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Instrumentation et Régulation  Normes et Applications Page 1/70
Capteur-transmetteur

3) Transmetteur
Structure de type "Capteur et Transmetteur":
 Exemple:
Capteur-transmetteur de température à entrée thermocouple
type K de 500 °
C à 900 °
C, et sortie courant 4-20 mA . Ce capteur n’est
pas linéaire, et c’est le transmetteur qui rend la relation linéaire:
I = 0,04 × T − 16.
U (mV) I (mA) I (mA)
43,2 20 20
II) Capteurs
Capteur-transmetteur de température
T (°C)
500 900
17,6 U (mV)
17,6 43,2
4
Capteur Transmetteur
T (°C)
500 900
Capteur-Transmetteur
4

3) Transmetteur
Ð Structure de type "Capteur et Transmetteur":
 Transmetteur universel: intégré ou déporté
Le capteur est fixé sur le procédé et il délivre un signal de mesure de faible
intensité, qui ne peut être transmis sur de grandes longueurs. Le
transmetteur universel, est soit intégré dans le boîtier du capteur, soit déporté
et monté sur rail dans un coffret d’instrumentation distant.
II) Capteurs
Transmetteur intégré Transmetteur déporté
 Les transmetteurs actuels s’adaptent à un très grand nombre de capteurs
industriels par configuration numérique. Elle permet notamment le réglage
de la nature de l’entrée et de son étendue, du temps de réponse souhaité,
de la linéarisation éventuelle, et de la nature de la sortie et de son étendue.
Ils peuvent être de type universel ou bien spécifique à un capteur comme
pour les thermocouples ou les sondes RTD.

3) Transmetteur
Signaux universels:
– Un capteur délivre un signal de faible intensité désigné par l’appellation
« signal bas niveau ». Pour l’étendue de mesure du capteur, les signaux «
bas niveau » sont : potentiomètrique, thermocouple, RTD (Resistor
Thermometer Detector), tension (exemples : – 20 mV à + 20 mV, 0 à 100
mV), ou courant.
– Un transmetteur délivre un signal appelé « signal haut niveau » puisque
son énergie permet la transmission de la mesure à une grande distance
(plusieurs centaines de mètres) du point de mesure. Ces signaux « haut
niveau » sont : 0-5 V, 1-5 V, 0-10 V, 0-20 mA et 4-20 mA.
Malgré un signal « bas niveau », un capteur peut être relié à l’entrée de
mesure d’un dispositif de contrôle tel qu’un automate programmable
industriel (API) ou un régulateur.
Dans ce cas, la carte d’entrée se substitue au transmetteur absent et réalise
par exemple l’amplification et le traitement de linéarisation du signal délivré
par un thermocouple.
II) Capteurs

3) Transmetteur
Le standard 4-20 mA:
Les avantages du signal analogique en courant 4-20 mA:
– il n’est pas affecté par les chutes ohmiques de tension;
– les tensions parasites ne l’influencent pas, grâce à l’impédance interne
du générateur de courant en série dans la boucle;
– il autorise la transmission de la mesure sur une longue distance (>1 km);
– il possède une bonne immunité aux parasites de type magnétique;
– il est économique, puisque deux fils par instrument suffisent pour
l’alimentation en tension et la transmission de la mesure;
– la valeur 4 mA permet de différentier le zéro de mesure de la rupture de
la transmission, et d’alimenter le transmetteur dans le cas d’un « 2 fils »;
– il admet la superposition d’un signal de communication HART.
En instrumentation industrielle, le signal 4-20 mA est maintenant un
standard, et tous les fabricants d’instruments proposent ce signal.
II) Capteurs

II) Capteurs
3) Transmetteur
 Raccordement électrique d'un transmetteur:
– Les transmetteurs 2 fils (dits passifs) ne sont pas alimentés en direct.
– Les transmetteurs 3 fils sont des transmetteur 4 fils, avec les entrées
moins reliées.
– Les transmetteurs 4 fils (dits actifs) sont alimentés et fournissent le
courant I. Leur schéma de câblage est identique à celui des régulateurs.
Transmetteur 2 fils Transmetteur 3 fils Transmetteur 4 fils
 Alimentation électrique:
Elle est directement liée et dépend de la résistance interne vue par la
sortie du transmetteur.

