Mesure de la pression

 

La pression est une grandeur physique dans un milieu fluide, elle traduit les échanges de quantité de mouvement dans un système thermodynamique.

Origine de la pression

Les molécules de gaz sont animées de mouvements constants et désordonnés appelés mouvement brownien ou processus de Wiener, le choc de ces molécules contre une paroi crée une force perpendiculaire à cette paroi.  Cette force par unité de surface s’appelle la pression.

L'unité de mesure de la pression

 

L'unité de mesure de la pression est le Pascal (Pa), en hommage à Blaise Pascal, mathématicien, physicien, inventeur, philosophe du XVIIe siècle.

1 pascal = 1 N/m2 où N, le Newton, est l'unité de mesure de la force. En météorologie, le pascal est une unité trop petite pour être utilisée, on utilise alors son multiple l’hectopascal qui est égal à 100 Pascal. D’autres unités non ISO existe, référez-vous au chapitre formulaire et unités physiques

Galilée, Torricelli et Pascal mettent en évidence la pesanteur de l’air. C’est Evangelista Torricelli qui créera le premier baromètre, ou la pression atmosphérique est équilibrée par une colonne de mercure surmontée d'un espace clos et vide. Dans ce système la pression est proportionnelle à la hauteur du mercure. Si on l’exprime en Pa, la pression en pascal, P= densité du liquide x  g x hauteur du liquide. 

 

 

 

 

Ce système permettait seulement de mesurer la pression atmosphérique. On appelle hauteur manométrique, la hauteur du liquide, la différence de niveau qui est considérée comme représentative de la pression. Par exemple, à pression atmosphérique normale, cette hauteur barométrique sera de 760mm pour du mercure et de 10.33 m pour de l’eau.

Mesure d’une différence de pression

Ce système fut amélioré pour transformer le baromètre en manomètre, il suffit d’ouvrir l’extrémité du tube coté vide, et à ce moment la la hauteur barométrique ne donnait plus la pression atmosphérique, mais la différence de pression entre les 2 extrémités du tube.

Ce système était peu pratique, soit la densité du liquide était importante, ce manomètre était petit mais on perdait en précision, soit la densité du liquide était faible, la précision était là, mais le manomètre était immensément haut.

 Manomètre à échelle dilatée

Une des réponses fut le manomètre à échelle dilatée.

Tous ces systèmes à base de liquide aussi précis qu’ils soient, ne pouvaient être employé en aéronautique, c’est un autre système qui fut utilisé, la capsule de vidie

La capsule de Vidie

La capsule de Vidie, ou « Vidi », est également appelée capsule anéroïde.

Principe de fonctionnement

C’est une boîte métallique ronde, plate, à parois minces qui sont maintenues écartées par un ressort. Cette boîte est étanche puisqu'elle a été scellée sous vide partiel. Le ressort qui maintient les parois, se comprime ou se détend en fonction des variations de la pression atmosphérique.

Les variations du volume de la capsule sont amplifiées et transmises à un levier. Celui-ci déplace une aiguille sur un cadran gradué, c’est ce que l’on trouve dans nos baromètres à aiguille, et c’est ce système qui est utilisé en aéronautique.

Avantages :
faible encombrement, faible poids, précision suffisante, affichage de la pression sur un cadran.

 

Capteurs de pression

Un capteur transforme une grandeur physique en une grandeur normée, généralement électrique, qui peut être interprétée par un dispositif de contrôle commande. Avec l’arrivée dans le monde aéronautique des commandes de vol électrique, les capteurs de pression ont maintenant toute leur utilité, car la grandeur électrique qu’il génère peut facilement être numérisée pour ensuite être traité par un système informatique.

Caractéristiques d’un capteur

Etendue de mesure : Valeurs extrêmes pouvant être mesurée par le capteur et courbe d’étalonnage.

Résolution : Plus petite variation de grandeur mesurable par le capteur.

Sensibilité : Variation du signal de sortie par rapport à la variation du signal d'entrée.

Précision : Aptitude du capteur à donner une mesure proche de la valeur vraie.

Rapidité : Temps de réaction du capteur. La rapidité est liée à la bande passante.

Linéarité : représente l'écart de sensibilité sur l'étendue de mesure

Type de capteurs de pression

Capteurs potentiométriques

Le curseur d’un potentiomètre est lié à une membrane. La déformation de la membrane entraîne un déplacement Δx du curseur.

Les capteurs à membrane

Le corps d’épreuve d’un capteur de pression est l’élément assurant la transformation de la pression en déplacement, déformation ou force (membrane).

Les différents capteurs à membrane sont :

- Les capteurs potentiométriques

- Les capteurs à jauges extensomètriques,

- Les capteurs capacitifs,

- Les capteurs à fibres optiques,

- Les capteurs à variation d’inductance

Capteurs à jauge extensométrique

Les jauges sont des éléments résistifs collés sur le corps d’épreuve assurant la conversion directe d’une déformation ε de la structure, en variation de résistance électrique ΔR

Capteurs capacitifs

Capteur capacitif associé à un pont de Wheastone

Quand dl=0, le pont est équilibré (Vs=0)