Rapport de stage : Étudier le principe de fonctionnement des capteurs de régulation

2015

Réalisé par : AABIDA ABDERRAHIM

Encadré par : BOUCHTA CHRIFI

Durée de stage : Du 1/09/15 au

30/09/15

Rapport de stage

SUJET :

Étudier le principe de

fonctionnement des capteurs

de régulation

GROUPE OFFICE CHERIFIEN DES PHOSPHATES

DIRECTION :

MAROC CHIMIE DE SAFI

Rapport de stage 2015

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Ce n'est pas parce que la tradition exige que cette page se trouve dans ce rapporte,

mais par ce que les gens à qui s'adressent mes remerciement vraiment.

Tout d'abord, je tiens à exprimer ma profonde gratitude et mes sincères

remerciement à Mr. CHRIFI pour la quantité de leur encadrement et pour me faire

l'honneur de guider ce travail, au quel ils ont consacré un grand intérêt malgré leurs

nombreuses préoccupations et leur grandes responsabilité.

Mes remerciements vont également, à Mr. RABIE et tous les personnes du service de

régulation pour leurs soutiennent durant la période de stage.

J'adresse mon sincère remerciement à Mr. RAOUFI professeure à la faculté des

sciences Semlalia Marrakech et à tous les enseignants pour les efforts qu'ils ont

déployés pour nous assurer une bonne formation.

Enfin que tous ceux qui ont contribués, de prés ou le loin au bon déroulement de ce

travail, trouvent ici l'expression de ma reconnaissance et mes remerciement.


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Table des matières

Remerciement .................................................................................................................................. 2

Introduction ..................................................................................................................................... 4

PARIE 1 : office chérifien des phosphates ................................................................................................ 5

Généralité sur le phosphate ................................................................................................................. 6

1-Le groupe OCP ..................................................................................................................... 6

2-Historique du groupe : ......................................................................................................... 7

3-Filiales du group OCP: ......................................................................................................... 10

PARIE 2 : Description des ateliers de Maroc Chimie ............................................................................... 11

1-Atelier énergétique ............................................................................................................. 12

2-Atelier phosphorique .......................................................................................................... 14

3-Atelier sulfurique ................................................................................................................ 16

1-Atelier des engrais .............................................................................................................. 17

PARIE 3 : Étudier le principe de fonctionnement des capteurs de régulation .......................................... 20

I- Notion sur la régulation: .............................................................................................................. 21

1-Introduction sur la régulation : ............................................................................................. 21

2- Définition de la régulation .................................................................................................. 21

3- Elément constituas d'une boucle de régulation .................................................................... 21

II- les capteurs de mesure ............................................................................................................... 24

1 - mesures et capteurs de pression ........................................................................................ 24

2- Mesures de Débit ................................................................................................................ 27

3- Mesures de Densité ............................................................................................................. 32

4- Mesures de Niveau ............................................................................................................. 33

5- Mesures de Température (Thermocouples) .......................................................................... 38

Conclusion ................................................................................................................................. 47


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Sans perplexité, le stage reste une sans perplexité, le stage reste une étape

nécessaire dans toute formation qui vise a être efficace et rentable.

Le stage est une préparation au monde du travail, c'est un passage

enrichissant qui a l'avantage de prolonger le stagiaire dans la réalité

industriel du reste, mon expérience a l'OCP m'étai bénéfique puisqu'elle m'a

permis de vivre et de s'acclimater avec l'environnement réel de travail.

Pour conclure se travail mon été d'une grande importance, dans la mesure ou

il m'a permis d'exploiter mes acquis pratique, et d'agrandir mes connaissance

technique.


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Généralité sur le phosphate :

Le phosphate est recherché pour l’élément phosphore qui ‘il contient. Il constitue un élément essentiel des cellules vivantes chez l’homme. Chez les animaux, il apparait dans les os et les dents. Chez les végétaux il véhicule l’énergie produit par la photosynthèse. La plus grande partie de la production mondiale des phosphates minéraux est utilisé pour la fertilisation des terres arables Le phosphore améliore la productivité des sols. Concrètement, il contribue à développer les racines, à faciliter l’alimentation de la plante et à la rendre plus résistante face aux maladies Donc le phosphate joue un rôle important dans la productivité agricole et par suite dans l’alimentation de l’homme 1-Le groupe OCP :

C’est une entreprise ayant une autonomie sur le plan de la gestion. Ses activités sont basées sur trois axes principaux : � Extraction et traitement du phosphate.

� Valorisation des phosphates en acide phosphorique et en engrais.

