Les valeurs physiques de la pression et les différentes formes de pression

Les valeurs physiques de la pression et les différentes formes de pression

Outre la température, la pression est l’une des variables physiques les plus fréquemment mesurées dans les applications industrielles. Il existe cependant différentes unités de mesure et différentes formes de pression. Dans cet article, nous abordons les différents termes dominants.

La pression décrit la force (F) agissant sur une surface (S). Elle est représentée par le symbole «p»:

p = F/S

Selon le système international d’unités, l’unité SI de la pression est le pascal (Pa). Il tient son nom du mathématicien français Blaise Pascal (1623-1662) et dérive comme suit des unités SI de mètres et de newtons: 1 Pa = 1 N/m2.

Le pascal est une très petite unité de pression. Par conséquent, l’unité de bar est généralement utilisée dans les applications industrielles. Les unités utilisées pour indiquer la pression varient également d’un domaine d’application à un autre. Le Pa est appliqué pour les mesures de pression en salles blanches, alors que la météorologie s’appuie sur le hPa. La pression artérielle, en revanche, est mesurée en unités de mmHg. Les relations entre les différentes unités de pression sont clairement illustrées dans le tableau de conversion ci-dessous.

Illustration 1: Tableau de conversion des unités de pression

Les formes de pression

Pour sélectionner le capteur de pression le mieux adapté à une application spécifique, il est important de pouvoir différencier les différentes formes de pressions.

Voici la subdivision des principales formes de pressions: pression absolue, pression différentielle et pression relative.

Pression absolue

La pression absolue est la pression mesurée en référence à une pression nulle. Cela implique un espace sans air, tel qu’il existe par exemple dans l’immensité de l’univers ou dans un vide absolu. Par conséquent, la pression mesurée est toujours supérieure à la pression de référence. Pour mieux différencier la pression absolue des autres formes de pression, la pression absolue est indiquée par l’indice abs: Pabs.

Les capteurs de pression absolue utilisent un système de vide contenu dans la cellule de mesure, qui est utilisé comme pression de référence. Ce système est situé sur le côté secondaire de la membrane. Outre les applications météorologiques, les capteurs de pression absolue sont souvent utilisés dans l’industrie de l’emballage (par exemple, dans la fabrication d’emballages sous vide).

Illustration 2: Résumé des différentes formes de pression

Pression relative (pression manométrique)

La pression relative est basée sur la pression atmosphérique (indiquée par l’indice amb). C’est la pression qui agit à travers la couche d’air qui enveloppe la Terre. Cette pression diminue continuellement jusqu’à une altitude d’environ 500 km (au-delà de cette altitude, la pression absolue prévaut). La pression atmosphérique au niveau de la mer correspond à environ 1013 mbar, et elle fluctue d’environ 5 % selon les conditions de pressions élevées ou basses.

Contrairement à un capteur de pression absolue, le côté secondaire d’un capteur de pression relative reste ouvert afin d’assurer l’équilibrage de la pression avec la pression atmosphérique. En plus du terme «pression relative», le terme «surpression» est également courant. On parle de surpression positive lorsque la pression absolue est supérieure à la pression atmosphérique. Dans le cas contraire, on parle de surpression négative (auparavant, le terme vide était également utilisé).

Un exemple pratique de mesure de pression relative est la pression des pneus d’un véhicule. Si une pression relative de 2 bars est appliquée à un pneu à une pression atmosphérique de 1 bar, cela correspond alors à 3 bars de pression absolue.

Pression différentielle

La pression différentielle correspond à la différence entre deux pressions quelconques. Pour cette raison, les capteurs de pression différentielle sont équipés de deux raccords de pression.

Un exemple d’application de mesure de la pression différentielle est la mesure de la pression hydrostatique dans des réservoirs fermés. Consultez cet article pour en apprendre davantage.

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

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

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.

Les fréquentes erreurs de mesure de pression et les moyens de les corriger

Les fréquentes erreurs de mesure de pression et les moyens de les corriger

Les dysfonctionnements de mesure, tels que l’instabilité des signaux de sortie, les décalages d’origine, voire les pannes des instruments de mesure, sont des facteurs qui peuvent rapidement décourager les utilisateurs. Dans la plupart des cas, ces erreurs peuvent facilement être corrigées en identifiant la cause du dysfonctionnement.  

Nous avons regroupé ci-dessous un certain nombre des erreurs fréquemment rencontrées par les utilisateurs, et qui peuvent généralement être corrigées avec un minimum de connaissances de base. De nombreux sujets abordés font l’objet d’articles détaillés. Cliquez simplement sur les liens correspondant pour les consulter.  

