Les capteurs de pression électroniques sont utilisés dans diverses applications: du secteur industriel au secteur manufacturier, en passant par les industries alimentaires et pharmaceutiques. La mesure de la pression peut être effectuée via différents procédés. Dans cet article, nous abordons les principales technologies de mesure de la pression.
Pour les technologies de mesure électronique de la pression, une distinction est généralement faite entre les capteurs à couches minces, les capteurs à couches épaisses et les capteurs de pression piézorésistifs. Avec ces trois technologies de mesure, la quantité physique de pression est convertie en un signal électrique mesurable. L’autre caractéristique commune fondamentale de ces trois technologies est un pont de Wheatstone: un dispositif de mesure pour la détection des résistances électriques, composé de quatre résistances interconnectées.
Les capteurs de pression piézorésistifs: haute précision et rentabilité
Les capteurs de pression piézorésistifs sont basés sur des jauges de contrainte à semi-conducteurs en silicium. Quatre résistances connectées à un pont de Wheatstone sont diffusées sur une puce de silicium. Sous l’effet de la pression, la puce de silicium se déforme et la déformation modifie la conductivité des résistances diffusées. La pression est mesurée à partir de ce changement de résistance.
Étant donné que la cellule de mesure des capteurs piézorésistifs est particulièrement sensible, elle est positionnée à l’intérieur d’une membrane étanche pour la protéger de l’influence du fluide de mesure. La pression est alors transmise via un liquide entourant la cellule de mesure, généralement une huile siliconée. D’autres fluides de transfert peuvent cependant être utilisés dans les applications aseptiques, par exemple pour l’industrie alimentaire ou l’industrie pharmaceutique. Mais les cellules de mesure sèches, qui ne libèrent aucun liquide en cas de dommage, ne peuvent pas être utilisées dans ce type d’applications.
Avantages:
- Très haute sensibilité, et pressions mesurables en millibars.
- Plage de mesure élevée (de quelques millibars à 2 000 bars).
- Très haute sécurité de surcharge.
- Excellente précision allant jusqu’à 0,05 % de la durée.
- Dimensions compactes.
- Très bon comportement d’hystérésis et bonne répétabilité.
- Technologie relativement peu coûteuse.
- Pressions statiques et dynamiques
Désavantages:
- Nécessite un fluide de transfert.
- Nécessite une compensation de température
Les capteurs à couches minces : stabilité à long terme mais coûteux
Contrairement aux capteurs de pression piézorésistifs, les capteurs à couches minces sont conçus sur un corps métallique. Les quatre résistances connectées à un pont de Wheatstone sont déposées par un processus dit de pulvérisation cathodique. La pression est également détectée par un changement de résistance provoqué par une déformation. Outre les jauges de contrainte, des résistances de compensation de température peuvent également être insérées. Avec ces capteurs, aucun fluide de transfert n’est requis.
Avantages:
- Très petite taille.
- Pressions mesurables jusqu’à 8 000 bars.
- Stabilité exceptionnelle à long terme.
- Aucune compensation de température requise.
- Haute précision.
- Pression d’éclatement élevée.
- Pressions statiques et dynamiques.
Désavantages:
- Sensibilité inférieure aux capteurs piézorésistifs. Les pressions basses sont plus difficiles à mesurer.
- Technologie relativement coûteuse.
Capteurs à couches épaisses: bonne résistance à la corrosion
Le matériau de base des capteurs à couches épaisses est la céramique (alumine). Ces capteurs de pression sont monolithiques, ce qui signifie que le corps du capteur est constitué d’un seul matériau. Cela permet de garantir une excellente stabilité à long terme. Les céramiques offrent également une excellente résistance à la corrosion contre les fluides agressifs. Sur ce type de capteur, le pont de Wheatstone est imprimé sur le corps principal au moyen de la technologie à couches épaisses, puis cuit à haute température.
Avantages:
- Très bonne résistance à la corrosion.
- Aucune compensation de température requise.
- Bonne stabilité à long terme.
- Aucune membrane étanche requise.
Désavantages:
- Ne convient pas aux mesures de pressions dynamiques.
- Plage de pression supérieure limitée (environ 400 bars).
