Chaine de mesure-Chaine decommande
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Introduction : On désire mesurer une grandeur physique pour la traiter et l’exploiter en vue de commander des systèmes automatisés. Pour cela on transforme la grandeur à mesurer, en un signal facilement exploitable : une tension ou un courant électriques, un mot binaire. 1.Définitions et caractéristiques générales : 1.1 Définitions : Le mesurande m : grandeur physique objet de la mesure (température, pression, vitesse, …) Capteur : dispositif qui soumis à l’action d’un mesurande, non électrique, présente en sortie une caractéristique électrique. s = f(m) La mesure de s doit permettre de connaître la valeur de m. Pour faciliter l’exploitation de la réponse, on s’efforce de réaliser des capteurs dont ou k est une constante. On parle aussi de skm sensibilité du capteur. Plus k est grand, plus le capteur est sensible. la relation s=f(m) est linéaire. Dans ce cas s et m sont proportionnels. 1.2 Nature du signal de sortie Analogique : - généralement électrique sous forme de tension ou de courant - La grandeur du signal peut prendre une infinité de valeurs dans un intervalle donné. L’information peut alors être : continue - on mesure le niveau (tension ou intensité) temporelle - on mesure la période ou la fréquence Numérique : - l’information est binaire. L’information peut alors être : Tout ou rien - exemple de l’état d’une vanne ouverte ou fermée train d’impulsions - on compte le nombre de train d’impulsions numérique - il s’agit alors d’une grandeur analogique numérisée. .3 Capteurs passifs Il s’agit d’impédances (très souvent des résistances) dont l’un des paramètres déterminants est sensible au mesurande. Mesurande Température Très basse température Caractéristique électrique sensible Résistivité Flux lumineux Déformation Constante diélectrique Résistivité Résistivité Position (aimant) Perméabilité magnétique Résistivité Humidité Résistivité Constante diélectrique Types de matériaux utilisés Métaux : platine, nickel, cuivre. Semi-conducteurs. Verres. Semi-conducteurs. Alliages de nickel, silicium dopé. Alliage ferromagnétique. Matériaux magnétorésistants : bismuth, antimoniure d’indium. Chlorure de lithium. Alumine ; polymères. 1.4 Capteurs actifs Ils fonctionnent en générateurs en convertissant la forme d’énergie propre au mesurande en énergie électrique. Mesurande Température Flux lumineux Force Pression Accélération Vitesse Position (aimant) Effet utilisé Thermoélectricité Pyroélectricité Photoémission Effet photovoltaïque Effet photoélectromagnétiqu e Grandeur de sortie Tension Charge Courant Tension Tension Piézoélectricité Charge Induction électromagnétique Effet Hall Tension Tension 1.5 Grandeurs d’influence : Un certain nombre de paramètres d’environnement peuvent modifier les caractéristiques d’un capteur et parasitent la relation s=f(m) : - la température ambiante - le champ magnétique - l’humidité - la tension d’alimentation Il est impératif que ces grandeurs interviennent le moins possible sur le capteur. 1.6 Chaîne de mesure : C’est l’ensemble des traitements du signal issu du capteur qui va permettre l’interprétation ou l’affichage correct du mesurande. chaîne de mesure simple 1.7 Transmetteur : Le transmetteur est un dispositif qui convertit le signal de sortie du capteur en un signal de mesure standardisé. Il fait le lien entre le capteur et le système de contrôle et de commande. Ces principales fonctions sont : - l ‘alimentation du capteur - linéarisation du signal - décalage du zéro - mise à l’échelle (amplification) 1.8 Capteurs intégrés : Un tel capteur intègre sur le même substrat de silicium (donc dans un seul composant électronique) : - le capteur - le conditionnement du signal (le transmetteur) Ce principe réduit l’encombrement de la chaîne de mesure, facilite la mise en œuvre du capteur et favorise la normalisation des capteurs. 1.9 Capteur intelligent : Avec le développement de la technologie LSI (large scale integration) et VLSI (very large scale integration), les capteurs peuvent être intégrés aux circuits de traitement du signal sur la même puce, pour réaliser l’ensemble des fonctions. On les appelle « capteurs intelligents ». Il intègre : - le capteur - une conversion analogique numérique - la chaîne de mesure et de traitement numérique du signal pilotée par un microprocesseur - une mémoire - une interface de communication numérique standardisée avec un calculateur ou ordinateur via un bus partagé entre plusieurs capteurs intelligents. - - - Ces capteurs intelligents peuvent ainsi, outre la prise du signal, assurer des fonctions multiples : amélioration du rapport signal/bruit par adaptation d’impédance et amplification ; prétraitement du signal, tel que compensation en température et en variation d’alimentation, remise à zéro automatique, filtrage de signaux parasites, corrections de non_linéarité ; traitement du signal, tel que codage et modulation des signaux de sortie, moyennage redondance pour acquérir le même signal avec plusieurs capteurs, alarmes intégrées pour signaler des défauts de fonctionnement des capteurs ; logique et décision ; réduction de consommation, par exemple en faisant travailler les capteurs en temps partagé ; 2. Caractéristiques métrologiques : 2.1 Les erreurs : Le capteur et toute la chaîne de traitement de la mesure introduisent des erreurs : bruit, décalage, référence, linéarité... L’erreur globale de mesure ne peut être qu’estimée. Une conception rigoureuse de la chaîne de mesure permet de réduire les erreurs et donc l’incertitude sur le résultat. On parle de : fidélité, justesse, précision, incertitude, linéarité. 2.2 Etalonnage : L’étalonnage permet d’ajuster et de déterminer, sous forme graphique ou algébrique, la relation entre le mesurande et la grandeur électrique de sortie. Très souvent l’étalonnage n’est valable que pour une seule situation d’utilisation du capteur. 