ErreurCauseDépannage
Aucun signal de sortie

Rupture de ligne

 

Vérifiez que le câble n’est pas endommagé et qu’il est correctement connecté.
Erreur de câblageVérifiez l’affectation des câbles et, le cas échéant, consultez les instructions d’installation et d’utilisation.
Mauvaise polarité
L’affichage indique une pression trop basseLa pression d’entrée est trop basse à cause d’une connexion obstruée
  • Vérifiez la connexion et nettoyez-la si nécessaire.
  • En cas d’impuretés dans le fluide, utilisez un filtre entre l’arrivée et le capteur.
  • Si nécessaire, utilisez un capteur de pression équipé d’une membrane affleurante.
Le capteur de pression fuit au niveau de la connexionVérifiez que le joint ne soit pas trop lâche ou endommagé (pour remplacer le joint, vérifiez les compatibilités de fluides).
Le signal est constant mais ne dépasse pas une certaine valeur, même lorsque la pression augmenteL’ouverture est bloquée
  • Clean the bore opening.
  • Place a filter in front of it.
  • Use a pressure transmitter with a front-flush membrane.
La température du fluide est trop basse (inférieure à -40 °C)La cellule de mesure d’un capteur de pression piézorésistif contient un fluide de transfert. Ce fluide peut se solidifier à des températures inférieures à -40 °C. Dans ce cas, utilisez un capteur de pression optimisé pour les basses températures, avec par exemple du fluide de remplissage AS100 (pour températures inférieures à -55 °C).
Le signal de sortie indique une valeur élevée qui reste inchangéeLa plage de mesure autorisée a été dépassée. Si le capteur de pression est utilisé dans la plage de surcharge il affichera des mesures, mais elles ne seront pas exactes. Le signal de sortie a atteint le point de saturation et ne peut plus le dépasser.Utilisez un capteur de pression adapté à la plage de mesure.
Le signal de sortie est trop bas et ne dépasse pas cette valeur basse malgré une augmentation de la pressionLa pression d’entrée est trop basseL’ouverture est bloquée (voir ci-dessus).
Charge trop élevée pour les signaux mA (les composants électroniques connectés au capteur de pression absorbent trop de courant)Pour les signaux mA, réduisez la charge conformément à la fiche technique ou aux instructions d’utilisation.
Charge trop faible pour les signaux VAugmentez la charge conformément à la fiche technique ou aux instructions d’utilisation.
Tension de fonctionnement trop basseLa tension de fonctionnement doit être augmentée conformément aux instructions d’utilisation.
La plage de mesure du capteur de pression est trop largeUtilisez un instrument correspondant à la plage de mesure. La règle de base est que la plage de mesure doit être d’environ 75 % de la capacité de l’appareil.
Décalage d’origine (le signal du point zéro est trop élevé)La membrane a été déformée par une trop grande surpression
  • Le capteur de pression est défectueux.
  • Utilisez une plage de mesure appropriée et, si nécessaire, un étrangleur.
La membrane a été déformée ou rompue par des pics de pression
Couple de serrage trop élevé à l’installation (cellule de mesure endommagée)Ce problème est plus susceptible de se produire avec des instruments de mesure basses pressions. Faites attention au couple maximum lors de l’installation (consultez les instructions de montage).
Le signal de sortie varie considérablement sous l’influence de la températureLa compensation de pression relative est bloquée (principalement sur les appareils avec des plages de mesure faibles jusqu’à 25 bars)Vérifiez la compensation de pression relative. Assurez-vous également que l’installation a été effectuée correctement.
Signal de sortie fortement fluctuant (scintillement)Connexion desserréeUne rupture de câble ou une fiche desserrée peut en être la cause.
Fortes vibrations ou impulsions de chocLe capteur est soumis à une résonnance. Idéalement, la charge de choc admissible doit être vérifiée dans la fiche technique avant de choisir un capteur de pression. Les dispositifs résistants aux chocs sont caractérisés par une électronique scellée et sont dépourvus de potentiomètres réglables (tel que l’ATM.1ST). Le problème peut être résolu ultérieurement en découplant l’appareil de mesure via une conduite de pression flexible.
Le signal de sortie a des impulsions d’interférenceIl y a trop d’interférences électromagnétiquesAssurez-vous que les câbles sont blindés. Les phénomènes d’interférences électromagnétiques peuvent être en grande partie éliminés avec une installation soignée.
Différences de capacités entre l’instrument de mesure et le processusVérifiez la connexion à la terre du capteur de pression.
Le signal de sortie est défaillant après un certain temps d’utilisationLes composants électroniques dysfonctionnent à cause d’une température de fonctionnement trop élevéeLe fluide peut être refroidi via un découpleur de température, tel que des ailettes de refroidissement en amont ou une section de refroidissement. Un siphon est la meilleure solution pour les usages de vapeur.

Certaines des erreurs répertoriées ci-dessus sont dues à l’usage de capteurs inappropriés. Pour éviter ces erreurs, assurez-vous de connaître à l’avance les exigences précises de l’instrument de mesure en ce qui concerne son installation et les plages de mesure de pression (cliquez ici pour consulter notre guide de sélection des capteurs de pression). Une consultation préalable avec le fabricant peut vous épargner de nombreuses déconvenues.

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