� Commercialisation des phosphates bruts et valorisé. Le Groupe Office Chérifien des Phosphates est spécialisé dans l’extraction, la valorisation et la commercialisation de phosphates et de ses dérivés. Le sous-sol marocain recèle les trois-quarts des réserves mondiales. Le phosphate provient des sites Khouribga, Ben guérir, Youssoufia, et Boucra-Laayoune, après l’extraction de ce minerai. On lui fait subir déférent opérations de traitement dont l’intérêt est de le rendre un produit prêt pour l’exportation tel quel ou pour la production de ses dérivés commercialisable dans les industries chimique du groupes Le groupe est le premier exportateur mondial de phosphate sous toutes ses formes, il écoule 95% de sa production en dehors des frontières national. Moteur de l’économie nationale, il joue pleinement son rôle d’entreprise citoyenne, cette

volonté se traduit par la promotion de nombreuses initiatives notamment en faveur du

développement régional et de la création de l’entreprise


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2-Historique du groupe :

1920 : création de l’office chérifien des phosphates (OCP)

1921 : début de l’exploitation sur le gisement OULAD ABDOUN

1931 : début de l’extraction souterrain à Youssoufia

1951 : démarrage de l’extraction en découverte à KHOURIBGA

1959 : création de la Société Marocaine d’Etude Spécialisées et industrielles

(SMESI)

1961 : mis en service de la première laverie à KHOURIBGA

1962 : introduction du mécanisme de souterrain à Youssoufia

1965 : création de la société marocaine MAROC CHIMIE

1967 : introduction du mécanisme de souterrain à KHOURIBGA

1969 : début de l’exploitation du phosphore à Youssoufia

1973 : création de la société des transports régionaux (SOTERG)

1974 : lancement des travaux du centre minier de BENGUERIR

1975 : création du GROUPE OCP 1976 : transfert au Maroc la société

PHOUSBOUCRAA Démarrage de Maroc phosphore 1 et Maroc chimie 2

1981 : démarrage du Maroc phosphore 2 L’OCP dans le capital de la société

PRAYON (Belgique)

1987 : démarrage des LIGNE D’ENGRAIS De Maroc Phosphore 3-4

1994 : démarrage du projet minier de SIDI CHENNANE.

1996 : création de la société Euro-Maroc Phosphore (EMAPHOS).

1997 : Accord d’association entre le groupe OCP et le groupe indien BILRA pour la

réalisation d’une entité de production d’acide phosphorique à JORF LASFAR

1998 : démarrage de la production de l’acide phosphorique purifié

2002 : prise de participation dans la société PPL (inde)

MISSION :

La mission de l’OCP peut être résumée dans les deux points suivants : Extraire les phosphates bruts, les traiter pour rendre marchands et les commercialiser.

Valoriser une partie de la production de phosphate dans les usines chimique soit sous

forme d’acide phosphorique, ou sous forme d’engrais.


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STATUT JURIDIQUE DE L’OCP :

Le groupe OCP est une entreprise semi-publique sous contrôle de l’état, mais elle agit

avec le même dynamisme et la même souplesse qu’une grande entreprise privée servant

à l’état marocain tout les droit de recherche et d’exploitation des phosphates, gérée par un

directeur est contrôlé par un conseil d’administration présidé par le premier ministre. La

gestion financière est séparée de celle de l’état.

Le groupe OCP est inscrit au registre de commerce et soumis sous le plan fiscal aux

même obligations que n’importe qu’elle entreprise privé (impôt sur les salaires, sur les

Bénéfices, taxes sur l’exportation…), et chaque année, le groupe OCP participe au budget

de l’état par versement de ses dividendes.


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3-Filiales du group OCP:

Dans le but de répondre aux besoins d’étude et de présentations liées à

l’exploitation et au développement, le groupe OCP dispose d’entités

spécialisées notamment :

-CERPHOS : (centre d’étude de recherche des phosphates minéraux), doté de

laboratoire et d’unités d’essais pilote.

-SMESI : (société marocaine d’étude spéciale et industrielle), entreprise

d’ingénieries et de réalisations industrielles.

-FERTIMA : (Société marocaine des fertilisants), opérant dans le secteur de

l’approvisionnement du pays en engrais du Maroc chimie et d’importations.

Cette société est prévue d’être privatisée, déjà 30% de sa capitale sont

introduit en bourse.

-MARPHOCEAN : Entreprise maritime spécialisée en particuliers dans le

transport de l’acide phosphorique.

-STAR : (Société de transport d’affrètements réunis), travaillant dans le

domaine du courtage des affrètements maritimes.

-SOTREG : (Société de transport régional), chargée du transport du personnel

du groupe OCP.

-IPSE : Institut de promotion socio-éducative.

