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MAINTENANCE INSTRUMENTATION PRINCIPALES PANNES EN INSTRUMENTATION

MANUEL DE FORMATION Cours EXP-MN-SI170 Révision 0

Formation Exploitation Maintenance Instrumentation Principales Pannes en Instrumentation

MAINTENANCE INSTRUMENTATION PRINCIPALES PANNES EN INSTRUMENTATION SOMMAIRE 1. OBJECTIFS .....................................................................................................................4 2. INTRODUCTION .............................................................................................................5 3. LES CAPTEURS TRANSMETTEURS DE DEBIT ...........................................................6 3.1. DÉBITMÈTRE ÉLECTROMAGNÉTIQUE .................................................................6 3.1.1. Mise à la masse ................................................................................................6 3.1.1.1. Sur conduite conductrice sans revêtement ..................................................6 3.1.1.2. Sur conduite conductrice sans revêtement avec anneaux de protection .....7 3.1.1.3. Sur conduite conductrice avec revêtement et anneaux de mise à la masse 7 3.1.1.4. Sur conduite non conductrice avec anneaux de protection de revêtement ..8 3.1.1.5. Sur conduite conductrice avec anneaux de masse ......................................8 3.1.1.6. Sur conduite non conductrice avec électrodes de masse ............................9 3.1.2. Transmetteur de mesure séparé du capteur .....................................................9 3.1.3. Problème d’étanchéité.......................................................................................9 3.1.4. Problème d’encrassement...............................................................................10 3.1.5. Problème de conduite pas complètement en charge ......................................10 3.1.6. Pannes liées au signal de mesure du transmetteur et communication HART .10 3.2. DÉBITMÈTRE À EFFET VORTEX..........................................................................16 3.2.1. Écoulement dans tuyauterie mais aucun signal de sortie du transmetteur......16 3.2.2. Écoulement dans la tuyauterie mais le signal de sortie du transmetteur est incorrect :...................................................................................................................17 3.2.3. Signal de sortie en l’absence d’écoulement : ..................................................18 3.2.4. Sortie fréquence d’éjection du vortex ..............................................................18 3.3. DÉBITMÈTRE À SECTION VARIABLE ..................................................................20 3.3.1. Le débitmètre à section variable avec tube de métal ......................................20 3.3.2. Le débitmètre à section variable avec tube de verre .......................................21 3.4. DÉBITMÈTRE MASSIQUE À EFFET CORIOLIS....................................................22 4. LES CAPTEURS TRANSMETTEURS DE NIVEAU ......................................................23 4.1. RADAR....................................................................................................................23 4.2. INSUFFLATION ......................................................................................................26 4.3. CAPACITIF .............................................................................................................27 4.3.1. Présence d’une surpression ou d’une dépression dans le réservoir : .............27 4.3.2. Matériau de la cuve .........................................................................................27 4.3.3. Formes de la cuve ...........................................................................................28 4.3.4. Humidité ..........................................................................................................28 4.3.5. Flot de remplissage ou cuve avec agitateur ....................................................29 4.3.6. Mise en service ...............................................................................................29 4.4. RADAR À IMPULSIONS GUIDÉES ........................................................................30 5. LES CAPTEURS TRANSMETTEURS DE PRESSION .................................................32 5.1. PRESSION DIFFÉRENTIELLE AVEC SÉPARATEUR À MEMBRANE AFFLEURANTE .............................................................................................................32 5.2. TRANSMETTEUR DE PRESSION RELATIVE - ABSOLUE ...................................34 5.2.1. La membrane du capteur se perce..................................................................34 Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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5.2.2. La membrane du capteur est usée..................................................................35 5.2.3. Des pannes toute bête !!: ................................................................................35 5.2.4. Les couvercles des capteurs ...........................................................................36 5.2.5. Raccordement Process ...................................................................................37 6. LES CAPTEURS TRANSMETTEURS DE TEMPÉRATURE.........................................38 6.1. THERMOMÈTRE À RÉSISTANCE (pT100) ...........................................................38 6.2. THERMOCOUPLE ..................................................................................................42 7. VERIFIER UNE PANNE SUR UN TRANSMETTEUR ...................................................44 7.1. ALIMENTATION ÉLECTRIQUE ..............................................................................44 7.1.1. Signal de sortie du transmetteur à 0mA ..........................................................44 7.1.2. Court-circuit sur l’alimentation électrique d’un transmetteur ............................45 7.2. POSITIONS DE REPLI D’UN TRANSMETTEUR....................................................46 7.3. INVERSION DE POLARITÉ DU SIGNAL DE MESURE .........................................46 7.4. RAPPEL SUR LE CÂBLAGE DES TRANSMETTEURS DÉPORTÉ .......................47 7.4.1. Sur les débitmètres électromagnétique ...........................................................47 7.4.2. Configuration d’un transmetteur numérique avec une console........................49 7.5. PROBLÈME DE BRUIT DANS LA TRANSMISSION D’UN SIGNAL DE MESURE 50 8. LES ACTIONNEURS .....................................................................................................52 8.1. CORPS DE VANNE ................................................................................................52 8.2. PROBLÈMES SUR LES SERVOMOTEURS ..........................................................53 8.2.1. Servomoteur pneumatique à membrane .........................................................53 8.2.2. Les servomoteurs pneumatique à piston.........................................................54 8.3. POSITIONNEURS...................................................................................................56 8.3.1. Les positionneurs électropneumatique ............................................................56 8.3.2. Les positionneurs numérique ..........................................................................57 8.4. ELECTRO DISTRIBUTEURS .................................................................................58 8.5. L’AIR INSTRUMENT ...............................................................................................59 9. SOMMAIRE DES FIGURES ..........................................................................................60 10. SOMMAIRE DES TABLES ..........................................................................................62

