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Convertisseurs

Les convertisseurs enregistrent les signaux des capteurs pour des paramètres physiques comme la température, la distance, l'angle, la pression ou la force. Ils réalisent une séparation galvanique et transforment les signaux en signaux de sortie normalisés :
0 ... 20 mA, 4 ... 20 mA ou 0 ...10 V. Ces signaux normalisés peuvent être transmis sur des afficheurs, des systèmes d'enregistrement et/ou des commandes normalisées comme l'API et peuvent être utilisés pour des tâches de régulation.

2.1 Mesures de température avec des thermomètres à résistance et des thermocouples

Dans de nombreux secteurs de l'industrie, la température est un paramètre de régulation important. Les principaux capteurs sont dans ce cas des thermomètres à résistance et des thermocouples.

Les thermomètres à résistance

sont des capteurs de température extrêmement précis et stables à long terme. Ils permettent de mesurer la température en utilisant la relation de dépendance de la résistance électrique à la température.
Les thermomètres à résistance sont principalement utilisés pour mesurer des températures basses et moyennes, par exemple dans le secteur de la climatisation, des procédés et de l'agroalimentaire.
Les thermomètres à résistance les plus courants sont Pt100, Pt1000 et Ni100. La première partie du nom désigne le matériau de la résistance, tandis que la deuxième partie indique la résistance en ohms à 0 °C. Ainsi, Pt100 désigne un thermomètre à résistance en platine avec une résistance de 100 Ω à 0 °C.

Les convertisseurs ThermoTrans® 205/206, A 20210 et P 32100 et PolyTrans® P 32000 permettent de raccorder les thermomètres à résistance courants dans un circuit à 2, 3 ou 4 conducteurs au choix (cf. Fig. 11)

Types de raccordement des thermomètres à résistance

Figure 11 : Types de raccordement des thermomètres à résistance


Thermocouples

Les thermocouples utilisent l'effet Seebeck, du nom du physicien qui l'a découvert: une tension électrique s'établit sur les points de contact de deux métaux différents reliés et dépend de manière caractéristique de la différence de température sur les points de contact (point de comparaison) et de la température sur le poste de mesure (cf. Fig. 12). Si la tension thermoélectrique UT est définie avec un convertisseur adapté et si la température du point de comparaison est connue, il est possible de déterminer la température du poste de mesure à partir de la caractéristique du thermocouple utilisé. Ce calcul est généralement réalisé dans le convertisseur de température.

 

Thermocouple et point de comparaison

Figure 12 : Thermocouple et point de comparaison


La température du point de comparaison peut être mesurée ou être réglée et stabilisée par thermostat. Dans la pratique, une mesure est réalisée soit en "interne" et dans ce cas, le point de comparaison se trouve dans le convertisseur de température, soit en "externe" et dans ce cas, le point de comparaison et le capteur de température du point de comparaison, par ex. un Pt100, se trouvent en-dehors du convertisseur. La tension induite par l'effet thermoélectrique est très faible, quelques microvolts par kelvin seulement. Pour obtenir un signal de mesure de qualité, les thermocouples sont utilisés de préférence dans une plage de hautes températures, par exemple pour effectuer des mesures dans des fours, des bains de fusion et des machines de traitement du plastique.

Un grand nombre de combinaisons de métaux ont été testées pour la fabrication des thermocouples. La normalisation qui s'en est suivie a abouti à un ensemble clair de thermocouples normalisés avec des combinaisons de matériaux définies. Cet ensemble de thermocouples permet de réaliser une grande partie de toutes les mesures de température industrielles. Les caractéristiques et les tolérances autorisées des thermocouples sont définies pour le monde entier dans la norme IEC 584-1 et dans la norme DIN 43710 qui n'est plus en vigueur mais reste obligatoire pour les anciennes installations.

IEC 584-1, EN 60584-1

Type J fer-constantan
(Fe-CuNi)

Type T cuivre-constantan
(Cu-CuNi)

Type K nickel chrome-nickel
(NiCr-Ni)

Type E nickel chrome-constantan
(NiCr-CuNi)

Type N nicrosil-nisil
(NiCrSi-NiSi)

Type S platine rhodium-platine
(Pt10Rh-Pt)

Typ R platine rhodium-platine
(Pt13Rh-Pt)

Type B platine rhodium-platine
(Pt30Rh-Pt6Rh)

DIN 43710 (n'est plus valable)
Type L fer-constantan
(Fe-CuNi)

Type U (Cu-CuNi)

Les thermocouples à haute température tels que W3Re/W25Re (tungstène- 3%rhénium/tungstène-25% rhénium) ou W5Re/W26Re (tungstène-5%rhénium/tungstène-26%rhénium) ne sont pas encore traités dans les normes citées ci-dessus. Leurs caractéristiques sont présentées dans l'ASTM E 988-96.

