Dans le domaine de la mesure des fuites, deux types d'instruments de mesure de la chute de pression sont actuellement connus et largement utilisés : ceux qui ont une chute de pression absolue , ou relative, et ceux qui ont une chute différentielle par pièce échantillon.
Bien que la qualité de la mesure des deux types d'équipements soit décrite et cataloguée dans la norme, le champ d'application de l'une ou l'autre méthode n'est pas toujours clair et bien défini, à tel point que dans la plupart des cas pratiques les deux systèmes se chevauchent.
C'est aussi parce qu'avec le temps, les technologies et les composants ont évolué ; les schémas de base se sont enrichis et sont devenus de plus en plus performants, tant au niveau du logiciel de gestion que des variantes, options et modules pneumatiques non prévus dans les circuits originaux. Des volumes d'échantillons, des régulateurs électroniques, des condensateurs, des générateurs de vide, main fold, case isobares ou coaxiales, ont été ajoutés à l'équipement afin d'améliorer son efficacité et sa fiabilité.
Une des variantes de circuit qui commence maintenant à se répandre est la technologie Dual.
Si historiquement les systèmes différentiels sont nés avec le double objectif d'augmenter la résolution de la chute de pression et de compenser la tendance thermique de la pièce en cours de mesure, il est également vrai qu'au fil du temps, la technologie s'est améliorée de façon exponentielle en termes d'acquisition de strain gauge et de transducteurs électroniques, tout en augmentant la qualité des systèmes de chute absolue.
Un parallélisme technologique est possible dans le domaine de la mesure du poids, en comparant les balances à pousser ou dynamométriques avec load cells de type "balance avec des poids échantillons". Bien que les échelles de comparaison puissent sembler d'une précision infaillible, au fil du temps, ces systèmes ont laissé la place à la mesure par pont à jauges de contrainte qui, grâce à l'électronique, surpasse depuis plusieurs décennies tout autre système mécanique antérieur, tant en termes de précision que de facilité d'utilisation, réduisant les coûts, la maintenance, les pièces mécaniques et augmentant l'efficacité et la fiabilité.
Cela signifie qu'en installant un transducteur, par exemple avec une échelle de +/- 50 millibars, dans un système différentiel et en le comparant avec la pression directe d'un systeme à chute absolue avec une échelle maximale de 3000 millibars, les deux mesures en termes de résolution de Δp/Δt fonctionnent de la même façon. Si à la place on installait un transducteur à 6 bar dans le système absolu, la résolution se détériorerait deux fois, c'est-à-dire en doublant à environ 0,2 Pa par division.
Compte tenu du faible avantage en termes d'acquisition, il est clair que les systèmes différentiels, à la lumière de la plus grande complexité mécanique, contribuent à apporter des avantages notamment sur la compensation de la mesure en termes de température et de contrainte mécanique de la pièce, plutôt qu'en termes de précision de la chute de pression.
Considérations techniques
Détaillé sur cet aspect de résolution, quelques considérations purement techniques sont nécessaires.
La première est que, dans la pratique, sur les milliers d'applications résolues par ForTest, environ 90% se trouvent sous la pression de 6 bar, tandis que 60% se trouvent sous les 3 bar du test. Ainsi, même si la différence de bénéfices est déjà minime, dans plus d'un cas sur deux, il n'y a aucun bénéfice, même théorique, en termes de résolution dans l'utilisation d'une capteur différentielle.
En outre, dans les applications supérieures à 6 bars, il n'est pas recommandé de fixer un seuil de perte Δp/Δt proche de la fin de la résolution du measurateur. Au contraire, il est évident que plus la pression d'essai est élevée, plus la chute à mesurer augmente proportionnellement. En réalité, à des pressions supérieures à 8 bars, il est fortement déconseillé de fixer Δp à moins de 100 Pa ; dans ces régimes, une résolution de 0,1 ou 0,2 Pa ne change rien, sauf en matière de publicité.
