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instrumentation

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Sommaire
1. But et principes de la régulation automatique
1.1. Introduction
1.2. Principes et constitution d’une boucle de régulation
1.3 Signaux de Communication
1.4. Critères de performance d’une boucle de régulation
2. Identification des systèmes
2.1. équations d'un système linéaire
2.2. boucle ouverte et boucle fermée
2.3. Identification en boucle ouverte
3. Le régulateur PID
3.1. Définition
3.2. Les différentes parties d'un régulateur
3.4. Sens d’action d’un régulateur
3.5. Actions du régulateur PID
3.7 Méthodes de synthèse des paramètres du régulateur
4. Notions de stratégies complexes de régulation
4.1. Régulation en cascade
4.2. Régulation de rapport
4.3. Régulation à priori, en tendance ou par anticipation
4.4. Régulation Split- Range (échelle partagée)
5. Vannes de réglage
5.1. Rôle d’une vanne de régulation
5.2. Vannes de régulation classiques
5.3 Manifolds
6. Instrumentation : Panorama des principaux capteurs et transmetteurs intelligents industriels
6.1. Le capteur
6.2. Capteurs transmetteur de débit , pression ,niveau température
7. Applications
Rachid .Bessaad
Enseignant Chercheur IAP Boumerdes
1. But et principes de la régulation automatique
1.1. Introduction
La régulation (ou asservissement) consiste à agir de façon à ce qu’une mesure soit égale à une
consigne. Si l’on cherche à atteindre une consigne (de position ou de température), on parlera
de poursuite ou d’asservissement ; si l’on cherche à éliminer des perturbations pour qu’une
valeur reste constante (ex : garder la température intérieure de la voiture constante quelle que
soit la température extérieure), on parlera de régulation. L’industrie utilise à la fois des
systèmes d’asservissement ou de régulation : que ce soit pour gérer le débit d’un fluide dans
une conduite, la température d’un produit, la hauteur d’un niveau de cuve…
Donc,
LA REGULATION
Action de régler automatiquement une grandeur d’un système de telle sorte que celle-ci garde
constamment sa valeur ou reste proche de la valeur désirée, quelles que soient les
perturbations qui peuvent survenir.
L’ASSERVISSEMENT OU LA POURSUITE
Répondre à des changements d’objectif, ou à un objectif variable (poursuite de cible, suivi
d’un gabarit). Exemple : une machine outil qui doit usiner une pièce selon un profil donné, un
missile qui poursuit une cible.
Les principaux objectifs de la régulation sont
Stabiliser les systèmes instables ;
Augmenter la précision ;
Augmenter la productivité du personnel ;
Augmenter la productivité du matériel ;
Maîtriser la qualité de production ;
Améliorer l'hygiène (moins de personnel);
Limiter les effets de la variabilité des produits
•L’automatique est l’art d’analyser, de modéliser puis de commander les systèmes.
C’est aussi celui de traiter l’information et de prendre des décisions. Ses domaines
d’application sont aussi nombreux que variés : mécanique, électromécanique,
électronique, thermique, biotechnologie, industrie spatiale, industries de
transformation, économie, industrie pétrolière et gazière ... Composante des systèmes
techniques, son étude est essentielle pour appréhender les sciences industrielles.
Tous les procédés industriels (également appelés processus) peuvent se décomposer en
plusieurs éléments fondamentaux.
Le processus en lui-même, composé du procédé (fonction physique entre une entrée et une
sortie) et de ses capteurs
La commande qui utilise les informations des capteurs afin de définir l'action nécessaire pour
amener le processus d'un état à un autre.
L'actionneur qui réalise la transformation de l'énergie électrique en une énergie mécanique par
exemple (on pourrait transformer cette énergie en thermique, chimique ou tout autre).
processus industriel
Le terme processus industriel (process) désigne deux aspects d'une installation de production, l'un descriptif,
l’autre matériel:
- aspect descriptif : c'est l'ensemble des opérations détaillées d'élaboration d'un produit fini devant posséder
des caractéristiques imposées dans les limites de tolérances fixées, selon un procédé déterminé.
- aspect matériel : c'est l'installation proprement dite, comprenant tous les appareils nécessaires à la
transformation des matières premières.
Les équipements propres au PROCESSUS INDUSTRIEL
- les équipements statiques pour les opérations de transport et de stockage (tuyauteries, bacs),
- les équipements dynamiques pour les opérations de transformation (fours, tours de distillation ,séparateurs,
échangeurs,
Les équipements nécessaires au contrôle du processus et constituant l'instrumentation
- des prises de mesure (essentiellement de pression, débit, niveau, température)
disposées sur les équipements,
- des instruments de mesure (indicateurs locaux, transmetteurs),
- des organes de contrôle (régulateurs),
- des organes de sécurité (alarmes, systèmes de commandes automatiques),
- des organes de commande permettant de moduler ou de sectionner les flux de
matières(vannes motorisées de sectionnement, vannes régulatrices, pompes,
ventilateurs, etc.),
-des organes de protection .
Notions de système
Grandeurs perturbantes principales
Qs
Grandeur réglante
Grandeur réglée
Qa
h
Grandeurs d ’entrée
Système
Schéma Bloc Simplifié
Grandeurs de sortie
1.2. Principes et constitution d’une boucle de régulation
 Exemple d’une boucle de régulation de niveau
-Reçoit M
-Compare M à C
-Calcule S
-Transmet
-Reçoit S
-Exécute
Du contrôle manuel au
contrôle automatique
?
Qa
Deux informations différentes sont transmises dans la
chaîne de régulation :
-Transmet
-Mesure
- la mesure M
- la correction (ou la commande) S
h
Le lien entre S et M, c ’est le calcul du régulateur. La
loi (ou l ’algorithme) de commande.
Qs
-Reçoit S
-Exécute
-Reçoit M
-Compare M à C
-Calcule S
-Transmet
?
La régulation marche mal :
Problème Qa
physique :
- le capteur mesure mal
- la vanne n ’exécute pas correctement la commande
-Transmet
-Mesure
Problème de calcul :
- la loi de commande
h n ’est pas adaptée
Problème de communication.
Qs
-Reçoit S
-Exécute
-Reçoit M
-Compare M à C
-Calcule S
-Transmet
?
La communication marche mal :
Problème Qa
physique :
- rupture du support
- panne d ’un élément
-Transmet
-Mesure
Problème de langage :
h
- ne parlent pas le même langage
- ne donnent pas la même signification aux
informations transmises
Qs
Les individus :
des appareils
Le transfert d ’informations :
électrique
LV
LC
Le support :
des fils
Qa
LT
Le langage :
un courant continu
variant de 4 à 20
mA
h
Qs
la chaîne de régulation
Canalisation
d ’alimentation
Canalisation
de
soutirage
Débit
d ’alimentation
Niveau à maintenir
pour assurer la
réserve
Doit s ’adapter au débit de soutirage pour
maintenir le niveau constant et donc
maintenir la réserve
Débit
de
soutirage
• Incontrôlable
• Q Max.
Débit
d ’alimentation
Si l ’alimentation est trop faible ...
Niveau à maintenir
pour assurer la
réserve
Débit
de
soutirage
Le niveau baisse
Danger !!!
Débit donné
Débit
d ’alimentation
Si l ’alimentation est trop forte ...
Niveau à maintenir
pour assurer la
réserve
Débit
de
soutirage
Le niveau monte
Trop tard !!!
Danger !!!
Débit donné
Grandeur
de réglage
Grandeur
réglante
Alimentation
Qa
Grandeur
perturbante
80 %
Grandeur à
maintenir
Grandeur
réglée
Grandeur
incontrôlable
h
Valeur à
maintenir
Soutirage
Consigne
Qs
Qu ’est ce qu ’une régulation ?
- c ’est un automatisme,
- qui permet de maintenir une grandeur réglée à une valeur de consigne,
STABILITE PRECISION RAPIDITE
- en agissant sur une grandeur réglante,
- tout ça n ’existe que parce qu ’il y a une ou plusieurs grandeurs perturbantes...
Il faut :
- mesurer la g. réglée
- en fonction de l’écart avec la
consigne, décider d’une action
- puis agir sur le procédé
A l ’aide ...
d ’un capteur-transmetteur
d ’un régulateur (ou d ’un
système plus complexe)
d ’un organe de correction
Grandeur
réglante
Organe de
Actionneur
correction
Régulateur
Qa
Capteur
Grandeur
réglée
h
Rétroaction
du procédé
Grandeur
perturbante
Qs
Boucle
Boucle
de régulation
de régulation
fermée
Grandeur
réglante
Actionneur
• Modifie la grandeur réglante
• En général, la grandeur réglante est un
débit
Qa
• L ’actionneur est capable de modifier
un débit
• C ’est une vanne
• Une vanne automatique puisque on
parle d ’automatisme
h
Qs
Symbole général du robinet automatique
Grandeur que l ’on
manipule
L
F
P
T
Fonction
Premières Lettres
Niveau
Débit
Pression
Température
Symbolisation
Lettres Suivantes
PD Pression différentielle
A
Analyse
W
Masse
I
Intensité
Z
Position
I : :suivie
PD
A
W
:ph-mètre,
:pesons
capteurs
du destinés
fonctionnement
analyse
de mesure
àpar
suivre
de
chromatographie.
