DEPARTEMENT GENIE ELECTRIQUE TRAVAUX PRATIQUES CAPTEURS ET INSTRUMENTATION GET : 2ème Année Réalisé par : Encadré par : - ER-RIADI AYMANE -ALAE El moubtahij - Achraf rahib - Ouhssasi aymane Pr H. ELIDRISSI Année universitaire : 2023/2024 Partie théorique : • • • • • • • • • • La masse d'un objet est la quantité de matière qu'il contient, mesurée en kilogrammes (kg) dans le système international. La pression est la force appliquée par unité de surface. Les différentes pressions mesurables incluent la pression absolue (mesurée par rapport au vide absolu), la pression relative (mesurée par rapport à la pression atmosphérique locale) et la pression différentielle (différence de pression entre deux points). Les relations entre les différentes unités de pression sont : 1 Pa (Pascal) = 1 N/m² (Newton par mètre carré) - 1 bar = 100 000 Pa 1 psi (livre par pouce carré) ≈ 6895 Pa - 1 kgf/m² (kge-force par mètre carré) ≈ 9.81 Pa Le Manomètre à tube de Bourdon est un instrument de mesure de pression qui utilise la déformation d'un tube de Bourdon pour indiquer la pression. Le Vérin à double effet est un dispositif mécanique qui peut exercer une force dans les deux directions, à la fois en poussant et en tirant. Un Condensateur d'air dans une conduite d'air comprimé est un dispositif qui stocke de l'air sous pression pour compenser les fluctuations de pression dans le système. Un Transmetteur de pression 4-20 mA est un capteur qui convertit la pression en un signal de courant proportionnel, généralement de 4 à 20 mA. Un Convertisseur Courant Pression I/P 4-20 mA/3-15 psi est un dispositif qui convertit un signal de courant électrique de 4-20 mA en une pression de sortie de 3-15 psi. La relation entre le débit d'air et la pression différentielle est généralement linéaire : à mesure que la pression différentielle augmente, le débit d'air à travers un système augmente également. Un circuit électronique extracteur de racine carrée est conçu pour extraire la racine carrée d'un signal d'entrée. Ses applications incluent la régulation de débit ou de pression dans les systèmes où une variation quadratique est nécessaire, tels que les systèmes hydrauliques ou pneumatiques. Manipulations 1. Mesure du Poids Dans cette partie du TP, nous avons réalisé la mesure du poids à l'aide d'un pont complet formé de 4 jauges de contrainte, enfermées dans une cellule cylindrique. Les résultats expérimentaux ont été obtenus en mesurant la résistance de chacune des 4 jauges formant le pont de la cellule.. Les résultats expérimentaux ont été regroupés dans un tableau présentant les masses en kg, les poids en N et les tensions de mesure Vm en mV. De plus, nous avons également relevé la tension de mesure Vm dans le sens décroissant des masses. Les résultats expérimentaux ont été regroupés dans un tableau présentant les masses en kg, les poids en N et les tensions de mesure Vm en mV. De plus, Masse en Kg 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Poids en N 0 9.81 19.62 29.43 39.24 49.05 58.86 68.67 78.48 88.29 98.10 10,15 10,61 11,11 11,55 12,03 12,50 12,96 13,42 13,88 14,33 14,78 Vm up Nous avons également relevé la tension de mesure Vm dans le sens décroissant des masses. Masse en Kg 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Vm en mV 14,82 14,33 13,86 13,44 12,97 12,51 12,06 11,59 11,12 10,64 10,17 À partir des données recueillies, nous avons tracé la courbe Vm=f(m) sur papier millimétré pour déduire l'équation liant Vm et la masse m. Les unités ont été précisées pour chaque grandeur. 2. Mesure de la pression. Dans cette partie, nous avons mesuré la pression à l'aide d'un vérin double effet associé au support de la cellule à jauges. La tension Vm a été relevée en fonction de la pression d'air comprimé fournie par un compresseur, mesurée par un manomètre à tube de Bourdon. Les mesures de tension Vm en mV ont été relevées pour différentes valeurs de pression en bar. P en bar 0 Vm en mV 10.37 11,77 1 2 3 4 5 6 13,63 15,77 17,83 20,47 22,06 Nous avons tracé la courbe Vm=f(pression) pour visualiser la relation entre la tension et la pression. L'expérience a été réalisée avec l'aide d'un compresseur d'air. Le compresseur d'air a fourni de l'air comprimé, qui a été utilisé dans différentes parties de l'expérience, notamment pour la mesure de la pression. Cet équipement joue un rôle crucial en fournissant la pression d'air nécessaire au bon fonctionnement des systèmes pneumatiques. Il fonctionne en comprimant l'air atmosphérique à des pressions plus élevées Le manomètre Festo a été utilisé pour mesurer avec précision la pression dans différentes parties de l'expérience. Cet instrument de mesure fiable et précis joue un rôle essentiel dans la collecte de données précises sur la pression atmosphérique, 