La dernière considération est que ces données de résolution sont généralement mesurées à zéro, c'est-à-dire comparées aux primaires de pression ambiante. Dans la pratique, on sait peu de choses, si ce n'est des essais en laboratoire réalisés avec des fuites et des volumes d'échantillons à la pression d'essai réelle, sur le comportement réel en termes d'hystérésis de résolution. C'est-à-dire que toute membrane, tant absolue que différentielle, soumise à une pression de décalage (ou en mode commun dans le cas d'un différentiel) est inévitablement soumise à un "bruit" mécanique et à une contrainte qui, dans les conditions de certification, ne sont pas pris en compte.
Si la technologie de transduction et de numérisation des signaux de force et de pression a considérablement rapproché au fil des ans les caractéristiques des différents systèmes de mesure, au moins en termes de résolution, il est également vrai que les problèmes de compensation des variations thermiques et mécaniques sont restés les mêmes. Dans ce scénario, les systèmes différentiels jouent encore un rôle majeur.
En analysant les mesures de chute de pression différentielle symétrique nous avons encore deux cas, opposés l'un à l'autre, où les testeurs de fuite absolue sont désavantagés. Il s'agit de cas d'essais sur des pièces de très petit volume à très haute productivité (valves de pneumatique, raccords, composants biomédicaux, etc.), où le temps de cycle est maître et la vitesse de mesure est un paramètre prédominant, et de cas de grands volumes d'essais, où les dérives d'élasticité et de température affectent trop nettement pour ne pas être compensées.
En fait, dans les deux cas, les systèmes de mesure alternatifs ont montré des solutions plus appropriées que les systèmes différentielles. Par exemple, des systèmes de récupération de conformité ou d'interception de cloches pour les petits volumes et de débit massique pour les grandes pièces.
Les recherches en cours portent sur l'amélioration de l'application des systèmes différentiels. Dans cette vision, nous nous concentrons sur l'équilibrage d'échantillons de pièces. Aussi parce que les concepts de mesure absolue, différentielle et "dual" sont en fait transversaux aux différents types et applicables de différentes manières aux principes physiques des transducteurs utilisés.
Mesures sur pièces de petit volume
En ce qui concerne les mesures sur des pièces de petit volume, en vue de contenir les temps d'essais (par exemple 1,2s de cycle total de début à la fin, 1cc de test, fuite = 10 cc/h @ 2bar) et bien que la mesure absolue bénéficie d'une plage dynamique très élevée et ne nécessite pas les longs temps de stabilisation requis par les différences, on constate que l'équilibre mécanique du capteur différentiel est réellement encore plus immédiat et rapide que les systèmes "dual".
Lorsque, dans ces conditions particulières de micro-volume, la chute de pression qui se produit en cas de fuite est toujours d'une grande amplitude, l'utilisation de transducteurs de faible volume mort tels que les MEMS ou les "solid state", au lieu de transducteurs capacitifs, simplifie les problèmes de rupture et de fiabilité, tout en assurant une très haute échelle dynamique, mais avec une résolution plus limitée.
C'est le cas inverse de la mesure de pièces de grand volume, où il est nécessaire d'avoir des mesures aussi stables et à l'abri de tout type de bruit et de dérive, même au détriment de la largeur de bande. Ici, la résolution et la stabilité dans les mesures jusqu'à 60/120 secondes sont les caractéristiques spéciales.
Dans tous les cas de mesure directe, il faut se rappeler que le rapport aux fuites est toujours inversement proportionnel à la chute de pression Δp/Δt. Dans ces cas, il est préférable d'avoir conçu tous les bits de conversion possibles qu'offrent les composants AD, ainsi que des filtres plus grands et des immunités CEM.
Mesures sur des pièces de grand volume
Quel que soit l'état des petites pièces, le scénario physique et pneumatique de mesure de pièces de grands volumes est très différent, c'est-à-dire dans les cas où la sensibilité est requise, déjà entraînée par des tailles supérieures à 250 cc. C'est dans ce contexte que tous les fabricants d'appareils de mesure, y compris ForTest, ont fait des recherches sur les systèmes d'aide à l'utilisation d'échantillons de référence.