des
niveau
l ’évolution
pompes.
par pression
de la
Les
masse
techniques
différentielle,
des réactifs
sont dans un
différentes.
réacteur
parLa
exemple.
nomenclature est complétée.
utilisé
Z
: repère
aussi
la en
position
débitmétrie
de vannes ...
Grandeur que l ’on
manipule
Symbolisation
Fonction
Premières Lettres
Niveau
Débit
Pression
Température
Lettres Suivantes
T
Transmetteur
E
Elément primaire
C
Régulation
I
Indication
PD Pression différentielle
R
Enregistrement
A
Analyse
V
Vanne de réglage
W
Masse
I
Intensité
Y
AH
Relais de fonction
Alarme Haute
Z
Position
S
Contacteur
L
F
P
T
S::indication
IC
R
V
Y
LAH
Appareil
appareil
assure
boucle
les
: alarme
mesures
de
laassurant
effectuant
sur
variation
régulation,
dedoivent
site
niveau
ou
l de
’ouverture
des
déportée
être
haut
fonction
laconversions
grandeur
enregistrées
(resp.
ou
en
régulateur.
LAL,
la
salle
réglante.
fermeture
depour
de
afin
signaux
contrôle
Assurée
dniveau
’optimiser
d ’un
ou par
bas).
des
contact
un
le
calculs.
Contrairement
fonctionnement
appareil
LSH contacteur
appelé
à du
« régulateur
procédé,
une
de
niveau
sécurité
de
haut
déceler
»qui
ou
ou
agit
par
encore
lsur
un
’origine
le
appareil
détecteur
procédé
des plus
incidents
(effectue
decomplexe
niveau
ouunhaut.
d arrêt
du
’assurer
type
d ’urgence
«laautomate
traçabilité
par »exemple),
de
ou la
«’alarme
lproduction.
système
se
numérique
Enregistrement
content
». Corps
sur lpapier
mais qu
detransmetteur
’un
plusproblème
en plus sont
sur
est mémoire.
survenu.
d’opérateur
’épreuve
et
dans le
FE
FT
FT d ’informer
Corps d ’épreuve et transmetteur sont dans des
même boitier
boîtiers différents
EXEMPLE Le générateur de vapeur doit fournir de l’énergie thermique à l’eau déminéralisée pour la faire
entrer en ébullition. La vapeur ainsi produite assure le chauffage du produit.
Les conditions nécessaires au bon fonctionnement du générateur de vapeur sont les suivantes :
•La pression de vapeur doit être maintenue constante. les signaux de mesure et de commande
de la vanne sont enregistrés.
•Le brûleur de la chaudière doit être bien réglé. La combustion est optimale lorsqu’on respecte une certaine
proportion air / combustible. Le niveau d’eau dans le ballon doit être maintenu constant.
Eau déminéralisée
(Qe, Te)
Vapeur
(Qv)
LIC
04
PSH
02
Combustible
(Qc)
TI
03
PT
01
PR
01
PIC
01
LCV
04
S
Vapeur
PCV
02
Fumées
LT
04
FT
05
BALLON
FY
05
FT
06
X
PCV
01
BRULEUR
FIC
06
Air (Qa)
FCV
06
CHAUDIERE
Réservoir
Grandeur
réglante
LV
Organe de
correction
Régulateur
LC
Qa
LIC
LT Capteur
Grandeur
réglée
Grandeur
perturbante
h
Qs
Boucle
Boucle
de régulation
de régulation
fermée
GRANDEURS PERTURBATRICES
GRANDEUR: REGLANTE
de REGLAGE
GRANDEUR: REGULEE
PROCEDE
ou CORRECTRICE
ORGANE DE REGLAGE
ou REGLEE
CAPTEUR
OU CORRECTEUR
CONVERTISSEUR
TRANSMETTEUR
Consigne
REGULATEUR
Signal
Mesure
GRANDEURS PERTURBATRICES
GRANDEUR: REGLANTE
de REGLAGE
GRANDEUR: REGULEE
PROCEDE
CORRECTRICE
REGLEE
PARTIE OPERATIVE
ORGANE DE REGLAGE
CAPTEUR
OU CORRECTEUR
CONVERTISSEUR
PARTIE
COMMANDE
TRANSMETTEUR
Consigne
REGULATEUR
Signal
Mesure
GRANDEURS PERTURBATRICES
GRANDEUR: REGLANTE
de REGLAGE
GRANDEUR: REGULEE
PROCEDE
CORRECTRICE
REGLEE
PARTIE OPERATIVE
SCHEMATISATION
D’UNE
BOUCLE
DE
REGULATION
ORGANE DE REGLAGE
OU CORRECTEUR
Symbole
instrumentatio
n
CAPTEUR
CONVERTISSEUR
PARTIE
COMMANDE
TRANSMETTEUR
Consigne
REGULATEUR
Mesure
Signal
Symbole
instrumentatio
n
Symbole
instrumentation
Symbole
instrumentatio
n
Afin de commander (réguler) un système physique, il faut donc :
 Mesurer la grandeur physique que l’on veut contrôler avec un capteur.
 Réfléchir sur l’attitude à adopter : c’est la fonction du régulateur. Le régulateur compare la
grandeur réglée avec la consigne et élabore un signal de commande.
 Agir sur l’entrée du système (grandeur réglante) par l’intermédiaire d’un actionneur
(organe de réglage).
1.3 Analyse d’une boucle de régulation type
Une boucle de régulation type d’une seule variable s’explicite par le schéma bloc suivant
· Grandeur réglée : la grandeur réglée est la grandeur physique que l’on désire contrôler. Elle
donne son nom à la régulation : régulation de température, de niveau, de pression, de débit, de
vitesse,…
· Consigne (Set Point): la valeur que doit prendre la grandeur réglée.
· Grandeur réglée mesurée (Process Variable) : Grandeur mesurée transmise par le
capteur- transmetteur et comparée à la consigne.
· Signal de commande (Controller Output) : Signal que délivre le régulateur à l’organe
de réglage.
· Grandeur réglante : grandeur physique choisie pour contrôler la grandeur réglée. Elle
n’est généralement pas de même nature que la grandeur réglée : débit de fluide,
intensité électrique, pression…
· Perturbations (Disturbances) : grandeurs physiques qui influencent la grandeur
réglée. Elles ne sont pas toujours mesurables. Exemples : température extérieure,
débit de soutirage, couple résistant…
· Organe de réglage (Final Control Element): dispositif mécanique, électrique,
pneumatique ou hydraulique permettant d’agir sur une machine, un système pour
modifier son fonctionnement ou son état : vanne, servomoteur, gradateur,
servovalve, variateur…
· Capteur (Sensor) : dispositif qui délivre, à partir d’une grandeur physique, une autre
grandeur, souvent électrique, fonction de la première et directement utilisable pour la
mesure ou la commande : thermocouple, sonde à résistance de platine, pH mètre,
anémomètre, tachymètre…
· Transmetteur (Transmitter) : dispositif qui converti le signal de sortie du capteur ens
un signal de mesure normalisé, récupérable par des régulateurs standards et
transmissible à distance tel le 4-20mA : transmetteur de pression différentielle,
convertisseur fréquence/tension….Il est souvent intégré au capteur.
· Régulateur (Controller) : appareil dont la fonction essentielle est de comparer la
mesure de la grandeur réglée à la consigne imposée, s’il existe une différence entre
elle, il modifie le signal de commande qui est envoyé à l’actionneur : régulateur
Proportionnel Intégral Dérivé (PID), TOR (tout ou rien), numérique, prédictif…
1.2.3. Représentation symbolique des chaînes de régulation
Grandeur que l ’on
manipule
L
F
P
T
PD
Fonction
Premières Lettres
Niveau
Débit
Pression
Température
Symbolisation
Lettres Suivantes
Pression différentielle
A
Analyse
W
Masse
I
Intensité
Z
Position
I : :suivie
PD
A
W
:ph-mètre,
:pesons
capteurs
du destinés
fonctionnement
analyse
de mesure
àpar
suivre
de
chromatographie.
des
niveau
l ’évolution
pompes.
par pression
de la
Les
masse
techniques
différentielle,
des réactifs
sont dans un
différentes.
réacteur
parLa
exemple.
nomenclature est complétée.
utilisé
Z
: repère
aussi
la en
position
débitmétrie
de vannes ...
Grandeur que l ’on
manipule
L
F
P
T
Symbolisation
Fonction
Premières Lettres
Niveau
Débit
Pression
Température
Lettres Suivantes
T
Transmetteur
E
Elément primaire
C
Régulation
I
Indication
PD
Pression différentielle
R
Enregistrement
A
Analyse
V
Vanne de réglage
W
Masse
I
Intensité
Y
AH
Relais de fonction
Alarme Haute
Z
Position
S
Contacteur
S::indication
IC
R
V
Y
LAH
Appareil
appareil
assure
boucle
les
: alarme
mesures
de
laassurant
effectuant
sur
variation
régulation,
dedoivent
site
niveau
ou
l de
’ouverture
des
déportée
être
haut
fonction
laconversions
grandeur
enregistrées
(resp.
ou
en
régulateur.
LAL,
la
salle
réglante.
fermeture
depour
de
afin
signaux
contrôle
Assurée
dniveau
’optimiser
d ’un
ou par
bas).
des
contact
un
le
calculs.
Contrairement
fonctionnement
appareil
LSH contacteur
appelé
à du
« régulateur
procédé,
une
de
niveau
sécurité
de
haut
déceler
»qui
ou
ou
agit
par
encore
lsur
un
’origine
le
appareil
détecteur
procédé
des plus
incidents
(effectue
decomplexe
niveau
ouunhaut.
d arrêt
du
’assurer
type
d ’urgence
«laautomate
traçabilité
par »exemple),
de
ou la
«’alarme
lproduction.
système
se
numérique
Enregistrement
content
». Corps
sur lpapier
mais qu
detransmetteur
’un
plusproblème
en plus sont
sur
est mémoire.
survenu.
d’opérateur
’épreuve
et
dans le
FE
FT
FT d ’informer
Corps d ’épreuve et transmetteur sont dans des
même boitier
boîtiers différents
EXEMPLE Le générateur de vapeur doit fournir de l’énergie thermique à l’eau déminéralisée pour la faire
entrer en ébullition. La vapeur ainsi produite assure le chauffage du produit.
Les conditions nécessaires au bon fonctionnement du générateur de vapeur sont les suivantes :
•La pression de vapeur doit être maintenue constante. les signaux de mesure et de commande
de la vanne sont enregistrés.
•Le brûleur de la chaudière doit être bien réglé. La combustion est optimale lorsqu’on respecte une certaine
proportion air / combustible. Le niveau d’eau dans le ballon doit être maintenu constant.
