TP Capteur [PDF]

Zitiervorschau

Compte Rendu Les Capteurs Réalisé Par :  MOHAMMED EL MONADY

N°21 Encadré Par :  Mr.N.Sefiani

GEII2 : 2016/2017

Qu'est-ce qu'un capteur ? Un capteur est un circuit électronique ou un simple composant électronique (éventuellement une simple résistance). Il permet de faire le lien entre une grandeur physique que l'on souhaite mesurer (température, lumière, humidité, intensité…) et une tension électrique.

MANIPULATIONS : I) Etude de la mesure de température. II) Banc d'étude des méthodes de mesure de pression. III) Banc d'étude des méthodes de mesure de débit.

Manipulation N°1 : Etude de la mesure de température : I-

Caractéristiques du capteur de température à circuit intégré LM335 :

But : Savoir construire un affichage numérique de température à partir des dispositifs fournis dans l'unité du DIGIAC 1750.

Le LM335 est un capteur de température analogique dispose d'une sortie linéaire avec une sortie de 100 mV/°K, directement proportionnelle à la température absolue.

Equipement : - 1 capteur de température LM335. - 1 voltmètre numérique 20V. - Câble de raccordement.

Montage :

Table de mesure : Unités

0

1

2

3

4

5

V

2,984

3,009

3,064

3,121

3,173

3,216

°K

298,4

300,9

306,4

312,1

317,3

321,6

Température

°C Unités

27,75 7

33,25 8

38,95 9

44,15 10

48,45

Durée (min)

25,25 6

V

3,251

3,28

3,3

3,38

3,44

°K

325,1

328

330

338

344

°C

51,95

54,85

56,85

64,85

70,85

Durée (min) Tension

Tension

Température

Interprétation : D’après le table de mesure on constate que quand on chauffer le capteur par le Heater, la valeur de la tension de sortie augmente ce qui montre la linéarité de ce capteur LM335.

La représentent de la tension en fonction de la température : 3,5

Tension en V

3,4 3,3 3,2 3,1 3 2,9 0

20

40 60 Température en °C

80

Conclusion : D’après la courbe obtenue, on constate que : La tension fournie par le capteur LM335 est proportionnelle à la température c’est-àdire ; une bonne Linéarité et aussi une bonne sensibilité, avec une plage de mesure Limitée.

II-

Construction d'un thermomètre numérique en utilisant les possibilités du DIGIAC 1750 :

But : Connaître la construction et les caractéristiques principales d'un capteur température à résistance en platine RTD.

Le RTD est un capteur de température à résistance en platine, la valeur de résistance varie en fonction de la température. Ces sondes permettent la mesure de température sur une gamme de -200°C à 600°C et se distinguent par une précision de mesure élevée et une bonne stabilité à long terme.

Equipement : -

Capteur de température à résistance platine. Résistance bobinée 10kΩ. Voltmètre numérique 2 / 20V. Capteur de température à circuit intégré LM335. Câble de raccordement.

Montage :

Table de mesure : Unités

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

Ω

108,00

111,00

114,00

116,00

119,00

120,00

°K

293,93

301,72

309,51

314,71

322,50

325,10

Température

°C Unités

28,57 7,00

36,36 8,00

41,56 9,00

49,35 10,00

51,95

Durée (min)

20,78 6,00

Ω

122,00

123,00

124,00

124,00

125,00

°K

330,29

332,89

335,49

335,49

338,09

°C

57,14

59,74

62,34

62,34

64,94

Durée (min) Résistance

Résistance

Température

Interprétation : D’après le table de mesure on constate que quand on chauffer le capteur par le Heater, la valeur de la résistance augmente ce qui montre la linéarité de ce capteur RTD.

La représentent de la résistance RTD en fonction de la température : Résistance RTD en Ω

126,00 124,00 122,00 120,00 118,00 116,00 114,00 112,00 110,00 108,00 106,00 0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

Température en °C

Conclusion : D’après la courbe obtenue, on constate que : La variation de la résistance de sortie fournie par le capteur RTD est proportionnelle à la variation de la température c’est-à-dire ; la relation entre la résistance et la température est presque linéaire, mais avec une faible sensibilité.

III- La thermistance à coefficient de température négative NTC : But : Connaître la construction et les caractéristiques principales d’une thermistance à coefficient de température négative NTC.

La NTC est une thermistance, c'est-à-dire un capteur de température passif. Sa résistance varie en fonction de la température : elle diminue de façon uniforme lorsque la température augmente et vice-versa.

Equipement : -

Thermistance A et B Résistance 10 kΩ 10 tours (du circuit à pont Wheatstone) Voltmètre numérique 20 volts Capteur de température à circuit intégré LM335 (pour indiquer la température). - Câble de raccordement.

