Le carnet du régleur - 19e éd.: Mesures et régulation, édition 2022 (PDF)

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À propos du livre

Auteur(s) :  Jean-Marie Valance, Bernard Poussery

Éditeur(s) : Dunod

Édition : 2022

Language : Français

Couverture : PDF

Poids du fichier : 28Mo

Nb. de pages : 417

Cet ouvrage est considéré comme une référence dans le domaine des mesures et de la régulation. La 19e édition du Carnet du régleur, mise à jour avec les dernières normes et les avancées technologiques, explique en détail les différentes étapes nécessaires à la mise en place d'une chaîne de régulation :

• Mesurer une grandeur physique pour obtenir des informations sur l'état d'un processus ;
  
• Transférer et traiter l'information ;
• Contrôler les vannes ou les actionneurs pour agir sur le processus et modifier son état ;
• Comparer la valeur de la grandeur mesurée à la valeur souhaitée.
• Cet ouvrage est un outil de formation et un aide-mémoire précieux pour les professionnels et les étudiants en régulation et en mesure dans l'industrie.

Table des matières

L’histoire du Carnet du Régleur XV

Avant-propos de l’édition initiale XVII

Introduction XIX

Comment utiliser le carnet ? XX

1 Préliminaires 1

1.1 Un peu de calcul 1

1.1.1 Les unités composées et le changement d’unités 1

1.1.2 La règle de trois 2

1.1.3 Fonction linéaire 5

1.1.4 Construction graphique 5

1.2 Le rappel indispensable des unités 8

1.2.1 Dénitions des unités de base 8

1.2.2 Quelques unités dérivées 9

1.3 Un peu de physique 10

1.3.1 Forces et moments de force 10

1.3.2 L’atome et les rayonnements 11

1.4 Un peu d’électricité 13

2 Notions générales 15

2.1 Les instruments et le procédé 15

2.1.1 Notions de capteurs-transmetteurs 15

2.2 Les différents types d’instruments 16

2.3 Organisation des chaînes de mesure 17

2.4 Les signaux en instrumentation 18

2.5 Le raccordement électrique des instruments 4-20 mA 19

2.5.1 Capteur 2 fils (capteur passif) 19

2.5.2 Capteur 4 fils (capteur actif) 20

2.5.3 Capteur 3 fils 21

2.6 Interface HART 21

2.6.1 Paramétrage 23

2.6.2 Interface de communication HART (pockette) 26

2.6.3 PC et logiciels de configuration 29

2.7 Bus de terrain 36

2.7.1 Le protocole Profibus 36

2.7.2 Fieldbus Foundation 37

2.8 Les transmetteurs sans fils 39

3 Pression 41

3.1 Définition 41

3.2 Mécanique 43

3.3 Définitions des différentes pressions 43

3.3.1 La pression atmosphérique 43

3.3.2 La pression relative 44

3.3.3 La pression absolue 44

3.3.4 La pression statique 44

3.3.5 La pression dynamique 44

3.3.6 La pression totale 45

3.4 Hydrostatique 45

3.4.1 La pression s’exerce perpendiculairement aux surfaces 45

3.4.2 Sur la même horizontale, il y a la même pression (dans un liquide qui ne circule pas) 45

3.4.3 Théorème de Pascal 45

3.5 Les instruments de mesurage des pressions 47

3.5.1 Colonnes de liquide 47

3.5.2 Instruments métalliques 49

3.5.3 Capteurs de pression 51

3.5.4 Transmetteur numérique « intelligent » ou « smart » 56

3.5.5 Raccordement électrique des transmetteurs de pression 58

3.5.6 Pressostats 59

3.6 Les moyens d’ajustage en mesurage de pression 59

3.6.1 Simuler 60

3.6.2 Mesurer 60

3.6.3 Ajuster 60

3.7 Implantation des capteurs de pression 61

4 Débits des fluides 63

4.1 Caractéristiques des uides 63

4.1.1 Masse volumique des liquides 63

4.1.2 Masse volumique des gaz 63

4.1.3 Densité 64

4.2 Viscosité 66

4.2.1 Viscosité dynamique 67

4.2.2 Viscosité cinématique 67

4.2.3 Relation viscosité dynamique vs viscosité cinématique 67

