Les capteurs de pression sont des composants essentiels de diverses applications. Par exemple, votre véhicule automobile a des changements de pression pour l'huile, le liquide et le carburant. De même, les machines hydrauliques utilisent l'huile pour pousser et créer une force.
Les variations de pression doivent être précises pour garantir une transmission et une force de pression adéquates. L'un des capteurs de pression les plus importants est le transducteur de pression 4-20mA. Aujourd'hui, nous allons aborder les différents aspects de ce transducteur de pression et comprendre son fonctionnement.
Qu'est-ce qu'un transducteur de pression 4-20mA ?
Un transducteur de pression, qui fonctionne sur un signal 4-20mA, teste la pression d'un liquide ou d'un carburant et la convertit en signaux électriques. Au lieu d'une sortie en tension, ce système offre une sortie en courant.
Vous pouvez vous demander pourquoi vous devriez considérer le transducteur de pression 4-20mA ; la logique est simple.
- 4 mA représente la valeur mesurable la plus basse (par exemple, 0 bar ou plage minimale).
- 20 mA représente la valeur mesurable la plus élevée (par exemple, la pleine échelle, telle que 100 bars).
- Les mesures et les indications sont plus simples. La ligne de base de quatre mA garantit la présence d'un "zéro vivant", ce qui signifie que si la boucle affiche zéro mA, cela indique une défaillance - telle qu'un fil cassé ou une perte de puissance - plutôt qu'une pression nulle.
Les applications typiques d'un transducteur de pression sont les suivantes :
- Automatisation industrielle
- Systèmes CVC
- Commande hydraulique et pneumatique
- Surveillance des processus dans les usines chimiques
- Installations de traitement des eaux
Principe de fonctionnement du capteur de pression 4-20mA
Le principe de fonctionnement d'un transducteur de pression encastré Le système 4-20mA comporte trois étapes principales. Ces étapes sont les suivantes :
Éléments de détection
Les éléments de détection sont les outils qui changent la donne et qui façonnent les capteurs de pression. Dans le transducteur de pression 4-20mA, il existe trois types de capteurs essentiels.
- Piézorésistif. Dans ce type de mesure, il y a un changement dans la résistance qui provoque des changements de pression dans une jauge de contrainte. En fonction de ce changement, un signal électrique fournit les données.
- Capteurs capacitifs sont capables de détecter les changements de pression. Ils modifient la distance entre deux plaques, ce qui modifie la capacité et permet d'interpréter les données.
- Fil ou cristal résonant. Si la pression varie, cela affecte la fréquence de vibration.
Conversion du signal
Les éléments de détection visent à détecter la pression. L'étape suivante est la conversion du signal. Voici comment cela se passe.
- Les capteurs détectent les variations de pression par le biais d'une résistance ou d'une capacité.
- Cette modification est transmise au signal électrique.
- Ce signal électrique provoque la sortie de tension dans le système, ce qui permet d'obtenir les relevés.
Sortie de la boucle de courant
Puisque vous utilisez le système de sortie de courant, la conversion de la tension est convertie en valeurs de courant. La conversion du courant s'effectue entre 4mA et 20mA, ce qui garantit la sécurité de la sortie du système.
Ce changement est proportionnel aux variations de pression. Supposons qu'un transducteur ait une plage de 0 à 100 psi.
- A 0 psi → sortie 4 mA
- A 50 psi → sortie 12 mA
- A 100 psi → sortie 20 mA
Au lieu d'indiquer les valeurs en tension, pourquoi se baser sur le courant ? La logique est simple.
- L'impact du bruit électrique est minime sur les signaux de courant.
- Il n'y a plus d'erreurs de chute de tension dues à l'augmentation de la longueur du câble.
- De nombreux appareils industriels interprètent des boucles de 4-20 mA.
Guide étape par étape pour le câblage d'un capteur de pression 4-20mA
Si vous souhaitez obtenir le meilleur résultat possible avec vos capteurs de pression, le câblage et l'alimentation électrique peuvent vous aider.
Il existe des connexions à deux, trois et quatre fils. Évaluons chaque connexion.
Connexion à 2 fils
La connexion à deux fils est la plus courante et la plus standardisée en raison de sa facilité et de sa rapidité d'installation. Les risques d'erreurs sont moindres car les deux fils ont deux bornes.
Il s'agit de
- Le fil positif (+) se connecte à la borne d'alimentation positive. Il est relié à plusieurs appareils et à l'entrée de signal du récepteur (PLC, contrôleur, afficheur).
- Le fil négatif (-) se connecte à la borne négative de l'alimentation électrique.
La tension varie entre 12 et 16V DC.
Une fois que vous l'avez, procédez au branchement. Voici quelques étapes simples de câblage.
- Étape 1 : Couper l'alimentation électrique
La sécurité est le premier choix. Pour éviter les accidents, vous devez déterminer si l'alimentation électrique est connectée. Si c'est le cas, il faut l'éteindre immédiatement pour s'assurer qu'aucun courant ou tension ne circule.