Montage :

Table de mesure : Durée (min) Résistance thermistance

Température

Unités

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

KΩ

5,50

5,24

4,60

4,04

3,48

3,12

°K

293,15

294,11

296,72

299,37

302,48

304,79

°C

20

20,96

23,57

26,22

29,33

31,64

Durée (min) Résistance thermistance

Unités

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

KΩ

2,84

2,64

2,48

2,33

1,94

°K

306,82

308,40

309,78

311,16

315,29

°C

33,67

35,25

36,63

38,01

48,13

Température

Interprétation : D’après le table de mesure on constate que quand on chauffer le capteur par le Heater, la valeur de la résistance diminue lorsque la température augmente.

Résistance NTC en KΩ

La représentent de la résistance NTC en fonction de la température : 6,00 5,50 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

Température en °C

Conclusion : D’après la courbe obtenue, on constate que : la relation entre la résistance NTC et la température n'est pas linéaire c’est-à-dire ; elle est sous une forme exponentielle avec une sensibilité moyenne.

Manipulation N°2 : Banc d'étude des méthodes de mesure de pression But : Identification de capteurs industriels travail sur les signaux de sortie câblage d'un capteur.

Le banc BMP 100 permet l’étude des différentes technologies de capteurs de pression. Les capteurs sont placés en série.

I-

Identification des capteurs et étude de leurs signaux :

SCAIME ATM Capteur passif de pression absolue Principe de mesure : Piezo-résistif Sortie boucle de courant 4-20 mA Etendue de mesure : 0-6 bar Précision +/- 0,5% de la pleine échelle

YOKOGAWA EJA 110A Capteur passif de pression différentielle Membrane hastelloy C-276 Principe de mesure : Cellule de mesure à résonateurs numériques en H Etendue de mesure : 0-6 bar Sortie boucle de courant 4-20 mA Précision +/- 0,075% de la mesure

VEGA BAR 40 Capteur passif de pression relative. Cellule de mesure certes avec membrane céramique Principe de mesure : Variation de capacité. Sortie boucle de courant 4-20 mA Indicateur numérique Précision +/- 0,2% de l’étendue de mesure. Programmable à microprocesseur Classe de précision : 0,25% Manomètre de type BOURDON Affichage 5 digit Capteur actif de pression DN100 tout INOX Etendue de mesure : 0-6 bar Principe de mesure : Déformation d'un tube de Bourdon en C (Matière : Bronze) Classe de précision : 1 Pas de sortie analogique

Schémas électriques :

Table de mesure : Capteur SIKA en bars relatifs 0,02 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 Capteur SIKA en bars relatifs 0,02 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00

Capteur VEGA Capteur VEGA corrigé Ecart en bars en bars absolus en bars relatifs 1,02 1,51 2,03 2,49 2,97 3,50 4,04 Capteur Manomètre en bars absolus 0,00 0,48 0,94 1,50 2,09 2,49 3,05

-0,98 -0,51 -0,03 0,51 1,03 1,50 1,96

1,00 1,01 1,03 0,99 0,97 1,00 1,04

Capteur Manomètre corrigé en bars Ecart en bars relatifs 0,04 -0,02 0,52 -0,02 1,06 -0,06 1,50 0,00 1,91 0,09 2,51 -0,01 2,95 0,05

Ecart en % 5000,00 202,00 103,00 66,00 48,50 40,00 34,67 Ecart en % -100,00 -4,00 -6,00 0,00 4,50 -0,40 1,67

La représentent des erreurs en % de mesure : Ecart en % 5050,00 4650,00 4250,00 3850,00

Ecart en % de capteur VEGA

3450,00 3050,00 2650,00

Ecart en % de capteur Manomètre

2250,00 1850,00 1450,00 1050,00 650,00 250,00 -150,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

La pression mesurée bar

Interprétation : D'après la représentation des courbes de l'écart (en %) en fonction de la valeur de pression mesurée (en bar) on constate pour le capteur VEGA, le pourcentage de l'écart de mesure diminue de façon uniforme, lorsque la pression augmente, et pour le capteur manomètre ce pourcentage augmente lorsque la pression augmente.

Conclusion : Cette différence est due à la précision de mesures pour chaque capteur, ce que nous a permis de déterminer le capteur le plus adapté à la mesure des grandes et des petites valeurs du pression.

Manipulation N°3 : Banc d'étude des méthodes de mesure de débit.

Le banc BMD 100 permet l’étude des différentes technologies de capteurs de débit. Les capteurs sont placés en série.