Depuis 1975, l’ensemble de ces entités et filiales est intégré sur le plan

organisationnel, dans une structure de groupe, appelée groupe OCP, et

comprend également MAROC PHOSPHORE (y compris MAROC CHIMIE,

absorbée par MAROC PHOSPHORE), et PHOSBOUCRAA.


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Crée en 1965, cette usine fabrique des engrais qui contiennent essentiellement le phosphate élément nutritif des plantes ; il est constitué de :

D’un atelier énergie et fluide.

D’un atelier de production d’acide sulfurique.

De deux ateliers de production d’acide phosphorique.

D’un atelier d’engrais Bloc de production de MC :

Figure 1 : Bloc de production de Maroc Chimie

1-Atelier énergétique : L’atelier énergétique se base sur la production de la vapeur ainsi que la production de l’énergie électrique. 1-1Production da la vapeur : il se fait principalement à l’aide d’une chaudière ou un générateur de vapeur qui permet de transformer l’eau en vapeur à une température et pression bien déterminés en fonction des besoins.


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Corps de la chaudière: La chaudière est composée essentiellement de:

Chambre de combustion

Ballon inférieur

Ballon supérieur

Economiseur

Deux surchauffeurs

Un désurchauffeur Principe de fonctionnement : Une pompe alimentaire de 90 bar aspire de la bâche alimentaire et la refoule dans l'économiseur pour augmenter sa température de 120°C à 200°C, cette augmentation de température est du à l'échange thermique qui se fait entre l'eau et les gaz chaudes provenons de la chaudière, après utilisation ils se dégagement dans l'atmosphère. L'eau à 200°C alimente la chaudière a par le ballon supérieur puis par l'intermédiaire d'un nombre de faisceaux vaporisateurs vire le ballon inférieur. A partir de se dernier l'eau chaude circule dans les tubes à écran vers la chambre de combustion ou il atteint une température de 400°C et passe a la partie supérieur du ballon supérieur sous forme de vapeur de 400°C et 57 bar. il par un séparateur qui sépare la vapeur des gouttelettes d'eau avons d'être envoyée vers le surchauffeur primaire la température augmente jusqu'à 440°C, passe dans le désurchauffeur ou on injecte d'eau à 120°C à contre-courant, cette injection n'est valable que si la température est dupasse 450°C. La vapeur passe dans surchauffeur secondaire ou la vapeur atteint la température de 450°C. La vapeur sorte sous forme d'un vapeur sèche de 450°C et 57 Bar pour alimenter les trois turboalternateurs. 1-2 Production de l’énergie électrique : La vapeur prévenante de la chaudière entraine la rotation de la turbine ce qui transforme l’énergie thermique en énergie mécanique cette dernière va alimenter un alternateur qui va produire l’énergie électrique.

1-3 Traitement d’eau douce :


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La fonction principale de cette unité est l’épuration d’eau ,pour limiter les risques d’utilisation d’eau non épurée sur les conduite et aussi pour la production d’eau satisfait aux besoins à partir d’un brute venant Oued OUMRBIA

Figure 2 : Organigramme du traitement d’eau douce

2- Atelier sulfurique : La division de Maroc chimie dispose de trois lignes de production de l’acide sulfurique, une nouvelle ligne installée en 2000 dont la production journalière peut atteindre 2300tonnes et deux lignes similaire installées en 1976 avec une condense journalière maximal de 1000 tonnes par lignes. La production de l’acide sulfurique se fait en trois étapes :

Etape 1: la combustion Etape 2 : la conversion Etape 3 : l’absorption

La matière première :

Souffre liquide L’air sec L’eau alimentaire

2-1 Combustion: Le souffre fondé est stocké dans des bacs de stockage qui alimentent les ateliers sulfuriques avant qu’il soit introduit aux fours ; le souffre liquide est aspiré à l’aide d’une pompe vers un four à souffre ainsi que l’air sec après avoir passé par un filtre d’air puis une tour de séchage (pour éliminer l’humidité de l’air). Au niveau du four le souffre liquide et l’air réagit entre eux cette combustion se fait en présence d’un excès d’oxygène, c’est une


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réaction exothermique. D’ou la nécessité d’une chaudière de récupération qui récupère la vapeur haute pression. 2-2 Convertissage: Le gaz issu de la chaudière de récupération passe par un filtre à gaz chaud qui permet d’éliminer le passage du cendre dans un convertisseur à quartes masses de taux de conversion différents qui à pour but la conversion de SO2 en SO3. La réaction de conversion est la suivante : SO2 + ½ O2 SO3 2-3 L’absorption: 1ére absorption: Arrivant à la 3éme masse le gaz part à la tour « HRS » on arrose SO3 avec l’acide sulfurique à fin d’avoir un gaz plus concentré selon la réaction suivante : SO3 + H2O H2SO4 Au bout de la tour «HRS» la réaction est exothermique comme elle est liée à un dilueur pour diluer l’acide sulfurique 2éme absorption: Après la 1er absorption le reste de SO2 revient à la dernière masse du convertisseur en suite à la 2éme absorption qui est la tour d’absorption final qu’on arrose aussi avec l’acide sulfurique et qui donne l’acide sulfurique. Le taux de conversion finale est de 99.7 et le reste est de 0.03 de SO2 qui passe par la cheminée vers l’atmosphère.