Eau déminéralisée
(Qe, Te)
Vapeur
(Qv)
LIC
04
PSH
02
Combustible
(Qc)
TI
03
PT
01
PR
01
PIC
01
LCV
04
S
Vapeur
PCV
02
Fumées
LT
04
FT
05
BALLON
FY
05
FT
06
X
PCV
01
BRULEUR
FIC
06
Air (Qa)
FCV
06
CHAUDIERE
II.Performances des systèmes asservis
-Les signaux d'entrée typiques
 Signal d'entrée Dirac δ(t)
En mathématique, le Dirac est défini comme étant
le signal d'amplitude infinie, pour une durée nulle :
e(t) = d(t) = 0 pour t < 0 et t > 0. En pratique on ne
peut que générer une impulsion proche du Dirac, qui
modélise alors une action qui s'exerce pendant un
temps très court (Choc, secousse…).
La réponse à une impulsion de Dirack . réponse impulsionnelle, très intéressante en théorie,
elle permet de caractériser parfaitement le système. En pratique il est difficile de procéder à cet essai.
 Signal d'entrée constant e(t) = A : échelon
pour t < 0 e(t) = 0
pour t ≥ 0 e(t) = A
Lorsqu'on applique un échelon à l'entrée d'un système, il s'agit d'une
brutale variation, passage dezéro à une amplitude A. La sortie du système ne peut suivre instantanément cette
brusque variation, et on observe une phase transitoire:
Par ailleurs, on peut observer le comportement en régime établi, stabilité ou divergence, et définir
ainsi d'autres caractéristiques du système. La réponse à un échelon est appelée réponse indicielle.
 Signal rampe
pour t < 0 e(t) = 0
pour t ≥ 0 e(t) = At
Ce signal va permettre d'observer la façon dont le système suit l'évolution du signal
d'entrée, et mettre ainsi en évidence le phénomène de vitesse. C'est très utile pour caractériser les systèmes
suiveurs.
 Signal d'entrée sinusoïdal
:
pour t < 0 e(t) = 0
pour t ≥ 0 e(t) = A sin (ω t)
L'hypothèse , assure que la sortie d'un système sollicité par une entrée
sinusoïdale, est également sinusoïdale. La sortie est de même fréquence que l'entrée, mais possède
une amplitude différente, et présente un déphasage par rapport au signal d'entrée. Il s'agit de la
réponse fréquentielle ou harmonique.
L'étude portera sur l'analyse du système en régime établi. Elle sera faite à partir de la variation de
la fréquence du signal d'entrée (variation de fréquence de zéro à l'infini).
-critères de performance
Les critères permettant de qualifier et quantifier les performances du système sont :
--La stabilité
--La précision
--La rapidité
--L'amortissement
La régulation idéale doit une bonne stabilité et une bonne précision, le régime transitoire doit être rapide et bien amorti. Ces
critères de performances ne sont pas toujours compatibles. Par exemple en mécanique, un processus rapide est léger, il a ainsi une
faible inertie et risque d'être peu amorti voire instable. D'autre part si on veut améliorer la précision, on risque de tomber alors sur un
phénomène d'instabilité. Tout l'art de l'automaticien est de réaliser une partie commande permettant de respecter au mieux ces
critères.
 La stabilité
on dit que la régulation est stable si pour une consigne bornée en amplitude, tous les autres signaux sont aussi bornés en
amplitude.
 La précision
La précision caractérise l'aptitude d'un système à atteindre la valeur de sortie souhaitée.
L'écart entre la consigne (sortie attendue) et la sortie (sortie réelle) se caractérise
donc de la manière suivante (entrée et sortie homogènes) :
e(t) = e(t) – s(t)
L’étude de la précision a pour objectif d’évaluer l’aptitude
de la sortie à suivre les variations de la consigne. Plus l’écart entre ces grandeurs
est petit, le système est précis.
il faut cependant distinguer entre la précision permanente et la précision dynamique.
La réponse indicielle (échelon d'amplitude E0)
permet la mise en évidence de l'erreur statique.
-On appelle erreur permanente l’écart entre la sortie mesurée et la consigne lorsque
la boucle d’asservissement ou de régulation est dans son état permanent.
Cette définition est illustrée par les figures suivantes.:
la consigne est constante et la sortie s’est stabilisée à sa valeur finale, c'est-à-dire
qu’elle a atteint son état permanent après une phase transitoire. On n’observe aucun
écart en régime permanent: Il s’agit d’un système précis.
-L’erreur dynamique est l’écart entre la sortie et la consigne pendant l’évolution de ces signaux. Un écart transitoire apparaît à
chaque changement de consigne ou suite à une perturbation. S’il est normal qu’un tel écart puisse exister pendant la phase
transitoire, il est néanmoins important qu’i soit le plus faible possible et que la phase transitoire soit la plus courte possible.
 La rapidité
La rapidité est caractérisée par le temps que met le système à réagir
à une brusque variation du signal d'entrée. Cependant, la valeur finale
étant le plus souvent atteinte de manière asymptotique (système stable),
on retient alors comme principal critère d'évaluation de la rapidité d'un
système, le temps de réponse à n%.
En pratique, on utilise le temps de réponse à 5% (Tr5%) appelé aussi temps
d'établissement, c'est le temps mis par le système pour atteindre sa valeur
de régime permanent à ± 5% près et y rester.
Le temps de réponse à 5% caractérise la durée de la phase transitoire.
C'est une des caractéristiques importantes des systèmes bouclés.
On cherchera souvent à diminuer ce temps de réponse,
sans que cela soit au détriment d'autres performances.
 L'amortissement
L'amortissement est caractérisé par le rapport entre les amplitudes successives des oscillations de la sortie. Plus ces oscillations
s'atténuent rapidement, plus le système est amorti.
Pour caractériser la qualité de l'amortissement on peut retenir deux critères :
le taux de dépassement, qui caractérise l'amplitude maximale des oscillations :
D1 : premier dépassement
t1 : instant du premier dépassement
s(∞) : valeur asymptotique de la sortie en régime permanent.
On exprime le dépassement en % :
Pour un système c'est le premier dépassement qui est le plus pénalisant. C'est celui qui est donc pris en compte.
Néanmoins, pour identifier un système à partir d'une réponse, nous verrons dans le cas d'un système du deuxième ordre que lorsque
c'est possible D2, D3…, peuvent être utiles.
Les systèmes dont la réponse est numérotées de 1 à 6
sont stables.
Le système dont la réponse est numérotée 7 est
instable.
Cependant, on voit rapidement que pour les systèmes
1 à 6, la stabilité n’est pas un critère suffisant d’un
système asservi.
Quelle est la courbe dont le temps de réponse le plus faible?
Quelle est la valeur du dépassement pour la courbe 2?
Quelle est la valeur du temps de réponse des courbes1et 7?
Signaux de Communication
Le langage :
un courant continu
variant de 4 à 20
mA
Pour brancher les fils :
- chercher le générateur électrique du 4-20 mA :
- placer la flèche du courant en fonction des polarités
- câbler
24vdc
R
G
+
+
LT
LC
-
-
C ’est une intensité qui circule on veut la même information
partout, il faut donc la même intensité : montage série.
Le langage :
On veut rajouter un enregistreur en entrée 4-20 mA
un courant continu
variant de 4 à 20
mA
Toujours
récepteur
LR
R
G
+
-
+
24v dc
R
+
LT
LC
-
-
C ’est une intensité qui circule on veut la même information
partout, il faut donc la même intensité : montage série.
Le langage :
Signaux de Communication
un courant continu
variant de 4 à 20
mA
Pourquoi un courant ? Et pas une tension ?
• Parce que les chutes de tension dans les câbles amoindrissent l ’information
• Et on a en général de grandes distances entre le capteur et le régulateur (l ’un est
sur le procédé, l ’autre dans le local électrique)
• On utilise les signaux en tension au laboratoire.
Pourquoi 4 mA ?
• Pour faciliter le diagnostic de panne : 0 mA, c ’est le support rompu !
Pourquoi 20 mA ?
• Ce n ’est pas la puissance qui compte dans le transfert d ’information.
Et le bruit ?
• C ’est les champs magnétiques des moteurs. Cela brouille le signal. Le câble est
blindé et le blindage est mis à la Terre.
Signaux de Communication
Le langage :
PARLER LE
Le capteur possède une échelle réglable ou non :
Mmini à Mmaxi.
4-20 mA
Attention Mmini n ’est pas forcément zéro !
Intensité
L ’intensité
varie(mA)
linéairement avec la
mesure
24 V
R
G
+
20
LT
Tous les deux ans.
Vérifier un capteur consiste à
SAUF Mesures Sensibles
vérifier sa linéarité et recaler
tous les
mois
- trois
son échelle
(étalonner). 4
en général.
+
LC
-
Mmini
Mmaxi
Mesure
Le langage :
P1C2-III - Signaux de
Communication
PARLER LE
Comment calculer l ’intensité en fonction de la
mesure ?
4-20 mA
- Définir l ’étendue d ’échelle...
- Calculer la mesure en pourcentage d ’échelle…
- Calculer l ’intensité...
230 V
R
G
+
Mesure 3 mètres
LT
EE : 2 à 8 m
Régle : Egalité des Pourcentages M % = I %
+
soit
: M  16,7%
h  hmin
M
I  M hmax
0,167 hmin
LC
i 3 imin
2 1
I M 
  0,167
imax