Une grande partie de la technologie basée sur des algorithmes logiciels permet de caractériser les tests considérés comme " bons " ou à l'intérieur d'une bande de sécurité extrême, de manière à recréer de façon antitransitoire un décalage dynamique et à pouvoir ajuster en continu une compensation de décalage dynamique sur la mesure Dynamic Offset Compensation (DOC). Tous les systèmes déjà largement utilisés comme algorithmes d'auto-zéro des systèmes de pesage les plus populaires, qui en fait ne s'adaptent que partiellement aux problèmes plus larges des processus complexes de test d'étanchéité.
L'inconvénient de ces systèmes et des solutions alternatives
D'autres systèmes largement utilisés permettent d'échantillonner à travers des sondes de température la tendance des facteurs environnementaux, créant une compensation du décalage en termes de Pa/Grado Centigrado (DOCT). Dans ce mode, après une période d'analyse des tests pratiques en production, c'est à dire l'acquisition au format Excel des mesures les corrélant avec les températures mesurées, nous introduisons un facteur de correction à la mesure afin de compenser les fluctuations de température.
Bien que plus laborieux en phase de développement, ces algorithmes ont l'avantage de ne compenser que le phénomène thermique et donc d'éviter une accumulation excessive de phénomènes à corriger.
Il faut garder à l'esprit que les compteurs différentiels de fuites sont couramment utilisés dans trois configurations pratiques, que l'on peut résumer de manière générique comme suit:
de ces trois configurations d'utilisation, la symétrique avec échantillon est la méthode qui apporte les meilleures réponses en termes de précision, de répétabilité et surtout de rejet au bruit généré par la température et les contraintes mécaniques.
Microvolume applications
Dans les applications micro-volumes, où la masse thermique prépondérante et les éléments en expansion sont en pratique les tubes de connexion à la pièce, l'utilisation d'un circuit de référence aussi proche que possible du côté de la mesure permet d'équilibrer parfaitement le système et de corriger non seulement la température mais aussi l'expansion des deux côtés du circuit (Test et Référence), étant donné que des éprouvettes aussi petites sont généralement rigides. Dans ces cas, un simple tube identique scellé sur la face de référence et de même longueur que le raccord d'essai est plus que suffisant pour obtenir à la fois une excellente répétabilité et une réduction drastique du temps de décantation. Dans le cas des pièces métalliques, un raccord aveugle servant de bouchon à l'extrémité du tube de référence assure une fonction de "capture de la température", ce qui améliore encore l'application.
Applications à volume plus élevé
La naissance des systèmes "Dual Absolute"
Pour surmonter ces problèmes de dérive et de stress des pièces de référence, des systèmes "Dual Absolute" sont nés. Dans une première version, ou plutôt dans les phases de test, ces systèmes ont été présentés comme de simples kits d'extension et de modification de dispositifs normaux absolus et différentiels.
Au moyen d'une vanne pneumatique à trois voies, une procédure d'échantillonnage a ensuite été introduite, c'est-à-dire un DOC "auto-apprentissage" sous forme automatique, avec des fréquences temporelles suffisamment rapides pour suivre l'évolution de la température ambiante, mais laissant suffisamment de temps de repos au côté de référence pour revenir à la condition d'élasticité initiale, c'est-à-dire la condition d'élasticité réelle à comparer avec les pièces de production testées.
Les mêmes systèmes sont utilisés sporadiquement par différents fabricants pour échantillonner les facteurs environnementaux (Tamb et Pamb) et pour compenser de manière pratique les mesures de débit volumétrique.
Dans le cas de la mesure de la pression, on a constaté au fil du temps que, grâce à une heureuse concomitance de facteurs positifs et tous dans le même sens d'amélioration et d'économie de produit, la création de deux branches symétriques de mesure absolue indépendantes l'une de l'autre mais régies par des modes logiciels différents a conduit à une amélioration sans précédent de tous les types de mesure.