Circuit acide : pour préparer l’acide sulfurique utilisé pour l’arrosage.

Partie de séchage Partie d’absorption

Bac de roulement


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la partie de séchage permet d’éliminer l’humidité de l’air elle est à la tour de séchage. la partie d’absorption à travers laquelle on fait l’arrosage de la 2éme absorption chaque partie dispose d’une pompe pour aspirer et refouler l’air.

La production de la 1ère absorption passe par un bac adjacent puis par le bac de roulement ainsi que la production de la 2éme absorption. Finalement toute la production passe par le bac de roulement puis par l’échangeur tubulaire du produit fini qui à pour but la diminution de la température à travers un échange avec l’eau de mer enfin passe au bac de stockage de l’acide sulfurique.

3-Atelier phosphorique : Généralités : C’est au sein de cet atelier que se fait la production de l’acide phosphorique à partir du phosphate et de l’acide sulfurique selon un processus qui fait intervenir les étapes suivantes :

Broyage de minerai. Attaque de phosphate. Filtration. Concentration de l’acide phosphorique.

3-1 Broyage de phosphate : Avant d’être broyés, les minerais du phosphate subissent un Lavage pour la séparation des particules de fines et grosses tailles. Le broyage sert à diminuer la taille des grains du phosphate pour favoriser la réaction d’attaque par l’acide sulfurique. L’alimentation en phosphate est faite à l’aide des convoyeurs à bandes 3-2 Unité d’attaque et filtration : L’opération d’attaque du phosphate se déroule dans une cuve agitée en ajoutant de l’acide sulfurique H2SO4 et l’acide phosphorique (moyen) recyclé. La cuve d’attaque est équipée de deux dépresseurs refroidisseurs da la bouillie exothermique ainsi qu’un ventilateur d’assainissement pour l’aspiration des gaz résultants. L’opération de filtration consiste à séparer l’acide phosphorique du gypse dans un filtre sous vide.

Au cours de cette filtration, il y a formation de trois qualités d’acide :

Acide fort : destiné au stockage (30%) ou à la concentration.


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Acide moyen : envoyé vers la cuve d’attaque. Acide faible : servant au lavage du gâteau.

Le gypse est à la fin lavé par l’eau filtrée chaude à 60°C, ensuite évacuée par l’eau de mer vers la mer et le filtre est relavé pour reprendre un nouveau cycle. 3-3 Unité de concentration : Ce procédé consiste à concentrer sous vide l’acide phosphorique de 30% en P2O5 à environ 54% P2O5. Cette opération s’effectue dans une boucle de circulation comprenant :

Un filtre qui retient les débris que peut contenir l’acide phosphorique 30% P2O5 Un échangeur utilisant la vapeur à 145°C et 3.5 ba rs pour vaporiser l’eau contenue

dans l’acide Un bouilleur sous vide pour séparer les gaz dégagés de l’acide concentré Un condenseur où la vapeur d’eau est condensée Une pompe de circulation

4-Atelier des engrais : Généralités : Cet atelier est destiné à la fabrication du Superphosphate triple (TSP) qui est un engrais simple qui ne contient que du P2O5. Sa fabrication est basée sur la réaction du phosphate naturel broyé avec l’acide phosphorique. L’atelier engrais de Maroc Chimie est constitué de deux lignes, à savoir :

Ligne nord (LN): 1215 t TSP/J. Ligne sud (LS) : 1215 t TSP/J.

Le procédé vise à convertir le P2O5 des matières premières en matières fertilisantes. Ce procédé renferme cinq étapes essentielles :


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La réaction La granulation Séchage La classification Section lavage

