La manométrie
La mesure de pression
Par définition la mesure de pression est une mesure d'une force appliquée sur une surface. La mesure de pression peut se décliner en plusieurs thèmes :
- Nature du phénomène : mesures statiques ou dynamiques
- Nature du milieu : mesures hydrauliques ou en gaz
- Amplitude du phénomène : basse, moyenne et haute pression
- Type de mesure : pression absolue, pression différentielle, pression relative
En chacun de ces thèmes on va se trouver confrontés à des difficultés particulières de mesurage :
- En très basse pression de gaz, il n'y a plus assez de particules en mouvement donc la méthodologie de la mesure de pression passe par des systèmes de détection comme les jauges à cathode froide. On voit également apparaître des phénomènes qui n'existent pas pour d'autres plages de pression comme la transpiration thermique
- Pour les mesures faites avec des balances en haute pression hydraulique, on doit par exemple tenir compte de la compressibilité des liquides, de la déformation de la section due aux fortes pressions pour ne citer que deux phénomènes connues dans ces plages
- En pression dynamique, la réponse fréquentielle du système de mesure devient une difficulté, puisqu'il faut pouvoir "voir" le phénomène
En conclusion, la déclinaison de la mesure de pression est complexe selon la nature réelle de la pression à mesurer.
Les intérêts de la mesure de pression
Les intérêts de connaître la pression dans un process industriel sont divers selon les cas :
- La pression va intervenir par exemple dans le contrôle d'un paramètre qui rentre dans la thermodynamique d'une réaction chimique
- La pression dans un vérin va permettre, connaissant la relation pression/force, de gérer la force appliquée
- La pression va intervenir dans certaines méthodologies de mesure de débit
- …
Si on se place sur un processus thermodynamique, les paramètres Pression / Température / Volume peuvent servir à définir totalement le point de fonctionnement ; on voit ici un des intérêts de connaitre la pression.
Toutes les pressions ne sont pas forcément à mesurer, il ne faut jamais oublier la question de la criticité du mesurage par rapport au processus de mesure. La pression a toujours été au cœur des enjeux industriels, car elle intervient non seulement dans les mesures directes de pression, mais également dans certains dispositifs de débitmétrie gaz ou liquide, ainsi que dans certains dispositifs de mesure de vitesse d'air.
Dans le cadre des réceptions des bâtiments (réglementation RT2012), il existe des tests de mise en pression pour s'assurer de l'étanchéité.
Aspect sécurité et protection environnementale, la mise en pression ou dépression d'enveloppes (salles) successives sert à empêcher l'entrée ou la sortie d'éléments que l'on souhaite confiner.
Il y a peu de domaines où la question de la mesure de pression ne se pose pas.
Les outils pour mesurer la pression
Les outils pour mesurer la pression sont divers suivant les plages :
- Manomètres métalliques, transmetteurs de pression, manomètres à colonnes de liquide sont des instruments courant pour les domaines des pressions moyennes
- Manomètres à cathodes froides ou chaudes, pour les mesures de bas niveau de pression
- Manomètres piézoélectriques pour les pressions dynamiques
- Les balances de pressions et instruments utilisant des pistons-cylindres, restent du domaine des laboratoires d'étalonnages
Le principe fondamental de fonctionnement des outils de mesure de la pression, sauf pour les manomètres du vide, part de l'instrumentation d'un corps d'épreuve qui se déforme en fonction de la pression et qui est instrumenté pour convertir cette déformation en signal analogique, numérique ou digital.
Tout l'art des constructeurs consiste à traiter, dé-bruiter, linéariser le signal et alimenter les éléments sensibles pour que la réponse soit proportionnelle à la pression mesurée et stable. Ensuite la transformation de l'indication électrique en indication pression relève de la conversion analogique numérique classique.
Parmi les technologies, on va retrouver des classiques de la mesure de force à base de ponts, ou à base de variations d'impédances (capacitives, résistives ou inductives selon les choix techniques); également il existe des techniques de type piezo-résistif ou piezo-électrique, ainsi que des techniques à base de variations de fréquence sans oublier la base, c'est-à-dire une déformation mécanique entrainant une aiguille, ou une colonne de liquide.
Les capteurs dynamiques sont basés sur des techniques similaires aux capteurs d'accéléromètrie et des microphones.
Les indicateurs pour mesurer la pression
Il y a beaucoup de précautions à garder en mémoire lors d'une mesure de pression ; la liste suivante n'est pas exhaustive :
- Choix du capteur adapté à l'environnement de la mesure, aux fluides et aux variations de pression et de température qu'il va subir
- Position du capteur que ce soit à l'étalonnage et en mesure, les capteurs de pression sont sensibles de ce point de vue
- L'environnement thermique des capteurs
- La stabilité de la pression que l'on cherche à mesurer
- Point très important : la détection des fuites et les fuites résiduelles ainsi que le dégazage du circuit dans le cas des mesures hydrauliques
Les pièges liés aux points précédents sont les suivants :
- L'utilisation du capteur dans une position différente de la position d'étalonnage peut dégrader la réponse de l'instrument. Il suffit de lire les documentations constructeurs qui précisent généralement ce point
- L'utilisation d'un capteur de pression non prévu pour une forte température, peut amener sa destruction
- Les coups de bélier dans le circuit de mesure, s'ils dépassent la pression maximale admissible du capteur peuvent le détruire
- Les fuites résiduelles peuvent fausser la mesure voire la rendre impossible. C'est un point délicat pour les mesures en faible Delta P par exemple
- Utiliser un manomètre prévu pour un type de fluide avec un autre fluide, peut présenter des risques
Pour aller plus loin
Le CETIAT propose également des formations pour approfondir ces connaissances dans ce domaine (voir le parcours pédagogique en métrologie).
Préparation d'un étalonnage dans le laboratoire de manométrie du CETIAT