II) Capteurs
3) Transmetteur
 Raccordement électrique d'un transmetteur:
Le raccordement électrique d’un transmetteur au dispositif d’exploitation
de la mesure, dépend de la nature du signal de mesure et de son
alimentation. Il existe des transmetteurs à "2 fils", "3 fils" ou "4 fils".
Transmetteur 2 fils Transmetteur 3 fils Transmetteur 4 fils
La résistance de charge Rc correspond à la résistance comprenant celle du
ou des récepteurs (API, régulateur, indicateur ou bien centrale d’acquisition)
et de la ligne de transmission.
 Standard "2fils":
En instrumentation industrielle, par économie et souci de standardisation,
les transmetteurs à "2 fils" en signal 4-20 mA sont les plus répandus.

Présentation d’un débit nul

Présentation d’un débit de 50%

Présentation d’un débit de 100%

II) Capteurs
3) Transmetteur
Ð Caractéristiques métrologiques des instruments de mesure:
 Étendue d’échelle:
L’échelle de mesure (EIS=[INF; SUP]) est donnée par les limites
inférieure (INF) et supérieure (SUP) de mesure de l’instrument.
L’étendue d’échelle (EE) est la différence algébrique entre les
valeurs extrêmes du mesurande qui peuvent être appliquées à
l’instrument, et pour laquelle les caractéristiques métrologiques sont
garanties.
 Exercice: Déterminer les échelle de mesure et étendues d’échelle :
1) Débitmètre : de 1 à 10 m3.h–1.
EIS = [………; ...……] et EE = ……….
2) Sonde de température : de –100 à
+300°
C. EIS = [………; ...……] et EE =
……….
3) Transmetteur de pression différentielle : de –20 à +40 hPa.
EIS = [………; ...……] et EE = ……….

3) Transmetteur
Configuration:
Un transmetteur est un élément permettant de configurer la
plage de mesure et de compenser les éventuelles non-linéarités
du capteur.
Équation de correspondance du transmetteur:
Caractéristique de sortie (Y) en fonction de celle d'entrée (X):
II) Capteurs
Valeur maximale mesurable:
Valeur minimale mesurable:
Étendue de mesure:
Valeur du zéro:
Décalage négatif si:
Décalage positif si:
Équation de correspondance:
MAX
MIN
EM = MAX-MIN
VZ = MIN
EM < MAX
EM > MAX
Pente a et ordonnée à l'origine:
a = …………………. b = ……………………
.(Y Y
MAX MIN ) MIN
Y 
X VZ
Y
EM
Y
X
0 MIN
MAX
YMIN
YMAX

3) Transmetteur
 Exemple:
Caractéristiques obtenues par deux réglages d’un transmetteur
de température d’échelle –100 °
C à 300 °
C délivrant un signal de
mesure normalisé 4-20 mA proportionnel à la température.
II) Capteurs
Décalage ……….. car : EM (…) …… MAX (...)
…………………………………………………………......
………………………………………………....................
I (mA)
20
T (°C)
4
………………………………………………....................
………………………………………………....................
………………………………………………....................
………………………………………………....................
0 20 80
Étendue d'échelle: EE = …. °
C
Valeur maximale
mesurable: Valeur minimale
mesurable: Étendue de
mesure:
MAX
MIN
EM
= …. °
C
= …. °
C
= …. °
C
Valeur du zéro: VZ = …. °
C

3) Transmetteur
 Exercice:
Caractéristiques obtenues par deux réglages d’un transmetteur
de température d’échelle –100 °
C à 300 °
C délivrant un signal de
mesure normalisé 4-20 mA proportionnel à la température.
II) Capteurs
I (mA)
T (°C)
30 0 90
4
20
Instrumentation et Régulation  Normes et Applications
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Décalage ……….. car : EM (…) …… MAX (...)
…………………………………………………………......
………………………………………………....................
………………………………………………....................
………………………………………………....................
………………………………………………....................
………………………………………………....................
Étendue d'échelle: EE = …. °
C
Valeur maximale
mesurable: Valeur minimale
mesurable: Étendue de
mesure:
MAX
MIN
EM
= …. °
C
= …. °
C
= …. °
C
Valeur du zéro: VZ = …. °
C

Sonde de température PT100 Transmetteur
II) Capteurs
3) Transmetteur: Chaîne de mesure
Exemple:

