Les usages applicatifs des technologies de mesure de la pression dans l’industrie maritime

Les usages applicatifs des technologies de mesure de la pression dans l’industrie maritime

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Marine

Les systèmes de détection jouent un rôle essentiel dans l’industrie maritime, en particulier dans les domaines de la construction navale. Ils permettent des mesures fiables et précises de nombreuses variables dans les réservoirs, telles que la pression et la température. Ces mesures servent à prévenir les éventuelles fuites de substances agressives, contrôler les systèmes de circulation de l’eau dans les navires, et garantir le bon déroulement des transports en haute mer.

Les capteurs employés dans le secteur maritime répondent à de nombreuses exigences strictes. Celles-ci incluent notamment des normes de robustesse des matériaux pour garantir une utilisation à long terme. L’électronique doit également offrir une durabilité accrue et être capable de résister aux conditions difficiles de la haute mer.

La surveillance des cargaisons sèches et liquides

La principale composante du fret maritime est le transport de marchandises en cargaisons sèches et liquides. Les cargaisons sèches correspondent au transport de marchandises en vrac (telles que les céréales et les aliments pour animaux) ou de marchandises au détail généralement stockées dans des conteneurs. Les cargaisons liquides nécessitent une surveillance plus attentive et rigoureuse que les cargaisons sèches, car elles peuvent inclure des substances extrêmement sensibles comme l’essence, le pétrole ou le gasoil. Les matériaux employés pour le transport des cargaisons liquides répondent à des normes strictes en matière de robustesse et de fiabilité, afin de prévenir tous risques de fuites de substances agressives qui pourraient avoir un impact dévastateur sur l’environnement. Par conséquent, les systèmes de détection sont également assujettis à des niveaux d’exigences très élevés.

Les réservoirs d’eau douce et d’eaux usées

À bord des cargos, l’eau douce (eau potable) est transportée dans des citernes spéciales ou obtenue à partir d’eau de mer grâce à un traitement de purification. Les systèmes de stockage qui permettent la collecte, le traitement et l’élimination des eaux usées sur les navires doivent également être surveillés à l’aide de dispositifs spécifiques. Étant donné que ces eaux usées sont souvent contaminées par des substances nocives, telles que des huiles ou des agents de nettoyage, leur traitement est soumis à des exigences supplémentaires. Les systèmes de réservoirs d’eau douce et d’eaux usées sont contrôlés et surveillés à l’aide de capteurs intégrés. Cette surveillance accrue permet de garantir un approvisionnement en eau optimal pendant les longs trajets en haute mer.

Les ballasts

Les ballasts sont des réservoirs d’eau de grande contenance qui servent à optimiser la navigation des navires. Ils permettent notamment de compenser la charge d’un cargo trop léger lorsque son tirant d’eau est insuffisant. Une fois remplis d’eau de mer, les ballasts peuvent également permettre de répartir le poids d’un navire chargé de marchandises. Étant donné que ces réservoirs sont remplis d’eau de mer, les matériaux et les capteurs doivent être robustes et résistants à la corrosion. Une attention particulière est portée à la fiabilité et à la durabilité des capteurs, car ils sont pratiquement inaccessibles pendant la navigation et doivent ainsi fonctionner parfaitement sans maintenance ni inspection.

Image 1: Options d’installation des dispositifs de mesure des niveaux

Les critères spéciaux des systèmes de détection

Au cours des dernières années, l’industrie de la construction navale a connu un flot continu d’innovations décisives auxquelles les systèmes de détection doivent s’adapter en conséquence. Par exemple, la durabilité de l’acier inoxydable était il y a 15 ans une préoccupation majeure. Aujourd’hui, il est reconnu que l’acier inoxydable se corrode au contact de l’eau salée lorsque les températures sont supérieures à 21 degrés Celsius. De nos jours, le titane remplace l’acier inoxydable. STS a été l’une des premières entreprises à utiliser du titane dans ses systèmes de détection. Ce matériau extrêmement stable et robuste peut résister aux conditions les plus difficiles. Le titane est désormais utilisé en standard dans une large gamme de transmetteurs de pression et de sondes immergeables.

Les critères technologiques de l’industrie maritime changent à mesure des progrès et évolutions du secteur. Ce qui était considéré comme standard il y a peu de temps peut être obsolète aujourd’hui. Pour répondre aux exigences croissantes du secteur maritime, STS s’efforce de perfectionner continuellement ses technologies de détection afin d’offrir une fiabilité et une précision sans faille. Les efforts et la flexibilité de STS se matérialisent par une fiabilité technologique supérieure au facteur d’erreur humain.