4.2.4 Détermination de la viscosité 68

4.2.5 Autres unités de viscosité 68

4.3 Régimes d’écoulement 68

4.4 Perte de charge 73

4.5 Définitions des débits 73

4.5.1 Débit volumique 74

4.5.2 Débit massique 74

4.6 Mesurage des débits 75

4.6.1 Classifcation des méthodes 75

4.6.2 Mesure des débits volumiques 76

4.7 Débitmétrie des gaz – Correction en pression et en température 100

4.8 Débitmètres massiques 103

4.8.1 Introduction 103

4.8.2 Débitmètres massiques à force de Coriolis 104

4.8.3 Débitmètres massiques thermiques 109

4.9 Longueurs droites amont et aval 111

4.10 Choix d’une solution de débitmètrie 112

4.11 Contrôleurs de débit 112

4.11.1 Débitmètres à cible (solution mécanique) 113

4.11.2 Contrôleur électromagnétique (solution électronique) 113

4.11.3 Contrôleur de débit à partir d’un débitmètre à flotteur 113

4.12 Compteurs volumétriques 114

4.12.1 Compteur à roues ovales 114

4.12.2 Autre type de compteur: les compteurs à pistons rotatifs 114

4.13 Calculs relatifs aux débits 115

4.13.1 Calcul du diamètre d’une conduite 115

4.13.2 Calculs usuels sur les débits mesurés par organes déprimogènes 115

4.13.3 Calcul des organes déprimogènes 118

4.14 Calcul de débit gazeux 118

4.14.1 Quantité de gaz 118

5 Mesure des masses volumiques, pH et conductivité 121

5.1 Mesure des masses volumiques 121

5.1.1 Introduction 121

5.1.2 Mesure par source radioactive 121

5.1.3 Capteurs à tubes vibrants 122

5.1.4 Densimètre à diapason 126

5.1.5 Mesure de la masse volumique des gaz : densimètre à cylindre vibrant 126

5.1.6 Mesure par ultrasons, détection d’interface 127

5.2 Introductions à la pH métrie 128

5.2.1 Introduction 128

5.2.2 Notions théoriques 128

5.2.3 Principe de la mesure 132

5.2.4 Vérification et étalonnage 143

5.3 Mesure de conductivité 144

5.3.1 Notions fondamentales 144

5.3.2 Mesure de la conductivité d’une solution 144

5.3.3 Unité de conductivité 145

5.3.4 Dispositif de mesure de conductivité 148

5.3.5 Étalonnage et entretien 153

5.3.6 Principe d’un conductimètre 156

5.3.7 Mise en oeuvre d’une mesure de conductivité 156

6 Températures 159

6.1 Spécificités et dificultés 159

6.1.1 Première dificulté (ou premier sujet de réflexion) 159

6.1.2 Deuxième dificulté (deuxième sujet de réflexion) 160

6.1.3 Troisième dificulté (troisième sujet de réflexion) 160

6.2 Échanges thermiques 160

6.3 Unités 161

6.3.1 Étalons primaires 163

6.3.2 Contrôle des capteurs 163

6.3.3 Principes physiques utilisés pour les capteurs de températures 164

6.4 Organisation d’une chaîne de mesure de température 164

6.5 Principes des thermocouples 165

6.5.1 Effets thermoélectriques 165

6.5.2 Application de l’effet Seebeck à la mesure de température 166

6.5.3 Principaux types de thermocouple 172

6.5.4 Réalisation des thermocouples 173

6.5.5 Raccordement des thermocouples 175

6.5.6 Récepteurs spécifiques associés aux couples thermoélectriques 176

6.5.7 Contrôle des thermocouples et ajustage des récepteurs 178

6.6 Sondes à résistances 180

6.6.1 Notions de résistivité 180

6.6.2 Principe des sondes à résistance 180

6.6.3 Mesure de la résistance 184

6.6.4 Exploitation de l’information délivrée par la sonde platine 185

6.6.5 Travail du régleur 186

6.6.6 Comparaison thermocouple/Pt100 187

6.6.7 Logiciel mesure des températures 187

6.7 Convertisseurs numériques 188

6.8 Mesurage optique des températures 190

6.8.1 Pyromètres optiques et thermomètres à infrarouge 190

6.8.2 Les pyromètres optiques 195

6.8.3 Autres appareils 200