Les convertisseurs Knick ThermoTrans® 210/211, P 32100 et PolyTrans® P 32000 sont capables d'enregistrer les signaux de tous les thermocouples usuels.

2.2 Mesures de force avec des jauges de contrainte

La force, le poids, le couple, la tension mécanique et les grandeurs qui en sont dérivées peuvent être mesurés avec des jauges de contrainte. Ces jauges de contrainte s'appuient sur l'effet suivant : un changement de longueur lié à la dilatation d'un conducteur entraîne un changement proportionnel de la résistance électrique. Dans le convertisseur à jauges de contrainte, cette variation de résistance est enregistrée comme une grandeur de dilatation, de force, etc., et est transformée en signaux standard pour pouvoir être affichée et traitée. Dans les applications pratiques de l'industrie, le poids de remplissage d'un réservoir est par exemple déterminé avec des cellules de charge (capteur de force, capteur de charge). Des jauges de contrainte y sont généralement intégrées en pont complet. La sensibilité du pont est indiquée sous la forme d'un niveau de signal à la sortie du pont en millivolts en rapport avec la tension d'alimentation en volts, par ex. 2mV/V. Si la sensibilité est connue, parce qu'elle figure par exemple sur le certificat de calibrage du fabricant du capteur, elle sera réglée sur le convertisseur. Si seule la sensibilité nominale est connue, la sensibilité réelle peut être déterminée en procédant à un calibrage avec une charge mécanique définie. Il en va de même pour le point zéro qui peut être calibré sur le convertisseur via une fonction Tara. Le pont de jauge de contrainte peut être raccordé à un circuit à
4 conducteurs (cf. Fig. 13). S'il faut réduire les erreurs liées aux câbles d'alimentation chargés en courant, on utilisera un circuit à
6 conducteurs. Dans ce cas, la tension d'alimentation du pont est mesurée sur des câbles séparés, pratiquement sans courant, donc sans risque d'erreur. Les capteurs équipés de six câbles fonctionnent dans la pratique avec des convertisseurs à
4 conducteurs en regroupant deux câbles d'excitation. Un fonctionnement avec alimentation externe est également possible pour profiter des avantages du circuit à 6 conducteurs (cf. Fig. 13).

Thermocouple et point de comparaison 

Figure 13 : Alimentation par jauges de contrainte


Les convertisseurs Knick SensoTrans® DMS A 20220 et P 32200 et PolyTrans® P 32000 sont conçus pour des capteurs à jauges de contrainte en pont complet classiques. La sensibilité et le point zéro des capteurs calibrés peuvent être réglés sur l'appareil avec le codeur rotatif ou le logiciel de paramétrage Paraly® SW 111. Une fonction Tara peut être déclenchée sur l'appareil ou avec le logiciel pour définir le point zéro. La sensibilité du capteur peut quant à elle être calibrée avec une charge définie en appuyant sur un bouton.

2.3 Mesures de distance et d'angle avec des potentiomètres

On utilise entre autres des capteurs à méthode potentiométrique pour enregistrer les mouvements linéaires ou les mouvements rotatifs. Les enregistreurs de distance ou d'angle potentiométriques contiennent des éléments de résistance, par exemple en plastique conducteur, ou des éléments de résistance bobinés avec contact de frottement mobile. Les convertisseurs à potentiomètre déterminent le rapport de résistance produit par le contact de frottement de manière à pouvoir enregistrer sa position et la rstituer sous forme de signal normalisé.

Les transmetteurs à résistance sont utilisés pour spécifier la consigne dans des véhicules ferroviaires, sur des bateaux, dans la production industrielle et dans de nombreux domaines de la construction de machines et d'équipements. Les capteurs à résistance sont utilisés pour enregistrer la valeur réelle d'actionneurs, pour mesurer des distances ou des épaisseurs et pour déterminer des positions. Les convertisseurs Knick SensoTrans® R A 20230 et P 32300 et PolyTrans® P 32000 enregistrent des potentiomètres jusqu'à 50 kΩ dans des circuits à 3 ou 4 conducteurs. La plage de mouvement, qui doit être représentée sur la plage du signal de sortie, peut être réglée très facilement à l'aide d'une touche sur l'appareil ou avec le logiciel Paraly® SW 111.

 

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