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Essais & Simulations n°118

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Le rôle des capteurs dans les essais

Dossier la vitesse

Dossier la vitesse d’acquisition a été portée à 1.7ms/voie, soit près de 30 fois plus rapide que la station classique de mesure (50 ms/voie). Figure 15 - Résultats d’essai comparatif temps-réel : MIMECOR-VT (1.7 ms) vs Station classique (50 ms) Ces résultats sont synthétisés dans le tableau de la Figure 16. La solution MIMECOR-VT permet une précision de mesure 10 fois meilleure (EQM de 0.1°C) pour une vitesse d’acquisition 30 fois supérieure (1.7 ms /voie). Figure 16 - Tableau des performances d’essai comparatif temps-réel : MIMECOR-VT (1.7 ms) vs Station classique (50 ms). Perspectives > Perspectives produits Le prototype, 15 voies, de la station de mesure rapide de température par thermocouple est en cours de finalisation et de validation. Il sera ensuite décliné en trois gammes de produits adaptés à des usages différents : • Une petite station de mesure de 18 voies. Elle sera dotée de périphériques d’affichage et de contrôle permettant une utilisation autonome sans PC. • Deux grandes stations de mesures, dédiées aux bancs d’essais, respectivement de 128 et de 300 voies. Plus rudimentaire dans leur conditionnement, ses 2 versions possèderont néanmoins un affichage et des boutons de contrôle permettant notamment la préparation des essais (Affichage et sélection pour « Finger test », notamment). La configuration de l’essai à proprement parler se fera à travers d’un PC de contrôle via une connexion USB ou Ethernet. Afin de satisfaire les attentes des professionnels et les exigences du marché, fort concurrentiel, l’accent sera porté, pour toutes ces versions, sur la pertinence des informations transmises, l’ergonomie des stations et leur robustesse. > Intégration d’une compensation active de l’IMC La validation métrologique sur données réelles a permis de révéler une meilleure robustesse de la technique de mesure de température MIME- COR-VT aux perturbations du mode commun comparée aux techniques classique (Voltmètre Intégrateur). Le tableau de la Figure 17 présente une synthèse de ces résultats obtenus par injection d’un courant de mode commun à différentes fréquences lors de ces essais. Il révèle que, quelle que soit la fréquence injectée, la technique MIMECOR-VT résiste mieux à cette perturbation. L’erreur maximale induite pour la technique MIMECOR-VT est inférieure à 4°C, là où celle de la technique classique dépasse les 14°C. Figure 17 - Tableau comparatif des effets de la perturbation du mode commun : MIME- COR-VT (20 ms) vs VI (20 ms). Afin d’améliorer d’avantages cette robustesse aux perturbations du mode commun, une technique de compensation active de l’Imc est déjà à l’étude. Les premiers résultats obtenus sont très encourageants et laissent présager une potentielle intégration de cette compensation dès les deuxièmes versions des produits envisagés.La Figure 18, ainsi que le tableau de la Figure 19, présentent les résultats préliminaires obtenus en simulation pour deux techniques filtrage candidates et trois architectures de compensation active. Ces six solutions potentielles permettent de réduire considérablement l’effet de l’Imc sur la qualité de la mesure sans engendrer, pour autant, une augmentation rédhibitoire de la charge de calcul. Une étude comparative approfondie sera menée afin de sélectionner la solution réalisant le meilleur compromis robustesse/charge de calcul. Figure 18 - Performances en simulation de différentes architectures candidates pour la compensation active d’Imc Figure 19 - Tableau comparatif de différentes solutions candidates pour la compensation active d’Imc Conclusion Dans cet article, nous avons présenté un nouveau dispositif de mesure de Essais & Simulations • SEPTEMBRE 2014 • PAGE 53

