Quiconque vient d'entrer en contact avec des transmetteurs de pression se pose une question : qu'est-ce qu'il y a exactement à l'intérieur de l'instrument qui peut déterminer la pression dans la canalisation ?
Les valeurs de pression observées dans la salle de contrôle sont obtenues grâce à une série de conversions.
Comprendre le principe général du transmetteur de pression facilitera le dépannage des problèmes sur site tels qu'un affichage anormal de la pression, une dérive du zéro et une sortie instable.
1. Qu'arrive-t-il à la pression dans le transmetteur ?
Lors de la mesure de la pression dans un environnement industriel, cela signifie essentiellement appliquer la pression sur un composant capable de détecter le changement.
La relation de calcul pour la pression est la suivante : P = F / A
Pression = Force appliquée ÷ Zone d'application. C’est-à-dire qu’avec la même intensité de force, les différents domaines d’application entraînent des pressions différentes.
Les transmetteurs de pression sont installés sur des canalisations, des réservoirs de stockage ou des équipements, et la force mécanique reçue est transmise à la pression interne du fluide via l'interface du processus.
Parmi eux, il y a un composant clé à l’intérieur du transmetteur de pression appelé élément sensible. Les structures courantes comprennent les diaphragmes métalliques, les diaphragmes en céramique, les structures à jauges de contrainte et les éléments de mesure élastiques.
Prenons l'exemple du transmetteur de pression à membrane couramment utilisé.
Une fois que la pression moyenne agit sur le diaphragme, celui-ci subit une légère flexion. Ce changement est très minime et n’est pas visible à l’œil nu, mais le capteur peut le détecter.
Lorsque la pression augmente, le diaphragme change davantage ; lorsque la pression diminue, le diaphragme revient à son état d'origine.
L'instrument détermine le niveau de pression en fonction de ce changement.
II. Comment le sens de l'émetteur change-t-il ?
Les transmetteurs de pression de différents fabricants et de différents modèles peuvent avoir des principes de mesure internes différents.
Les types de transmetteurs de pression les plus courants sur le site sont les types piézorésistifs, capacitifs et résonants.
Transmetteur de pression piézorésistif
Le transmetteur de pression piézorésistif mesure la pression en détectant le changement de résistance lorsque le matériau est soumis à une force.
La pression agit sur le diaphragme et le déforme. Les éléments piézorésistifs installés à l'intérieur sont affectés par la contrainte et leurs valeurs de résistance changent.
Le circuit électronique détecte ce changement, puis l'amplifie, le compense et le convertit pour émettre un signal de pression correspondant.
Cette structure est largement utilisée dans les systèmes hydrauliques, la mesure de la pression des équipements et la mesure des pipelines industriels.
Lors de la maintenance sur site, s'il est suspecté que le capteur interne du transmetteur de pression est endommagé ou que la puce piézorésistive est anormale, l'une des raisons à considérer est l'anomalie de la puce piézorésistive.
Transmetteur de pression capacitif
La méthode de mesure du transmetteur de pression capacitif est liée au changement de distance.
L'instrument comporte deux électrodes à l'intérieur. Lorsque la pression change, le diaphragme de mesure se déplace, ce qui entraîne une modification de la distance entre les électrodes et la capacité change également en conséquence.
Le module électronique détecte le changement de capacité et le convertit en sortie de pression.
Dans les usines pétrochimiques, électriques et chimiques, de nombreux appareils de mesure de pression et de pression différentielle de haute précision adoptent cette structure.
Transmetteur de pression résonant
Le transmetteur de pression résonnant mesure la pression en fonction du changement de contrainte mécanique provoqué par la pression et des changements de fréquence naturelle de l'élément résonant sensible, puis le changement de fréquence est lu par le circuit électronique pour calculer la valeur de pression.
Ce type d'instrument est couramment utilisé dans des scénarios de mesure avec des exigences de stabilité élevées.
Troisièmement, le transmetteur de pression produit-il 4-20 mA ?
Sur le site de l'usine, le transmetteur de pression est généralement connecté à des instruments DCS, PLC ou d'affichage. Comme on le voit souvent, 0 MPa correspond à 4 mA ; la pleine échelle correspond à 20 mA.
Pourquoi ne pas utiliser 0-20 mA ?
Elle est principalement liée à l'utilisation sur site.
Si le point zéro est également de 0 mA, une fois le circuit déconnecté, il sera également de 0 mA et le système aura du mal à déterminer si la pression est nulle ou s'il y a un problème avec le circuit.
Après avoir utilisé 4 mA comme point zéro, lorsque la pression zéro normale est présente, le circuit a toujours 4 mA ; lorsque le circuit est déconnecté, le courant chute à près de 0 mA.
Le système de contrôle peut utiliser ce changement pour déterminer l'anomalie.
De plus, le signal de courant est moins affecté par le changement de résistance du conducteur et, à condition de répondre aux exigences de tension d'alimentation et de charge du circuit, il convient à la transmission longue distance dans les sites industriels. Cependant, le signal actuel doit également prendre en compte les problèmes d'interférence électromagnétique, de mise à la terre, de blindage et de pose de lignes.
De nos jours, de nombreux transmetteurs de pression intelligents disposent également d'une communication HART, qui permet de lire les paramètres, de vérifier l'état et de modifier les paramètres via un contrôleur portable.
Quatrièmement, les différences entre la pression manométrique, la pression absolue et la pression différentielle
Dans la mesure de la pression, nous voyons souvent la pression relative, la pression absolue et la pression différentielle. La différence entre eux réside dans le choix de la pression de référence.