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1. OBJECTIFS Le but de ce cours est de permettre à un futur instrumentiste de connaître les principales pannes en instrumentation sur un site industriel à dominance pétrolière. En fin de cours, dans le domaine des pannes en instrumentation, le participant devra être capable de : De connaître les pannes principales sur un capteur-transmetteur, De connaître les pannes principales sur une vanne de régulation et TOR, De savoir analyser tout une boucle de régulation avant d’intervenir.

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2. INTRODUCTION Ce cours va vous permettre d’identifier les pannes classiques sur tous les instruments de mesure et organes de réglage que vous allez rencontrer dans votre carrière d’instrumentiste. Avant toute chose, trois règles sont essentielles pour éviter des sources de pannes : Il ne faut pas oublier qu’il faut respecter impérativement tous les conditions de montage des instruments recommandées par les constructeurs, afin d’éviter un disfonctionnement des appareils, Il faut aussi respecter les raccordements électriques et pneumatiques préconisés par les constructeurs, Bien adapter les instruments en fonction des conditions process, Je vous conseille aussi avant de procéder à un démontage d’appareils de mesure ou d’organe de réglage de bien vérifier la boucle de courant et de veiller à ce qu’un dysfonctionnement du process ne vienne pas perturber la boucle de régulation. Une maintenance préventive doit être faite régulièrement en effectuant des étalonnages de capteurs transmetteurs (voir cours capteurs et transmetteurs) et de positionneur de vannes (voir cours vannes et actionneurs).

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3. LES CAPTEURS TRANSMETTEURS DE DEBIT 3.1. DÉBITMÈTRE ÉLECTROMAGNÉTIQUE 3.1.1. Mise à la masse La mise à la masse du débitmètre est un des aspects les plus important de l’installation. Une masse correcte garantit que le débitmètre ne mesure que la tension dans son champ magnétique. Figure 1: Débitmètre électromagnétique KROHNE Voici toutes les configurations possibles de mise à la masse d’un débitmètre électromagnétique: sur une conduite conductrice sans revêtement sur une conduite conductrice sans revêtement avec anneaux de protection sur une conduite conductrice avec revêtement et anneaux de mise à la masse sur une conduite non conductrice avec anneaux de protection de revêtement sur une conduite conductrice avec anneaux de masse sur une conduite non conductrice avec électrodes de masse

