GUIDE TECHNIQUE

Les capteurs ou cellules de mesure fonctionnent grâce au phénomène physique suivant : la résistance électrique varie proportionnellement à la contrainte exercée étirement ou compression)

Le principe utilisé dans les différentes technologies présentées dans le tableau ci-dessous est le principe du Pont de Wheastone. Formé de 4 résistances, la valeur de la tension est modifiée par leurs étirements.

Lorsque la pression s'exerce sur le support du pont, la déformation provoquée étire les résistances et fait varier la valeur des résistances.

Avec une tension d'alimentation Uin constante, la variation du signal des jauges provoque une variation de la tension de sortie Uout proportionnelle à la pression appliquée sur le support.

Les gaz concernés par la qualité d'air :

Qu'est ce que les composés organiques volatils ? (COV)

Les composés organiques volatils (COV) sont des gaz, des odeurs, des toxines et des produits chimiques qui sont dégagés par les produits de la vie quotidienne. Ils sont nocifs pour la santé à court ou à long terme, sous forme de banales irritations cutanées ou des yeux, des maux de tête ou de toux.

Dans des cas plus rares, ils peuvent provoquer une altération du système nerveux central ou des formes graves de cancer, selon le niveau d'exposition. L'air intérieur est jusqu'à 5 x plus pollué que l'air extérieur, sachant que nous passons environ 80% de notre temps en intérieur.

Qu'est ce que le formaldéhyde ? (HCHO)

Le formaldéhyde (HCHO) est une molécule inodore, incolore et cancérigène, connue sous différentes appellations : Formol / Méthanol / Méthyl aldéhyde / Oxyde de méthylène / Acide morbique / Oxyméthylène. Il est émis par de nombreuses sources comme le mobilier, les matériaux de construction et isolants, les produits d'entretien et les cosmétiques. C'est l'un des COV les plus légers et volatiles présents dans nos environnements intérieurs, c'est aussi l'un des plus toxiques. La température et le taux d'humidité influencent la quantité de formaldéhyde émise dans l'air.

Ses effets sur la santé sont l'irritation des voies respiratoires, des sensations de brûlure dans les yeux et de nausées ainsi que des difficultés respiratoires. Ces symptômes peuvent apparaître même à des concentrations assez faibles. Certaines personnes sont plus exposées que d'autres comme les jeunes enfants dont le rythme respiratoire est plus élevé et leurs organismes en développement, ainsi que les personnes âgées. L'OMS donne une valeur guide de 0,08 ppm pour une exposition de 30 minutes.

Qu'est-ce que le monoxyde de carbone ? (CO)

Le monoxyde de carbone (CO) est le composant oxygéné du carbone le plus connu. C’est un gaz incolore et inodore, d’une densité proche de l’air, résultat d’une combustion incomplète. Sa principale caractéristique est sa toxicité dans un environnement confiné. Il agit comme un gaz asphyxiant qui, absorbé en quelques minutes par l'organisme, se fixe sur l'hémoglobine, provoquant une asphyxie des cellules du sang.

Limites d’exposition:
L’OMS a établi les valeurs de seuil en référence au temps d’exposition :
- 100 mg/m3 (90ppm) = moyenne 15 minutes,
- 10 mg/m3 (9ppm) = moyenne 8 heures

Il est deux types d'intoxication

L'intoxication faible dite "chronique" qui se manifeste par des maux de tête, des anuasées, une confusion mentale. Elle peut être lente et ne pas se manifester immédiatement.

L’intoxication aiguë qui entraîne des vertiges, une perte de connaissance, une impotence musculaire, voire le coma et le décès.

Les particules en suspension

Les particules en suspension (PM) sont de fines particules solides ou liquides présentes dans l’eau ou l’air. Ce sont des poussières souvent issues de combustions incomplètes. La fumée d’une cheminée, d’un pot d’échappement ou de cigarettes est composée de ces particules, d’une taille plus ou moins grande. Les particules fines pénètrent en profondeur dans les poumons. Elles peuvent être à l’origine d’inflammations ou de l’aggravation de l’état de santé des personnes atteintes de maladies cardiaques et pulmonaires. Elles peuvent transporter des composés cancérigènes absorbés sur leur surface jusque dans les poumons.

