transmetteur

TRANSMETTEURS EN INSTRUMENTATION
Transmetteurs aux SIGNAUX ANALOGIQUES STANDARDS
 Rappel d’une chaîne de mesure d’un procédé régulé en continu :
Capteur
Transmetteur
PROCESSUS
Actionneur
Signal Spécial
Signal Standard
Signal
Régulateur
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 = Cst
i = Var
+
U = Var
+
U = Cst
-
Essai à Vide
Essai en Court-circuit
Générateur de courant
Page 57 sur 100
Générateur de tension
Mohamed BOUASSIDA
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
0%
0
10%
2
20%
4
25%
5
30%
6
40%
8
50%
10
60%
12
70%
14
75%
15
80%
16
90%
18
100%
20
Page 58 sur 100
Boucle 4-20 mA
4
5,6
7,2
8
8,8
10,4
12
13,6
15,2
16
16,8
18,4
20
Mohamed BOUASSIDA
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 :
0V
0%
1V
0%
5V
100%
5V
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
Mohamed BOUASSIDA
La valeur de cette résistance est de telle sorte la boucle de courant se
converti en un signal de tension :
0V
5V
1V
5V
0.01%
R = U / i = 5 V / 0,020 A = 250
0 mA 4 mA
20 mA 20 mA
250 
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
Mohamed BOUASSIDA
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
Mohamed BOUASSIDA
 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
Mohamed BOUASSIDA
 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
–
– +
Sortie Signal Courant
PV
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 (N+2) fils
Inconvénient :
L’alimentation est forcément VDC
Le bruit de l’alimentation circule dans le signal de mesure
Page 63 sur 100
Mohamed BOUASSIDA
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
Transmetteur à signal NUM
ANA 0/4…20mA (SMART)
et configuration NUM câblé
ou sans fil
 Câblage des Transmetteurs Numériques :

PV
PV
Page 64 sur 100
Mohamed BOUASSIDA
Câblage RS232
DB9 – DB9
DB9 – DB25
Câblage RS232C
DB9 – DB9
RS485
RS422 et RS485
Page 65 sur 100
Mohamed BOUASSIDA
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
Mohamed BOUASSIDA
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୰±୤
2୬ − 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 ‫ݍ‬ସ =
ଵ଴଴%
ଶరି ଵ
= 6,6667% d’où le tableau suivant :
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
‫ݍ‬ଵ଴ =
‫ݍ‬ଵଶ =
ଵ଴଴%
ଶభబି ଵ
ଵ଴଴%
ଶభమି ଵ
= 0,09775%
= 0,02442%
PV% ANA
PV Numérique sur 4 bits
0%
0
0
0
0
6,66666667
0
0
0
1
13,3333333
0
0
1
0
20
0
0
1
1
26,6666667
0
1
0
0
33,3333333
0
1
0
1
40
0
1
1
0
46,6666667
0
1
1
1
53,3333333
1
0
0
0
60
1
0
0
1
66,6666667
1
0
1
0
73,3333333
1
0
1
1
80
1
1
0
0
86,6666667
1
1
0
1
93,3333333
1
1
1
0
100
1
1
1
1
Un transmetteur numérique de12 bits est meilleur en sensibilité et/ou
mobilité quatre fois que celui de 10 bits.
Page 67 sur 100
Mohamed BOUASSIDA
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
Entrée pour simuler
le capteur
l’étendu de la mesure :
Signal de mesure
Etalonné
Linéarisé
100%
75%
Etalonné
Non Linéarisé
50%
25%
Non Etalonné
Linéarisé (À l’achat)
0%
Grandeur Physique simulée
mini
Maxi
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
Mohamed BOUASSIDA
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
11 12 13
Sensor
Exemple : 25°C … 1025°C
Zero
D’un four industriel du signal standard 4…20mA
Span
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
Mohamed BOUASSIDA
 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 10000
points possibles on peut choisir
une
interpolation
linéaire,
quadratique ou même cubique.
Page 70 sur 100
Mohamed BOUASSIDA
 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 :
« Highway Addressable 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
Mohamed BOUASSIDA
Page 72 sur 100
Mohamed BOUASSIDA
Page 73 sur 100
Mohamed BOUASSIDA