imin
- 82 6
i4
I soit : M  16,7%
0,167
20  4
 i  (20  4)  0,167  4
 i  6,7mA
Signaux de Communication
Le langage :
COMPRENDRE LE
Quelle mesure pour quelle intensité reçue
par le régulateur ?
4-20 mA
- Calculer l ’intensité en pourcentage...
- Utiliser la règle pour trouver la mesure...
230 V
i  imin G13  4 9
I

  0,563
+
imax  imin 20  4 16
Soit : I  56,3%
LT
Soit : M  56,3%
-
R mA
I = 13
+
Et c ’est tout !
Le régulateur n ’est qu ’une machine !
Il ne connaît pas l ’échelle du capteurLC
!
La mesure pour lui n ’est
qu ’un pourcentage !
-
Régle : Egalité des Pourcentages M % = I %
Le langage :
Signaux de Communication
COMPRENDRE LE
4-20 mA
Quel régulateur ?
• Le régulateur traite une mesure sous forme de pourcentage… Il ne sait pas ce
qu ’il régule.
• On achète un régulateur, pas un régulateur de niveau de température ou autre…
• Il produit uns correction S (en %) en fonction d ’une mesure M (en %)
Et la Consigne ?
• Il faut la programmer en pourcentage aussi !
• Mais un pourcentage de quoi ?
•Voyons ! La consigne est comparée à la mesure. Donc le pourcentage doit être le
même que celui de la mesure…
• Il faut programmer la consigne en pourcentage d ’échelle du transmetteur.
Signaux de Communication
Convertisseurs de mesure et de signaux
Signaux de Communication
Et le côté
commande S ?
Pour brancher les fils :
- chercher le générateur électrique du 4-20 mA :
C ’est toujours le régulateur qui est
générateur côté correction
- placer la flèche du courant en fonction des polarités
- intensité donc câblage série.
Côté Commande
230 V
R
G
+
+
LY
convertisseur
I/P de la
vanne
LC
Côté Mesure
-
I. Systèmes en boucle ouverte
Définition :
1. Un système en boucle ouverte est un système
boucle ouverte et boucle Notion de fermée
dont la sortie n ’a pas d ’influence sur l ’entrée
2. Un système en boucle ouverte est un système sans
Représentation d ’un système en boucle ouverte
boucle de retour sur laquelle on peut se baser pour
prendre des décisions de contrôle.
6/ Identification de processus et calcul de paramètres de correcteurs
Cela consiste à établir, à partir d’une réponse expérimentale à une excitation connue,
une équation mathématique qui, pour un domaine donné, fournisse les mêmes réponses
que celles relevées expérimentalement (même comportement dynamique dans un
environnement donné). Ici, l’équation mathématique représente la fonction de transfert
du système étudié.
Passage du système réel au modèle
identifier un processus, c’est chercher un modèle mathématique, appartenant à une
classe de modèles connue et qui, soumis à des signaux-tests, donne des réponses en
dynamique et en statique les plus proches possible de celles du système réel quand il est
soumis aux mêmes excitations.
 Définition d’un système linéaire :
2.1.- equations d'un système lineaire
Un système est linéaire s’il possède une des 2 propriétés suivantes :
-Un système linéaire continu est un système pour lequel les relations entre les grandeurs d’entrée et de sortie peuvent se mettre
sous la forme d’un ensemble d’équations différentielles à coefficients constants.
-si s1(t) est la sortie obtenue en appliquant e1(t) et s2(t) est la sortie obtenue en appliquant l’entrée e2(t), alors pour tout réel α et
pour tout réel β, en appliquant l’entrée e(t)= α.e1(t)+ β.e2(t), le système génère la sortie s(t)= α.s1(t)+ β.s2(t).
L’équation différentielle générale d’un système LC est de la forme :
 Exemples
1-Mise en équation des systèmes physiques suivants
transformation de Laplace
L'étude des systèmes s'accompagne inévitablement de la manipulation d'équations différentielles.
Or les opérations liées à cette manipulation sont souvent délicates et la résolution des équations
n'est pas toujours simple. Pour faciliter les calculs, on utilise un outil mathématique puissant: la
transformée de Laplace.
Pour résoudre les équations différentielles grâce à la transformée de Laplace, il est nécessaire de
savoir effectuer le passage de f(t) à F(p) mais aussi de F(p) à f(t)
Soit f(t) une fonction réelle de la variable réelle t, définie pour toute valeur de t,, et nulle pour t<0.
La transformée de Laplace de la fonction f(t) est définie par;
-On utilise la transformée de Laplace pour introduire le concept de fonction de transfert pour
l'analyse de circuits ayant des sources sinusoïdales.
- La transformée de Laplace permet de relier le comportement d'un circuit en fonction
du temps à celui en fonction de la fréquence.
-La transformée de Laplace permet donc de transformer le problème du domaine du temps au
domaine de la fréquence.
Considérons un système régi par l’équation différentielle suivante :
Soit e(t) = u(t). On cherche à identifier l’expression du signal de sortie s(t).
on applique la transformée de Laplace aux deux membres de l’équation différentielle :
On en déduit donc :
 Fonction de transfert et schéma fonctionnel
 Définition
Considérons un SLC quelconque à une entrée et une sortie décrit par le schéma fonctionnel suivant.
La forme générale de l’équation différentielle reliant l’entrée à la sortie de ce SLC est donnée par :
On appelle fonction de transfert ou transmittance d'un système linéaire le rapport entre la transformée de Laplace de la sortie sur
celle de l'entrée :
En appliquant la TL à cette équation, nous pouvons écrire :
S ( p)
H ( p) 

E ( p)
3.2 Exemple2
Cm : couple moteur
w : vitesse angulaire
Ke : constante électrique
ID : moment d’inertie
Cf : couple de frottement visqueux
Km : constante mécanique
U ( p)
V
1
( p)
V
2
( p)
( p )
Simplification des schémas fonctionnels
Déterminer la fonction de transfert équivalente au système suivant. H ( p) 
S ( p)
E ( p)
[email protected]
Cas des entrées multiples
On calcule S(p) en fonction de U(p) (on pose E(p) = 0 :
On calcule S(p) en fonction de E(p) (on pose U(p) = 0
Ce qui donne :
EXEMPLE .Calcul de la fonction de transfert d’un système perturbé
Déterminer la fonction de transfert équivalente au système suivant. H ( p) 
E(p)
S(p)
S ( p)
E ( p)
Déterminer la fonction de transfert équivalente au
système suivant
H ( p) 
S ( p)
E ( p)
A retard pur.
Réponses indicielles
s(t) est identique à e(t) mais elle est retardée
de (t1-t0) dans le temps.
Premier ordre
s(t) à l’apparence d’une réponse d’un SL du
1er ordre.
s(t) peut être supérieure, inférieure ou égale à
à e(t). Le retard T=(t1-t0) peut être supérieur
ou égal à zéro.
Processus instable
s(t) est une rampe. Le retard T=(t1-t0) peut
être supérieur ou égal à zéro.
Ici la ftbo contient une intégration, ti=(t2t1) (ici 3s).
Exemple 1 : Niveau d ’un liquide dans un réservoir
Exemple 2: Température dans un échangeur de chaleur
Exemple 3 : Pression dans un Réservoir
Exemple 4: Débit dans un pipe
Exemple 5: Réacteur
II. Systèmes en boucle fermée
1. C ’est un système dont la sortie a une influence sur
l ’entrée .
2. C ’est un système avec une ou plusieurs boucles de
retour sur lesquelles on peut se baser pour prendre des
décisions de contrôle.
Représentation symbolique :
Exemple 1 : Niveau dans un réservoir
Exemple 3 : Température dans un échangeur
Exemple 3.1 : Température dans un
agitateur
Exemple 4 : Pression dans un réservoir
Exemple 5 : Débit dans un Pipe
définitions
Grandeur réglée :
C ’est la grandeur que l ’on désire maintenir constante où à laquelle on veut
imposer une dépendance déterminée. Cette grandeur réglée peut être soit le
paramètre réglé lui même , soit l ’image du paramètre réglé ( par exemple la
température étant l ’image de la concentration.
Grandeur de consigne :
C ’est la grandeur fixée automatiquement ou manuellement par l ’opérateur et à
laquelle on veut maintenir la grandeur réglée Hm.
Grandeur réglante :
C ’est la grandeur qui agit sur l ’organe de réglage afin de faire tendre vers zéro
l ’écart (Hc-Hm). C ’est la sortie du régulateur.
Paramètre réglant :
C ’est le flux d ’énergie ou de matière qui permet de modifier la grandeur réglée et
qui doit avoir une grande influence (action)sur elle.
Grandeurs perturbatrices :
Ce sont des grandeurs qui ont une influence directe ou indirecte sur la grandeur
réglée. Ces grandeurs sont généralement appelées variations de charge.
La loi de commande
• Le régulateur reçoit la mesure M en % d ’échelle du transmetteur.
• Il compare M à la consigne C qui lui a été programmée en % d ’échelle du
transmetteur.
• Il calcule la correction S en % en fonction de l ’écart (M-C).
• Cette fonction est appelée la Loi de Commande ou l ’Algorithme de
Correction.
C
M
(M-C)
S=fPID(M-C)
S
Régulateur
• C ’est une fonction PID (Proportionnelle, Intégrale et Dérivée).
• Régler un régulateur veut dire adapter cette fonction au procédé de façon à ce
que la correction soit la meilleure possible.
Consigne Externe :
elle vient d ’un autre appareil
(régulateur ou ordinateur)
Réglage de la consigne
CE
Affichage
Consigne
régulateur
Sens Manuel
d ’action:
Fonctionnement
ou décide
- (M-C)de la
c ’est l ’opérateur+qui
commande. L ’automatisme est
rompu.
+(M-C)
-(M-C)
++-
fPID
Réglages de la
fonction PID
M
S
Affichage Mesure
Réglage
Manuel
Affichage
Correction
4. Notions de stratégies complexes de régulation
4.1. Régulation en cascade
4.2. Régulation de rapport
4.3. Régulation à priori, en tendance ou par anticipation
4.4. Régulation Split- Range (échelle partagée)
4. Notions de stratégies complexes de régulation
4.1 La régulation de tendance . (Prédictive
Prédictive )
Un procédé est généralement constitué par une succession d ’élément
en cascade . Les grandeurs perturbatrices peuvent influencer le
procédé à n ’importe quel niveau .
Lorsque l ’influence d ’un paramètre perturbateur est relativement
importante sur la grandeur réglée, il est préférable d ’informer le
régulateur dès l ’apparition de cette perturbation. Le régulateur
pourra ainsi corriger les effets de cette perturbation avant qu ’elle
n ’atteigne la grandeur réglée
EXEMPLE1
EXEMPLE 2
La plupart des régulations ont une action à posteriori, c’est à dire que la boucle réagit à
l’apparition d’ un écart Mesure-Consigne. Dans le cas d’une régulation à priori on
anticipe sur l’action d’une grandeur perturbatrice.
boucle constituée par le transmetteur de la grandeur perturbatrice, le régulateur, et
l ’organe de réglage sera considérée comme une boucle réglée auxiliaire. La boucle
constituée par le transmetteur de la grandeur réglée , le régulateur, et l ’organe de réglage
est appelée boucle principale. Pour éviter qu ’en régime stationnaire le régulateur ne se
règle sur la grandeur réglée plus la grandeur auxiliaire.

