ENGINEERINGNET.BE - Ils offrent un niveau élevé de sécurité et une excellente stabilité à long terme, tout en éliminant les problèmes bien connus comme la corrosion, les appoints d’huile ou les conduites fragiles. Ces capteurs sont de plus en plus considérés comme la solution idéale pour les applications exigeantes, y compris celles impliquant l’hydrogène.
Dans une usine chimique, une variation de pression soudaine dans un réacteur chimique critique déclenche immédiatement des alarmes. Y-a-t-il un danger pour la sécurité ? La qualité du produit est-elle affectée ? Quel est le problème sous-jacent? Une analyse des valeurs de pression, combinée à d’autres paramètres du processus – comme la température, le débit ou le niveau – permet de distinguer une défaillance du processus d’une erreur de mesure.
Après la température, la pression est la variable la plus mesurée dans l’industrie chimique. Les réacteurs, mais aussi les filtres, les tuyauteries, les cuves et les systèmes de mesure de niveau dépendent des mesures de pression (différentielle). La mesure de la pression joue donc un rôle essentiel dans la sécurité des processus et la qualité des produits. Dans le même temps, les capteurs utilisés sont exposés à des conditions extrêmes : des fluides agressifs, des températures élevées et des pressions variables.
Les limites des capteurs de pression à membrane métallique
Les capteurs de pression à membrane métallique, généralement en acier inoxydable ou alliages spéciaux, sont depuis des années la base de la mesure de pression industrielle. Leur robustesse mécanique les rend adaptés aux applications à hautes pressions et hautes températures. La grande diversité des conditions de processus a conduit, au fil du temps, au développement d’un large éventail de concepts et de techniques de mesure.
Cependant, ces capteurs à membrane métallique ont leurs limites. Une exposition prolongée à des fluides corrosifs peut endommager la membrane, tandis que le vieillissement du métal entraîne une dérive des valeurs mesurées et du point zéro. Pour garantir la précision, des recalibrages fréquents sont nécessaires, ce qui augmente les coûts et la maintenance.
Capteurs céramiques: résistants à la corrosion et durables
Les capteurs de pression à cellule céramique sont devenus populaires dans les années ‘90. Leur principal atout réside dans leur résistance exceptionnelle à la corrosion, ce qui les rend adaptés aux processus chimiques agressifs. Ils se distinguent également par une grande stabilité à long terme et une faible dérive.
Bien que les cellules céramiques puissent être utilisées dans 60 à 70% des applications chimiques, elles sont parfois considérées à tort comme fragiles. En réalité, c’est le contraire : la cellule céramique résiste mieux aux surcharges que la variante métallique. Alors qu’une membrane métallique peut se déformer de façon permanente sous une pression extrême, la cellule céramique reprend, elle, sa forme initiale sans dommage permanent.
Le principe de mesure à sec est un autre avantage. Contrairement aux capteurs à membrane métallique qui utilisent de l’huile pour transmettre la pression à la membrane, la cellule céramique fonctionne sans liquide, comme un système capacitif : les variations de pression entraînent une déformation de la membrane, provoquant une valeur mesurable de la capacité. Cette technologie élimine tout risque de fuite d’huile dans les processus et garantit des mesures fiables, même sous un vide poussé.
Une technologie de pointe pour les processus exigeants
La cellule de mesure CERTEC de VEGA est au cœur des transmetteurs de pression VEGABAR. La membrane et le corps de base sont fabriqués à partir de céramique d’oxyde d’aluminium ultra-pure et de conducteurs en or, dans des conditions de salle blanche. Les composants sont ensuite assemblés à haute température par brasage au verre pour obtenir une cellule de mesure hautement précise.
Pour garantir des valeurs de mesure fiables, même dans des conditions changeantes, VEGA a perfectionné la compensation de température. Outre la mesure de température dans le boîtier du capteur, un second capteur de température est intégré derrière la membrane pour détecter et compenser rapidement les variations via des algorithmes intelligents. Des données de température précises sont dès lors disponibles pour l’analyse des processus.
Des performances supérieures sous vide et avec l’hydrogène
Dans les applications sous vide poussé ou en présence d’hydrogène, les capteurs de pression à cellule céramique présentent des avantages indéniables par rapport aux capteurs métalliques remplis d’huile. Sous vide, l’huile de transfert peut bouillir et créer des bulles et des gaz susceptibles de fausser les mesures. Avec l’hydrogène, la diffusion joue un rôle crucial : les molécules d’hydrogène peuvent traverser les membranes métalliques, réagir avec l’huile et provoquer des erreurs permanentes. Elles peuvent aussi fragiliser le métal et altérer sa structure.
Les cellules en céramique sont insensibles à ces phénomènes. Même si de l’hydrogène pénètre dans la cellule, cela ne cause aucun dommage ni erreur de mesure. Les capteurs à cellule céramique sont donc particulièrement adaptés à la production d’hydrogène par électrolyse, qui exige des mesures précises à des pressions relativement basses.
Sécurité renforcée pour les fluides toxiques
Une sécurité maximale est cruciale lors de la mesure de gaz agressifs et toxiques, comme le phosgène. Dans ce type d’applications, de nombreux opérateurs privilégient les cellules céramiques sans huile. VEGA combine ici des plastiques chimiquement résistants à un concept de ‘Seconde Ligne de Défense’ : une membrane céramique sans huile et une séparation étanche au gaz par un passage en verre entre la cellule de mesure et l'électronique. Cette configuration, disponible sur les séries VEGABAR 82 et 83, offre une protection supplémentaire contre les défaillances.
La mesure de pression différentielle est essentielle pour le suivi des débits, des niveaux et des filtres. Cependant, les méthodes traditionnelles utilisant des conduites à impulsions sont sensibles au colmatage, au gel et aux erreurs de mesure causées par des inclusions gazeuses. VEGA propose une alternative avec deux capteurs séparés, couplés électroniquement. Cette solution permet une mesure précise de la pression différentielle, sans conduites complexes et avec une maintenance nettement réduite.
Conclusion
Les capteurs de pression à cellule céramique sont une alternative performante et durable aux capteurs de pression à membrane métallique dans l’industrie chimique. Leur haut niveau de sécurité, leur résistance à la corrosion et leur excellente stabilité à long terme en font une solution particulièrement adaptée pour les processus exigeants, les fluides agressifs et les applications impliquant l’hydrogène.
Capteurs de processus et cellule de mesure en céramique
Le VEGABAR 82 est un capteur polyvalent au sein de l’assortiment VEGA. Il mesure le vide absolu jusqu’à 100 bars à des températures comprises entre –40 à 150 °C. La cellule de mesure en céramique compense les chocs thermiques, ce qui rend le capteur largement applicable dans les processus chimiques. Pour les fluides très corrosifs et les conditions de processus extrêmes, le VEGABAR 81 offre une plage de mesure jusqu’à 1000 bars et de température jusqu’à 400 °C. L’association de deux capteurs de la série VEGABAR 80 permet de mesurer la pression différentielle sans conduites à impulsions.
Texte et photos: VEGA
