La fabrication de systèmes de test haute pression et d’équipements connexes représente un défi considérable pour les instruments de mesure. À des pressions de plusieurs milliers de bar, les soudures des capteurs ou les extensomètres sont particulièrement vulnérables. En solution alternative, des capteurs à cellule couche mince insérée dans un canal de pression conique ont été développés par WIKA. Cette solution offre une stabilité à long terme et étend la gamme des applications possibles. Parallèlement, les calibrateurs utilisant ces capteurs peuvent être configurés jusqu’à 10 000 bar.
Prendre en compte les risques
Les composants du groupe motopropulseur d’un véhicule sont sujets à des charges importantes, qu’elles soient continues ou fluctuantes. Les essais aux ondes de chocs, ainsi nommées, permettent au constructeur de se faire une idée en amont de la résistance du matériau à la fatigue et de la géométrie du composant, et ainsi de prendre des mesures pour les optimiser. Les systèmes de test sont alors poussés jusqu’à 6000 bar. Dans les systèmes d’autofrettage, par exemple, les pressions sont encore bien supérieures.Il n’est pas rare de voir jusqu’à 20 000 bar agir sur des composants en acier spécifiques. Les contraintes produites de cette manière entre l’intérieur et l’extérieur ont pour effet de renforcer la résistance et la durabilité d’un composant.
Ces paramètres physiques doivent être considérés par le matériel de mesure et d’étalonnage utilisé lors de la fabrication des systèmes d’autofrettage et de tests haute-pression. Cela concerne la qualité réelle de la mesure et la sécurité opérationnelle. Le taraudage standard G½ des raccordements de pression, par exemple, est conçu pour une pression maximum de 1000 bar seulement. Les applications haute-pression nécessitent un raccord avec un taraudage M16 x 1,5 ou 9/16-UNF, ou un raccord similaire. Si le taraudage au niveau d’un point de mesure commence à fuir, une pression de plusieurs milliers de bar pourrait expulser l’instrument à travers le toit. Même si une seule goutte d’huile s’échappe, la pression est si élevée qu’elle se transformerait en un projectile mortel.
Quelles sont les solutions à votre disposition ?
Non seulement la conception doit être adaptée à ces exigences extrêmes mais aussi la cellule du capteur en elle-même. Un transmetteur de pression pouvant supporter de tels niveaux de pression est généralement livré avec une cellule de mesure à couche mince. Ce type de capteur présente généralement quatre résistances disposées sur une membrane sous la forme d’un pont de Wheatstone. Les résistances du pont changent en raison de la déformation de la membrane du capteur et la pression peut ensuite être calculée en se basant sur ces informations.
Les capteurs couche mince sont soudés hermétiquement au raccord de pression jusqu’à une certaine plage de pression. Étant donné qu’ils doivent supporter des profils de pression continus et dynamiques, l’expérience montre que les capteurs standards à couche mince ne doivent pas être utilisés à plus de 2 500 bar. Au vue de la force extrême agissant sur les soudures dans les applications haute pression, le risque de fissures augmente avec la pression. Si l’instrument est ainsi endommagé, une panne totale est alors inévitable.
Pour éviter ce type de mésaventure, la plupart des utilisateurs ont recours à des capteurs de pression avec des extensomètres collés à la membrane plutôt que soudés. Malheureusement, ces capteurs ont une durée de vie limitée et ne sont pas du tout reconnus pour leur stabilité à long terme. La matière de l’extensomètre devient inerte et fragile en raison de la constante de dilatation et de contraction. La pression pourra pas être précisément mesurée si l’adhésif n’est pas correctement appliqué ou s’il n’est pas complètement sec. Parallèlement, l’erreur de température sera plus large car les extensomètres et les cellules de mesure à couche mince présentent des types de construction différents.
Capteurs à couche mince
Les avantages de la cellule de mesure à couche mince
Alternativement aux deux solutions décrites ci-dessus, WIKA a créé une conception de capteur présentant une partie inférieure spéciale comme base pour plusieurs types d’instruments : la cellule de mesure à couche mince est insérée dans un canal de pression conique. Même lorsqu’aucune pression n’est appliquée, elle reste en tension et poussée dans le guide par la pression du process. La cellule à couche mince est en acier VA trempé; il s’agit d’un composant avec une résistance élevée qui est donc extrêmement solide et résistant à la corrosion et aux températures. Grâce aux propriétés de ce capteur, la stabilité à long terme est garantie même à des pressions très élevées.
