux spécialistes, l’un de la régulation de débit, l’autre de la mesure de pression, ont pu apporter par leur coopéra-tion constructive une réponse très concrète à une demande très spécifique émanant du client. Le traitement du signal par le microprocesseur du transmetteur de pression différentielle Keller qui fonctionne avec deux capteurs de pression a considérablement simplifié son intégration dans un régulateur de débit fiable destiné à un fonctionnement en processus continu et a permis la réalisation de toute une série de fonctions additionnelles. Pour un nombre important d’applications, ce module se révèle nettement supér-ieur aux transmetteurs de pression différentielle classiques à membrane unique, notamment en matière de résistance aux surcharges. La numérisation du traitement du signal du capteur offre pour toutes les applications spécifiques au client toute une série d’avantages qui contribuent nettement à améliorer le bilan des coûts globaux.