Qu'est-ce que le dioxyde de carbone ?

Le dioxyde de carbone (CO₂) est composé d’un atome de carbone et de deux atomes d’oxygène. Il est présent dans l’atmosphère et joue un rôle primordial dans le cycle du carbone sur la planète : l’être vivant transforme l’oxygène en CO₂ (respiration), tandis que les plantes transforment le CO₂ en oxygène (photosynthèse). Il est nécessaire de « compenser ces émissions », par exemple, par la plantation d’arbres permettant ainsi « l’absorption de carbone ».

La surveillance du taux de CO2 est une méthode reconnue pour évaluer si la ventilation d’un lieu est suffisante. Si les taux de CO2 peuvent varier entre 350 et 450 ppm à l’air libre, à l’intérieur d’un bâtiment l’accumulation de CO2 est rapide et son taux peut atteindre des valeurs beaucoup plus importantes. Plus l’activité humaine est importante dans un espace clos, plus une ventilation régulière est nécessaire.

Les capteurs de CO2 permettent de contrôler correctement la ventilation d'une pièce par rapport à une valeur de consigne (par exemple, 1 000 ppm). Ainsi, pour assurer le confort des occupants, il faut introduire une quantité suffisante d’air frais dans le bâtiment, sans générer de surconsommation d’énergie en chauffage ou climatisation. Ceci peut être effectué grâce à une ventilation mécanique contrôlée (VMC).

Les deux types de mesures du CO2 :

Capteur infrarouge non dispersif (NDIR)

Il s’agit d’un capteur spectroscopique utilisé comme détecteur de gaz. L'appareil dispose d'une petite chambre à gaz avec source de lumière infrarouge dans laquelle le CO₂ absorbe la lumière. Un filtre optique placé devant un détecteur filtre alors toute la lumière à l'exception de la longueur d'onde que les molécules de CO₂ peuvent absorber afin qu'une mesure précise du niveau de CO₂ puisse être effectuée.

Capteur équivalent CO2 (CO2eq)

Pour les ambiances internes, il est logique d’estimer la présence de dioxyde de carbone à partir de la mesure des COV et de l’hydrogène. Cette estimation prend le nom d’anhydride carbonique équivalente (CO₂ eq). Dans des conditions normales, l’estimation est correcte mais en présence de vapeurs de produits de nettoyage, d’alcool éthylique et d’autres COV particulièrement perturbateurs cela peut entraîner des valeurs plus élevées que la concentration réelle en CO₂ présent. Dans ces conditions, l’aération du local est recommandée car la qualité de l’air est insalubre en raison de la forte présence de COV.

Erreur de mesure

L’erreur de mesure décrit l’écart maximum entre la valeur mesurée et la droite de référence, une droite idéale, qui ne peut être obtenue qu’avec un appareil de mesure extrêmement précis. L’erreur de mesure est généralement exprimée sous forme d’erreur relative (% FS). L’erreur nommée « erreur totale » correspond à la somme de la linéarité, de l’hystérésis et de la reproductibilité.

La droite de référence peut être déterminée selon trois méthodes :

Réglage des points limites, la plus employée en Europe fait passer la droite de référence par le point initial et le point final de la courbe caractéristique.

Régression linéaire optimale, (BFSL) droite recherchant l’écart-type minimum avec la courbe caractéristique. Cette droite ne passe pas forcément par le point d’origine, aussi appelée méthode des moindres carrés.

Meilleur ajustement par l’origine, la courbe suit la courbe idéale en démarrant à l’origine de la courbe caractéristique.

Linéarité

La linéarité est l’écart maximum entre la courbe mesurée et une droite idéale de référence, exprimée en % FS. Pourcentage de la pleine échelle (Full Scale).

