Les températures d’exploitation ont une forte influence sur le fonctionnement et la précision des capteurs de pression. C’est pourquoi, le froid extrême représente un défi majeur pour la conception de capteurs.
Les mesures de pression piézorésistives sont effectuées à l’aide de semi-conducteurs (servant de jauges de contrainte) diffusés sur une membrane de silicium. Lorsque des pressions s’exercent sur la membrane, ces jauges de contrainte se déforment et produisent une modification de la résistance qui permet de déterminer les valeurs de pression. Cependant, ces résistances sont également sensibles à la température. La sensibilité des capteurs de pression diminue lorsque la température baisse, et ils ne sont plus aussi précis qu’à température ambiante.
En raison de cette propriété, les fabricants de capteurs de pression donnent toujours le comportement de leurs produits pour certaines conditions de température. Afin d’obtenir le comportement le plus linéaire possible, les capteurs de pression sont désormais compensés de manière électronique sur une large plage de températures (compensation de température). Cela implique que les erreurs de température sont calculées et compensées automatiquement. Les capteurs de pression piézorésistifs peuvent ainsi fournir des mesures précises sur une plage de températures relativement large. Les effets de la température ne peuvent toutefois pas être complètement éliminés. Pour cette raison, les fiches techniques des fabricants comportent généralement les valeurs de précision pour différentes plages de températures.
Froids extrêmes : Capteurs de pression sans joints toriques
Le froid n’affecte pas seulement les résistances des semi-conducteurs. Quatre autres facteurs doivent être pris en compte lors du choix d’un instrument de mesure pour des applications par temps froid, notamment les joints d’étanchéité. Les températures inférieures à -20° C fragilisent les matériaux d’étanchéité situés entre l’orifice de prise de pression et la membrane, et peuvent engendrer des fuites qui rendent les capteurs inutilisables. Les capteurs de pression à joint torique ne sont donc pas adaptés aux froids extrêmes. Dans ces climats, les capteurs de pression compacts représentent le meilleur choix, car le raccord de pression et la cellule de mesure sont soudés ensemble.
Gelées : Attention à la surpression
Le gel peut également affecter le fonctionnement des capteurs. Par exemple, dans les applications de forage de gaz naturel en régions arctiques, de l’eau peut être présente dans les conduites de gaz. Lorsque cette eau gèle, la pression agissant sur les capteurs de pression peut dépasser les plages de pression recommandées. Une pression trop élevée peut entrainer une destruction de la membrane. Si les capteurs sont employés en conditions de gel, il est important de prévoir un seuil de surpression adapté.
Lors des mesures de pression piézorésistives, la pression est appliquée indirectement sur la membrane de silicium via un fluide de transfert (généralement une huile siliconée). Lorsque la température baisse, la viscosité de cette huile augmente. Selon la nature de l’huile et la température réelle, le fluide de transfert peut se gélifier voire se durcir. Cette modification affecte également le fonctionnement du capteur de pression.
La résistance à la condensation doit également être prise en compte. Si de l’air humide est présent dans le boîtier du capteur de pression, de la condensation se formera à des températures d’exploitation froides, ce qui peut endommager les composants électroniques et détruire le capteur.
Résumé
Lorsque des capteurs de pression sont utilisés par temps froid, les utilisateurs doivent s’assurer que les composants individuels sont directement soudés (sans joint torique) et qu’ils sont capables de résister à la condensation. Il faut également déterminer si le capteur de pression sera exposé au gel, par exemple s’il est en contact avec de l’eau. Dans ce cas, il est important de sélectionner un capteur de pression qui dispose d’un seuil de surpression adapté. Comme pour toute autre application, le capteur de pression doit également être compensé en fonction de la plage de températures attendue.