Notre collaboration avec AE Sensors

STS travaille en étroite collaboration avec la société familiale néerlandaise AE Sensors depuis plus de 27 ans. Ensemble, nous fournissons les systèmes de détection des principaux acteurs du secteur de la construction navale. Grâce à notre expertise et à nos solutions flexibles, nos clients enregistrent des facteurs de croissance rapides et conséquents. En ce moment même, des navires ultramodernes sont construits dans les chantiers navals du monde entier avec les solutions sur mesure de STS, telles que les sondes immergeables et les transmetteurs de pression. En outre, nos capteurs en titane ATM/N et ATM.1ST/N équipés de câbles en téflon sont désormais déployés en standard.

Grâce au système de montage modulaire de nos capteurs, l’installation peut répondre à de multiples exigences. Différents types de mesures peuvent également être mis en œuvre, tels que des mesures de pression relative ou absolue. La grande flexibilité de STS et de notre partenaire AE Sensors, associée à la qualité sans faille de nos technologies de détection, font la satisfaction de nos clients depuis de nombreuses années.

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Les principes fondamentaux des mesures de débit

Les principes fondamentaux des mesures de débit

by | Tuesday, 30 June, 2020 | Pressure Measurement

Les mesures de débit d’un gaz ou d’un liquide servent à différents usages : considérations commerciales dans le cadre d’un contrat, processus de production, etc. Le débit (ou débit volumique) peut notamment être défini par la mesure de la pression.

Le débit volumique peut être mesuré à l’aide de différents instruments : les capteurs de débit à ultrasons, les capteurs de débit magnéto-inductifs et les capteurs qui fonctionnent selon la méthode de pression différentielle (notamment le diaphragme concentrique, la buse Venturi ou le tube de Pitot/Prandtl). Pour les capteurs utilisant la méthode de pression différentielle, l’équation de Bernoulli est utilisée pour l’analyse des valeurs mesurées :

Q = V/t = VmA

Q = débit volumique
Vm = vitesse médiane
t = temps
A = surface
V = volume

Prenons l’exemple d’une mesure de débit volumique à l’aide d’un diaphragme concentrique. En attachant le diaphragme à un tuyau, celui-ci se rétrécit en un point.

Illustration 1: Diaphragme concentrique

Avec un écoulement régulier, la même pression doit prévaloir à la fois avant et après le diaphragme concentrique :

p1 + ½ ρv12=p2+ ½ ρv22

p = pression
ρ = densité
v = vitesse

Cette hypothèse est basée sur l’équation de continuité, qui stipule que tout élément qui entre dans un tuyau finit par en ressortir :

v1A1 = v2A2
v = vitesse
A = surface

Illustration 2: Mesure de débit

Cependant, en conditions réelles les frictions entraînent une chute de pression :

p + ½ ρv2 + wR = constant

p = pression
ρ = densité
v = vitesse
wR = taux de force de friction par volume

Illustration 3: Chute de pression

Cette chute de pression est importante pour déterminer le débit volumique, mais l’effet de friction dépend toutefois de nombreux facteurs. Pour cette raison, nous utilisons une formule empirique basée sur des valeurs empiriques. Ainsi, le débit volumique résulte désormais de la source du différentiel de pression :

Q = 4000 αεd2√∆p/ρ

Q = débit volumique
α = coefficient de débit empirique
ε = facteur d’expansion
d = diamètre interne du diaphragme
∆p = différentiel de pression
ρ = densité

Pour faciliter l’usage de cette formule, les valeurs constantes du système de mesure et du fluide mesuré peuvent être résumées par la constante « c ». Par exemple, la mesure d’un fluide donne l’équation suivante :

Q = c √∆p

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La mesure électronique de la pression: Comparaison des principales technologies de mesure

La mesure électronique de la pression: Comparaison des principales technologies de mesure

by | Tuesday, 30 June, 2020 | Pressure Measurement

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:

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).
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L’incidence des fluides sur le positionnement des capteurs de pression

L’incidence des fluides sur le positionnement des capteurs de pression

by | Tuesday, 30 June, 2020 | Pressure Sensor Technology

Idéalement, les capteurs de pression sont installés directement au sein des processus à surveiller. Si cela n’est pas possible, le positionnement des capteurs est déterminé par la nature des fluides.