Hystérésis

L’hystérésis correspond à la moitié de l’écart maximum entre les courbes ascendantes et descendantes en un même point de mesure. Il est exprimé en % FS.

Reproductibilité (ou répétabilité)

La reproductibilité est calculée en divisant l’écart max. de mesures successives effectuées dans des conditions identiques et rapprochées par la valeur moyenne du signal mesuré.

Erreur de point zéro et erreur d'étendue de mesure

L’erreur de point zéro est la différence entre le point zéro idéal de la droite caractéristique et la valeur de sortie effective de la courbe caractéristique réelle.

L’erreur d’étendue de mesure correspond à la différence entre la fin d’échelle réelle et la projection de l’erreur en point zéro selon la courbe caractéristique idéale.

Stabilité à long terme

Des influences externes affectent l’instrument de mesure, ce qui crée une dérive de la courbe caractéristique année après année. La stabilité à long terme est donnée dans les fiches techniques sous forme d’un pourcentage de l’échelle totale (% FS). La norme généralement utilisée par les constructeurs pour définir cette stabilité est la IEC_60770-1.

NF : normalement fermé

Le contact est initialement fermé et laisse donc passer le courant. Il s’ouvre lorsque le seuil réglé à la montée est atteint et coupe donc le courant. Quand le cycle s’inverse et que l’on atteint la valeur de commutation réglée à la descente, le contact se referme et laisse donc de nouveau passer le courant, etc...

NO : normalement ouvert

Le contact est initialement ouvert et ne laisse donc pas passer le courant. Il se ferme lorsque le seuil réglé à la montée est atteint et laisse donc passer le courant. Quand le cycle s’inverse et que l’on atteint la valeur de commutation réglée à la descente, le contact s’ouvre et coupe de nouveau le courant, etc...

Le seuil de commutation à la montée est réglable par l’utilisateur. Le seuil de commutation à la descente peut ou non être réglé par l’utilisateur. Pour certains produits, la valeur de commutation à la descente n’est pas accessible par réglage et suit mécaniquement la valeur réglée à la montée. On parle alors d’écart de commutation fixe (ou hystérésis fixe).

Commutation par système électromagnétique

Les systèmes électromécaniques sont, par définition, indépendants de tout électronique, ce qui en fait un organe très simple, utilisé essentiellement dans des applications de sécurité.

Sa commutation (SPST ou SPDT) s’effectue par un mouvement mécanique : une membrane pour un contrôle de pression, un flotteur pour un contrôle de niveau, une palette pour un contrôle de débit, etc... Le gros intérêt du système est qu’il permet de passer un pouvoir de coupure important de l’ordre de 10 A/230 VAC, qui permet un pilotage sans passer par un relais de puissance.

L’inconvénient est sa durée de vie (env. 100.000 cycles max.) liée aux pièces en mouvement. Cette commutation électromécanique n’est donc pas adaptée à des systèmes de régulation à forte fréquence.

Commutation par contact reed

Un contact ou interrupteur REED - dénommé ILS - se présente sous la forme d’une petite ampoule de verre remplie d’un gaz dépourvu d’oxygène et de vapeur d’eau. Dans cette ampoule sont placées 2 lamelles métalliques souples séparées par quelques dizaines de micromètres. Ces lamelles souples sont constituées d’un alliage fer-nickel et sont magnétisées.

En présence d’un champ magnétique, les contacts s’aimantent et s’attirent l’un l’autre jusqu’à se toucher, établissant ainsi un contact. Des broches reliées à ces 2 lamelles sortent de l’ampoule. La mise en contact des lamelles permet le passage d’un courant entre les 2 broches. Lorsque le champ magnétique cesse, l'aimantation cesse aussi, et l'élasticité des contacts les écarte, coupant le courant.

Commutation par sortie transistorisée)

Elle est utilisée dans différents instruments de régulation électronique, comme les contrôleurs de débit, les pressostats ou thermostats. Elle permet de réguler directement une entrée automate, car son pouvoir de coupure est faible (env. 200 mA / 24 VDC). Cette technologie utilise une sortie statique de commutation (à collecteur ouvert) avec un sens de commutation NO ou NF.

