chapitre 3_mesure pneumatique

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  • 7/25/2019 Chapitre 3_Mesure Pneumatique

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    Chapitre 3 Mesure pneumatique

    Chapitre 3

    MESURE PNEUMATIQUE

    I. INTRODUCTION

    La mesure pneumatique est trs rpandue dans l'industrie. Elle permet de rsoudre

    d'une faon simple l'aide d'appareils extrmement robustes la plupart des problmes poss

    par le contrle d'usinage, et permet d'obtenir des amplifications usqu' !"""" dans les

    appareils d'atelier et mme #""""" dans les appareils de laboratoire. $on principe repose sur

    l'coulement de ga% &en gnral de l'air tra(ers un tranglement de faible section,

    gnralement circulaire.

    II. PRINCIPE DE MESURE

    La mesure pneumatique applique au contrle

    d'usinage est bas sur l'coulement de l'air tra(ers un

    orifice plac une distance ) d'une paroi solide $ &fig.#.

    Elle dpend des proprits de l'air en amont et en a(al de

    l'orifice et du diamtre de cet orifice.

    Le principe de mesure consiste mesurer la

    pression * rgnant dans la c+ambre appele c+ambre de

    mesure en fonction de ). ette pression atteint la (aleur de

    la pression d'alimentation pour ) - ". Elle diminue

    lorsqu'on augmente ) usqu' atteindre une (aleur

    pratiquement constante et ne ragit ensuite plus aux

    augmentations de ) &p+nomne d'tranglement.

    $i l'on fait (arier ), le dbit &ou la (itesse de l'air

    (arie galement dans le mme sens que ). ans le caslimite, le dbit est nul pour ) - " et est maximum au del

    d'une certaine (aleur de ) - )min.

    omme pour les comparateurs mcaniques, la mesure pneumatique ncessite une mise

    %ro de l'appareil et donne des carts par rapport une (aleur de rfrence. /l est donc

    ncessaire d'talonner l'appareil a(ant de procder aux mesurages des pices.

    III. EQUATION FONDAMENTALE DES SYSTEMES DE MESURE

    onsidrons l'coulement de l'air, sous une pression relati(e 0 - te, tra(ersant deuxc+ambres 1 et 2 comme l'indique la fig.3.

    4 # 4

    fig.# 5 *rincipe de mesure

    *

    )

    e $

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    Chapitre 3 Mesure pneumatique

    ans la c+ambre 1 rgne une pression relati(e 0 et dans la c+ambre 2 une pression

    relati(e +. Les pressions totales dans ces deux c+ambres sont respecti(ement *1et *2a(ec 5

    atm1 *0* +=

    atm2 *+* +=

    *atmdsigne la pression atmosp+rique.

    +erc+ons, la base de la fig.3, l'quation fondamentale du s6stme pneumatique de

    mesure.

    7n montre en t+ermod6namique que pour un coulement adiabatique d'un fluide

    parfait n'c+angeant pas de c+aleur a(ec le milieu extrieur, la forme de l'quation de l'nergie

    s'crit sous la forme5

    te3

    8*

    #

    3

    =+

    est le coefficient adiabatique &pour l'air, il (aut #,!, * la pression, la densit (olumique et

    8 la (itesse du fluide ga%eux utilis au ni(eau de la section considre.

    L'application de cette quation entre les sections 3 et 9 donne 5

    3

    8*

    #3

    8*

    #

    3

    3

    3

    3

    3

    9

    9

    9 +=+

    comme 5 atm9 *+* +=

    et atm3 ** =

    on obtient 5

    +

    +=

    9

    atm

    39

    3

    9

    3

    3

    +*

    ##

    #

    388

    Entre les sections # et !, on aura 5

    3

    8*

    #3

    8*

    #

    3

    #

    #

    #

    3

    !

    !

    ! +=+

    or 5 atm! *0*

    +=atm#

    *+* +=

    4 3 4

    fig.3 5 *rincipe de base des s6stmes pneumatiques de mesure

    83

    )

    39#! 0 +

    0 - te21

    8#

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    Chapitre 3 Mesure pneumatique

    ans le cas gnral, la section $#est circulaire &laboration facile. 7n a donc 5

    !

    d$

    3

    ##

    =

    III.1.1. Me#"e diecte d%oifice

    En prenant pour $3 l'orifice mesurer, on

    effectue dans ce cas la mesure directe de cet orifice

    &fig.9. 7n a donc 5

    !

    d$

    3

    33

    =

    par suite 5!

    #

    3

    d

    d

    #

    0+

    +

    =

    III.1.&. Me#"e ' l%aide de (icle"# c)lindi*"e#

    ans le cas gnral, le gicleur de mesure est de

    section circulaire. En admettant que la pice prsente contre

    l'coulement de l'air une surface plane perpendiculaire

    l'axe du gicleur, la section de passage de l'air entre ce

    gicleur de mesure et la pice est, dans ce cas, celle du

    c6lindre de +auteur ) et de diamtre d3 &il faut notercependant, que si la pice ne prsente pas une surface plane,

    il 6 a lieu de faire une correction tenant compte de la forme

    de cette surface. 7n a donc &fig.! 5

    )d$ 33 =

    La relation simplifie s'crit alors sous la

    forme 5

    3

    3

    #

    3

    d)d!#

    0+

    +

    =

    La fig.< illustre le trac de cette fonction.

    7n 6 obser(e une faible partie linaire comprise

    entre les (aleurs )min et )max pour laquelle la

    pente est sensiblement constante. En mesure

    pneumatique, seule cette partie linaire est

    utilise.