Pression manométrique
La pression manométrique est ce que nous appelons habituellement « pression » sur le terrain.
Cela fait référence à la pression atmosphérique. Par exemple, un manomètre indique 0,6 MPa, indiquant que la pression à l’intérieur de l’équipement est supérieure de 0,6 MPa à la pression atmosphérique extérieure.
Pour la mesure de la pression des pipelines et de la pression des équipements, la plupart utilisent la pression manométrique.
Pression absolue
La pression absolue fait référence au vide absolu.
La relation entre les deux : Pression absolue = Pression relative + Pression atmosphérique locale
Dans certains scénarios de calcul d’équipements sous vide et de gaz, la pression absolue doit être utilisée.
Pression différentielle
La pression différentielle mesure la différence de pression entre deux positions.
Formule de calcul : ΔP = P1 - P2
Par exemple, un transmetteur de pression différentielle est installé avant et après un filtre. Lorsque le filtre est propre, la différence de pression entre les deux côtés est faible.
Si la différence de pression entre l'avant et l'arrière du filtre augmente après un certain temps de fonctionnement, le système peut déterminer, sur la base des données, que cela est dû au blocage de l'élément filtrant provoquant une augmentation de la résistance de filtration.
Les débitmètres à plaque à orifice calculent également le débit sur la base du principe de la pression différentielle.
V. Comment vérifier si l'affichage du transmetteur de pression est inexact ?
Lorsqu’il y a un problème de mesure de pression, ce n’est pas forcément que le transmetteur soit cassé. Lors du dépannage sur site, on part généralement de plusieurs aspects.
1. Vérifiez la position de prise de pression et le tuyau de raccordement à la pression.
Lors de la mesure de la pression du liquide, s'il y a de l'air dans le tuyau de pression, cela affectera la transmission de la pression.
Lors de la mesure d'un milieu contenant des impuretés, si l'orifice de prise de pression est bloqué, l'affichage de la pression sera plus bas ou ne changera pas.
Lors de l'inspection, il est nécessaire de confirmer :
• L'orifice de prise de pression est-il bloqué ?
• Y a-t-il une accumulation d'air dans le tuyau de conduite sous pression ?
• L'état de la vanne est-il correct.
2. Vérifiez l'influence de la température
Les fluides à haute température affecteront la structure interne de l'instrument. La chaleur provoquera des modifications dans les caractéristiques des éléments sensibles, la structure et le volume du liquide, qui affecteront directement le transmetteur, entraînant une modification du point zéro.
Par conséquent, dans de nombreuses situations sur site, des conteneurs de condensation froide, des coudes froids ou d'autres mesures d'isolation et de refroidissement appropriées seront configurés en fonction de la température de processus admissible, de la méthode d'installation et des exigences de processus de l'instrument.
3. Vérifiez les fluctuations de pression
Il y a souvent des fluctuations de pression à la sortie de la pompe, à la sortie du compresseur et à proximité de la vanne.
Lorsque la pression change rapidement, la sortie de l'émetteur saute également. Il est nécessaire de combiner les processus pour déterminer si la cause de telles situations est le changement de pression réel ou l'instrument impacté.
4. Vérifiez le réglage de la plage
Certains transmetteurs de pression sur site ont un réglage de plage trop large.
Par exemple, si la pression normale de l'équipement n'est que de 0,3 MPa, mais qu'un transmetteur avec une plage de 0 à 10 MPa est installé. Bien que l'instrument puisse mesurer normalement, l'effet d'affichage dans la zone basse pression sera affecté.
Par conséquent, la sélection de la plage doit être déterminée en fonction de la pression de fonctionnement réelle.
VI. Comment sélectionner un transmetteur de pression ?
Lors de la sélection, en plus de la plage de pression, il est également nécessaire de confirmer :
Plage de mesure
Tenez compte des différentes pressions de l'instrument dans des conditions de fonctionnement normales, de démarrage et de travail anormales.
Précision
Se référer aux indicateurs de précision et aux méthodes de calcul fournis par le fabricant.
Capacité de surtension
Confirmez le choc de pression maximal auquel l’instrument peut résister.
Matériel de contact
Assurez-vous de vérifier au préalable si la membrane est compatible avec le matériau de contact, en particulier pour les fluides corrosifs.
Environnement d'installation
Confirmez à l'avance que l'instrument est adapté aux zones antidéflagrantes, aux zones à haute température et aux zones humides.
VII. Résumé
Le transmetteur de pression est installé sur site, mais une seule valeur de pression est affichée sur l'écran du DCS, ce qui implique une série de processus.
La pression dans le pipeline agit sur le diaphragme, le diaphragme subit des changements, le capteur détecte les changements, le module électronique convertit le signal, 4-20 mA est envoyé au système de contrôle et enfin il est affiché sous forme de valeur de pression.
Par conséquent, lorsqu’il y a un problème avec le transmetteur de pression, il ne faut pas se concentrer uniquement sur l’instrument lui-même.
Le point de prise de pression, le tuyau d'entrée, la méthode d'installation, les réglages des paramètres, les lignes de signal, font tous partie du système de mesure de pression.
Maîtriser le transmetteur de pression ne consiste pas seulement à retenir quelques principes ; il est plus important de savoir par où commencer le dépannage lorsque des problèmes surviennent sur site.
Un petit transmetteur de pression relie la transmission des informations entre l'équipement sur site et le système de contrôle. Comprendre son processus de fonctionnement rendra l'installation, la maintenance et la gestion des pannes ultérieures beaucoup plus fluides.
—Extrait d'un compte public évalué par des pairs
Yuyao Huangong automation instruments factory