SORTIE PNP : Dans les détecteurs PNP, la charge est connectée à la sortie de commutation et à V- , qui est le point de référence. Si le détecteur génère un changement de signal, le transistor commute. Le courant électrique circule de V+ au travers du transistor puis de la charge vers V-, fermant le circuit de courant.

SORTIE NPN : Dans les détecteurs NPN, la charge est connectée à la sortie de commutation et à V+, qui est le point de référence. Si le détecteur génère un changement de signal, le transistor commute. Le courant électrique circule de V+ au travers de la charge, puis du transistor vers V-, fermant le circuit de courant.

La commutation électronique du transistor n’engendre aucune pièce en mouvement, ce qui permet une durée de vie d’environ 100 millions de cycles. Cette technologie est donc parfaitement adaptée pour de la régulation par seuils.

Les utilisations du vide sont très nombreuses dans l'industrie : l'aspiration des poussières, l'emballage, le dégazage, la distillation...

Le vide est indispensable pour la fabrication des ampoules à incandescence, des tubes cathodiques et des semi-conducteurs.

Pour créer le vide, on utilise des pompes à vide de plus en plus complexes et coûteuses au fur et à mesure que l'on se rapproche de l'ultra-vide.

L'échelle ci-dessous donne un aperçu des différents niveaux de vide suivant différentes unités.

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Conformément aux règles techniques générales pour les manomètres (par exemple EN 837-2). Lors du vissage des instruments, le couple de serrage ne doit pas être appliqué sur le boîtier mais seulement sur les surfaces prévues, et ce avec un outil approprié. Pour les filetages parallèles, utiliser des joints d'étanchéité plats, des bagues d'étanchéité de type lentille ou des joints à écrasement sur la face d'étanchéité 1. Pour des filetages coniques (par exemple des filetages NPT), l'étanchéité doit se faire sur les filetages 2 en utilisant en plus un matériau d'étanchéité comme par exemple la bande PTFE (EN 837-2).

Le couple de serrage dépend du joint d'étanchéité utilisé. Pour orienter l'instrument de mesure de sorte qu'il puisse être lu aussi bien que possible, un manchon de serrage ou un écrou chapeau doit être utilisé.

Au cas où un manomètre est équipé d'une paroi arrière éjectable, celle-ci doit être protégée contre un blocage provoqué par la présence de débris ou de saleté. Pour les manomètres de sécurité, il doit y avoir un espace libre derrière la paroi arrière éjectable d'au minimum 20 mm. Après montage, ouvrir le levier de mise à l'atmosphère (si disponible) ou basculez-le de CLOSE sur OPEN.

Exigences relatives au point de montage :

Si la conduite au point de mesure n'est pas assez stable, il est recommandé de fixer l'instrument au moyen d'un support approprié (éventuellement à l’aide d’un capillaire flexible). S‘il n‘est pas possible de supprimer les vibrations par un montage approprié, il convient d'utiliser des manomètres remplis de liquide amortisseur. Les instruments doivent être protégés contre un encrassement important et contre les fluctuations de la température ambiante.

La directive ATEX n° 2014/34/UE, définie le 20 avril 2016 dans l’ensemble de l’Union Européenne, permet de certifier, par un marquage apposé sur les appareils, leurs conformités aux conditions exigées à un fonctionnement sécurisé dans les zones à risques d’explosion.

Les zones ATEX sont classées selon la fréquence et la durée d’une atmosphère explosive. Le classement en zone ATEX détermine le niveau de sécurité requis pour du matériel à installer dans ces zones. Il appartient à l’exploitant de définir les zones dans lesquelles une atmosphère explosible peut se produire en utilisant la classification suivante. Les substances combustibles peuvent être présentes sous forme brute, sous forme de gaz, de brouillards ou de poussières.

Les matériels installés en zone explosible doivent être spécialement conçus, fabriqués et homologués selon la directive 2014/34/UE à cet effet.