Définition de la pression

Les origines de la mesure de pression.

Le capteur de pression s’utilise comme son nom l’indique pour mesurer la pression dans de nombreux secteurs dont l’industrie. La pression est la force F exercée sur une surface donnée S. La formule pour déterminer la pression est la suivante : P = F/S.

L’unité du système international de mesure de pression est le Pascal. 1 Pa équivaut à une force d’un Newton appliquée sur une surface d’un m2. L’unité Pascal vient du célèbre philosophe, physicien et mathématicien clermontois Blaise Pascal. En effet en 1648, il transporta un baromètre en haut du Puy de Dôme pour démontrer que le poids de l’air était moins important en altitude qu’au niveau de la mer. L’italien Evangelista Torricelli fut cependant le premier à démontrer que l’air exerçait une pression. Il créât le premier baromètre à base de mercure. Aujourd’hui, d’autres unités venant du Pascal comme le populaire bar s’utilisent beaucoup dans l’industrie. 1 bar correspond à 100000 Pascals.

Quel est le rôle du capteur de pression ?

Les technologies de mesure de pression ont bien évolué depuis le 17eme siècle. Et elles ont depuis trouvé de multiples applications autres que la mesure d’altitude. En effet la pression est une grandeur physique très souvent mesurée dans les domaines comme la R&D, les processus de fabrication. Ou encore dans l’aéronautique ou même en sport mécanique pour mesurer la vitesse (à l’aide d’un Pitot). Parmi les différentes techniques de mesure de pression, on peut citer :

Méthode à base de liquide
Technique mécanique
La méthode électrique

Capteur de pression principe de fonctionnement

La première méthode n’est plus très répandue même si elle a longtemps été utilisée pour mesurer de faibles variations de pression. Par exemple la différence de pression entre deux salles.

La seconde méthode est encore très utilisée de nos jours. L’un des principes de mesure de pression mécanique très connu est celui du tube de bourdon. Le tube soumis à une pression interne change de forme. Cette élasticité du tube est utilisée pour mesurer la pression. En effet le mouvement du tube est transmis via un mécanisme à une aiguille qui indique le niveau de pression.

Depuis l’arrivée de l’automatisation dans les process industrielles, la méthode électrique s’est généralisée. L’appareil à base électrique qui permet la mesure pression est un capteur ou un transmetteur de pression. Le capteur de pression est donc l’instrument qui transforme une pression mesurée en un signal électrique. Pour ce faire on utilise une jauge sensible à la pression du fluide à mesurer. Trois principales techniques de mesure de pression existent :

Silicium : Capteur de pression piezoresistif
Céramique  : Capteur de pression à couche épaisse
Capteur de pression à couche mince

Capteur de pression industriel

Le capteur de pression piezoresistif (Silicium)

La détection de la pression est assurée par des éléments sensibles résistifs intégrés à une puce en silicium. Ainsi la valeur des résistances variera proportionnellement à la pression du fluide. La séparation entre cette puce silicium et le média est assurée par une membrane en acier inoxydable. Cependant on a recourt à un liquide spécial de remplissage pour la transmission de la pression du process vers l’élément sensible. Cette technologie de capteur est célèbre pour sa stabilité sur le long terme. En outre, les capteurs piezorésitifs sont sensibles à partir de quelques millibars.

Le capteur de pression à couche épaisse (Céramique)

La détection de la pression se fait via un capteur céramique en configuration résistive. C’est-à-dire que la résistance de l’élément sensible variera en fonction de la pression du fluide. Les membranes céramiques conviennent bien pour mesurer la pression relative et absolue. De plus, en raison de leurs résistances chimiques élevées, elles conviennent bien aux applications dans le domaine du chauffage et de l’approvisionnement en eau.

Le capteur de pression à couche mince

Là encore la détection de la pression se fait via des éléments sensibles résistives. Ceci étant ces jauges de déformation sont directement sur la membrane métallique qui sépare du process. L’absence d’éléments séparateurs est un avantage car le risque de pollution par l’huile de transmission est éliminé. Technologie de capteur fameuse pour sa résistance aux pressions extrêmes.

Les différents types de pression

Même si nous l’oublions souvent l’air est présent tout autour de nous. Comme évoqué précédemment, cet air a un poids. Et ce poids ramené à une surface équivaut à une pression. Sur terre, cette pression se nomme la pression atmosphérique et elle correspond à 1013 hPa (mBar) au niveau de la mer. Donc pour mesurer cette pression par exemple on va utiliser un capteur de pression barométrique (Absolue). Ce dernier a pour référence le vide, c’est-à-dire qu’en absence de pression atmosphérique il indiquera zéro. D’autres types de pression existent : la pression relative, pression relative scellée et la pression différentielle.

Pression absolue

C’est la pression qui a pour référence le vide. Un capteur de pression absolue, s’utilise par exemple en météorologie pour suivre la variation de la pression atmosphérique. Ceci est possible car sa référence est le vide. Dans l’espace ou la pression est inexistante, le capteur de pression absolue mesurerait 0 mBar. Lors de la fabrication de ce type de capteurs, on crée un vide du coté opposé de la membrane. Ce vide définit la pression de référence du capteur. Il peut ainsi mesurer toute pression positive à partir du vide.

Pression relative

C’est la pression qui a pour référence la pression atmosphérique. Il s’utilise pour mesurer des pressions en tenant compte de la pression atmosphérique. Ainsi, à l’air libre, ce capteur indiquera zéro en permanence. Lors de la fabrication de ce type de capteurs, l’autre coté de la membrane est à l’air. Lors d’une mesure de niveau d’eau par pression dans une cuve ouverte, le capteur de pression mesurera la pression de la colonne d’eau plus la pression atmosphérique d’un coté et la pression atmosphérique de l’autre. Les deux pressions atmosphériques s’annuleront pour donner la pression relative correspondante à la hauteur d’eau dans la cuve.

Pression relative scellée

C’est une pression qui a pour référence la pression atmosphérique au moment de la fabrication du capteur. En effet le coté opposé de la membrane qui est ventilé en permanence dans la configuration capteur de pression relative est sur ce type de capteur fermé. Le volume d’air dans la chambre sera à une pression voisine d’un bar. Ainsi les fluctuations de la pression atmosphériques ne compteront pas lors des mesures. Ces capteurs s’utilisent sur des applications de mesure de pression élevée. L’erreur résultante d’une variation quelconque de la Patm est négligeable, à coté d’une pression de plusieurs centaines voire milliers de bar.

Pression différentielle

C’est la grandeur correspondante au différentiel entre deux pressions quelconques P1 et P2. Ce type de capteur dispose effectivement de deux prises de pression et la mesure de Δp est instantanée. La valeur de Δp est donc égale à P1-P2. Pour la mesure de niveau d’eau par pression dans une cuve fermée on utilisera par exemple un capteur de pression différentielle. La pression de la hauteur d’eau H = Δp = P1 (Pression statique) – P2 (pression hydrostatique).

Qu’est ce qu’un capteur de pression? Si vous n’avez finalement pas eu réponse à cette question n’hésitez pas à nous contacter.

Autres grandeurs traitées par Instrumentys :
Température
Humidité
Force
Pesage
IIoT