Dossier température par thermocouples (TC). Ce dispositif permet d’améliorer à la fois la vitesse de mesure (jusqu’à 20 ms/voie) et sa précision (de l’ordre de 0.1°C). De telles performances, inédites, permettent, d’une part, d’étendre l’usage des TC à la mesure rapide de température (choc thermique, mesure de température de flammes, etc.), et d’autres part, d’améliorer la qualité de la mesure dans les cas d’utilisation déjà existants (Synchronisation, rapidité, précision, etc.). Un prototype opérationnel de ce dispositif est en cours de finalisation et de validation dans les conditions d’essais d’environnement et notamment d’essais vide-thermique. Il sera, ensuite, décliné en trois gammes de produits visant à couvrir plusieurs tranches du marché de la mesure thermique par TC. En plus de cette perspective produit, de nouveaux défis technologiques sont actuellement relevés : Compensation active du mode commun, Mesure de température déportée et Réseaux de capteurs intelligents (Projet RCTI). * MIMECOR-VT : « Méthodes Innovantes pour la MEsure et le COntRôle des caissons d’essais Vide Thermique » est un projet R&D collaboratif mené par le consortium : DSi, Intespace, LAAS-CNRS, TSR et EREMS. Lauréat de l’appel à projet IRIS 2010 de la DIRECCTE Midi- Pyrénées, il est cofinancé par l’Union européenne avec le Fonds européen de développement régional (FEDER) + INSÉRER LA FI- GURE 00 Références [1] G. BONNIER et E. DEVIN, «Couples thermoélectriques Caractéristiques et mesure de température,» Editions T.I., 2014. [2] G. ASCH et collaborateurs, Acquisition de données du capteur à l’ordinateur, Dunod, 2003. [3] B. D. O. Anderson et J. B. Moore, Optimal Filtering, Prentice-Hall, 1979. [4] A. Ziadi, «Particules Gaussiennes Déterministes en Maximum de Vraisemblance Non-linéaire: Application au Filtrage Optimal des Signaux RA- DAR et GPS,» 2007. Caractérisation Mieux appréhender les transferts thermiques par des outils de mesure fiables Afin de pouvoir mieux appréhender et comprendre les transferts thermiques qui nous entourent que ce soit dans les domaines variés de l’industrie, dans ceux du bâtiment ou bien encore environnemental, les besoins en matière de caractérisation thermophysiques des matériaux se font grandissant. Il est utile de disposer d’outils de mesure fiable, robuste et peu couteux. Notre FP2C offre une réponse intéressante à ces contraintes. Conductivimètre fil chaud La méthode du fil chaud a été développée au début des années 30 par B. Stalhane et S. Pyk pour la mesure de la conductivité thermique de matériaux. Elle permet aujourd’hui de caractériser quasiment tout type de milieu : gazeux, liquide, solide ou poreux. La méthode a bien évidemment subi de nombreuses améliorations [Vries 58, Grazz 96] au cours des dernières décennies. Elle est actuellement la plus usitée dans le milieu industriel. Notre dispositif est constitué d’une sonde à chocs thermiques, à placer entre deux échantillons du matériau à caractériser (montage symétrique), d’un boîtier d’acquisition électronique et d’un logiciel de type interface graphique pour piloter les essais et traiter les résultats. Principe Le principe de la sonde à chocs est de produire localement un échauffement faible du matériau (quelques degrés au dessus de la température ambiante) et de mesurer la réponse dynamique thermique (durée de quelques minutes). Par un traitement mathématique de ce signal, l’identification de la conductivité thermique est réalisée. Ce principe de sonde et de dispositif a été développé par le CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment). Il dérive également de la norme ASTM D5930-97 et de la recommandation RI- LEM AAC 11-3. Notre appareil utilise une technologie innovante de type circuit polyimide kapton double face permettant de graver sur une face une piste en constantan dont la propriété recherchée est une stabilité de sa résistance ohmique avec la température, et sur l’autre face une piste en cuivre. La jonction électrique entre la piste constantan et la piste cuivre induit la création d’un thermocouple de type T. De manière générale, toute forme de circuit est possible, et le nombre de thermocouples peut être variable au besoin. Le conductivimètre fil chaud peut être complété d’une sonde plan chaud (estimation de l’effusivité thermique), d’une sonde anneau chaud (estimation de la diffusivité thermique), ou d’une sonde tige chaude (conductivité thermique des milieux granulaires) et de leurs logiciels associés. Elian Coment et Stéphane Palaprat (NéoTIM) Essais & Simulations • SEPTEMBRE 2014 • PAGE 54

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