Certains facteurs peuvent empêcher d’installer les capteurs de pression directement au sein des processus:

  • Il n’y a pas assez d’espace pour une installation au sein du processus.
  • Les capteurs de pression doivent être installés par la suite.
  • Il n’est pas souhaitable que le fluide et les capteurs soient en contact direct (par exemple, en cas de températures excessives).

Si les capteurs de pression ne peuvent pas être montés directement au sein d’un processus, la connexion entre le processus et les instruments de mesure est établie via une conduite de dérivation (également appelée conduite de pression différentielle ou conduite secondaire). En fonction du type d’application, cette conduite de liaison est remplie de gaz ou de liquide. En règle générale, des vannes d’arrêt sont positionnées à la fois sur la conduite de dérivation et à proximité du capteur de pression. Cela permet de démonter ou de modifier l’appareil de mesure (ou des éléments de celui-ci) sans interrompre le processus en cours.

Ceci est particulièrement utile lorsque les capteurs de pression nécessitent des opérations de maintenance (tels que les étalonnages). Grâce à la vanne d’arrêt de l’instrument de mesure, le fluide mesuré reste dans la conduite de dérivation.

Lors de l’installation de conduites de dérivation, un certain nombre de points importants doivent être respectés. Les conduites doivent être aussi courtes que possible, avoir des coudes arrondis, être exemptes d’impuretés, et avoir une inclinaison aussi raide que possible (plus de 8 %). En outre, la nature des fluides implique également certaines exigences supplémentaires. Pour les liquides, par exemple, il est nécessaire de prévoir une ventilation complète. Les conduites de dérivation peuvent être utilisées pour les mesures de la pression relative et de la pression absolue. Pour les mesures de la pression différentielle, deux conduites sont nécessaires. Enfin, des exigences supplémentaires peuvent être requises à l’installation selon le type de processus à surveiller.

Le positionnement des capteurs de pression au sein des processus

En fonction du type de processus, les capteurs de pression peuvent nécessiter d’être montés au-dessus ou en-dessous du processus. Voici les principales différences d’installation en fonction de la nature des fluides (liquides, gaz et vapeur) :

Les liquides

Pour les mesures de liquides, les capteurs de pression doivent être installés sous le processus, de sorte que les éventuelles bulles de gaz puissent s’échapper dans le processus. Il faut également veiller à ce que le fluide du processus soit suffisamment refroidi. Dans ce cas de figure, la conduite de dérivation sert également de section de refroidissement.

Les gaz

Pour les mesures de gaz, les capteurs de pression doivent de préférence être montés au-dessus du processus. Cela permet aux éventuels condensats de revenir dans le processus sans nuire aux mesures.

La vapeur

En raison des températures élevées de la vapeur et de la formation de condensats, les mesures de vapeur sont un peu plus complexes. Voici un exemple de causalité pour les mesures de vapeur : Si la vapeur refroidit avant de parvenir au capteur de pression, un condensat peut se former. Si ce condensat s’accumule dans le capteur, il peut influencer les résultats mesurés.

Par conséquent, il faut veiller à ce que la température du fluide soit réduite de manière appropriée et à ce que le condensat produit ne pénètre pas dans le capteur de pression. Pour cette raison, des valeurs maximales d’accumulation de condensat doivent être définies à l’avance, et prises en compte pour déterminer la plage de mesure. Pour les mesures de la pression absolue et de la pression relative, les conduites de dérivation sont courbées en forme de « S » afin que le condensat s’accumule dans le premier coude et reflue ensuite dans le processus.

Pour les mesures de la pression différentielle, les choses deviennent encore plus complexes, car les mêmes conditions doivent prévaloir à l’intérieur des deux conduites de dérivation. Cela signifie que la colonne de condensat doit être la même en haute pression et en basse pression. Ainsi, pour les mesures de vapeur à l’aide de capteurs de pression différentielle, des réservoirs de condensat sont installés en amont de la vanne d’arrêt de la conduite de dérivation. Le condensat en excès est alors réinjecté dans le processus via ces réservoirs. Enfin, une vanne d’arrêt à cinq raccords doit être installée sur le côté du capteur de pression pour éviter qu’il puisse être endommagé en cas de rupture d’une conduite de dérivation.

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