Comme on peut le deviner, outre l'amélioration de la mesure symétrique, on a en fait découvert la possibilité, grâce à différents modes de gestion des tests, d'améliorer sensiblement tant la mesure du zéro central que la mesure asymétrique.
Depuis toujours considéré comme le système le plus "pauvre", grâce aux améliorations dans l'acquisition et la transduction déjà exposées, les appareils de mesure de désintégration absolue ont atteint une popularité croissante, maintenant généralement flanquée à la fois de différentiels et de débit massique.
Ce succès est dû en grande partie non seulement à la qualité réelle de la mesure, mais aussi à l'énorme simplicité, la robustesse et la fiabilité de la maintenance et de l'utilisation par rapport à tout autre testeur d'étanchéité dans le domaine industriel. Loin du concept de base d'automate, de vanne et de capteur de pression, nous sommes parvenus, grâce au développement méthodique du matériel et du firmware, à obtenir des machines précises et polyvalentes, avec une approche plus immédiate de la procédure de test d'étanchéité.
Il est nécessaire de toujours se rappeler la portée d'utilisation de ces dispositifs (qui n'est généralement pas le laboratoire idéal et avec des conditions stériles) dans lesquelles même des choses simples sont souvent compliquées avec une facilité énorme.
Bien qu'apparemment moins sensible à petite échelle que d'autres systèmes, la dynamique élevée pendant les phases de tassement et de mesure de la baisse absolue et l'absence de limites dans les hautes pressions ont consacré son application dans les champs non recommandés pour les débitmètres différentiels et les débits-masse. Par exemple, dans le domaine biomédical où, outre la fiabilité de la pneumatique et la nécessité de stérilité et de non-contamination des pièces testées, la forte oscillation des matériaux élastiques utilisés comme sacs ou sets transfusionnels a défini comme norme ces systèmes au détriment des autres.
Evidemment, ayant une gamme complète de solutions technologiques et de méthodes de mesure différentes, allant des gaz traceurs aux micro-circuits, des systèmes de récupération aux désintégrations sous pression, l'approche avec l'application fournit toujours la solution la plus appropriée, tout d'abord en termes de but et de portée d'utilisation, puis de sensibilité et enfin le temps de cycle requis.
Avantages des systèmes de type absolu
L'application d'un système de chute absolue, lorsque cela est possible, a toujours la fascination de "l'installer et l'oublier", alors que toute autre méthode à double capteur exige une attention particulière dans le domaine de la métrologie, en raison de la double mesure. Périodiquement, une vérification et un contrôle de dérive plus minutieux sont nécessaires ainsi que, comme dans tous les cas, une double certification. Par exemple, dans le cas des débitmètres massiques (qui ont en tout cas réduit et simplifié les cas d'interventions liées aux systèmes capillaires), il est toujours nécessaire de vérifier la qualité de l'air utilisé et l'état de propreté ou de dégradation du capteur de mesure.
En particulier, dans les systèmes à décroissance différentielle, l'usure et l'encrassement des vannes d'égalisation sont inévitables en raison des gaz d'échappement nécessaires pour préserver la durée de vie du transducteur de mesure, tandis que la pneumatique est beaucoup plus sensible et sophistiquée que tout autre système en comparaison.
Dans nos différentiels T8960, par exemple, l'opportunité d'utiliser des vannes commerciales a été étudiée afin de tirer parti des avantages d'interchangeabilité et de polyvalence des modèles à chute absolue, en laissant les fonctions d'égalisation et de protection du transducteur non plus aux composants mécaniques, mais aux procédures logicielles et aux signaux PWM à grande vitesse.
Dans la pratique, il est cependant difficile de définir quel système est le plus pratique à utiliser. Par exemple, comment comprendre si un diesel ou un essence est meilleur.
Que l'avenir est dans l'hybride ?
