Views
9 months ago

Essais & Simulations n°118

  • Text
  • Complet
  • Mesures
  • Thermal
  • Techniques
  • Capteurs
  • Capteur
  • Ainsi
  • Simulations
  • Septembre
  • Essais
  • Mesure
Le rôle des capteurs dans les essais

Dossier correspond à

Dossier correspond à une fonction polynomiale de conversion inverse : température vers tension. Il est obtenu par une méthode d’interpolation à partir des tables de conversion standards ou expérimentales (étalonnage). • Caractérisation des bruits de mesure : Une étude théorique des différentes sources de bruits de mesure a été réalisée. Elle a permis de définir les campagnes d’essai de caractérisation nécessaires. Ces campagnes d’essai ont permis de quantifier ces bruits et d’en identifier les plus significatifs. Selon la nature et l’effet des différents bruits, ainsi caractérisés, des solutions ont été préconisées pour les réduire. Certaines de ces solutions reprennent les précautions de mise en œuvre classiques de la mesure par thermocouples, tels que le torsadage ou l’isolation des câbles des TC. D’autres solutions intégrées dans les techniques de filtrage optimal ont consisté à la prise en compte du bruit de mesure correspondant dans le modèle d’observation. Enfin, certains bruits, telle la tension du mode commun, nécessiteront une architecture spécifique. Etudiée dans le cadre du projet, elle sera mise en œuvre dans de prochaine version de l’instrument de mesure. . Adaptation et étude comparative de techniques de filtrage optimal : Cinq techniques de filtrage optimal candidates ont été identifiées et adaptées au problème de mesure de températures par thermocouple. Elles ont été comparées en simulation à une chaine classique de mesure (comportant un voltmètre intégrateur). Les indicateurs de performances retenus pour cette étude comparative sont : • L’Erreur Quadratique Moyenne (EQM) de mesure tant en régime transitoire qu’en régime permanent (palier de température constante). • Le biais de mesure qui correspond à l’erreur moyenne de mesure. • Le temps de calcul par échantillon. Ce dernier critère permet d’évaluer la faisabilité temps- réel de la solution étudiée et d’optimiser les exigences en termes de capacité calculatoire de la solution retenue.Cette étude a permis de sélectionner la technique de filtrage optimale réalisant le meilleur ratio gain en performances sur charge de calcul. . Implémentation : Architecture HW/ SW La nouvelle technique de mesure rapide de température a été implémentée sur une architecture matérielle adaptée composée de trois modules : • Un module d’acquisition : intégrant l’amplification, le multiplexage et la numérisation de plusieurs voies de mesure, il permet le conditionnement adapté du signal TC en vue du traitement numérique. • Un module de traitement : il intègre le microprocesseur dédié au traitement numérique du signal TC, ainsi que les mémoires nécessaires. Il embarque, notamment le logiciel de filtrage optimal. • Un module communication : Il gère Figure 6 - Architecture de l’outil de mesure rapide de température par thermocouple (prototype 15 voies) les périphériques (affichage et saisie) et les ports de communications (USB, ETH...) de l’instrument de mesure et dispose d’un microcontrôleur dédié. Cette architecture modulaire, représentée sur la Figure 6, a été pensée afin de minimiser l’effort de conception lors de la déclinaison du prototype développé dans le cadre du projet en produits de tailles (nombre de voies) variées. > Performances La démonstration des performances du nouveau dispositif de mesure de température par TC a été effectuée en trois étapes : • Phase de test en simulation. • Phase de validation métrologique sur données réelles (Traitement différé). • Benchmark temps-réel avec une station classique. Ces trois étapes ont donné des résultats concluants et ont permis de démontrer la supériorité, tant au niveau de la vitesse qu’au niveau de la précision, de la technique développée par rapport aux dispositifs classiques de mesure de température par thermocouples. Les figures 7, 8 et 9 présentent les résultats de la comparaison des performances en simulation de : • la solution MIMECOR-VT avec une vitesse d’acquisition de 20 ms/voies. • Deux configurations de voltmètre intégrateur : 20 ms/voies et 100 ms/ voies. Elles montrent une erreur quadratique moyenne (EQM) de la technique MIMECOR-VT jusqu’à cinq fois plus faible, y compris en comparaison à un VI avec une période d’acquisition 5 fois plus lente (100 ms). Cette supériorité est indépendante du niveau du bruit de mesure considéré (cf. Figure 8). Essais & Simulations • SEPTEMBRE 2014 • PAGE 51