Cela ne s’applique pas seulement à la mesure de la pression de process. Pour la première fois, WIKA propose deux calibrateurs pour la mesure de plages jusqu’à 10 000 bar utilisant un capteur haute pression, à savoir le manomètre numérique de précision CPG1500 pour les mesures et tests stationnaires et le calibrateur de process portable CPH7000 pour des contrôles et étalonnages sur site.Le manomètre numérique de précision est adapté aux essais complexes lors de la fabrication de bancs d’essai, de systèmes d’autofrettage, et plus encore. Le CPG1500 fonctionne avec des plages de mesure jusqu’à 1000 bar avec une précision jusqu’à 0,025 % de l’étendue de mesure. Bien que cette valeur change lorsque la pression augmente – à 0,15 % de l’étendue de mesure jusqu’à 4000 bar ou 0,25 % de l’étendue de mesure à plus de 4000 bar – la déviation est négligeable par rapport à la plage de mesure jusqu’à 10 000 bar.
Manomètre numérique de précision CPG1500
Le manomètre numérique de précision CPG1500
Le CPG1500 n’est pas utile seulement pour des exigences de sécurité dans des applications de mesure en haute pression. Il peut également être installé derrière un écran de sécurité pour protéger le personnel opérationel. Un certains nombre de paramètres peuvent être configurés dans cet instrument de précision, et les données lues à distance car il est contrôlé sans fil. Une application sur smartphone simplifie la configuration et la lecture.
Toutes les données peuvent être transmises par le calibrateur de process portable CPH7000 via le WIKA-sans fil vers un PC avec le logiciel WIKA-Cal pour un traitement plus détaillé.
Le calibrateur de process portable CPH7000
Les instruments de mesure étant exposés à des conditions extrêmes dans les applications haute pression, des contrôles réguliers de la qualité de la mesure sont vitaux. Les contrôles fonctionnels et les étalonnages (dont un certificat d’étalonnage) peuvent également être réalisés sur site directement dans le système afin de gagner du temps. Pour des pressions jusqu’à 10 000 bar, le calibrateur de process portable CPH7000 utilise les capteurs CPT7000 comme référence externe, bien que ce module ne doive pas nécessairement être transporté en permanence. Le capteur de référence peut rester installé en permanence au point de mesure pertinent, puis associé au calibrateur une fois sur site. Les valeurs mesurées ainsi enregistrées peuvent également être transmises sans fil vers un PC pour un traitement plus détaillé.
Le CPH7000, dans lequel une pompe manuelle est installée pour générer des pressions jusqu’à 25 bar, est principalement utilisé pour étalonner les transmetteurs de pression et les manomètres. Cependant, cet instrument présente plusieurs fonctions avec un module électrique intégré, pouvant réaliser des opérations supplémentaires comme la température, le courant et la tension. Ce « laboratoire d’étalonnage » portable aide ainsi à atteindre des procédés de mesure plus intégrés.
En conclusion
Le CPG1500 et le CPH7000 sont équipés d’un enregistreur de données de haute performance, qui documente facilement la procédure d’étalonnage. Toutes les opérations de l’enregistreur peuvent être affichées soit par ordre numérique ou directement sur un histogramme. Toute déviation est ainsi détectée dès qu’elle se produit. Les deux appareils sont pour cette raison également adaptés aux tests de fuite : si l’enregisteur indique une chute de pression sur une certaine période, il peut y avoir une fuite dans le système.
Ces deux instruments haute pression peuvent être ré-étalonnés à échéance dans le laboratoire d’étalonnage WIKA. Le ré-étalonnage est possible à une pression de 10 000 bar et jusqu’à 0,1 % de mesure d’échelle, avec sur demande, un certificat d’étalonnage accrédité (DakkS ou Cofrac).
Nos spécialistes sont à votre disposition pour tout renseignement complémentaire. N’hésitez pas à les contacter