Rappel d une chaîne de mesure d un procédé régulé en continu :

Transcription

1 TRANSMETTEURS EN INSTRUMENTATION Transmetteurs aux SIGNAUX ANALOGIQUES STANDARDS Rappel d une chaîne de mesure d un procédé régulé en continu : Capteur Transmetteur Régulateur PROCESSUS Actionneur Signal Signal Spécial Signal Standard Information Les trois rôles des transmetteurs : 1-Convertir le signal spécial en signal standard 2-Amplifier en puissance le signal pour le transmettre 3-Cadrer la mesure sur un étendu voulu «ZOOMING» C est mieux de ne pas recevoir l information que de l acquérir fausse. Boucle de courant : Un GENERATEUR est une source de grandeur physique CONSTANTE tant sa puissance le permet. i = C st - Essai à Vide U = Var U = C st - i = Var Essai en Court-circuit Générateur de courant Générateur de tension Page 57 sur 100

2 Signal Courant : 0 ma 0% 20 ma 100% Avantage : Etendu sur 20 ma, donc plus de précision On l utilise comme signal interne (dans les cartes) Inconvénient : On ne peut pas distinguer la différence entre 0% de la mesure et fil coupé. Donc on utilise le signal le plus utilisé c est : 4 ma 0% 20 ma 100% Pourcentage Boucle 0-20 ma Boucle 4-20 ma 0% % 2 5,6 20% 4 7,2 25% % 6 8,8 40% 8 10,4 50% % 12 13,6 70% 14 15,2 75% % 16 16,8 90% 18 18,4 100% Page 58 sur 100

3 Pour calculer une valeur de PV il suffit d avoir le pourcentage Valeur (ma) = (MAX min) X (%) min Ou pour calculer un pourcentage d une valeur connue Valeur (ma) min (%) = X 100 (MAX min) Signal Tension : 0 V 0% 1 V 0% 5 V 100% 5 V 100% Attention aux chutes de tension dues au serrage des fils de câblage et de leurs natures, ainsi aux champs électromagnétiques qui traversent le câblage et créent des forces électromotrices. Conversion de la boucle de courant en tension : Cette conversion va servir à traduire le signal fourni par le transmetteur qui est généralement le courant et le régulateur qui reçoit particulièrement de la tension, ou aussi un enregistreur analogique. Pour convertir le courant en tension il suffit d utiliser une résistance. Page 59 sur 100

4 La valeur de cette résistance est de telle sorte la boucle de courant se converti en un signal de tension : R = U / i = 5 V / 0,020 A = V 1 V 0 ma 4 ma 5 V V 20 ma 20 ma 0.01% Fréquence : 0 khz 0% 1 khz 100% Il n y a pas de chute ni d atténuation du signal donc très précis, on l utilise surtout pour débit et la vitesse de rotation (encodeur). Pression: O, 2 bar 0% 1 bar 100% C est un signal fortement utilisé dans les zones à haut risque d explosion et dans la commande des vannes de régulation. Page 60 sur 100

5 Montage des transmetteurs analogiques Montage 2 fils (Passif_2W) : La boucle de courant est générée dans transmetteur par l application de la tension (VDC), ce courant M (ma) est piloté par le circuit intégré dans le transmetteur selon la grandeur physique (PV) doit être converti en tension. 10 à 32 VDC Vers Entrée «tension» Régulateur ou API ma 0/4 20mA PV Avantage : Deux fils seulement En cas de coupure de la boucle, le transmetteur sera hors danger Inconvénient : Alimentation obligatoirement DC Signal de mesure est uniquement courant Précision de transmission dépend de la fluctuation de tension Page 61 sur 100

6 Montage 4 Fils (Actif_4W) : Le signal de mesure est généré par le transmetteur suite à son alimentation externe, la nature de l alimentation et celle du signal de mesure peuvent être différente. Vers Régulateur ou API Ou ~ Câble Blindé 2paires Avantage : Le signal de mesure n est pas influencé par la fluctuation de l alimentation en AC ou DC La nature de l alimentation (DC ou AC) n impose pas la nature du signal (0/4 20mA, 0/2 10V, Fréquence ) Inconvénient : Quatre fils de câblage dans le tubing en même temps Page 62 sur 100

7 Montage 3 Fils (Actif_3W) : C est un montage hybride actif (alimentation hors signal) mais qui unisse le fil de retour alimentation avec le retour du signal en un seul fil. Vers Régulateur ou API PV Sortie Signal Courant Sortie Signal Tension PV Avantage : Le signal peut être Tension ou Courant par rapport au montage deux fils alors le signal ne peut être que du courant. Trois fils au lieu quatre, pour N transmetteurs alors (N2) fils Inconvénient : L alimentation est forcément VDC Le bruit de l alimentation circule dans le signal de mesure Page 63 sur 100

8 Transmetteurs aux SIGNAUX numériques Eclaircissement de l amalgame de Digitalisation ANA : Analogique NUM : Numérique Transmetteur à signal ANA 0/4 20mA et étalonnage ANA seulement (Z&S) Transmetteur à signal ANA 0/4 20mA, étalonnage ANA (Z&S) et configuration NUM Transmetteur à signal NUM porté sur le signal ANA 0/4 20mA (SMART) Transmetteur à signal NUM et configuration NUM câblé ou sans fil Câblage des Transmetteurs Numériques : PV PV Page 64 sur 100