On anticipera en augmentant
TT
1
le débit du fluide réfrigérant afin de
limiter l’écart de TE 1
TE
1
Fluide chaud
FE
1
%
FY
1
ECHANGEUR THERMIQUE
X
TIC
1
Y
TY
1
Ci
TCv
1
Fluide réfrigérant
4.2 La régulation en cascade.
A. Mise en œuvre et représentation .
La régulation en cascade est une extension de la régulation de
tendance. Cette méthode consiste à asservir la grandeur réglée
auxiliaire à la grandeur réglée principale. Pour cela on utilisera 2
régulateurs montés en cascade.
Le but de cette méthode est de prévenir le plus efficacement
possible, l ’action d ’une grandeur perturbatrice sur la grandeur
réglée principale à la quelle , il est absolument nécessaire d ’éviter au
maximum toute variation.
Une régulation cascade est utilisée pour :
compenser rapidement les perturbations qui affectent la grandeur réglante ou
une grandeur intermédiaire afin que la mesure varie le moins possible.
Pour cela, on réalise une boucle esclave ou interne (rapide) qui
compense les perturbations et qui est imbriquée dans la boucle
maître ou externe (boucle principale plus lente).
Exemple 1 de représentation d ’une chaîne de régulation en cascade
Échangeur de chaleur
Représentation par la méthode des schémas blocs
Exemple 2 : Échangeur de chaleur
Représentation par la méthode des schémas blocs
•Amélioration de la régulation de température à la sortie de la chaudière vapeur.
•boucle de régulation
Tvapeur
Qeau
TT1
Le circuit air est considéré comme
correctement régulé
BRULEUR
TIC1
QAIR
QGAZ
Schéma Fonctionnel
Perturbations
P gaz
Qgaz
Grandeur réglante
Chaudière vapeur
Tvapeur
Grandeur réglée
La variation de Pgaz (en T1) provoque immédiatement une chute de Qgaz, la boucle de régulation corrige tv par une action sur
la vane TV1 (augmentation de Yr) mais :
•Cette augmentation de Qgaz s’effectue seulement quand Tvapeur a diminué (T2)
•Le régulateur TIC1 augmente alors sa sortie Yr
•Tvapeur reprend sa valeur initiale seulement à l’instant T3
P gaz
t
T1
Q gaz
t
T vapeur
W
t
Yr
T2
t
Bilan
La température de vapeur a donc chuté de façon importante entre T2 et T3, l’unité de production subit cette variation de T
vapeur.
Les conséquences peuvent être une qualité inégale du produit.
Bilan
• La boucle interne de débit a corrigé rapidement les variations de Qgaz.
•T vapeur a très peu varié en amplitude
•Tvapeur se stabilise beaucoup plus rapidement
P
gaz
P
ga
z
Q
gaz
t
T
1
Q
gaz
t
T
1
t
t
T
vapeur
T
vapeur
W
W
t
t
Yr
Yr
T
2
t
T
2
Cette faible variation de T vapeur est acceptable pour l’unité de fabrication
Conclusion Amélioration du temps de réaction de la boucle
t
•Solution proposée n°2
•Régulation cascade sur grandeur intermédiaire
Tflamme
T vapeur
Boucle
externe
TT1
T
vapeu
r
TT
1
T
C1
T
C2
Qeau
TT
2
m
TC
1
aitre
TT2
TC
2
BRULEU
R
TV
1
QGA
QAIR
Z
Bilan :
La boucle interne régule une grandeur intermédiaire (Tflamme).
L’intérêt principal de cette régulation :
C’est de diminuer les effets d’une perturbation qui affectent le brûleur et la flamme.
L’intérêt par rapport à une cascade sur grandeur réglante : :
Cette régulation est utile quand les perturbations n’affectent pas la grandeur réglante.
Boucle interne
es
clave
Exemple 5 : Four et mélangeur
Réglage d ’une chaîne de régulation en cascade
La boucle principale ou externe étant ouverte ( régulateur
en Manuel ), on commence par régler le régulateur de la
boucle interne ou secondaire. Pour cela, on utilisera une des
méthodes de réglage citée précédemment .On pourra
utiliser, soit une méthode de réglage en boucle ouverte (
courbe de réaction ), soit une méthode en boucle fermée (
Zigler-Nichols ).
Une fois la boucle interne réglée , on remet le régulateur
interne en position automatique, (on ferme la boucle
interne).On règle alors le régulateur principal en utilisant les
mêmes méthodes de réglages du dessus. Une fois le
régulateur réglé , on remet aussi le régulateur principal en
mode automatique.
4.3.Régulation de rapport :
Ce mode de régulation est généralement utilisée pour contrôler le
rapport de 2 variables , les 2 variables pouvant être mesurées ,
mais seulement l ’une d ’elles pouvant être contrôlée. Ce mode de
régulation généralement est utilisée.
- Pour maintenir généralement le rapport gaz air à sa valeur
optimum dans un four
- Pour contrôler le rapport de 2 réactants entrant dans un
réacteur à une valeur déterminée
- Pour maintenir un rapport entre le débit de l ’alimentation
d ’une colonne de distillation et le débit vapeur du rebouilleur de
cette même colonne .
•Principe
Cette régulation consiste à réaliser un rapport ou une proportion de 2 grandeurs Qa et Qb,
K=Qa/Qb donc Qa = kQb
•Deux cas sont envisageables :
•Le rapport K est constant, la stratégie est appelé régulation de proportion
•Le rapport K est variable, la stratégie est appelé régulation de rapport
FIC2
Qa
We=K*Qb
K
FY1
Si ε =0 alors Qa = We = Qb* K
régulation de proportion
Qb
Qa+Qb
02
Qa
FV02
NF
Dans ce type de stratégie, il faut choisir le débit asservi ou mené, Qa et le débit pilote
ou menant Qb et il faut maintenir Qa =K Qb.
régulation de rapport
W
FIC2
M
Qa
/
FY1
Qb
Qb
Qa+Qb
02
Qa
FV02
NF
Si ε =0 alors W = M = Qa/Qb
Dans ce cas on ajuste le rapport de Qa/Qb à l’aide de la consigne interne W.
La grandeur réglante est donc Qa et la grandeur réglée M =QA/Qb
Mélange produit de base, eau de dilution
Le dosage du mélange est réalisé par une régulation de proportion entre le débit d’eau de dilution et le
débit de produit de base (débit menant : débit d’eau de dilution)
On souhaite obtenir un mélange dans une proportion telle que 5 litres d’eau de dilution soient mélangés à
1 litre de produit de base.
Le débit du produit de base est égal à 0,5m3/h
La régulation de proportion est précise (écart nul entre mesure et consigne).
FT2 : 0 – 1m3/h
FT3 : 0 – 10m3/h
C
T1
C
T2
Produit
de base
FT
2
FV
2
K
FC
2
W
e
Eau de
dilution
FY
2
FT
33
Q
Q
A
B
LV
03
LT
1
Calculer les valeurs théoriques de sorties de FT02 et FT03 exprimées en %.
Qa= K Ql ; K = débit de produit de base/Débit d’eau
K=1/5=0,2
Débit de produit de base= 0,5m3/h 50%
Débit d’eau = 0,5*5=2,5m3/h  25%
Q mélange
REGULATION DE RAPPORT ( de proportion ou Ratio contrôle )
EXEMPLE:
DEBIT
ASSERVI
AIR ( N2, O2 )
EFFLUENTS
FE
1
( N2, O2 , C2H4, C2H4O )
REACTEUR
RECYCLAGE
FE
2
DEBIT
PILOTE OU REGLABLE
ETHYLENE ( C2H4 )
FCv
1
AIR
APPOINT
Y
X
FIC
1
Ce
FT
1
FE
1
ALIMENTATION
TOTALE
EFFLUENTS
Rapport K = qv Air / qv Ethylène
REACTEUR
X
FE
2
ETHYLENE
FT
2
FY
2
RECYCLAGE
4.4.Régulation en SPLIT RANGE
La régulation en split range ou à échelle partagée utilise 2 ou 3 organes correcteurs pilotés par un même régulateur
EXEMPLE : stockage d’un hydrocarbure sous pression d’azote.
Action INVERSE
X
PT
1
PCv
1a
PE
1
Alimentation
Ci
PIC
1
Y
Admission de N2
Echappement de N2
PCv
1b
Course
PCV 1a
Course
PCV 1b
F 100 %
O
0%
0,2
0,6
0%
F
100 %
O
1b
P102
Signal
Soutirage
la sortie du régulateur contrôlera plusieurs vannes ( 2 à 4).
Exemples :
Indiquer de quel type de régulation il s'agit……………………………….
………………………………………………………………………………………
Set Point
T2
FC
FC
F2
Set Point
Ratio
T
C
Set Point
Fuel
Air
F1
AT
O2
Analyzer
Set Point
T2
FC
S
FC
F2
Fuel
Air
Ratio
F1
T
C
EXEMPLE4
CASCADE SUR GRANDEUR INTERMEDIAIRE
DCv
2
Grandeur de réglage
Solvant
Gaz traité
Y
DT
2
X
DIC
2
Régulateur esclave
Ce
D
DE
2
Y
DT
1
Gaz à traiter
X
DIC
1
Ci
Régulateur maître
DE
1
Grandeur réglée
Solution riche
6. Instrumentation : Panorama des principaux
capteurs et transmetteurs intelligents industriels
6.1. Le capteur
6.2. Capteurs transmetteur de :
Débit
Pression ,
Niveau
Température
5.Capteurs et transmetteurs intelligents de
