Bien choisir un capteur de pression

Pour choisir un capteur de pression, il est primordial de comprendre que l’on considère 3 types de pression qui correspondent chacun à des conceptions différentes de capteurs.

La plupart des capteurs de pression mesurent la déformation d’une membrane sous l’effet de la pression que l’on exerce dessus et dont on veut connaître la valeur. Comme la membrane possède deux faces, il s’exerce donc une autre pression sur la seconde face et la déformation mesurée est en fait le résultat de la différence de pression entre les deux faces de la membrane.

En fonction de cette pression de « référence », on considère donc 3 types de pression et de capteurs :

• Pression absolue : dans un capteur de pression absolue, la deuxième face de la membrane est soumise au vide, sa déformation correspond exactement à la pression mesurée.
• Pression relative : dans un capteur de pression relative, la deuxième face de la membrane est soumise à la pression atmosphérique, sa déformation correspond donc à la différence entre la pression mesurée et la pression ambiante.
• Pression différentielle : un capteur de pression différentielle possède 2 entrées, une pour chaque face de la membrane, sa déformation correspond donc à la différence de pression entre les 2 entrées.

Rappelons la différence entre un capteur de pression absolue et un capteur de pression relative. Un capteur de pression absolue mesure la pression par rapport à une pression de référence qui est le vide. Un capteur de pression relative a quant à lui pour référence la pression atmosphérique ambiante et mesure donc la différence entre la pression de process et la pression atmosphérique.

Le choix d’un capteur dépend donc avant tout du point de référence : est-ce que je veux connaître la pression par rapport à la pression atmosphérique ou pas ?

Un capteur de pression absolue est le seul capable de mesurer la pression atmosphérique, on va donc pouvoir l’utiliser pour mesurer la pression barométrique. Parmi les applications qui en découlent on trouve la mesure d’altitude basée sur la différence de pression atmosphérique quand l’altitude change.

La pression atmosphérique peut varier d’environ 30 mbar à cause des changements météorologiques et d’environ 200 mbar si l’altitude du capteur change (variation entre le niveau de la mer et 2000 m d’altitude). Donc, pour une même valeur de la pression mesurée, un capteur de pression relative peut présenter une erreur de mesure due aux variations de la pression atmosphérique. Cette erreur peut être négligeable lorsqu’on mesure des pressions élevées mais significative pour des mesures de pression faibles. On préférera alors utiliser un capteur de pression absolue.

Rappelons la différence entre un capteur de pression absolue et un capteur de pression relative. Un capteur de pression absolue mesure la pression par rapport à une pression de référence qui est le vide. Un capteur de pression relative a pour référence la pression atmosphérique ambiante et mesure donc la différence entre la pression de process et la pression atmosphérique.

Le choix d’un capteur dépend donc avant tout du point de référence : est-ce que je veux connaître la pression par rapport à la pression atmosphérique ou pas ?

Un capteur de pression relative est intéressant lorsqu’on veut éliminer l’influence de la pression atmosphérique sur la mesure. Par exemple, lorsqu’on utilise un capteur de pression pour mesurer la pression hydrostatique d’un liquide dans une cuve pour en déterminer le niveau, la surface du liquide étant elle aussi soumise à la pression atmosphérique, le capteur de pression relative permet de ne mesurer que la pression hydrostatique, en s’affranchissant des variations de pression atmosphérique.

Un capteur de pression différentielle possède deux entrées de pression, on l’utilise lorsqu’on veut connaître la différence de pression entre deux points.
On peut l’utiliser par exemple dans les applications de mesure de débit par organes déprimogènes.

Lorsque vous aurez déterminé le type de pression que vous devez mesurer, vous pourrez vous intéresser à la technologie du capteur.

Dans un capteur de pression piézorésistif, la pression exerce une force sur un élément sensible qui se traduit par une variation de sa résistance. Les capteurs de pression piézorésistifs ont une grande sensibilité, ils sont robustes et ont une bonne tenue thermique mais leur signal de sortie est faible.

Dans un capteur de pression piézoélectrique, la pression exerce une force sur un élément en matériau piézoélectrique, produisant ainsi une tension aux bornes de l’élément. Ces capteurs peuvent avoir une très grande plage de mesure et ont également une très bonne tenue thermique. En revanche, leur signal de sortie est faible et ils sont moins précis que les capteurs piézorésistifs.

Dans un  capteur de pression capacitif,  la membrane constitue l’une des plaques d’un condensateur. Sous l’effet de la pression, la membrane se déforme faisant ainsi varier la capacité du condensateur. Ces capteurs offrent une bonne précision et une grande sensibilité, ils permettent de mesurer des pressions faibles, de l’ordre du mbar. Par contre, ces capteurs n’aiment pas les vibrations car elles peuvent rendre leurs mesures instables.

Une fois que vous aurez déterminé si vous avez besoin de mesurer une pression absolue, relative ou différentielle et que vous aurez choisi une technologie de capteur, il vous restera encore à choisir le bon modèle en fonction des critères suivants :

• Tout d’abord il est important de choisir un capteur dont la plage de mesure correspond à la plage de pression que vous devez mesurer, en tenant compte des conditions normales et des éventuelles variations de pression occasionnelles.
• La température de fonctionnement est également importante. La plupart des capteurs ont une plage de fonctionnement de -25 °C à 100 °C. Au-delà, il faut choisir des capteurs prévus pour résister à des températures plus élevées.
• Comme pour tout capteur, il faut choisir un capteur de pression dont le signal de sortie correspond à votre boucle de mesure ou de régulation.
• Le dernier critère de choix important sera la configuration du capteur et la façon dont il se monte au point de mesure. La plupart des capteurs sont filetés, permettant ainsi un montage facile sur un piquage installé sur un tuyau, une cuve, etc. On trouve également des capteurs équipés de brides, des capteurs miniatures à souder sur un circuit imprimé, etc. Le montage des capteurs à membrane affleurante offre également des avantages. Dans cette configuration, la membrane du capteur est affleurante à la paroi du tuyau, ce qui permet d’éviter les problèmes de colmatage dus aux accumulations de matière dans les zones sans écoulement. Cette configuration est très utile pour les fluides chargés, en particulier dans l’industrie agroalimentaire.