Bien que le conditionnement soit essentiel pour la précision des mesures, l'exactitude dépend aussi de facteurs tels que la construction du capteur et la transmission du signal. Les impuretés contenues dans les parties métalliques des capteurs peuvent produire des gradients de température qui entraînent des erreurs et la distance de transmission peut nuire à la qualité du signal. Par ailleurs, les attributs du capteur de mesure et la méthode utilisée pour la transmission peuvent avoir une incidence sur les caractéristiques du signal.
Nonlinéarité des capteurs de température
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La plupart des capteurs de température affichent un degré de nonlinéarité. Le mode de fonctionnement est propre à chaque appareil dont les exigences de conditionnement du signal sont uniques. Les thermocouples utilisent l'effet Seebeck, qui se produit en cas de jonction de deux métaux de caractéristiques différentes à une extrémité et demeurant ouverts à l'autre extrémité, créant ainsi une tension en circuit ouvert. La tension est une fonction directe de la différence de température entre la jonction des métaux et le point de mesure sur les métaux. La tension Seebeck dépend de la composition du thermocouple. Les tensions de sortie sont non linéaires par rapport aux mesures de température, et chaque type de thermocouple présente sa propre non linéarité distinctive. La courbe d'étalonnage indique par ailleurs que la non linéarité des thermocouples amplifie les erreurs sur une plage de température plus importante.
Un RTD est fabriqué dans un métal comme le cuivre ou la platine, ce qui augmente sa résistance à une température plus élevée. Il peut être sous forme de bobine ou de film fin. Les RTD sous forme de bobine se composent d'un fil enroulé autour d'un isolateur cylindrique en céramique ou en verre. Les capteurs à film mince consistent en l'application d'un film de matière sur un isolateur en céramique qui est réduit jusqu'à ce que la résistance parvienne à la valeur souhaitée. La courbe de résistance versus température d'une RTD est non linéaire. Dans les cas où la plage de mesure est faible, la non linéarité peut éventuellement être ignorée. Dans une plage de 0 à 1000°C, la précision des RTD est de ±0,5 à 1°C.
Les thermistors sont fabriqués en oxyde de métal et peuvent présenter un coefficient de température négatif ou positif. Les thermistors dont le coefficient de température est négatif affichent une résistance non linéaire décroissante lorsque la température augmente, alors que les thermistors dont le coefficient de température est positif affichent une résistance linéaire et croissante lorsque la température augmente. Les thermistors présentent une plus grande sensibilité et une meilleure réponse du signal face aux changements de température que les thermocouples ou les RTD, et peuvent ainsi être beaucoup plus précis. La plage de température de fonctionnement des thermistors est beaucoup plus étroite.
Le capteur de température à infrarouge mesure la température en déterminant la quantité de rayonnement infrarouge émise par un objet sur les capteurs, qui le convertit en un signal électrique. La quantité d'énergie infrarouge émise par un objet est directement proportionnelle à sa température. Puisque le capteur n'est pas en contact avec le processus mesuré, les capteurs infrarouges sont utilisés pour les applications à très haute température où les autres types de capteurs ne peuvent résister, ou pour les processus mobiles tels que la cuisson des aliments sur une bande transporteuse.
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L'impact de la transmission du signal sur le conditionnement
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Analog transmission uses a continuous signal which varies with amplitude to convey information. It is most often used with standard process signals such as 4 to 20 mA, 0 to 10V and 0 to 1V. The 4 to 20 mA range is the most commonly used as it can travel the longest distance without degradation and is relatively immune to external noise signals. It is frequently employed as a process variable for temperature sensor output. Once the transmitter receives the native output from the sensor, it linearizes the signal based on the calibration curve for the specific type of sensor. It then converts the linearized voltage to the 4 to 20 mA current signal. The signal can then be further processed by a recording device or controller. Thermocouples and RTDs produce low millivolt signals that are susceptible to interference. The 4 to 20 mA signal is much more robust and capable of being transmitted over a long distance without interference from noise. In addition, the use of the 4 mA variable for the lowest value makes it easy to distinguish transmitter failure from a legitimate signal.
Ethernet is another form of differential high speed serial transmission that supports up to 1 GB/second transmission. It usually requires a dedicated controller and is used extensively for industrial, commercial and home applications and forms the basis for today’s internet communications. Different encoding schemes are used to allow the actual measurement information to be transmitted between machines or in some cases globally using the internet infrastructure. TCP/IP is one protocol widely used within Ethernet systems, providing assured data transmissions between two devices and Ethernet connections are supported with a wide number for encryption mechanism to ensure data security.
Conclusion
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Les capteurs de température requièrent le conditionnement des signaux pour garantir la linéarisation et la compensation de l'erreur. Par ailleurs, les faibles données de sortie en millivolt des thermocouples et des RTD doivent être compensées par une amplification. La précision du signal dépend aussi de la transmission. La conversion des données de sortie du capteur en des données de sortie du processus comprises entre 4 et 20 mA offre un signal plus robuste, pouvant être transmis sur de longues distances avec peu d'interférences. La transmission numérique et Ethernet offrent un transfert de signal sur des distances plus grandes et à des débits plus élevés.
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