Compensation de température : la clé de la précision

STS Sensors: Lors de la sélection du bon transducteur de pression, la connaissance des températures pouvant survenir est de la plus haute importance. Si la technologie de mesure utilisée n'est pas compensée correctement en température, de grandes erreurs de mesure, ainsi que d'autres risques risquent peuvent survenir.

C'est pourquoi les utilisateurs finaux doivent savoir à l'avance à quelles températures s'attendre dans leur propre application. Il y a deux valeurs à prendre en compte ici : la température du fluide et la température ambiante. Ces deux valeurs sont importantes. La valeur de température du fluide fait référence aux caractéristiques du fluide entrant par le raccord de pression du capteur. La température ambiante correspond à la valeur de l'air environnant le corps du capteur anisi que le connecteur électrique. Ces deux températures peuvent être très éloignées l'une de l'autre,  et avoir chacunes des conséquences différentes.

Pourquoi la température est-elle un facteur important ?

Les matériaux utilisés dans les transducteurs de pression piézorésistifs affichent une certaine dépendance à la température (en lire plus sur les caractéristiques thermiques des transmetteurs de pression piézorésistifs ici). Le comportement de mesure du transducteur de pression se déplace également avec la température. En conséquence, les décalages du point zéro liés à la température et les erreurs d'intervalle peuvent apparaître. Pour faire simple, si une pression de 10 bars est mesurée à 25 °C, puis une seconde fois à 100 °C, on obtiendra différentes valeurs en sortie du capteur. Il est donc primordial de vérifier, sur les fiches techniques, si la plage de température compensée du capteur est compatible avec les variations de température de votre application.

De plus, le bon fonctionnement de l'instrument de mesure dépend aussi de la température ambiante. Cela affecte principalement les composants tels que les connexions électriques et les câbles utilisés pour la transmission des valeurs mesurées. Très peu de matériaux standards peuvent résister à des températures avoisinant les 100 °C et encore moins au-delà. Les prises et les câbles eux-mêmes peuvent fondre ou même prendre feu. Outre la précision de mesure, la température a également une influence sur la sécurité opérationnelle.

Heureusement, les utilisateurs ne doivent pas s'accommoder de ces risques étant donné que les transducteurs de pression peuvent être optimisés pour différentes conditions de température - d'une part grâce à la compensation de température et, d'autre part, à l'aide d'éléments de refroidissement supplémentaires et notamment de matériaux thermorésistants.

Les erreurs de température peuvent être évitées

Les fabricants de capteurs de pression utilisent une compensation de température. Les produits  STS, par exemple, sont optimisés de série pour des températures de fonctionnement de 0 °C à 70 °C. Plus la température s'écarte de ces valeurs, plus l'imprécision de la mesure augmente. Un instrument de mesure optimisé pour une plage de 0 °C à 70 °C mais utilisé à des températures avoisinant les 100 °C n'atteindra plus ses valeurs de précision spécifiées. Dans ce cas, il faut employer un capteur qui est effectivement compensé pour des températures autour de 100 °C.

Il y a deux formes de compensation de température :

• Compensation passive : les résistances asservies à la température sont activées dans le pont de Wheatstone
• Compensation active (compensation polynomiale) : des pressions variées sont approchées à des températures croissantes au sein d'une armoire chauffante. Elles sont ensuite comparées aux valeurs d'un étalon. Les coefficients de température déterminés à partir de cela sont ensuite introduits dans le processeur du transmetteur de pression de sorte que les erreurs de température puissent être compensées « activement » dans la pratique.

La compensation de température active reste la méthode préférée, car elle conduit aux résultats les plus précis.

La compensation de température elle-même, d'autre part, a ses limites. Comme mentionné précédemment, la température n'affecte pas seulement la précision d'un transmetteur de pression. Les composants mécaniques de la cellule de mesure souffrent également à des températures supérieures à 150 °C. À ces températures, les contacts et les colles peuvent lâcher et le capteur peut subir des dommages. Si l'on prévoit des températures de fluide exceptionnellement élevées, il convient alors d'installer des éléments de refroidissement supplémentaires pour garantir la fonctionnalité du capteur.

Eléments de refroidissement à très haute température de fluide

Afin de protéger de températures très élevées le transmetteur de pression, il existe quatre variantes qui peuvent être utilisées en fonction de l'application et de la température impliquée.

Variante A : températures de fluide jusqu'à environ 150 °C

Dans cette variante, un élément à ailettes de refroidissement est intégré entre la cellule de mesure et l'amplificateur. Il s'agit ici de séparer l'électronique de l'application proprement dite de sorte que celle-ci reste intacte sous l'effet des températures élevées.

Variante B : températures supérieures à 150 °C

Si le fluide est très chaud, un élément de refroidissement est vissé à l'avant du raccord de pression (ailettes de refroidissement par exemple). Par conséquent, la cellule de pression entre désormais en contact avec un fluide refroidi. Ces ailettes de refroidissement fixées à l'avant n'ont aucun effet sur la précision du capteur. Si le fluide était extrêmement chaud, un siphon serait plutôt utilisé comme élément de refroidissement.

Variante C : températures extrêmement élevées (jusqu'à 250 °C)

Si la température du fluide est extrêmement élevée, un système d'isolation orienté vers l'avant intégrant une partie refroidissement peut être utilisé à présent. Toutefois, cette variante est assez grande et affecte négativement la précision.

Variante D : cas particulier d'une armoire chauffante ou d'une chambre climatique

Lorsque des mesures de pression sont nécessaires dans une armoire chauffante à des températures ambiantes allant jusqu'à 150 °C, l'électronique du transmetteur de pression ne peut pas être exposée à ces températures sans subir de dommages. Dans cet exemple, seule la cellule de mesure (avec canal de pression et boîtier en acier inoxydable) se trouve à l'intérieur de l'armoire, celle-ci étant raccordée à l'électronique distante à l'extérieur de l'armoire (également logée dans un boîtier en acier inoxydable) par un câble FEP haute température.

En résumé : la consultation est la règle d'or

La précision des capteurs de pression piézorésistifs est influencée par les conditions de température. Les températures agissant sur la cellule de pression peuvent être compensées passivement ou activement de sorte que le capteur de pression utilisé réponde aux exigences de précision sur la plage de température prévue. En outre, l'influence de la température ambiante sur les composants mécaniques de l'instrument de mesure doit également être prise en compte. Il est également possible de maîtriser le problème en utilisant des éléments de refroidissement montés à l'avant et des matériaux résistant à la chaleur. Les utilisateurs doivent donc toujours s'inspirer des conseils détaillés du fabricant et s'assurer que les transducteurs de pression disponibles peuvent être optimisés pour leurs propres applications spécifiques.