4-1 La réaction : Le phosphate broyé est attaqué par l’acide phosphorique 42% P2O5 au niveau du cône de mélange avant son introduction dans la cuve d’attaque. 4-2 La granulation : La bouillie provenant de la cuve d’attaque, s’écoule par débordement dans un graduateur rotatif où elle recouvre le produit de recyclage qui sert de support de granulation. Ce dernier est constitué du produit passant (les fines), le produit refus (les broyé et les concassé) et une partie de produit marchand Le mélange de la bouillie et du produit recycle donne naissance à des grains de TSP, sous l’effet de la rotation du tube et de la perte d’humidité du produit. 4-3 Séchage : Le produit granule s’écoule par une hotte de décharge dans un tube sécheur. Le but de séchage est de réduire l’humidité continue dans le produit par contacte avec une masse gazeuse chaude circulant à Co-courant obtenue par la combustion du fuel dans four horizontal appelé chambre à combustion muni de deux ventilateurs (un pour la combustion, l’autre pour la dilution). 4-4 La classification : Le produit séché est repris à la sortie du tube sécheur par un élévateur à godets qui alimente une série de quatre tamis vibrants fonctionnant en parallèle. Le refus des tamis, constitués par de gros grains, est préalablement concassé par un concasseur avant alimenter la bande de recyclage. Le passé des tamis rejoint une série de quatre cribles qui fonctionnent en parallèle. Chaque crible est équipé de deux toiles superposées effectuant deux coupures, une à 4 mm et l’autre à 2 mm. Les granules de faible dimension (< 2 mm) sont directement recyclées. Par ailleurs, des broyeurs à trois cylindres reçoivent le refus des cribles (> 4 mm), lequel après broyage est repris par la bande de recyclage. Le produit dont les grains sont compris entre 2 et 4 mm est envoyé au hall du stockage.


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4-5 Section lavage : Les gaz qui résultent des réactions chimiques ainsi que l’assainissement des différents équipements est acheminé vers des tours de lavage moyennent des ventilateurs d’assainissement, et ceci pour les récupérer avant le dégagement vers l’atmosphère.


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I- Notion sur la régulation:

1-Introduction sur la régulation : Pour avoir une bonne marche de production, certains paramètre doivent rester constante exemple : débit, prissions, température, niveau cela dans le but d’attribue à ces paramètre Les valeurs dévirées qui on appliqué à des différents principe de régulation. 2- Définition de la régulation :

C’est l’action dérégler, c'est-à-dire maintenir la sortie ou une grandeur d’état d’un système à une valeur constante quelque soit les perturbations, cette valeur prescrite on l’appelle par suite consigne. 3- Elément constituas d'une boucle de régulation : Une boucle de régulation doit comporter au minimum les éléments suivants : Un capteur de mesure Un transmetteur souvent intégré au capteur Un régulateur Un actionneur Elle est souvent complétée par : Un enregistreur Des convertisseurs Des sécurités 1-1- schéma principe d'une boucle de régulation : D’une régulation analogique:

Figure 3 : Schéma principe d'une boucle de régulation analogi que


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D’une régulation numérique:

Figure 4 : Schéma principe d'une boucle de régulation numériq ue

CNA : convertisseur Numérique Analogique CAN : convertisseur Analogique Numérique

On peut trouver aussi : I/P : Convertisseur électropneumatique P/I : Convertisseur pneumo électrique Le régulateur reçoit deux informations : Le signal de mesure (M ou PV) provenant du capteur la consigne (C ou SP) (qui peut être locale ou externe) En fonction de l'écart entre ces deux valeurs et de l'algorithme de calcul pour lequel il a été configuré, il délivre un signal de sortie (S ou OUT) dirigé vers l'actionneur afin d'annuler cet écart et de ramener la mesure vers la valeur de consigne. Le régulateur est le "cerveau" de la boucle de régulation. 1-2- nature des signaux: Les signaux reçus et transmis par le régulateur doivent être normalisés afin de permettre l'interchangeabilité du matériel. Ils peuvent être de nature différente : - Electriques - Pneumatiques - Numériques - Plus rarement hydraulique - Ces signaux sont normalisés Électrique (courant) :


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0% échelle ----> 4 mA 100% échelle ----> 20mA Pneumatique (pression) : 0% échelle ----> 200 mb (3 psi) 100% échelle ----> 1000mb (15 psi) En numérique, les signaux sont codés en binaire sur 8, 16, 32 ou 64 bits en liaison série ou parallèle.

Figure 5 : Signaux eletrique et pneumatique

En fonction de la nature des capteurs, des actionneurs et des régulateurs (analogiques ou numériques) des convertisseurs sont indispensables à différents points de la boucle pour normaliser les signaux. EXEMPLE: - Capteur de niveau par sonde hydrostatique - Régulateur numérique (ordinateur) - Vanne automatique à ouverture analogique à commande pneumatique

1-3- schéma de principe d'une boucle de régulation complexe:


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Figure 6 : Principe d'une boucle de régulation complexe

II- LES CAPTEURS DE MESURE:

Un capteur est l'élément d'un appareil de mesure servant à la prise d'informations relatives à la grandeur à mesurer. Le capteur est l'élément capital et le premier maillon d'une chaîne de mesure. Il a pour rôle de saisir et de transformer la grandeur physique à mesurer (ou mesurande) et le contenu de son information en une autre grandeur physique accessible aux sens humains ou aux maillons suivants de la chaîne d'acquisition. Ce sont donc des organes sensibles, transformant la grandeur à mesurer en un signal électrique, pneumatique, hydraulique ou numérique, normalisé, représentatif de l'information originelle. Cette transformation nécessite généralement un apport d'énergie extérieure au système. En règle générale, l'élément sensible du capteur est lié à un traducteur ou transducteur permettant la transformation du déplacement ou de la déformation de cet élément sensible en un signal ou une indication de mesure. Principes de quelques capteurs :

1 - mesures et capteurs de pression: DEFINITION : Une force pressante F s'exerçant uniformément sur toutes les parties d'une surface S détermine une pression P telle que P = F/S REMARQUE : Une pression dans un fluide peut s'exprimer en hauteur de colonne de fluide. Une mesure de pression peut donc permettre la détermination d'un niveau dans un récipient.


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1-1 Les outils industriels qui mesurent la pression :

Variation épaisseur diélectrique

variation épaisseur diélectrique

Cellule piézo-résistive - Modification résistivité par contrainte mécanique

Transmetteurs de pression:


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Capteur de pression relative - Chambre BP = pression atmosphérique

Capteur de pression absolue - Chambre BP = vide

Capteur de pression différentielle - Chambres Haute Pression et Basse Pression

∆P = HP-BP


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Utilisation capteur de pression différentielle - Mesure de débit (organes déprimogènes)

- Mesure encrassement filtre - Encrassement filtre = ƒ(∆P)

- Utilisation capteur de pression différentielle - Mesure niveau

2- Mesures de Débit

Débitmètre électromagnétique : Principe: Champ magnétique crée par deux enroulements inducteurs. Le conducteur est le fluide circulant dans une canalisation isolée électriquement à l’intérieur. La force électromotrice mesurée par deux électrodes en contact avec le liquide, perpendiculaire aux lignes d’induction est proportionnelle à la vitesse moyenne du liquide, (débit volumique du liquide). Le signal de sortie à une amplitude de quelques millivolts et indique également le sens de l’écoulement


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Loi de Faraday :

B = intensité champ magnétique D = largeur conducteur V = vitesse conducteur ---> E proportionnelle à V

E=kBDV


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Avantages : • Pas de perte de charge • Résiste à la corrosion • Pas de problème avec particules solides en suspension • Mesure ne dépend pas de - Viscosité - Température - Pression • Pas de longue portion droite requise • Précision 1 % Inconvénients • Isolement électrique • Bonne mise à la terre (élimination des potentiels parasites) • Dégazage et placement au point bas requis Caractéristiques d’utilisation - Conductivité minimale • quelques µS/cm à 20 µS/cm (std) (0,05 µS/cm (appareils performants) - Pression maximale de 1 à 40 bars (250 bars pour modèles spéciaux) - Température fluide de 70 °C 180 °C - Précision diminue avec vitesse écoulement - Vérification des paramètres de configuration • Echelle • DN • Amortissement • Sortie courant - Adaptation de zéro avec conduite pleine • S’assurer que la conduite est pleine et qu’il n y a pas de circulation • Lancer la procédure d’adaptation de zéro

Débitmètre à ultrasons - Basés sur vitesse de propagation du son – 2 méthodes - Temps de transit • 2 transducteurs • Ondes acoustiques de l’un à l’autre à 45 ° par ra pport à l’axe d’écoulement • ---> vitesse son = vitesse intrinsèque + apport vitesse fluide (dans un sens) • vitesse son = vitesse intrinsèque - apport vitesse fluide (dans l’autre sens) • Pas de gaz ou solides dans fluide (dispersion ondes acoustiques)


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Principe: Le temps de parcours d’une onde ultrasonore se propageant à la vitesse C obliquement d’une sonde A à une sonde B par rapport à l’axe de l’écoulement du fluide dépend de la vitesse U de ce fluide : tAB = L/(C − V·cos α.) Le temps tBA = L/C + V·cos α La différence entre les temps tAB et tBA donne : V = C/cos α ·( tAB − tBA ) / / /tAB + tBA et Qv = S · V. Le transmetteur délivre un signal (4 - 20 mA) de mesure proportionnel au débit volume.