débit,pression ,et température ; niveau
5.1. Le capteur
.introductions
Un capteur est un organe chargé de prélever une grandeur physique à mesurer et de la transformer en une
grandeur exploitable. Le capteur est un organe de saisie d'informations. C'est le premier maillon de toute une
chaîne de mesure, acquisition de données, de tout système d'asservissement, régulation, de tout dispositif de
contrôle, ...
.Constitution d’un capteur
Grandeur
physique
Corps
à mesurer
d'épreuve
Réaction
Elément
de
transduction
Signal
de sortie
électrique
Module
électronique
de
conditionnement
Signal de
mesure
transmissible
Alimentation
Boîtier
- Corps d'épreuve : élément mécanique qui réagit sélectivement à la grandeur à mesurer (appelée aussi
mesurande).
But : transformer la grandeur à mesurer en une autre grandeur physique dite mesurable .
- Elément de transduction : élément sensible lié au corps d'épreuve. Il traduit les réactions du corps d'épreuve
en une grandeur électrique constituant le signal de sortie .
- Boîtier : élément mécanique de protection, de maintien et de fixation du capteur .
-Module électronique de fonctionnement : il a, selon les cas, les fonctions suivantes :
-mise en forme et amplification du signal de sortie
-filtrage, amplification
-conversion du signal ( CAN,...)
-Communication
-Grandeur d’influence
Les grandeurs d'influence sont des grandeurs étrangères qui, selon leur nature et leur importance, peuvent
provoquer des perturbations sur les capteurs. C'est donc une cause d'erreurs agissant sur le signal de sortie .
Exemple :
- la température
- la pression environnante
- les vibrations mécaniques ou acoustiques
- la position du capteur et sa fixation
- l'humidité, la projection d'eau, l'immersion
- les ambiances corrosives
- les perturbations électromagnétiques
- les rayonnements nucléaires
- les accélérations et la pesanteur
- l'alimentation électrique du capteur .
Caractéristiques métrologiques d’un capteur
•Etendue de mesure
•Sensibilité
•Précision
•Fidélité et justesse
•Rapidité
•Stabilité
•Répétabilité et Reproductibilité
•Bruit de fond
•Erreur de mesure
5.2. Capteurs transmetteur
mesure du débit débitmètre électromagnétique
Le principe de la débitmètrie électromagnétique repose sur la loi d'induction de FARADAY: Quand un
conducteur rectiligne se déplace dans un champ magnétique, une force électromotrice est induite
dans ce conducteur. Un champ magnétique E est crée par deux enroulements inducteurs placés de part et
d'autre d'un même diamètre de la canalisation . Le conducteur est le fluide lui-même, circule dans une
canalisation isolée électriquement . La force électromotrice est mesurée par deux électrodes au contact avec
le liquide et placées aux deux extrémités d'un diamètre perpendiculaire aux lignes d'induction.
La force électromotrice UE mesurée est proportionnelle à la vitesse moyenne du liquide v, donc au débit
volumique qv du liquide, l'induction magnétique B et l'espacement d'électrodes D selon les formules :Le
signal de sortie a une amplitude de quelques millivolts est converti dans le convertisseur en signaux calibrés,
analogiques et numériques et indique également le sens de l'écoulement.
U E  D.B.v
2
D .
q.v 
.v
4
U E  q.v
109
 Débitmètre à turbine
110
 Principe
•
Le passage du liquide entraîne une rotation de la turbine, et la vitesse de
rotation dépend de la vitesse d'écoulement.
• La vitesse de rotation est mesurée en comptant la fréquence de passage des
ailettes détectée à l'aide d'un bobinage (un aimant permanent est parfois
solidaire de l'hélice).
• Chaque impulsion représente un volume de liquide distinct .
• L’information
volumétrique
estduconvertie
signal
à l’aide
d’un
Connaissant la vitesse
de rotation
rotor de laen
turbine
onélectrique
peut déterminer
le débit
massique : d’impulsion
générateur
Qm = K . ΩAvec
 K: facteur d’étalonnage donné par le constructeur
 Ω : vitesse angulaire du rotor
 Débitmètres
utilisés pour le comptage Transactionnel ( commerciales)
•Précision dépend du profil de vitesse à l’intérieur de la conduite
•Nécessite de veiller à ce que les variations de débit ne soient pas trop
importantes.
•Compteurs le plus courant:, Faure-Herman,
 Débitmètre à effet Coriolis (FCM 2000):
Le passage d'une masse dans un tube vibrant génère des forces de
Coriolis entraînant la courbure et la torsion du tube.
Ces déformations infimes du tube sont mesurées par des capteurs
placés en des points stratégiques, puis sont évaluées de manière
électronique.Le déphasage mesuré des signaux des . capteurs étant
proportionnel au débit massique, le débitmètre massique de Coriolis
mesure directement le débit massique
Des forces de reaction
apparaissent dans un tube
vibrant traversé par un
liquide en mouvement.
F  m .
F = 2. m. ω. v
112
 Débitmètre Coriolis type ABB avec tubes parallèles
 Principe
• Déplacement du fluide avec la vitesse V
 Résultat:
• Forces de Coriolis agissant sur les deux moitiés du tube, dans des sens opposés,
En effet le fluide:
 retarde l'oscillation lorsqu'il doit lui-même en acquérir le mouvement (entre A et
C)
et l'accélère lorsqu'il restitue l'énergie prélevée (entre C et B ).
Il en découle une distorsion du tube très faible qui se superpose à l'oscillation de
base du tube.
 la force de CORIOLIS
F = 2 . m. ω . v .
Le débitmètre massique de Coriolis peut être utilisé pour mesurer
•
•
Simultanément le débit massique, la masse volumique et la température du fluide.
D'autres valeurs de mesures peuvent découler de ces valeurs, comme, par exemple, le débit
volumique ou la concentration et aussi le comptage.
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
•
•
Lorsque le débitmètre est sous tension, une bobine
d'excitation fait osciller les tubes en opposition l'un
par rapport à l'autre.
Deux ensembles bobine-aimant (dits de détection)
sont montés de part et d'autre sur les tubes de
mesure.
Lorsqu'il y a un écoulement, des forces
Coriolis sont induites.
Ces forces entraînent une torsion opposée
des tubes de mesure qui sert à mesurer le
débit massique.
Du fait de la torsion, les ondes sinusoïdales
générées par les bobines de détection sont
déphasées l'une par rapport à l'autre.
LES DIFFÉRENTS ORGANES DEPRIMOGÈNES
Tout débitmètre à organe déprimogène est donc constitué de deux éléments :
•
Un obstacle (responsable d’une Δp ).
•
Un capteur de pression différentielle ( mesure de la Δp ).
Les principaux organes déprimogènes sont :
– Le diaphragme
– Le tube venturi
– La tuyère
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Les transmetteurs 267C et 269C mesurent les débits de liquide, vapeur ou gaz avec
compensation de la température et de la pression absolue. La technologie multisensors permet les mesures de la pression différentielle, pression absolue et de la
température du procédé à l'aide d'une sonde externe, ceci avec une précision
intrinsèque de 0.04% ou 0.075%.
Un seul transmetteur remplace trois transmetteurs standard ce qui permet non
seulement de réduire les coûts d'achat et d'installation mais aussi d'apporter une
meilleure fiabilité du fait de l'utilisation d'un seul transmetteur et de la réduction du
câblage.
Ainsi en intercalant dans une conduite de section constante un dispositif
déprimogène de section de passage
<
, il est possible
le
SB deSdéduire
A
débit d’un fluide à partir de la pression différentielle.
  A  B
Formule de base :
La pression différentielle créée par un organe déprimogène est
proportionnelle au carré de la vitesse axiale moyenne du fluide, c'est-àdire au carré du débit.
Q