I-

Identification des capteurs et étude de leurs signaux :

Débitmètre à section variable Le diamètre du tube en verre étant plus grand en haut qu'en bas, le flotteur reste en suspension au point ou la différence de pression entre les surfaces supérieure et inférieure en équilibre le poids. Echelle linéaire 0-10 L/min sur 100 mm Lecture directe Pas de sortie analogique Débitmètre à turbine axiale Ce capteur convient pour mesurer en continu la vitesse d’écoulement de liquides neutres ou faiblement agressifs, qui contiennent peu de matières solides. Sortie signal PNP 12-24 VDC – 1 KW Echelle : 2 - 40 L/min Précision : +/- 0,5% de la pleine échelle Convertisseur de signal : sortie 4- 20 mA Débitmètre à effet venturi Dans ce capteur : on mesure le débit à l’aide d’un organe déprimogène, on utilise un transmetteur de pression différentielle Prises de pression amont-aval connectées sur ce transmetteur. Sortie de courant 4-20 mA

Débitmètre électromagnétique (DEM) est un type de débitmètre utilisant le principe de l'induction électromagnétique. Précision : +/- 0,5% de la valeur mesurée Convertisseur de signal : sortie 4- 20 mA

Indicateur numérique Deux indicateurs programmables à microprocesseur via un PC Entrée de mesure 4-20 mA Un des deux indicateurs est équipé d’une Sortie relais pour signal d’alarme

Schémas électriques :

1- Débitmètres électromagnétiques : Table de mesure : Débit approximatif Qa (L/min)

Débit de référence Qv (L/min) =Débit de mesuré Qc (L/min)

2 3 4 5 6 7 8 9 10

1.83 2.9 4.05 4.94 5.93 7.15 7.98 9.01 10.1

Interprétation : D’après le tableau on peut prendre les valeurs de débitmètres électromagnétiques comme débit référence.

2- Capteur Venturi : Table de mesure : Débit approximatif Qa (L/min)

Débit de référence Qv (L/min)

Différence de pression mesurée (mbar)

2 3 4

1.8 2.87 4.15

0.21 0.26 0.3

Débit approximatif Qa (L/min)

Débit de référence Qv (L/min)

Différence de pression mesurée (mbar)

5 6 7 8 9 10

4.9 5.83 7.14 7.9 9.11 10.15

0.35 0.41 0.53 0.69 0.87 1.15

Représentation du débit en fonction de la différence de pression : le débit en L/min

12 10 8 6 4 2 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

La différence de pression en mbar

𝒑𝒐𝒖𝒓 𝑸𝒗 = 𝒌√∆𝒑 :

Table de mesure : Débit de référence Qv (L/min)

Différence de pression mesurée (mbar)

k

1.833 2.855 4.053 4.94 5.93 7.15 7.974 9.01 10.1

0.21 0.26 0.3 0.35 0.41 0.53 0.69 0.87 1.15

4 5.6 7.4 8.35 9.26 9.82 9.6 9.66 9.42

Représentation du débit en fonction de la différence de pression : le débit en L/min

12 10 8 6 4 2 0 0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

la différence de pression mbar

Table de mesure : Débit approximatif Qa (L/min)

Débit de référence Qv (L/min)

Débit de mesuré Qc (L/min)

Ecart=((QvQc)/Qc)*100

2 3 4 5 6 7 8 9 10

1.83 2.9 4.05 4.94 5.93 7.15 7.98 9.01 10.1

1.8 2.87 4.15 4.9 5.83 7.14 7.9 9.11 10.15

1.667 1.045 -2.41 0.816 1.715 0.14 1.012 -1.097 -0.492

3- Débitmètre à turbine Table de mesure : Débit approximatif Qa (L/min)

Débit de référence Qv (L/min)

Débit de mesuré Qc (L/min)

Ecart=((QvQc)/Qc)*100

2 3 4 5 6 7 8 9 10

1.83 2.9 4.05 4.94 5.93 7.15 7.98 9.01 10.1

2.1 3.11 4.25 5.167 6.185 7.36 8.213 9.22 10.3

-12.857 -6.752 -4.706 -4.393 -4.123 -2.853 -2.836 -2.277 -1.941

Table de mesure : Débit approximatif Qa (L/min)

Débit de référence Qv (L/min)

Débit de mesuré Qc (L/min)

Ecart=((QvQc)/Qc)*100

2 3 4 5 6 7 8 9 10

1.83 2.9 4.05 4.94 5.93 7.15 7.98 9.01 10.1

1.9 2.89 4.1 5.05 5.9 7.1 7.9 9.06 10.14

-3.68 0.346 -1.212 -2.178 0.508 0.704 1.0126 -0.552 -0.394

Représentation de l’écart (en %) en fonction débit mesuré (en L/min) Débitmètre à turbine

Capteur Venturi

Capteur Rotamètre

4 2

l'ecart en %

0 -2

0

2

4

6

8

-4 -6 -8 -10 -12 -14

le débit mesuré en L/min

10

12