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Effet Doppler • Source ultrasonore à fréquence constante • Réflexion son par particules solides ou bulles • Mais compression de la fréquence du son réfléchi due à la vitesse des particules ou bulles (effet Doppler)

Avantages • Large étendue de mesure (fonction du Ø) • Pas de perte de charge • Insensible à surcharge • Mesure dans les 2 sens • Utilisable pour fluide corrosif, chargé, abrasif ou pâteux • Coût avantageux pour larges conduites • Pas d’usinage sur la conduite Inconvénients • Etalonné dans conditions réelles • Correction en fonction de la viscosité • Longue section droite


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Caractéristiques d’utilisation - 1 % (système 1 capteur ou monocorde) et 0,5 % (multicorde) - Pression nominale de 16 bars à 250 bars - Section droite • 15 à 40 Ø en amont • 5 à 20 Ø en aval - Ø nominal de quelques mm à plusieurs mètres

3- Mesures de Densité Principes utilisés Source radioactive - Détecteur gamma = chambre d’ionisation - Courant généré dans chambre = ƒ(1/densité Tube vibrant - Vibration à fréquence naturelle - Fluide modifie fréquence - Mesure fréquence ---> masse volumique


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4- Mesures de Niveau - Mesure = indication permanente et précise entre min et max - Détection = information logique (niveau atteint ou pas) Plongeur – Tube de torsion - Basé sur principe d’Archimède

- Mesure poids apparent ---> poids liquide déplacé ---> hauteur h

Pression hydrostatique - Capteur de pression - P proportionnelle à h


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Insufflation ou méthode du « bullage » - Cuves enterrées, liquides agressifs, industrie nucléaire, … - Dès échappement bulles ---> pression dans canne = h.ρ.g

Capteur à palpeur électromécanique Principe Une bande de mesure lestée d’un palpeur ou contrepoids est descendue dans la trémie ou le silo .Lorsque le poids entre en contact avec la surface du produit, la bande se relâche, ce qui est détecté par l’asservissement électronique du transmetteur et la valeur mesurée est délivrée en un signal 4 – 20 mA. Le contrepoids retourne ensuite à sa position initiale, et la valeur mesurée déterminée est conservée jusqu’à la mesure suivante. Application spécifique Utilisation sur les solides, comme les céréales, les granulés en matière synthétique, et toutes poudres dans des trémies ou des silos. Non utilisable sur les liquides. Gamme de mesure jusqu’à 70 m précision à ± 2,5 cm. Température de processus maximale jusqu’à 230 °C. Pression de processus maximale jusqu’à 3 bar absolu.


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Sonde capacitive - Quand la sonde est dans l’air, ou le gaz, une capacité initiale est mesurée. La capacité C mesurée du condensateur augmente d’autant plus que la sonde est recouverte. - La capacité finale est obtenue lorsque la sonde est recouverte - La variation C correspondant à la variation totale du niveau. - La tension sinusoïdale appliquée entre la sonde et la paroi est d’une fréquence entre 20 kHz et 2 MHz.

Sonde capacitive - Si liquide isolant ---> joue le rôle de diélectrique


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- Si liquide conducteur ---> à joue le rôle d’armature

Sonde conductimétrique - Basé sur résistivité du liquide - Mesure par pont de Wheatstone

Ultrasons Envoie des impulsions ultrasoniques (10 kHz et 60 kHz) vers la surface du produit à la vitesse du son c Réflexion et réception par la sonde Mesure du temps t entre l’émission et la réception et détermination de la distance

d = c · t/2 Pour corriger la durée de propagation du son en fonction de la température, un capteur de température est intégré dans les sondes à ultrasons.

- Temps aller-retour = ƒ (distance) - Retour franc


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• Absorption par mousse • Echos dans multiples directions (grosse granulométrie) - Onde transmise dans tige métallique à onde guidée

Capteur de niveau à radar Principe Impulsions micro-ondes, (radar) (6 et 25 GHz) émises à la vitesse de la lumière c (300 000 km·s–1 ) vers le produit à mesurer par une antenne, Une partie est : réfléchie par la surface du produit, réceptionnée par la même antenne Mesure du le temps t de propagation correspondant à la distance d entre l’antenne et la surface du produit : d = c · t/2 La saisie des dimensions du réservoir permet par configuration d’obtenir un signal proportionnel au niveau

Radar Le principe de fonctionnement est le même que celui des ondes acoustiques, celle-ci sont alors remplacée par des ondes électromagnétiques. La vitesse des ondes électromagnétique est indépendante de : - La composition du gaz - La température - La pression - Densité - Turbulations


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Rayonnement Gamma - Basé sur absorption rayon gamma par milieu de remplissage - Procédé indépendant des propriétés chimiques et physiques du milieu - Egalement insensible aux poussières et mousses

Une source radioactive et un transmetteur sont montés sur des côtés opposés d’un réservoir, de sorte que les deux liquides 1 et 2 soient traversés par les photons du rayonnement gamma. Le transmetteur calcule la position de l’interface à partir de l’intensité du rayonnement reçu selon la montée du liquide dans le réservoir ; elle se situe entre 0 %, position la plus basse, et 100 %, position la plus haute.

