Comment fonctionne un transmetteur de pression?

Pour comprendre le fonctionnement d'un transmetteur de pression, il suffit de se concentrer sur ses deux éléments clés: Le premier est le capteur de pression, qui détecte la pression du fluide et la convertit en un signal électrique. L'autre est une micropuce intégrée spécifique à l'application (ASIC). Elle est nécessaire pour convertir le signal électrique généré en un signal de sortie normalisé.

Capteur de pression

Le capteur de pression est constitué d'une cellule à couche mince sur acier (figure 1), où les ponts de résistance sont appliqués sous forme de couche mince à la surface d'un élément sensible en acier. Ce film fin n'a que quelques couches atomiques d'épaisseur. Lorsqu'une pression est exercée sur le capteur de pression, sa membrane se déforme en des points prédéfinis. Les résistances sont placées exactement à ces endroits et changent de valeur lorsqu'elles sont étirées ou comprimées. L'élément sensible comporte quatre résistances de déformation. Deux résistances forment chacune un chemin.

Un pont peut être formé au milieu où la tension peut être mesurée. Ce pont est appelé pont de Wheatstone. Lorsqu'il n'y a pas de pression, toutes les résistances ont la même valeur, de sorte qu'il n'y a pas de tension entre les voies gauche et droite. Lorsque la pression déforme la membrane, deux résistances sont comprimées et deux résistances sont étirées (figure 2 et 3). Cela augmente la résistance électrique dans les zones étirées. En revanche, la pression diminue dans les zones comprimées. Cela modifie l'état du pont de résistance et un signal est généré. Cependant, le signal mesuré n'est pas linéaire et varie en fonction de la température ambiante. En effet, la température a une forte influence sur la résistance du pont (figure 4).

Figure 1: Capteur de pression; une couche mince sur un élément sensible en acier avec des ponts de résistance.

Figure 2: Schéma du pont de Wheatstone avec ses quatre résistances.

Figure 3: Lorsqu'une pression est appliquée, deux résistances sont étirées (en haut) et deux sont comprimées (en bas).

Diagramm "Output/Signal": Le signal mesuré varie en fonction de la température. Une électronique intelligente est nécessaire pour corriger ce phénomène. — Figure 4: Le signal mesuré varie en fonction de la température. Une électronique intelligente est nécessaire pour corriger ce phénomène.

Figure 5: Le circuit intégré à application spécifique (ASIC) est connecté au circuit imprimé par des points de soudure (cube noir marqué "trafag" et "TX"). Il corrige et amplifie les signaux mesurés.

Micropuce spécifique à l'application

Pour obtenir un signal de mesure linéaire, précis et indépendant de la température à partir du signal mesuré, une électronique intelligente est nécessaire. L'électronique corrige et amplifie le signal de mesure, par exemple, un signal de 10 millivolts est transformé en un signal de 10 volts. Les valeurs de correction obtenues sont stockées dans la puce électronique spécifique à l'application (également appelée circuit intégré spécifique à l'application, ASIC, figure 5). Ces valeurs sont déterminées et stockées individuellement pour chaque transmetteur de pression. Pour déterminer les valeurs de correction, une pression définie avec précision est appliquée au transmetteur de pression prêt à l'emploi et le signal est mesuré. Pour la pression appliquée, les valeurs de correction peuvent être calculées. Le processus est ensuite répété à différentes températures. Cela permet de déterminer les valeurs de correction pour la compensation de la température. Les valeurs de correction ainsi déterminées sont ensuite stockées dans la puce. De cette manière, un signal de mesure linéaire et normalisé peut être généré à partir du signal brut de l'élément sensible. Et ce, sur toute la plage de pression et de température (figure 6). Ce signal de mesure normalisé peut être transmis à des systèmes de contrôle de niveau supérieur.

La micropuce spécifique à l'application (ASIC) abrite des millions de circuits sur une surface d'environ 2,5 x 2,5 millimètres, où des points de soudure établissent le contact entre la puce et l'électronique du transmetteur de pression (figure 7).

Figure 7: L'ASIC contient des millions de circuits sur une surface d'environ 2,5 x 2,5 millimètres. Les points de soudure (cercles gris-bleu sur l'image) assurent le contact entre la puce et l'électronique du transmetteur de pression.

Diagramme: Le signal brut (à gauche) et les valeurs de correction (au milieu) sont additionnés pour obtenir le signal de sortie normalisé (à droite). — Figure 6: Le signal brut (à gauche) et les valeurs de correction (au milieu) sont additionnés pour obtenir le signal de sortie normalisé (à droite).

Conclusion

Les meilleurs résultats de mesure sont obtenus lorsque la cellule de mesure et la puce sont parfaitement adaptées l'une à l'autre. C'est pourquoi Trafag produit ses propres cellules de mesure et a développé son propre ASIC. En développant ces deux composants clés sous un même toit, le transmetteur de pression fonctionne de manière optimale et la qualité et la fiabilité sont garanties.

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