II) Capteurs
3) Transmetteur: Réseau bus de terrain
 Signal de communication HART:
Le protocole HART (Highway Addressable Remote Transducer) permet la
communication simultanée de données analogiques et numériques. Ce
protocole de communication de type série est spécifique au contrôle
industriel et compatible avec les boucles de courant analogique 4-20 mA.
Le protocole est basé sur une modulation FSK (Frequency Shift Key):
f = 1,2 kHz pour l’état logique 1, et f = 2,2 kHz pour l’état logique 0.
Raccordement d‘un transmetteur à protocole HART

II) Capteurs
3) Transmetteur: Réseau bus de terrain
 Bus de terrain:
Le principe d’un bus de terrain est de relier tous les transmetteurs,
actionneurs et dispositifs de contrôle, d’un secteur industriel en un réseau où
tous les instruments communiquent les uns avec les autres.
– Fieldbus Fondation FF-H1,
– Profibus PA,
– FIP WorldFip.
Ils sont reconnus par la norme internationale
IEC 61158-2. La liaison unique sert au
dialogue, à la configuration, et à l’alimentation.
La structure en réseau permet la liaison
de 32 instruments par bus linéaire. Bus de terrain FF-H1

IV) Régulation
Contrôle de Commande Automatique
Boucle Ouverte (BO): (Open Loop Control):
Ø Processus de Commande:
 Pas de mesure de la grandeur de sortie et absence de correction.
Ø Exemples:
…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ……
…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ……
…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ……
…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ……
…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ……
…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ……
…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ……
…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ……

IV) Régulation
Boucle Fermée (BF): (Closed Loop Control):
Ø Processus de Commande:
Mesure de la grandeur de sortie (capteur) et correction de l'action
pour que la sortie ait le comportement souhaité…
 Asservissement : Sortie fidèle à l’entrée de consigne (poursuite).
Régulation : Pour une entrée de consigne donnée, on souhaite que la
sortie reste insensible aux perturbations.
Ø Exemples:
…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ……
…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ……
…… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… …… ……

IV) Régulation
Ð Application:
Ø Régulation de niveau d'eau:
Ð Schéma fonctionnel:

IV) Régulation
Type de Régulation
Ð Asservissement:
Ø Rejet des perturbations pouvant affecter la mesure.
Ð Poursuite:
Ø Suivi de trajectoire imposée à une mesure.
Ð Continue:
Ø La commande peut prendre toutes les valeurs possibles.
Ð Discontinue:
Ø Tout ou rien (TOR):
 la commande ne peut prendre que deux valeurs.
Ø Modulée (discrète):
 la commande prend des créneaux de largeur variable.
C
Cmax
t (s)
Cmin

IV) Régulation
Type de Régulation
Ð En cascade:
Ø Imbrication d'un régulateur "esclave" dont la consigne est la
sortie d'un régulateur "maître".

IV) Régulation
Type de Régulation
Ð Prédictive:
Ø Compensation de perturbation principale.

IV) Régulation
Type de Régulation
Ð Auto-adaptative:
Ø Calcul et application d'un modèle de processus en temps réel.

Chaîne de mesure
Ð Performance d'une chaîne de mesure:
Ø Caractéristiques:
Etendue de mesure (range), décalage du zéro (offset), temps de réponse (time
response), sensibilité (sensitivity)…
Pa6
ge
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Instrumentation et Régulation  Normes et Applications
II) Capteurs

IV) Régulation
Structure d'un régulateur industriel
Ð Type de Commande:
Ø Régulation: Consigne, Mesure, Commande:
 Commande "Tout Ou Rien" (TOR)
 Commande "Proportionnelle / Intégrale / Dérivée" (PID)

IV) Régulation
Performance d'un régulateur industriel
Ð Performance d'une Commande:
Ø Dépassement, erreur statique…

IV) Régulation
Performance d'un régulateur industriel
Ð Performance d'une Commande:
Ø Temps de réponse, amortissement…

Régulation "Tout Ou Rien" (TOR)
Ð Régulation TOR:
Ø Réponse Y = f(W-X) à hystérésis:
Régulateur TOR
IV) Régulation
Capteur

IV) Régulation
Régulation "Tout Ou Rien" (TOR)
Ð Régulation TOR:
Ø Réponse Y = f(W-X) à hystérésis:

IV) Régulation
Régulation "Proportionnelle / Intégrale / Dérivée" (PID)
Ð Régulation PID:
Ø Structures possibles:

Notes
Quelques notes:
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