- Étape 2 : Connecter le terminal
Comme nous l'avons déjà déterminé, il y a deux bornes. L'une est la borne positive qui doit être connectée à la borne positive. Vous devez connecter la borne positive à la borne positive de l'alimentation de la boucle.
La connexion de la borne négative est différente. Vous devez connecter les bornes négatives à l'électrode négative de l'appareil de mesure, puis à la borne négative de l'alimentation de la boucle.
- Étape 3 : Mise sous tension du système
Vérifiez les connexions et la polarité avant de mettre le système sous tension. Assurez-vous que le système fonctionne.
Connexion à 3 fils
La connexion à 3 fils offre une voie séparée pour la sortie du signal et le retour de l'alimentation. Cette configuration est idéale pour les secteurs industriels et assure une meilleure durabilité du signal.
Il y a trois bornes de câblage.
- V+ (alimentation positive). Il relie la borne positive de l'alimentation en courant continu (généralement 12-36 V CC).
- Sortie du signal. Cette borne envoie le courant 4-20 mA à l'automate, à l'afficheur ou au contrôleur.
- V- (alimentation négative) est une borne commune avec un chemin de retour partagé. Il assure à la fois la transmission de l'énergie et du signal.
Les étapes du câblage sont simples. Vous pouvez suivre :
- Connexion du terminal positif. Connecter V+ à la borne positive de l'alimentation électrique.
- Borne de sortie du signal Connexion. La borne de sortie du signal vers l'entrée du signal de votre appareil de réception.
- Connexion négative du terminal. Connecter V- à la borne négative de l'alimentation et au commun/à la masse de l'entrée du signal.
Connexion à 4 fils
Une connexion à 4 fils dispose d'une voie séparée pour l'alimentation et le signal. Elle fournit de meilleurs signaux que la connexion à 3 fils, mais elle est utilisée dans des capteurs industriels spécifiques.
Jetons un coup d'œil aux terminaux.
- V+ (alimentation positive) : Entrée positive de l'alimentation en courant continu.
- V- (alimentation négative) : Entrée négative de l'alimentation en courant continu.
- Signal + (sortie positive) : Côté positif du signal de boucle 4-20 mA.
- Signal - (sortie négative) : Côté négatif du signal de boucle 4-20 mA.
Test d'un transducteur de pression 4-20mA
Il est essentiel de tester un transducteur de pression 4-20mA pour confirmer qu'il fonctionne dans la plage de pression spécifiée et qu'il offre une fonctionnalité optimale. Pour cela, vous devez suivre plusieurs étapes et vous munir de certains outils.
Nous avons répertorié ici les outils et les étapes nécessaires.
Outils nécessaires
Voici la liste des outils nécessaires pour tester un capteur de pression 4-20mA.
- Multimètre numérique (DMM) pour mesurer le courant continu
- Calibreur de boucle. Il s'agit d'un outil optionnel mais recommandé pour des tests précis.
- Alimentation électrique (24 V DC en standard)
- Source de pression connue (pompe manuelle, testeur de poids mort ou pression du processus)
Procédure de test de base
Une fois que vous avez rassemblé tous les outils, il est temps de tester le transducteur de pression 4-20mA en suivant les étapes suivantes.
- La sécurité avant tout.
Coupez toute source d'énergie et dépressurisez le système avant de le connecter ou de le déconnecter afin d'éviter toute mésaventure ou tout accident pendant l'opération.
- Connexion
Vous devez vous munir de votre alimentation électrique et connecter le transducteur à l'alimentation électrique à partir d'une borne. Sur la deuxième borne, vous pouvez connecter l'équipement de mesure qui permet de tester le transducteur de pression 4-20mA.
- Appliquer des pressions connues.
L'essai à une pression connue peut aider à évaluer la gamme. Les outils de mesure saisissent les valeurs pertinentes. Voici quelques plages de pression. Vous devez modifier la pression entre 0%, 25%, 50%, 75% et 100% de la plage.
- Mesurer la sortie de courant à chaque étape.
Tout ce que vous avez à faire, c'est de mesurer le courant de sortie à chaque étape. Testez chaque niveau séparément et calculez le résultat.
- Comparer les relevés aux valeurs mA prévues.
Une fois que vous avez toutes les valeurs, il est temps de les comparer et de déterminer la fourchette. Voici comment procéder.
- 0 psi → 4,00 mA
- 25 psi → 8,00 mA
- 50 psi → 12,00 mA
- 75 psi → 16,00 mA
- 100 psi → 20,00 mA
Guide de dépannage pour le capteur de pression 4-20mA
| Symptôme | Cause possible | Solution |
| Pas de signal (0 mA) |
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| Sortie bloquée à 4 mA |
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| Sortie bloquée à 20 mA |
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| Lecture fluctuante ou bruyante |
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| Lecture erronée par rapport à la pression réelle |
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Conclusion
Le choix d'un capteur de pression est un véritable défi. En effet, il faut tenir compte de la qualité, des caractéristiques, du rendement et de plusieurs facteurs de précision. Tous les capteurs de pression ne conviennent pas à votre choix. De nombreux capteurs varient même en fonction du système.
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