6.9 Corrigés des exercices de la page 171 201

7 Niveaux 203

7.1 Généralités 203

7.2 Présentation des techniques de mesurage 204

7.2.1 Mesurage de d 204

7.2.2 Mesurage de h 204

7.2.3 Niveau à flotteur 205

7.2.4 Plongeurs soumis à la poussée d’Archimède 206

7.2.5 Appareils utilisant des plongeurs 207

7.3 Mesurages de niveaux par mesurage de pression 209

7.3.1 Méthode hydrostatique ou mesurage direct 210

7.3.2 Mesurage par insuffation 213

7.4 Mesurage de niveaux par sonde capacitive 215

7.5 Mesure de niveau par ultrasons 217

7.5.1 Principe 217

7.5.2 Configuration d’un capteur 217

7.5.3 Positionnement du capteur 218

7.5.4 Points importants 218

7.5.5 Domaines d’application 219

7.5.6 Limitations d’application 219

7.5.7 Intérêts de la mesure de niveau par ultrasons 219

7.5.8 Dificultés de la mesure de niveau par ultrasons 219

7.6 Mesure de niveau radar 220

7.6.1 Introduction 220

7.6.2 Principe général de la mesure 220

7.6.3 Technologie des radars sans contact 221

7.7 Technologie des radars à impulsions guidées 226

7.7.1 Principe de fonctionnement 226

7.7.2 Les différents modèles de sonde 227

7.7.3 Installation 227

7.7.4 Avantages 228

7.7.5 Domaines d’application 228

7.7.6 Limites d’application 228

7.8 Comparaison mesure par ultrasons contre mesure par radar 228

7.9 Mesure de niveaux par rayons gamma (g) 229

7.9.1 Principe 229

7.9.2 Quelques définitions parfois absentes des notices 229

7.10 Technologie des détecteurs de niveau 230

7.10.1 Systèmes vibrants 231

7.10.2 Palette rotative 231

7.10.3 Détecteur capacitif 231

7.10.4 Barrière micro-ondes 232

8 Implantation des capteurs 233

8.1 Introduction 233

8.2 Montage des transmetteurs 234

8.2.1 Sur les liquides 234

8.2.2 Sur les gaz 234

8.2.3 Sur la vapeur 234

8.3 Moyens de protection des capteurs 235

8.4 Utilisation de bloc manifold 237

9 Les organes de réglage : vannes régulatrices ou pompes à vitesse variable 239

9.1 Introduction 239

9.2 Vannes régulatrices - Introduction 239

9.3 Principaux constructeurs de vannes de régulation 240

9.4 Technologie des vannes de régulation 240

9.4.1 Les différents modèles de vanne régulatrice 241

9.4.2 Les actionneurs des vannes de régulation 245

9.4.3 Positionneur 249

9.5 Calcul d’une vanne automatique 253

9.5.1 Introduction au calcul 253

9.5.2 Principe du dimensionnement d’une vanne de régulation 254

9.5.3 Dénition du Cv 254

9.6 Caractéristiques de débit d’une vanne régulatrice 257

9.6.1 Caractéristiques de débit «intrinsèque » 258

9.6.2 Caractéristiques de débit « vanne installée » ou « caractéristique réelle » 262

9.6.3 Autorité de la vanne 263

9.6.4 Règle du choix de la caractéristique 267

9.7 Entretien des vannes 270

9.7.1 Réglages 271

9.7.2 Mode opératoire 271

9.8 Cavitation 271

9.8.1 Introduction 271

9.8.2 Cas de la cavitation 272

9.8.3 Coeficient caractérisant la cavitation 272

9.9 Vannes de régulation en « Split Range » ou échelle partagée 276

9.9.1 Introduction 276

9.9.2 Réacteur discontinu avec une réaction exothermique 277

9.9.3 Une régulation dans un bac de neutralisation 278

9.10 Pompes centrifuges entraînées en vitesse variable 279

9.10.1 Rappel 280

9.10.2 Courbe de pompe centrifuge 280

9.10.3 Point de fonctionnement 280

9.10.4 Modification de la vitesse de rotation en utilisant un variateur de vitesse 282

9.10.5 Paramétrage des limites de vitesse du variateur 285

9.10.6 Avantages et inconvénients de la variation de débit à l’aide d’une pompe centrifuge entraînée à vitesse variable 285