2.3 Limites d’utilisation : Les contraintes mécaniques, thermiques ou électriques auxquelles un capteur est soumis entraînent, lorsque leurs niveaux dépassent des seuils définis, une modification des caractéristiques du capteur. Au-dessus d’un certain seuil, l’étalonnage n’est plus valable. Au-dessus d’un autre plus grand le capteur risque d’être détruit. 2.4 Sensibilité : Plus un capteur est sensible plus la mesure pourra être précise. C’est une caractéristique importante pour l’exploitation et l’interprétation des mesures. 2.5 Rapidité - Temps de réponse : La rapidité est la spécification d’un capteur qui permet d’apprécier de quelle façon la grandeur de sortie suit dans le temps les variations du mesurande. 2.6 Finesse : La présence du capteur peut perturber le phénomène physique mesuré. La finesse est une spécification qui permet d’estimer l’influence de la présence du capteur et de ses liaisons sur la valeur du mesurande. La finesse est d’autant plus grande que l’influence du capteur est faible. 3.Quelques capteurs : 4. Conclusion : On peut dit qui la chaine de mesure est une dispositif éxprimer par un capteur qui permet de mesure de grandeur physique mesurable comme température, préssion,Humidité…etc . II CHAINE DE COMMANDE 1. Introduction : Il ya quelque mécanismes qui ne peut pas l’employé humaine commander ou diréger cette mécanisme pour obtenir des résultat nécessaire .il faut nous utilisons autre options qui peuvent réaliser ce but ,etsont chaine de commande ,Ou on appel chaine de régulation. 2. Objectifs de la régulation (chaine de commande) automatique : Réguler une grandeur, c’est obtenir d’elle un comportement donné, dans un environnement susceptible de présenter des variations.Cette première définition d’un mot très employé, mais lourd d’ambiguïtés, sera affinée ultérieurement. Quant aux variations d’environnement, elles ne sont bien souvent ni prévisibles ni mesurables -Nous ne nous intéresserons qu’à des installations automatiques, c’est-à-dire où une machine assure la fonction régulation, soit pour remplacer un opérateur humain, soit parce qu’un opérateur humain est incapable d’atteindre le résultat souhaité. Cela exige de calculer et d’appliquer des commandes. - Les grandeurs physiques commandées varient continûment dans le temps ; pour celles qui ne présentent que 2 états (systèmes binaires ou « tout ou rien », tels les feux de signalisation, les commandes d’ascenseur, de transfert de pièces par convoyeurs,etc.), on utilisera une autre approche, bien que la structure de boucle se retrouve dans ces systèmes. - Les systèmes automatiques décrits ici assurent en fait 2 types de fonctions : — maintenir la grandeur commandée, ou grandeur réglée, à une valeur de référence malgré les variations des conditions extérieures ; c’est la régulation au sens strict, — répondre à des changements d’objectif, ou à un objectif variable (poursuite de cible, suivi d’un gabarit) ; c’est le fonctionnement en asservissement. 3. Exemples de chaînes de régulation : Classiquement on considère comme fondamentales les régulations de 4 grandeurs : température, pression, débit, niveau. Mais bien d’autres grandeurs font l’objet de boucles, du pH à la viscosité en passant par l’hygrométrie, et bien des particularités se révèlent dans la mise en oeuvre de régulations sur ces grandeurs fondamentales. 3.1 Régulation de température d’un four tubulaire : L’installation est décrite sur la figure 5. Le but de cette installation est de porter de petits échantillons à une température donnée (quelques centaines de degrés Celsius). Matériellement, le système comporte 3 blocs, le four, son coffret électrique et le régulateur. D’un point de vue fonctionnel : — le processus est constitué du four, avec son enceinte réfractaire où sont noyées des résistances électriques, ses moufles isolantes, son support qui reçoit aussi le coffret ; — le capteur, un thermocouple de type K, fournit un signal électrique très faible (quelques mV), qui évolue de façon non linéaire. Ce signal est transmis au régulateur, à quelques mètres, par un câble compensé. L’amplification, la linéarisation, la mise à l’échelle se font par un module de traitement de signal inclus dans le régulateur ; — l’actionneur est un gradateur, composant électronique à thyristors modulant l’alimentation des résistances par le réseau électrique proportionnellement au signal de commande ; — le régulateur est un PID en boîtier autonome ; — la communication se fait essentiellement par le régulateur : • affichage numérique en façade des températures désirée et réelle, • introduction par clavier de la consigne, des réglages, des valeurs d’alarme, • signalisation des alarmes (dépassement d’un seuil de température, rupture du thermocouple) par diodes électroluminescentes, • possibilité de transférer des informations analogiques (mesures) et TOR (alarmes) vers un calculateur maître. Un galvanomètre placé sur le coffret électrique assure un affichage de la température sur un cadran à aiguille, directement à partir du thermocouple. 2. Les problèmes industriels : Si la boucle fermée est plus chère que la boucle ouverte (coût du capteur et du transmetteur, coût d’étude souvent plus grand), il faut généralement la retenir car elle seule peut garantir les performances liées à des exigences de qualité toujours plus grandes. La boucle ouverte est pour sa part aveugle car le régulateur, « cerveau » de l’installation, n’est pas informé de l’état effectif de celle-ci. Une boucle bien réglée suppose : — des constituants adaptés à la fonction à remplir ; — un bon algorithme de commande : un mauvais choix amènera des résultats décevants ; par exemple, l’ouverture du chauffage suivant une simple amplification de l’erreur risque de conduire à une température trop faible, obtenue de plus après des oscillations longues à s’amortir. Conclusion : La chaine de commande est une déspositif permet varier le compertement De mécanisme selon les conditions nécissaire pour réaliser le travail dommande.