9 Câblage RS232 DB9 DB9 DB9 DB25 Câblage RS232C DB9 DB9 RS485 RS422 et RS485 Page 65 sur 100

10 Port Série sur DB9 Principe de digitalisation : C est de convertir une grandeur analogique soit une tension é en une grandeur numérique comme mot binaire (2 ), en moyennant un CAN (Convertisseur Analogique Numérique) ou ADC (Analogue Digital Converter). Page 66 sur 100

11 Le quantum numérique : C est la valeur transmise par un mot binaire (ou octet sur 8 bits) et c est la plus petite valeur possible digitalisée par le transmetteur. ݍ = V ± 2 ୬ 1 Avec (2 1) signifie le nombre des intervalles de coupure de 0 à é appelé souvent le pouvoir de digitalisation ou encore la définition. La grandeur analogique V ± peut être remplacée par la pleine échelle 100% alors pour = 4, on a ݍ ସ = ଵ% = 6,6667% d où le tableau suivant : ଶ ర ଵ Pour une mesure de 49% alors le transmetteur décide d envoyer le bit le plus proche soit (0111) 2 ce qui signifie 46,67%, d où la nécéssité d ajouter des bits pour minimiser le quantum, on utilise en industrie 10 bits ou 12 bits ݍ ଵ = ଵ% ଶ భబ ଵ = 0,09775% ݍ ଵଶ = ଵ% ଶ భమ ଵ = 0,02442% Un transmetteur numérique de12 bits est meilleur en sensibilité et/ou mobilité quatre fois que celui de 10 bits. PV% ANA PV Numérique sur 4 bits 0% , , , , , , , , , , Page 67 sur 100

12 Etalonnage des transmetteurs Etalonnage analogique Cet étalonnage consiste à choisir une gamme de mesure et fait varier deux potentiomètres le SPAN et le ZERO afin d obtenir le 0% et le 100% de l étendu de la mesure : Entrée pour simuler le capteur Signal de mesure 100% Etalonné Linéarisé 75% 50% 25% 0% Non Etalonné Linéarisé (À l achat) Etalonné Non Linéarisé mini Maxi Grandeur Physique simulée Il faut toujours simuler le capteur par un générateur de signaux pour gagner du temps et de la précision, dans le cas favorable on utilise un générateur de signaux standard avec un clavier de programmation des valeurs 0%, 25%, 50%, 75% et 100%. La procédure consiste à choisir la valeur mini de la grandeur physique et on fait varier le potentiomètre ZERO dans un sens ou dans l autre jusqu au l obtention de 0% du signal de mesure, puis refaire avec le Maxi en variant le Page 68 sur 100

13 potentiomètre SPAN qui signifie pleine échelle pour obtenir 100% et refaire une ou deux fois ces actions. La linéarité est obtenue par d autres potentiomètres (trois ou quatre) cachés à l intérieur du transmetteur, on doit s assurer de plusieurs points pour affirmer que les caractéristiques d entrée sortie d un transmetteur sont bien linéaires. Exemple d étalonnage d un transmetteur analogique de température : 0/4 20 ma Zero Span Sensor Exemple : 25 C 1025 C D un four industriel du signal standard 4 20mA 0 10V L1 N Simuler le thermocouple par un générateur de mv et générer les mv correspondantes d après les tables afin pour gagner du temps et de la précision de mesure : à 25 C fait varier le Z jusqu au l obtention du signal 4 ma à 1025 C fait varier le S jusqu au l obtention du signal 20 ma Répéter une ou deux fois cette procédure Vérifier la linéarité en vérifiant le 8 ma, 12 ma et 16 ma Si non : A l intérieur des transmetteurs on trouve 2 à 4 Potentiomètres de 10 k, on doit varier un par un pour les 25%, 50% et 75%. Page 69 sur 100

14 Etalonnage via PC Il suffit de saisir sur le logiciel les deux valeurs du minimum et du maximum du gradeur physique comme entrée et du signal analogique de mesure de sortie : Pour la linéarisation spécifique on peut forcer n importe quel point de mesure à fournir un signal correspondant voulu. Sur un tableau de points possibles on peut choisir une interpolation linéaire, quadratique ou même cubique. Page 70 sur 100

15 Etalonnage via console HART Le principe est d envoyer avec le signal analogique et sur les même fils conducteurs, un signal numérique à une fréquence qui voisine les 5,3 khz selon le protocole : «HighwayAddressable Remote Transmitter» Pour étalonner via la console HART il faut être en mode ONLINE avec l instrument. Naviguer vers le sous chapitre CALIBRATION puis SET 4mA VALUE et SET 20mA VALUE alors introduire le minimum et le Maximum de mesure. Si on veut faire l étalonnage avec des mesures réelles sur le procédé alors mettre le procédé au minimum désiré et sélectionner SET 4mA VALUE AUTO puis mettre le procédé à son maximum désiré et sélectionner SET 20mA VALUE AUTO, attention, il faut tenir compte du temps de réponse du système et de l opérateur de la console. Montage de la console sur un instrument compatible HART Page 71 sur 100

16 Page 72 sur 100

17 Page 73 sur 100