3. Capteurs TOR de pression à une entrée: Test du capteur TOR de pression : Nous avons testé le capteur TOR de pression à une entrée et noté nos remarques et observations. Nous avons réalisé un montage permettant d'allumer une lampe sous une tension de 220V lorsque la pression dépasse 2 bar. Ensuite, nous avons testé le montage pour vérifier son bon fonctionnement. Etude de la vanne automatique : Convertisseur Courant/Pression : Le convertisseur courant-pression I/P est un dispositif électromécanique nécessitant à son entrée un courant électrique d’intensité variant entre 4 et 20 mA, permettant une variation de pression dans un circuit pneumatique entre 3 et 15 psi. On mesure la résistance d’entrée du convertisseur à l’aide d’un ohmmètre,On trouve que La résistance à l’entrée du convertisseur I/P est R=163Ω. Limite du courant généré : Le courant généré ne peut pas dépasser 20 mA car c'est la limite supérieure de fonctionnement du convertisseur I/P. Il est conçu pour fonctionner dans la plage de 4-20 mA, et tout courant au-delà de 20 mA pourrait endommager le dispositif. Manipulation : On alimente le pont comportant les capteurs de pression montés en ‘Full Bridge’, par une tension de 15V. La tension différentielle de mesure Vm, image de la pression relative, est amplifiée grâce à un amplificateur de différence d’un gain de 100. 700 Ω 700 Ω -La sortie de l’amplificateur est reliée à une entre analogique de la carte Arduino et le GND avec GND de la carte. -On veut adapter la tension délivrer avec la tension qui peut supporter l’Arduino, le diviseur de tension nous donne une valeur de 0.74 V Sous le logiciel LABVIEW on a réalisé le schéma suivant : P Vm 0 0.82 2 1.36 4 1.83 6 2.42 8 3.001 10 3.6 12 3.98 14 4.2 16 4.98 Vanne automatique On applique une pression de 22 psi à l’entrée du circuit d’air secondaire alimentant la chambre d’air de la vanne automatique à travers le convertisseur courant pression I/P. Le circuit d’air principal est maintenu à une pression de 15 psi. Le courant 4 - 20 mA, appliqué à l’entrée du convertisseur, fait varier la pression d’air de la vanne entre 3 et 15 psi, ce qui a pour effet de commander le clapet à piston qui ferme avec un certain taux le circuit d’air principal. La position du clapet est repérée par un curseur qui pointe une indication variante entre 0 et 100% de fermeture. Le programme associé à ce montage est le suivant : Régulation de la pression relative : En se basant sur ce qui précède, réaliser un programme sous LabVIEW qui permet de faire une régulation PID de la pression relative à l’aide du toolkit PID. Par varier la consigne on peut contrôler la vanne automatique Conclusion : Ce TP sur les capteurs de déformation, de force et de pression offre une expérience pratique et théorique complète dans le domaine de la mesure des grandeurs physiques. En parcourant les différentes parties théoriques et les manipulations expérimentales, plusieurs aspects importants ont été abordés. -Tout d'abord, nous avons étudié les concepts fondamentaux tels que la masse d'un objet, la pression et ses différentes formes (absolue, relative, différentielle), ainsi que les unités de pression couramment utilisées. Nous avons également exploré des dispositifs de mesure tels que le manomètre à tube de Bourdon, le vérin à double effet, et le transmetteur de pression 420 mA, qui jouent des rôles essentiels dans la mesure et le contrôle de la pression. -Ensuite, les manipulations pratiques ont permis de mettre en œuvre ces concepts. La mesure du poids à l'aide d'une cellule à jauges a illustré l'utilisation des jauges de contrainte pour mesurer les déformations, tandis que la mesure de la pression à l'aide d'un vérin double effet a montré comment les variations de pression peuvent être converties en signaux électriques. De plus, l'utilisation de capteurs TOR de pression a démontré comment ces dispositifs peuvent être utilisés pour contrôler des circuits électriques en fonction de la pression ambiante. -Enfin, l'étude de la vanne automatique et la régulation de la pression relative ont mis en évidence l'importance de contrôler précisément la pression dans les systèmes pneumatiques, et ont introduit des concepts avancés tels que la régulation PID et TOR, qui sont des outils essentiels pour maintenir des conditions de fonctionnement optimales dans diverses applications industrielles. -En résumé, ce TP offre une expérience enrichissante qui combine la théorie et la pratique pour comprendre les principes de base et les applications avancées des capteurs de déformation, de force et de pression dans les systèmes de mesure et de contrôle. Il fournit une base solide pour poursuivre des études dans le domaine de l'instrumentation et de l'automatisation industrielle.