Dossier Figure 7 - Mesures de température comparées : MIMECOR-VT (20 ms) vs VI (20 ms et 100 ms). La validation métrologique sur données réelles a été réalisée à l’aide du dispositif d’essai présentée sur la Figure 11. Ce dispositif, construit autour d’un banc de test certifié COFRAC, a permis l’enregistrement des tensions mesurées pour différents paliers de température. Ces jeux de données ont ensuite été traités par le filtre numérique et les résultats comparés à ceux obtenues sur le banc par la station classique de mesure. obtenus par ces essais. On y constate une précision de 3 à 5 fois meilleure que celle d’un voltmètre intégrateur, conformément aux résultats obtenus en simulation. Figure 13 - Tableau des performances sur données réelles : MIMECOR-VT (20 ms) vs VI (20 ms et 100 ms). Figure 8 - Comparaison des performances de mesures : MIMECOR-VT (20 ms) vs VI (20 ms et 100 ms). Figure 9 - Tableau comparatif des performances de mesures : MIMECOR-VT (20 ms) vs VI (20 ms et 100 ms). Pour une vitesse d’acquisition plus lente, d’une seconde par voie, la solution MIMECOR-VT conserve sa supériorité notamment en régime transitoire (hors paliers de température stable). L’EQM en régime permanent permise par cette solution est équivalente à celle délivrée par un voltmètre intégrateur pour une période d’acquisition de 5 s (cf Tableau comparatif de la Figure 10). Figure 10 - Tableau comparatif des performances de mesures : MIMECOR-VT (1 s) vs VI (1 s et 5 s). Figure 11 - Dispositif d’essai pour la validation métrologique sur données réelles. Les résultats obtenus par ces essais, et illustrés par la Figure 12, confirment la supériorité de la technique de mesure MIMECOR-VT. En effet, on constate sur la figure 12 que les mesures du voltmètre intégrateur à 20 ms (courbes bleu-ciel) et à 100 ms (courbe noir) sont nettement plus bruitées que celles délivrées par le traitement MI- MECOR-VT (courbe violette). Figure 12 - Résultats d’essai de validation sur données réelles : MIMECOR-VT (20 ms) vs VI (20 ms et 100 ms) Le tableau de la Figure 13 présente les indicateurs de performances (EQM) Cette même conformité entre simulation et données réelles est obtenue pour des mesures lentes (1 s), où la solution MIMECOR-VT permet une précision équivalente à celle d’un voltmètre intégrateur. Enfin, la dernière phase de validation a été réalisée avec le module d’acquisition MIMECOR-VT et un traitement temps-réel déportée sur PC. Ce benchmark a permis de comparer en temps-réel et sous conditions opérationnelles identiques un prototype de la solution MIMECOR-VT à une centrale d’acquisition classique. La référence de la température mesurée a été obtenue par une station de mesure dédiée assortie d’une sonde PT100. La Figure 14 présente le principe de ce benchmark. Figure 14 - Schéma de principe du Benchmark temps-réel : Solution MIME- COR-VT vs Station classique La Figure 15 illustre quant à elle le résultat de cet essai comparatif. On y constate une nette supériorité de la solution MIMECOR-VT en termes de précision de mesure, alors même que Essais & Simulations • SEPTEMBRE 2014 • PAGE 52

Essais et Simulations - Découvrez la revue en version digitale

Pour vous abonner, joindre la rédaction, communiquer dans la revue ou simplement avoir plus d'informations sur votre métier, rendez-vous sur notre site internet :

www.essais-simulations.com