K

K est déterminé pour chaque installation par la géométrie des organes et par
les conditions de température, pression et caractéristique du fluide.
D’une façon plus précise, il faut faire intervenir le coefficient de
débit α et le coefficient de détente ε.
La formule de base du calcul du débit volumique :
 2 2
QV  B   D
4

2
Avec:
• D = diamètre intérieur de la canalisation.
d
B rapport des diamètres (ou des sections).
•
D
• α = coefficient de débit = C.E avec :
 C = coefficient de décharge.

 E = coefficient de vitesse d’approche
• ε = coefficient de détente =
• ρ = masse volumique du fluide.
où
1 B
4
1
1 B4
D2
D 4d 4
 DEBIMETRE A ULTRASON
Il ya deux techniques de mesure :
A temps de parcourt : Pour les liquides propres
A effet doppler : pour les liquides ayant des bulles ou des
particules en suspension .
PRINCIPE
Un émetteur et un récepteur sont montés en opposition de manière à ce que les ondes acoustiques
allant de l'un à l'autre soient à 45 ° par rapport au sens d'écoulement dans la conduite. La vitesse
du son allant de l'émetteur au récepteur constitue la vitesse intrinsèque du son, plus un apport dû
à la vitesse du fluide. La mesure du temps t mis par le signal pour parcourir la distance L permet
de connaître la vitesse du fluide et d'en déduire le débit.
Vitesse de propagation des ondes
ultrasonores :
Vab = C + Vm cosθ
Vba = C - Vm cosθ
Vitesse moyenne d’écoulement du fluide
Vm= K . tab – tba / tab tba.
Temps de parcours des ondes ultrasonores
tab = L / C + Vm cosθ
tba= L / C -Vm cosθ
Le débit
Q = Vm. S = K .∆t . S
 Capteur et transmetteur de
temperature
119
Les thermocouples
Les thermocouples ou couples thermo-électriques transforment une température en
une tension électrique mesurable.
La grandeur thermométrique est la FEM thermoélectrique fournie par un couple de deux
métaux différents soudés entre-eux, appelé « thermocouple ».
Cette FEM dépend des 2 conducteurs et de la températures « Effet SEEBECK »
Types de thermocouples les plus courants
Typ
e
Métal A (+)
Coef. Seebeck
Erreur
Erreur
α (µV/°C) à T°C
standard
Mini
0 à 1820°C
5,96 µv à 600°C
0,5%
0,25%
Constantan
-270 à
1000°C
58,67 µV à 0°C
1,7% à 0,5%
1% à 0,4%
Métal B (-)
Limites
théoriques
Platine
B
Platin
30%
Rhodium
6%
Rhodiu
m
Nickel
E
10% Chrome
J
Fer
Constantan
-210 à
1200°C
50,38 µV à 0°C
2,2% à
0,75%
1,1% à
0,4%
K
Chromel
Alumel
-270 à
1372°C
39,45 µV à 0°C
2,2% à
0,75%
1,1% à
0,2%
N
Nicrosil
Nisil
-270 à
1300°C
25,93 µV à 0°C
2,2% à
0,75%
1,1% à
0,4%
-50 à 1768°C
11,36 µV à 600°C
1,5% à
0,25%
0,6% à
0,1%
-50 à 1768°C
10,21 µV à 600°C
1,5% à
0,25%
0,6% à 121
0,1%
Platine
R
Platine
13%
Rhodium
Platine
S
10%
Platine
SONDE pt100
122
ETALONNAGE MOYENNE
TEMPERATURE (50 ÷ 650 C)
ETALONNAGE DES TRANSMETTEURS DE
TEMPERATURE ET DES CAPTEURS DE
TEMPERATURESTEHERMOCOUPLES PT 100
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250
ALIMENTATION 24V
123
4.indicateurs de pression (manomètres) et transmetteurs intelligents de
pression absolue,relative,et différentielle Manomètres talons
124
I/
Définition d'un Transmetteur intelligent
Les transmetteurs intelligents sont des dispositifs capables de transformer une grandeur physique en une
grandeur exploitable, souvent de nature électrique. Le choix de l'énergie électrique vient du fait qu'un signal
électrique se prête facilement à de nombreuses transformations difficiles à réaliser avec d'autres types de
signaux.
Les transmetteurs sont aussi aptes de détecter, de mesurer, de traduire, de dater et de traiter les données
collectées en vue de les communiquer à d'autres organes du système dans lequel ils sont intégrés. Ils
permettent, à travers différents traitements "informatiques" locaux, l'amélioration des performances
métrologiques (validité des informations transmises, exactitude et crédibilisation renforcée des mesures,
informations de haut niveau...), la diminution des points de mesure et une communication de manière
bidirectionnelle, ils intègrent également des fonctions d'autodiagnostic, d'auto calibration, et de gestion de
l'historique. De ce fait, les transmetteurs intelligents permettent d'accroître et d'améliorer la surveillance et le
contrôle de son environnement et donc la disponibilité et la sécurité des systèmes dans lesquels ils sont
intégrés.
Le transmetteur intelligent est un dispositif communiquant: cette notion de communication
constitue probablement l'élément clé du concept de transmetteur intelligent. Reste que pour qu'un
transmetteur puisse communiquer, il est nécessaire de définir un protocole de communication, ce dernier
réside dans une puce implantée dans chaque transmetteur et permet aux différents organes d'être compris par
toutes les entités du système de communication. Toutefois, aussi paradoxal que cela puisse paraître, il n'existe
pas réellement de standard de communication aujourd’hui: les protocoles sont différents d'un constructeur à
l'autre (protocole HART et PROFIBUS), si bien que les équipements d'origines différentes ne peuvent
communiquer.
125
Le principe de base du transmetteur intelligent pression
Le principe de base du transmetteur intelligent 264 réside dans une déformation de la membrane
sous l'effet d'une contrainte mécanique qui engendre une variation d'une grandeur électrique
(inductance).
Pression appliquée
Déformation
mécanique
d'une
membrane
Variation d'une
inductance
Grandeur d'influence
Le Transducteur Primaire comprend la cellule et l'interface vers le procédé alors que le
transducteur secondaire comprend l’électronique, le bornier et le boîtier, et les deux unités sont
reliées entre elles au moyen d’un accouplement fileté.
Electronique Primaire
(dans le Transducteur
Primaire)
Zéro
Span
INTERFACE DES
AJUSTAGES DE
ZERO- SPAN
MEMOIRE
MODEM
COUPLEUR
FSK
MEMOIRE
INTERFACE
EXTERNE
Electronique Secondaire
(dans le Transducteur
Secondaire)
Cellules
internes bus
INTERFACE
INTERNE
MICRO
PROCESSEUR
MEMORISER DE
CONVERSION
4-20 mA
Bus parallèle
Cellules
Bus Série Interne
126
Constitution d'un Transmetteur intelligent de pression
- D’un module détecteur constitué de capteurs inductifs ou capacitifs et de capteur température, et d’une
mémoire , il est équipé également d’un bloc pour la conversion du signal analogique en numérique.
- D'un module électronique contenant un microprocesseur qui assure la linéarisation du capteur,le
Réétalonnage, et le Diagnostique , comme il possède aussi un convertisseur numérique/analogique, un
module de communication numérique basé sur la modulation FSK et un réglage local du zéro et
de l’échelle.
127
HP = ρ2.g.H1+ ρ 2.g.H+ ρ G.g.(H2-H)+Pg
BP = ρ 2.g.(H1+H3)+Pg
D'où DP = HP - BP
soit DP = ρ 2.g.H1+ ρ 1.g.H+ ρ G.g.(H2-H)+Pg - [ρ 2.g.(H1+H3)+Pg]
Après simplification DP = (ρ 1 - ρ G).g.H + ρ G.g.H2 - ρ 2.g.H3
Principe de la mesure du niveau par ultrasons
La tête d'émission / réception émet une onde ultrasonore de manière discontinue, sous forme de brèves
impulsions ultrasonores à intervalles de temps constants (ex: 25 fois par seconde). Cette onde est dirigée
verticalement sous forme d'un faisceau conique en direction de la surface du liquide dont on mesure le niveau. Le
liquide absorbe une partie de cette onde, l'autre partie (l'écho) étant réfléchie en sens inverse vers la tête
d'émission / réception dans laquelle se trouve un récepteur détectant le retour de l'écho. La mesure précise du
temps t qu'a mis l'onde pour aller jusqu'à la surface du liquide et revenir sous forme d'un écho permet d'en déduire
la hauteur de creux Hc = Hmax-H, donc le niveau H.
Appelons V la vitesse de propagation de
l'onde ultrasonique dans la phase gazeuse
ou vapeur située au-dessus du liquide
dans le réservoir.
Le temps que met l'onde pour aller de
l'émetteur jusqu'au liquide et revenir sous
forme d'un écho jusqu'au récepteur est
t = 2.(Hmax - H) / V
d'où H = Hmax - (V.t / 2)
On a donc une relation linéaire entre H et t. Pour une vitesse V donnée, le niveau H est
inversement proportionnel au temps t mesuré par le chronomètre électronique.
EX1
L'étendue de mesure d'un instrument de mesure du niveau est située entre 10 cm et
120 cm;
1. Calculer le niveau qui correspond à 40 % de l'étendue de l'échelle.
2. Calculer le pourcentage de l'étendue de l'échelle qui correspond à 65 cm
EX2
Un transmetteur 4-20mA possède une portée minimale de -40°C et une étendue
d'échelle de 110°C.
1. Quelle est la température correspondante à un courant de 10mA?
2. Quel est le courant correspondant à une température de 40°C ?
EX3
Si l'indicateur d'un régulateur est ajusté sur une échelle de 0% à 100%, pour une entrée
de 4-20mA.
Quelle valeur du signal d'entrée fera que l'indicateur sera à 25%?
EX4
Le niveau d’une cuve est à 30 mètres sur une hauteur de mesure comprise entre 0 et 40
mètres.
Quel est le courant Im qui sera mesuré pour une échelle de sortie 4 - 20 mA?
EX1
L'étendue de mesure d'un instrument de mesure du niveau est située entre 10 cm et
120 cm;
1. Calculer le niveau qui correspond à 40 % de l'étendue de l'échelle.
2. Calculer le pourcentage de l'étendue de l'échelle qui correspond à 65 cm
EX2
Un transmetteur 4-20mA possède une portée minimale de -40°C et une étendue
d'échelle de 110°C.
1. Quelle est la température correspondante à un courant de 10mA?
2. Quel est le courant correspondant à une température de 40°C ?
EX3 Déterminer la fonction de transfert équivalente au système suivant.
H ( p) 
S ( p)
E ( p)
6.Les vannes de réglage
LES VANNES AUTOMATIQUES
Dans une boucle de régulation, l'organe final de
réglage est, le plus souvent, une vanne qui, par action
sur le débit d'un fluide (gaz ou liquide) permet de
réguler la grandeur mesurée :
 Pression
 Débit
 Niveau
Température, etc.
Les vannes automatiques utilisées dans
l'industrie pétrolière sont le plus souvent à
commande pneumatique, alors que le signal
régulateur est électrique
(sortie courant : 4 – 20 mA).
Un appareil de conversion I / P est interposé
entre le régulateur et la vanne, suivant les cas
cet appareil fait aussi office de positionneur.
Cette vanne dont le mouvement est commandé par le
signal venant du régulateur est dite automatique.
Régulateur
Consigne
La boucle de régulation se présente alors de la façon suivante
:
Signal de commande
Signal de
mesure
I
Appareil
de mesure
Capteur +
Transmetteur
P
Alimentation
Vanne régulatrice
Arrivée d'air régulé
Les vannes automatiques classiques :
Servomoteur
Membrane
Constitution :
La vanne automatique présentée ci-contre se compose :

D'un servomoteur comprenant :

Les couvercles supérieur et inférieur dont l'un est
percé d'un orifice permettant l'arrivée d'air moteur.

Ressort
Butée à billes
Vis de réglage
tension du ressort
La membrane et son plateau support
Étrier

Le ressort de tension réglable

La tige de transmission
 D'un corps de vanne renfermant le clapet
dont le mouvement guidé en translation est
solidaire (par une tige) du mouvement de la
membrane.
Tige de clapet
de vanne
système d'étanchéité
Chapeau
Presse étoupe
Guide
Clapet
Siége
Corps
 D'un étrier, reliant le servomoteur au corps de
vanne, et muni d'un disque indicateur de la position
du clapet.

D'un système d'étanchéité : Tresses,
goujons et fouloir de presse-étoupe.
Guide
1. Introduction :
Pour réguler un système physique, il faut :
Mesurer la grandeur réglée avec un capteur.
Réfléchir sur l'attitude à suivre c'est la fonction du régulateur. Le régulateur compare la
grandeur réglée avec la consigne et élabore le signal de commande.
Agir sur la grandeur réglante par l'intermédiaire d'un organe de réglage.
Schéma de principe de fonctionnement d'une régulation
l'organe final de réglage est, le plus souvent, une vanne qui par action sur
le débit d'un fluide (gaz ou liquide) permet de réguler la grandeur mesurée
(pression, débit, niveau, …. etc.).
Cette vanne dont le mouvement est commandé par le signal venant du régulateur
est dite vanne de régulation.
Elles sont shèmatisèes comme suit :
Vanne
Vanne pneumatique
Vanne manuelle
Vanne pneumatique avec positionneur
Électrovanne
Situation :
La vanne de régulation est utilisée comme organe de réglage dans différentes boucles
de régulation.
Régulation de niveau :
Régulation de niveau
Régulation de pression :
Régulation de pression
2.3. Régulation de débit :
Régulation de débit
Caractéristiques des vannes de régulation :
Caractéristique intrinsèque :
La variation du débit dans la vanne en fonction de l'ouverture (% course),
exprimée en pourcentage, peut être représentée par une courbe qui constitue la
"caractéristique de débit" du clapet.
La figure ci-dessous rassemble les 3 types de caractéristiques intrinsèques les plus
courants . Ces caractéristiques de débit sont :
 caractéristique ‘’ouverture rapide’’
 caractéristique " linéaire’’
 caractéristique "égal pourcentage" ou exponentielle’’
linéaire : la caractéristique est une droite,Des accroissements égaux de la course du
clapet provoquent des accroissements égaux de débit..
 égal pourcentage : La caractéristique est une exponentielle, Des accroissements de
la course du clapet provoquent des accroissements de débit .
 Ouverture rapide : Cette caractéristique présente une augmentation rapide du débit
en début de course pour atteindre alors environ 80% du débit maximum.