    III.&. +alidit$ de la !e#"e pne"!ati*"e

    4 ! 4

    1 2

    0

    d3

    #

    fig.9 5 >esure directe d'un orifice

    d3

    )

    +

    fig.! 5 >esure a(ec un gicleur

    c6lindrique

    +

    )max

    )min )

    0

    +

    "

    fig.< 5 courbe caractristique des

    s6stmes pneumatiques de mesure

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    Chapitre 3 Mesure pneumatique

    *our ne pas mesurer le diamtre du gicleur de mesure, la section latrale d'coulement

    de l'air entre la pice et ce gicleur doit tre infrieure ou gale la section de ce gicleur, soit 5

    gicleurlatrale $$

    comme 5 )d$ 3latrale =

    et!

    d$

    33

    gicleur

    =

    on aura 5!

    d) 3

    En pratique, on prend 5 ) - &",= ",?)'max a(ec!

    d') 3max=

    7n exprime galement, en pratique, la %one linaire ) - )max@ )minen fonction de

    l'inter(alle de tolrance /A de la pice contrler et l'on a 5

    ) - ,3 #,9 /A

    III.,. Sen#i-ilit$ d%"n appaeil de !e#"e

    Bn appareil de mesure est d'autant plus sensible que son dispositif indicateur prou(e

    une (ariation importante pour une petite (ariation de la grandeur mesurer.

    La sensibilit d'un appareil pneumatique dont la caractristique est + - f&) est dfinie

    par le rapport 5

    d)d+C% =

    La sensibilit C%est parfois appele le coefficient d'amplification.

    ans la partie linaire comprise entre )minet )maxla pente de la caractristique + est

    maximum, par suite, la sensibilit C%est maximum.

    La sensibilit C% augmente a(ec l'augmentation du diamtre du gicleur de mesure d3et

    de la pression de tra(ail 0. Elle diminue lorsque le gicleur d'entre d #augmente.

    III.. Infl"ence de la pe##ion d%ali!entation / #" la pe##ion de !e#"e 0

    En maintenant la cote ) constante, on aura 5

    D

    0+ =

    a(ec 5

    3

    #

    3

    $

    $#D

    +=

    L'erreur relati(e sur + est dfinie par 5

    +

    d+

    =

    4 < 4

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    or 5D

    d0d+=

    d'o 5+

    +

    0

    d0

    +

    d0

    D

    #

    =

    =

    7n (oit donc pour minimiser le plus possible l'erreur relati(e , il faut que la pression

    de tra(ail 0 subit une trs faible (ariation pour une grande plage de (ariation de la pression demesure +. *ratiquement, les appareils pneumatiques de mesure tra(aillent +aute pression et

    sont peu influencs par l'erreur de stabilisation d0.

    La fig.= montre galement l'influence de

    la pression de tra(ail 0 sur la %one linaire )

    sui(ant la nature de l'coulement de l'air 5

    l'coulement subsonique correspondant aux

    faibles pressions &",< # bar donne une %one

    linaire )# faible. *ar contre, l'coulement

    sonique &3 correspondant aux +autes pressions&! bar donne une %one linaire )3plus large.

    ans ce cas, l'erreur relati(e est faible.

    qm5 dbit rel pour une distance )

    qmax5 dbit maximum &dbit de l'orifice seul

    d 5 diamtre de l'orifice

    7n peut encore rduire l'influence de 0

    sur + en adoptant un s6stme pneumatique

    diffrentiel comme l'indique la fig.?. ans ce

    s6stme, le manomtre de mesure < indique 5

    #++'+ =

    En maintenant la cote )# constante, on

    aura +#- te et par suite +' - +. *our ce

    s6stme, l'erreur relati(e s'crit alors sous la

    forme 5

    '+

    '+

    0

    d0

    =

    d'o 5

    +

    ++

    0

    d0 #

    =

    ette relation montre 5

    - -" pour + - +#correspondant ) - )#si $#- $9.

    - est maximum si la diffrence &+ @ +# est maximum, ce qui correspond ) - ) min

    ou ) - )max a(ec3

    )))) maxminmo6#+

    ==

    e s6stme permet de rduire les erreurs de mesure et les rendre s6mtriques par

    rapport )mo6.

    III.. Application de la !e#"e pne"!ati*"e a" cont2le de# pi3ce# !$cani*"e#

    III..1 Cont2le d%a-e

    4 = 4

    ",3embrane flexible

    ? 5 *ointeau

    G 5 omparateurH 5 +ambre de compensation

    b 5 placement du pointeau

    ) 5 ote entre la pice mesurer et le gicleur de mesure

    0 5 *ression d'alimentation de l'appareil

    E*"ation d" #)#t3!e

    1 l'quilibre de la membrane =, on a 5 + - +'

    or 53

    #

    3

    $

    $#

    0+

    +

    =

    et3

    9

    !

    $

    $#

    0'+

    +

    =

    /l (ient 59

    !

    #

    3

    $

    $

    $

    $

    =

    4 H 4

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    or 5!

    d$

    3

    ##

    = J

    !

    d$

    3

    99

    = J )d$ 33 =

    $!est la section de passage de l'air entre le gicleur ! et le pointeau ?, c'est aussi la surface

    latrale du tronc de cne 12. Elle est donne par la relation 5

    ( )rr12$ !! +=

    on a 5 = sinb12

    et == cossinbrcos12rr !!

    1prs d(eloppement et simplification des calculs, on obtient 5

    )d

    d

    d

    d

    sin

    #b

    !

    3

    3

    #

    9

    =

    La caractristique b - f&) est donc linaire &fig.#