5- Mesures de Température (Thermocouples)

Sondes métalliques Principe - Résistance varie avec température - Eléments sensibles = thermo sondes ou sonde à résistance - Montés dans thermomètre à résistance - Or, cuivre, nickel, platine ou argent - Cuivre = domaine (T°) réduit et linéaire - Nickel = plus grand domaine mais non linéaire - Platine = grand domaine, très bonne linéarité et stabilité excellente


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- Platine

Pour PT100

Connexion PT100 - Grandeur à mesure = résistance - Résistance des fils de liaison = problème

Résistances de liaison « r » automatiquement compensées PT100 2 fils utilisée sur une carte d'entrée prévue pour sondes 3 fils


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Sonde PT100 : montage trois fils

Résistance du fil de retour indifférente Sonde PT100 : montage quatre fils Ze est très grande : la chute de tension dans les RLx est négligeable Ce montage donne la meilleure précision mais est le plus cher

Avantages PT100 - Sensibilité supérieure à celle des thermocouples - Excellente stabilité - Très bonne linéarité - Durée de vie importante - Très bonne précision Inconvénients PT100


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- Courant de mesure ---> risque d’auto échauffement - Raccordement 3 fils

Thermistances– CTN et CTP - Agglomérat d’oxydes métalliques - Résistance très sensible à l’action de la température - CTN = coefficient de température négatif

Résistances Non-Linéaires Thermistances CTP (Coefficient de Température Positif) T augmente, R augmente Pas de polarité

Courbe caractéristique Zone 1 Coef. T° légèrement négatif Zone 2 (zone utile) Coef. T° positif Zone 3 Coef. T° fortement négatif (destruction CTP)


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Thermocouples Principes - Effet Seebeck (1770-1831) - Circuit de 2 métaux dont les 2 soudures sont à ≠ T° ---> production de courant

- Effet Peltier (1785-1845) - Courant électrique dans jonction de 2 matériaux différents ---> augmentation ou baisse de température selon le sens du courant

- Effet Thomson - Production d’un courant dans un matériau homogène soumis à un gradient thermique et parcouru par un flux de chaleur

Principe - Réunion de 2 fils métalliques de nature différente mais homogène - Si T° différente pour les 2 jonctions ---> force électromotrice Thermocouples Principes Soudure chaude ---> point de mesure Soudure froide ---> référence Erreurs de connexion - Connexion fils de cuivre externes ---> 2 thermocouples additionnels - Nécessité de compensation


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Thermocouples – Lois Empiriques - Loi métal intermédiaire - Insertion d’un métal intermédiaire ne modifie pas la tension

- Loi des températures internes - Quelle que soit la température d’un des fils de connexion, la tension n’est pas modifiée

- Loi du métal inséré - Quel que soit le métal inséré dans un des fils de mesure et quelle que soit la température de ce métal, la tension V ne sera pas modifiée


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Thermocouples - Caractéristiques

Thermocouples Linéarisation

Technologies de fabrication

Thermocouples Isolé


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Thermocouples Avantages - Mesures ponctuelles (petite jonction) - Réaction rapide (très faible inertie) - Génération de tension Inconvénients - Température de référence doit être constante - Signal non linéaire Codes couleurs

Conditions de montage sonde - Règles - Thermomètre affecte la température du milieu - Solide - Colles ou ciment - Liquide - Position où la vitesse d’écoulement est maximale - ∅ fils de connexion minimum - Profondeur d’immersion suffisante - Maximiser l’échange de chaleur


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Pyrométrie optique - Tout corps émet un rayonnement = ƒ(température) - Rayonnement absorbé = génération de chaleur - Pyromètre optique = détecteur échauffé par rayonnement thermique

Principe - Pas de contact - Adaptés pour - Milieux corrosifs - Vibrations - Températures très élevées (---> 4 000 °C) Choix du moyen de mesure de température


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Notre stage qui était au service de régulation au sein de la division

Maroc, nous a permis de s’intégrer dans le monde professionnel.

La période du stage, était une opportunité de découvrir le domaine

pratique qui complète et qui met en évidence tout ce que nous avons appris

durant le cours théoriques et pratique au sein de notre école.

Ceci constitue un outil primordial pour la formation d’ingénieur d’état

qui devrait d’ici lors, être un homme de terrain, un praticien ayant un esprit

d’analyse et d’initiative, ainsi que d’être un gestionnaire de groupe.

Enfin, nous tenons à remercier tous ceux qui ont accordé leur précieux

soutien pour l’accomplissement de notre stage dans les meilleures conditions.

Science

Rapport de stage : Étudier le principe de fonctionnement des capteurs de régulation