Capacité de débit d'une vanne :
Qv : Débit volumique en m3/s ;
∆ P : Perte de charge du fluide dans la vanne en Pa ;
Sp. : Section de passage entre le siège et clapet en m2 ;
ρ : Masse volumique du fluide en kg/m3 ;
k : coefficient dépendant du profil interne de la vanne ;
Nous voyons donc que le débit maximum Qv {maxi} ne dépend pas que de la section de
passage Sp. maxi, mais aussi de la densité du fluide, de la perte de charge, et du
coefficient de forme interne du corps.
Donc deux corps de vanne présentant la même section de passage n'ont pas forcément
la même capacité.
Cv du corps de vanne :
le coefficient Cv est le nombre de gallons U.S. d'eau à 15\ °C, traversant en une minute
une restriction lorsque la chute de pression au passage de cette restriction est de 1\PSI.
On a :
Avec :
∆ P : pression différentielle en PSI (0,069 bar)
d : densité (par rapport à l'eau)
Qv :débit en gallon/min (3,785 l/min).
Le Cv est un repère de grandeur au moyen duquel le technicien peut déterminer
rapidement et avec précision la dimension d'une restriction connaissant les conditions
de débit, de pression éventuellement d'autres paramètres annexes et ceci pour n'importe
quel fluide.
Le Cv est proportionnel à la section de passage entre le siège et le clapet.
Et il dépend aussi du profil interne de la vanne et du type d’écoulement dans la
vanne
. Cas des liquides visqueux, écoulement laminaire :
avec :
µ: Viscosité dynamique à la température
de l'écoulement en centipoise ;
Qv : Débit du liquide en m3/h ;
∆ P : Variation de pression en bar.
3.6.2. Cas des gaz :
avec :
Qv : Débit volumique du gaz en Nm3/h ;
∆ P: Pression différentielle en bar ;
P2 : Pression absolue du gaz en aval de la
vanne en bar ;
P1 : Pression absolue du gaz en amont de la
vanne en bar ;
d : Densité du gaz par rapport à celle de l'air ;
T : Température du gaz en K.
. Calcul de Cv :
 Cv équivalent de deux vannes en parallèle
Qeq = Q1 + Q2
∆ P =∆ P1 = ∆ P2
 Cv équivalent de deux vannes en série
Qeq = Q1= Q2
∆ Peq = ∆ P1 + ∆ P2
.VANNES DE RÉGULATION CLASSIQUES :
description:
La vanne de régulation se compose :
 d'un servomoteur comprenant :
• deux couvercles, dont l'un est percé d'un
orifice pour permettre l'arrivée d'air moteur,
• une membrane et son plateau support
• un ressort à tension réglable
• une tige de transmission
d'un étrier, reliant le servomoteur au corps
de vanne et muni d'une réglette indiquant la
position du clapet.


d'un système d'étanchéité
d'un corps de vanne, renfermant le clapet
dont le mouvement, guidé en translation, est
solidaire par une tige du mouvement de la
membrane.

Sens d’action d’une vanne :
Les vannes automatiques utilisées dans l ’industrie chimique et pétrolière, sont le
plus souvent à commande pneumatique.
Le choix de la position de sécurité de la vanne dépend de son rôle dans le procédé
,et il est dicté par des contraintes de sécurité
.SIGNAL RÉGULATEUR PNEUMATIQUE :
Ici le seul appareil utilisé est un positionneur pneumatique.
5.1.1. Implantation du positionneur dans la boucle de régulation :
Les manifolds
Présentation des manifolds :
Les manifolds sont prévus pour être installés sur les transmetteurs qui assurent
l’interface entre les conduites principales d’un processus et les boucles d’analyse et
d’échantillonnage qui lui sont associées.
Les manifolds se présentent sous la forme des blocs compacts remplissant, suivant les
modèles, des fonctions d’isolement ou de purge d’un instrument ou d’un réseau, ou bien
encore de calibration d’un instrument, en utilisant la pression différentielle au niveau du
transmetteur.
Suivant les modèles, les manifolds peuvent être utilisés jusqu’à une
pression de 420 Bars, dans une plage de température située entre -55°C
et +380°C en fonction du matériau choisi pour le presse-étoupe.
Ils peuvent être montés, soit directement sur un transmetteur (connexion
à bride), soit à distance en utilisant des tubes équipés de raccords à
brides du côté du transmetteur
. manifold a 2 voies pour montage indirect :
APPLICATIONS

Isolation, étalonnage et purge (mise à l’air libre) de manomètres et transmetteurs.
UTILISATION
 En fonctionnement normal,la vanne d’arrêt est ouverte alors que la vanne de purge
est fermée.
 Pour déposer un instrument raccordé au manifold, fermer dans en premier temps la
vanne d’arrêt , puis ouvrir la vanne de purge pour purger la pression en amont .
ÉTALONNAGE
 Brancher un manomètre de calibration sur l’orifice de purge du manifold pour
vérifier l’étalonnage d’un instrument sans le démonter.
. manifold a 2 voies pour montage direct :
•
•
APPLICATIONS
Isolation, étalonnage et purge (mise à l’air libre) de manomètres et transmetteurs.
•
•
UTILISATION
En fonctionnement normal,la vanne d’arrêt est ouverte alors que la vanne de purge est
fermée.
Pour déposer un instrument raccordé au manifold, fermer dans un premier temps la vanne
d’arrêt , puis ouvrir la vanne de purge pour purger le circuit en amont de la vanne.
•
•
•
ÉTALONNAGE
Brancher un manomètre de calibration sur l’orifice de purge du manifold pour vérifier
l’étalonnage d’un instrument sans le démonter.
. Manifold a 3 voies pour montage indirect :
APPLICATIONS
 Mesure de débits ou de niveaux par transmetteur ou manomètre différentiel avec
dispositif d’étalonnage.
UTILISATION
 En fonctionnement normal, les vannes d’arrêt sont ouvertes alors que la vanne d’équilibrage
est fermée. On obtient ainsi la pression différentielle sur le manomètre ou le transmetteur.
 Pour vérifier le zéro de l’appareil, fermer dans un premier temps la vanne d’arrêt
aval, puis ouvrir la vanne d’équilibrage et ajuster le zéro de l’instrument.
Pour déposer l’instrument, fermer d’abord les deux vannes d’arrêt , puis
 dévisser les bouchons de purge normalement placés sur l’instrument afin de libérer
toute pression résiduelle entre le manifold et celui-ci.
. Manifolds a 3 voies pour montage direct :
APPLICATIONS
Mesure de débits ou de niveaux par transmetteur ou manomètre différentiel avec
dispositif d’étalonnage.
UTILISATION
En fonctionnement normal, les vannes d’arrêt sont ouvertes alors que la vanne
d’équilibrage est fermée.
On obtient ainsi la pression différentielle sur le manomètre le transmetteur.
 Pour vérifier le zéro de l’appareil, fermer dans un premier temps la vanne d’arrêt aval,
puis ouvrir la vanne d’équilibrage et ajuster le zéro de l’instrument.
 Pour déposer l’instrument, fermer d’abord les deux vannes d’arrêt , puis
dévisser les bouchons de purge normalement placés sur l’instrument afin de libérer
toute pression résiduelle entre le manifold et celui-ci
Manifolds a 5 voies :
APPLICATIONS
Mesure de débits ou de niveaux par transmetteur ou manomètre différentiel avec
dispositif d’étalonnage et possibilité de dépose d’instruments.
UTILISATION
En fonctionnement normal, les vannes d’arrêt sont ou ver tes alors que les vannes
d’équilibrage et de purge sont fermées. La valeur différentielle est alors transmise au
manomètre ou au transducteur.
 Pour vérifier le zéro de ’instrument, fermer dans un premier temps les deux vannes de
purge ainsi que la vanne d’arrêt . Ouvrir ensuite la vanne d’équilibrage et ajuster le zéro
de l’instrument
Pour déposer l’instrument, fermer d’abord les deux vannes d’arrêt puis ouvrir la vanne
d’égalisation, pour terminer, les deux vannes de purge afin de faire chuter la pression
résiduelle entre le manifold et l’instrument.
ÉTALONNAGE
Connecter l’orifice de purge à une source de pression connue, puis vérifier à l’aide
d’un appareil de mesure adapté la calibration,de l’instrument.
Exemples d’utilisation de Cv :
1 – Une vanne doit faire passer un débit maximum de 1,8 t / h de liquide de
de ρ = 900 kg/m3 . Pression amont = 3,5 b. Pression aval = 0,8 b.
Calculer le Cv nécessaire.
Débit maximum de la vanne en m3 / h
qv = 1800 / 900 = 2 m3 / h
qv = 0,86 Cv √ ( ΔP / ( ρ / 1000)) =0,86Cv √ (( 3,5-0,8 )/ 900/1000 ))
qv = 0,86 Cv √ ( 2,7 / 09 ) = 0,86 Cv V3
m3 / h = 0,86 Cv √ 3
Cv = 2 / 0,86 √ 3 = 1,34
Cv = 1,34 On choisira le Cv le plus proche possible.
– Une vanne a un Cv de 3,2. calculer le débit de liquide en t / h,
( liquide ρ = 1100 kg/m3 ), qui circule dans la vanne grande ouverte.
Pression amont = 1,5 b. Pression aval = 0,4 b.
qv = 0,86 Cv √ ( ΔP / ( ρ / 1000))
qv = 0,86 Cv √ ( (1,5-0,4) / ( 1100 / 1000))
qv = 0,86 . 3,2 √ ( 1,1 / 1,1 ) = 2,752 m3 / h
Débit maximum en t/h : qm = 2,752 . 1100 = 3027 kg / h = 3,027 t /h
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