9.11 Conclusion 285

10 Accessoires 287

10.1 L’air instrument 287

10.1.1 Production et traitement de l’air comprimé 288

10.1.2 Détendeurs 290

10.2 Alimentation et câblage électrique 290

10.3 Isolation galvanique 291

10.4 Éléments de technologie pneumatique 292

10.4.1 Détection et amplification pneumatique 293

10.5 Les convertisseurs P/I et I/P (Pression/Intensité et Intensité/Pression) 297

10.5.1 Rôle 297

10.5.2 Schéma de principe d’un convertisseur P/I 297

10.5.3 Schéma de principe d’un convertisseur I/P 299

10.6 Les instruments de calcul (opérateurs analogiques ou numériques) 299

10.6.1 Règles d’écriture en « échelle normalisée » 300

10.6.2 Calcul en « échelle normalisée » 300

11 Régulateur et boucle de régulation 303

11.1 Introduction 303

11.2 Besoin de régulation 303

11.3 Constitution d’une boucle de régulation 304

11.4 Le régulateur 305

11.4.1 Schéma de principe d’un régulateur PID 306

11.4.2 Modes de fonctionnement d’un régulateur Auto/Manu 307

11.4.3 Sens d’action d’un régulateur 307

11.5 Objectifs d’une boucle de régulation 309

11.6 Les actions PID (proportionnelle, intégrale et dérivée) 310

11.6.1 Fonction proportionnelle 310

11.6.2 La fonction intégrale 315

11.6.3 Fonction dérivée 319

11.7 Configuration d’un régulateur numérique 329

11.8 Vérification du fonctionnement d’un régulateur 330

12 Procédé 333

12.1 Introduction 333

12.2 Étude du procédé en vue de la régulation 333

12.3 Réponse du procédé 334

12.4 Procédé naturellement stable et procédé naturellement instable 335

12.5 Obtention des réponses des procédés 336

12.6 Étude des réponses des procédés naturellement stables 336

12.6.1 Gain statique 337

12.6.2 Constante de temps 337

12.6.3 Temps de réponse 337

12.7 Étude des réponses des procédés naturellement instables 339

12.8 Identification de procédé 340

12.9 Identification en mode automatique 340

12.9.1 Procédés naturellement stables 341

12.9.2 Procédés naturellement instables 342

12.10 Limites 342

13 Schémas de régulation et mise en oeuvre 343

13.1 Schémas fonctionnels 343

13.1.1 Régulation en « boucle fermée » 343

13.1.2 Automatisme en « chaîne ouverte » 343

13.1.3 Régulation mixte (« boucle fermée » + « chaîne ouverte ») 344

13.1.4 Régulation cascade 344

13.2 Régulation discontinue 345

13.2.1 Action « Tout ou Rien » (discontinue) 345

13.2.2 Régulation fottante (discontinue) 345

13.3 Calculs des réglages PID 345

13.3.1 Régulation proportionnelle 345

13.3.2 Action P + I 347

13.3.3 Action dérivée 347

13.4 Mise en service d’une régulation 347

13.4.1 Instructions de mise en service d’une boucle simple 347

13.4.2 Mise en service d’une régulation mixte 349

13.4.3 Mise en service d’une régulation cascade 349

13.5 Cas particuliers 350

13.6 Régulation numérique et Système numérique de contrôle commande (SNCC) 350

14 Notions complémentaires 353

14.1 Notions de métrologie 353

14.1.1 Définitions 353

14.1.2 Incertitudes de mesure 358

14.1.3 Démarches de l’instrumentiste 360

14.2 Instrumentation en zone ATEX 367

14.2.1 Définition d’une atmosphère explosive (ATEX) 367

14.2.2 Comment une ATEX peut-elle exploser ? 368

14.2.3 Modes de protection des matériels ATEX 369

14.2.4 Directives européennes ATEX 371

14.3 Les sécurités instrumentées et le SIL (Safety Integrated Level ) 373

14.3.1 Le risque industriel 373

14.3.2 La norme IEC 61511 374

14.3.3 L’approche probabiliste du risque (LOPA) 374

14.3.4 La conception de la fonction SIL 376

14.3.5 La mise en oeuvre d’un système de sécurité instrumenté 377

14.3.6 La maintenance du système de sécurité instrumenté 378

14.3.7 Les avantages de l’approche IEC 61511 pour les sécurités 379

14.4 Notions sur les ultrasons 379

14.5 Application de la loi de Coriolis à la débitmètrie 381

Index 389

Annexes (les annexes sont à télécharger sur le site dunod_com)

A.1 Alphabet grec

A.2 Unités

A.3 Unités USA

A.4 Puissance et énergie

A.5 Décibel (dB)

A.6 Bruit

A.7 Compatibilité électromagnétique (CEM)

A.8 Désignation des tubes

A.9 Perte de charge

A.10 Dilatation des métaux

A.11 Eau

A.12 Masses volumiques et caractéristiques de divers solides

A.13 Masses volumiques des liquides

A.14 Masses volumiques des gaz

A.15 g, coeficient d’accélération de la pesanteur

A.16 Humidité (mesure d’)

A.17 Humidité de l’air « point de rosée »

A.18 Indice de protection (IP)

A.19 Log et log

A.20 Trigonométrie

A.21 Moyennes arithmétiques, géométriques, quadratiques

A.22 Notations du calcul opérationnel

A.23 Fonction de transfert du 1er ordre

A.24 Analyse liquide – Quelques notions

A.25 Résistivité et conductivité d’un liquide

A.26 Constante diélectrique

A.27 Poussée d’Archimède

A.28 Pouvoirs calorifiques

A.29 Représentation conventionnelle et repérage des instruments

A.30 Teintes conventionnelles

A.31 Table de référence des Sondes Platine Pt 100

A.32 Table de référence des couples J

A.33 Table de référence des couples K

A.34 Table de référence des couples N

A.35 Table de référence des couples T

A.36 Table de référence des couples S

A.37 Table de référence des couples E

A.38 Table de référence des couples B

A.39 Température de fusion

A.40 Transmission de chaleur

A.41 Exemples de calcul

A.42 Équation du transmetteur

A.43 Profil de vitesse

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