Capteur de pression, technologies, types et fonctionnement

Un capteur de pression convertit la pression en un signal électrique. On en distingue une multitude de types et de technologies. Avant de faire votre choix, il faut tenir compte de leurs différences ainsi que de vos besoins.

1. Qu'est-ce qu'un capteur de pression ?

Un capteur de pression, appelé aussi sonde de pression, est un appareil qui mesure une quantité physique et la traduit en signal électrique analogique. Ce dernier peut être aussi un signal optique.

En effet, le capteur de pression comprend un composant qui détecte la pression appliquée et des éléments qui transforment cette donnée en un signal de sortie.

Quand le capteur est relié à un système numérique, un convertisseur analogique numérique transforme, en premier lieu, les variations en des signaux numériques binaires pour les transmettre, en deuxième lieu, à l'ordinateur de gestion et de contrôle.

Par ailleurs, la pression est, en général, mesurée en unités de force par unité de surface. Les unités de mesure communes sont le Bar (barre), N / mm2, psi (livres par pouce carré) ou le Pascal (Pa).

2. Comment fonctionnent les différents capteurs de pression ?

On distingue plusieurs technologies de capteurs de pression.

- Les capteurs à base de jauge de contrainte

La déformation physique de jauges métalliques de contrainte (appelées également jauges de déformation) réalise la conversion de la pression en signal électrique. Les jauges sont collées sur la membrane du transducteur de pression (élément sensible à la pression). En outre, ces dernières sont câblées dans une configuration en pont de Wheatstone à travers lequel se réalise la connexion électrique.

Cette technologie de capteur de pression permet de :

• Avoir une bonne amplification du signal ;
• Obtenir des mesures précises et constantes ;
• Mesurer des pressions élevées qui peuvent atteindre les 15 000 bars.

- Le capteur de pression capacitif

Le capteur de pression capacitif produit, à travers un diaphragme et une cavité de pression, un condensateur variable.

Quand la pression est appliquée, la capacité diminue et la membrane devient déformée.

D'autre part, on peut mesurer électriquement cette variation de capacité qui sera après ajustée selon la pression subite.

Par ailleurs, ces capteurs mesurent des faibles pressions (40 bars environ).

- Le capteur de pression piézo-résistif

Le capteur de pression piézo-résistif contient un diaphragme, souvent en silicium, et des jauges afin de détecter les conséquences de la pression appliquée, notamment les déformations.

En outre, les jauges de contraintes sont intégrées dans un circuit en pont de Wheatstone afin de diminuer la sensibilité et d'améliorer le rendement.

Par ailleurs, ces capteurs mesurent des pressions d'environ 1 000 bars.

- Le capteur de pression résonnant

Les technologies citées au-dessus fonctionnent toutes avec une déflexion d'un corps de mesure. Par contre, le capteur de pression résonnant utilise les variations de la fréquence de résonance pour détecter et mesurer la déformation due à l'application d'une pression.

D'autre part, il se peut que ces capteurs soient sensibles aux vibrations et aux chocs.

Remarque

Certains capteurs thermiques ou à ionisation utilisent le changement de la conductivité thermique causé par les changements de densité au niveau du flux de particules afin de mesurer la pression.

3. Quels sont les types de mesures de pression ?

Selon le type de pression mesurée, on distingue :

- Le capteur de pression absolue

La pression est mesurée par rapport à une chambre de référence qui est presque vide. L'avantage du capteur de pression absolue est que les changements de la pression atmosphérique ne modifient pas la pression mesurée. En ajout, elle est très peu affectée par les variations de la température.

- Les sondes de pression manométrique

Les capteurs de pression manométrique, appelés aussi capteurs de pression relative, permettent de mesurer la pression en prenant en considération la pression atmosphérique actuelle.

- Le capteur de pression différentielle

Le capteur de pression différentielle permet de mesurer la différence entre 2 pressions, ainsi que les pertes de charge et les niveaux de débits et de fluide.

- Le capteur de pression  étanche

Contrairement au capteur de pression relative, le capteur de pression étanche mesure la pression en prenant en considération une pression fixe et non pas la pression atmosphérique actuelle.

4. Quels sont les types de capteurs de pression selon leurs sorties ?

Selon la sortie, on distingue 3 types de capteurs.

- Le capteur de pression à sortie en millivolts

Ce capteur de pression est le plus économique. Grâce à l'absence d'une carte électronique de conditionnement des signaux, il permet de mesurer la pression à des températures plus élevées que les capteurs amplifiés.

- Les transducteurs de pression à sortie de tension

Ils contiennent un conditionnement de signaux permettant d'obtenir une sortie remarquablement plus élevée que le capteur millivolt.

- Le transmetteur de pression à sortie 4-20 mA

Le transmetteur de pression à sortie 4-20 mA est surtout utilisé quand le signal doit se transmettre sur de longues distances.

5. Comment choisir le capteur de pression ?

Parmi les facteurs desquels il faut tenir compte avant de choisir un capteur de pression, on cite :

• L'étendue des valeurs à mesurer. Prévoyez une sonde qui permet de mesurer plus que la valeur voulue.
• La précision de la mesure : elle renvoie au pourcentage d'erreur. Plus elle est grande, plus le prix est élevé. Il est alors essentiel d'estimer la précision nécessaire pour diminuer le coût.
• La linéarité de la mesure.
• La répétabilité de la mesure : elle renvoie à la capacité du capteur de reproduire un signal identique quand on applique une même pression dans des circonstances pareilles à la première mesure.
• La compensation de la température : La pression dépend de la température. Cette dernière est la cause d'erreur la plus fréquente.
• La nature du fluide à mesurer : certains éléments s'avèrent néfastes et peuvent impacter les composants électroniques du capteur. Choisissez un capteur qui résiste aux conditions agressives.

6. Le capteurs de pression des moteurs voitures

Le capteur de pression détecte la pression d'air présente dans l'admission de la voiture pour la convertir en un signal électrique envoyé au calculateur. Ce dernier règle le mélange air combustible ou le mélange stoechiométrique.

Cela permet au calculateur d'équilibrer entre la quantité de l'air présent dans le moteur et celle du combustible fourni. Ainsi, on garantit une émission de particules polluantes qui respecte les normes et la puissance du moteur.

Certaines sondes contiennent un capteur de température NTC pour détecter la température de l'air d'admission et calculer la quantité d'air aspiré.

Par ailleurs, le capteur de pression fonctionne à des températures qui varient entre -40°C et +120°C. En ajout, il doit résister aux hydrocarbures.

Les types de capteurs de pression moteur

- Le capteur de pression du collecteur d'admission

Le capteur de pression du collecteur voiture d'admission a des plages de dépression qui varient entre 10 et 130 kPa. On le trouve dans les voitures dont le moteur est atmosphérique.

- Le capteur de pression de suralimentation

Il mesure des pressions de 10-130 kPa ≤ P2 ≥ 400 kPa. Il est utilisé surtout dans des voitures à turbocompresseurs à géométrie variable. En effet, grâce à lui, le calculateur peut mesurer et contrôler la quantité d’air comprimé dans le tuyau d’admission.

- Le capteur de pression du servofrein

Le capteur de pression vérifie si la dépression dans l’amplificateur du servofrein est suffisante et en informe le calculateur moteur. Si elle ne l'est pas ou si elle dépasse la plage, le calculateur ferme le papillon.

 

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