Comme nous l'avons déjà mentionné, les nouveaux systèmes "Dual Absolute" ne naissent pas de l'hypothèse de se placer dans une position intermédiaire entre les compteurs connus aujourd'hui, mais de les flanquer et de les améliorer lorsque cela est possible. En s'appuyant sur les caractéristiques des deux types aujourd'hui connues, ils visent essentiellement à fusionner leurs fonctions, en simplifiant et en enrichissant les cycles de mesure. D'une part, la fiabilité et la sécurité des systèmes absolus, d'autre part, l'effet amplificateur de la perte des systèmes à décroissance différentielle.
Les principaux éléments distinctifs
Bien qu'il soit encore trop tôt pour définir des normes, étant donné que la plupart des activités de recherche et développement de logiciels dans les différents modes, vous pouvez encore faire une brève description des systèmes "Dual Absolute".
L'élément distinctif le plus évident est l'utilisation d'un différentiel symétrique avec l'échantillon. Dans ce cas, la stratégie consiste à échantillonner la pièce de référence dans tous les cas pendant la phase d'essai, ainsi que dans un différentiel, mais seulement à des intervalles de temps permettant d'effectuer une comparaison correcte avec la pièce testée, sans pour autant déformer les caractéristiques élastiques et thermiques de la pièce de référence. Ces échantillons sont à leur tour stockés et comparés en mode vectoriel aux tests en cours, créant à toutes fins utiles une comparaison virtuelle jusqu'à un nouvel échantillonnage.
La preuve de l'amélioration est encore plus forte si est utilisée en mode différentiel symétrique au zéro central, où les systèmes différentiels actuels sont maintenant complètement abandonnés, étant considérés comme peu fiables en raison de l'incertitude de mesure en cas de perte des deux côtés. Dans ce mode, la puissance du système "Dual Absolute" est totalement exprimée, c'est-à-dire la possibilité d'exploiter les avantages d'une compensation symétrique mais en rendant le système sûr. En pratique, le cycle de mesure dans ce mode ne permet de prolonger la durée du test qu'en cas de déviation des valeurs absolues en détectant un faible facteur différentiel. Dans d'autres erminis, vous pouvez ainsi bénéficier à la fois de la grande immunité aux bruits environnementaux de la contrainte mécanique et de la dérive de température que procure le véritable équilibre symétrique, et de la simplicité fiable de la chute absolue.
En mode différentiel asymétrique, le logiciel se concentre sur la capacité à ne rejeter de l'air que lorsque cela est nécessaire. Comme il n'est pas nécessaire de sauvegarder le transducteur, il n'est plus nécessaire de générer une phase d'échappement à la fin du test, comme c'est le cas pour les compteurs différentiels. Cela permet de maintenir les deux côtés de la mesure sous pression autant que possible, en les stabilisant et en évitant la mécanique isobare compliquée, les tubes coaxiaux et autres dispositifs anti-expansion pour réduire les phénomènes d'élasticité interne des instruments. En pratique, lorsque cela est possible, la phase de déchargement a lieu au début du test, et non plus à la fin, et le pilotage se fait par interception du logiciel lorsque l'opérateur ou le banc est sur le point de vider l'éprouvette.
En conclusion
Ce sont en résumé les particularités les plus évidentes de la nouvelle technologie décrite ici. En plus de ces aspects, la certification de mesure est toujours et seulement inhérente à une mesure relative et dans la pratique est respectée toute la simplicité et la fiabilité d'un système à chute absolu. En pratique, même si vous perdez quelques décimales de résolution Pascal et avec des pressions de service supérieures à 6 bar, vous obtenez une simplification incroyable des systèmes différentiels les plus connus. Avec cette technologie, plus rien ne tourne nécessairement autour du transducteur différentiel, mais le matériel est réduit au minimum alors que le logiciel est en constante évolution.
Nous exhortons donc les techniciens de l'industrie et les fabricants d'équipement à contacter ForTest pour des essais et plus de détails et à ne pas hésiter à tester cette nouvelle technologie prometteuse.