3.1.1.1. Sur conduite conductrice sans revêtement

Figure 2: Mise à la masse sur une conduite conductrice sans revêtement Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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3.1.1.2. Sur conduite conductrice sans revêtement avec anneaux de protection

Figure 3: Mise à la masse sur une conduite conductrice sans revêtement avec anneaux de protection

3.1.1.3. Sur conduite conductrice avec revêtement et anneaux de mise à la masse

Figure 4: Mise à la masse sur une conduite conductrice avec revêtement et anneaux de mise à la masse

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3.1.1.4. Sur conduite non conductrice avec anneaux de protection de revêtement

Figure 5: Mise à la masse sur une conduite non conductrice avec anneaux de protection de revêtement

3.1.1.5. Sur conduite conductrice avec anneaux de masse

Figure 6: Mise à la masse sur une conduite conductrice avec anneaux de masse

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3.1.1.6. Sur conduite non conductrice avec électrodes de masse

Figure 7: Mise à la masse sur une conduite non conductrice avec électrodes de masse

3.1.2. Transmetteur de mesure séparé du capteur Quand vous avez un transmetteur de mesure séparé du capteur (‘électronique déportée’), veuillez bien faire le raccordement électrique entre le corps du débitmètre et le transmetteur (voir cours accessoires en instrumentation), cela évitera des erreurs de mesure ou au pire un non fonctionnement du débitmètre.

Figure 8: Exemple de transmetteur déporté ABB

3.1.3. Problème d’étanchéité Le corps du débitmètre est fabriqué en acier carbone pour pouvoir remplir deux fonctions séparées. Il sert d’une part, de blindage qui isole les composants magnétiques du débitmètre des influences extérieures et assure la précision de mesure. D’autre part, il assure aux bobines et aux autres éléments internes une protection matérielle contre la contamination et autres dégâts risquant d’être causés par l’environnement industriel. Le corps étant entièrement soudé, il n’y a pas de joints ; cette enceinte est donc entièrement étanche et protège les éléments internes dans les applications les plus difficiles.

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Une des pannes classiques de ce genre de matériel est le cas où le revêtement (souvent en PTFE) ou une électrode endommagés laisseraient passer du liquide à travers les joints d’électrodes. Dans ce cas là, vous aurez donc du liquide qui arrive soit directement dans le transmetteur (électronique compact sur le corps du débitmètre) ou soit dans un bornier qui permet d’installer un transmetteur déporté. Transmetteur compact sur le débitmètre : Il y a deux solutions, soit l’électronique du transmetteur est Hors Service ou soit l’alimentation électrique du transmetteur a disjoncté et le transmetteur serait récupérable mais dans les deux cas je vous conseille de changer le transmetteur et de vérifier le débitmètre en atelier car vous ne savez pas si les électrodes ou les bobines sont encore opérationnelles. Transmetteur déporté : Dans ce cas là, vous retrouverez le bornier complètement oxydé et la mesure ne fonctionne plus. Il est préférable de changer le débitmètre.

3.1.4. Problème d’encrassement Selon le fluide qui traverse le corps du débitmètre, il peut arriver que le revêtement et les électrodes soient encrassés. Vous ne le verrez pas tout de suite car le signal de mesure dérive petit à petit. Il est donc préférable de démonter le débitmètre si possible pour le nettoyer.

3.1.5. Problème de conduite pas complètement en charge Le débitmètre électromagnétique est très sensible au fluide contenant des bulles d’air, cela influe complètement sur la mesure de débit. Dans ce cas là, le signal de mesure part ‘à fond’’, c'est-à-dire que le signal va plafonner à 20mA. Où alors le signal de mesure varie dans tous les sens. Pour remédier à ce problème, il est nécessaire de purger la tuyauterie pour ainsi éliminer les bulles d’air présentes dans la conduite.

3.1.6. Pannes liées au signal de mesure du transmetteur et communication HART Si le signal de sortie du transmetteur est instable, contrôler d’abord le câblage et la mise à la terre du débitmètre. Vérifier les points suivants : Est-ce que les connexions de terre sont raccordées à la bride ? Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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Est-ce que les plaques annulaires, des protecteurs de revêtement ou des électrodes de terre sont utilisés si la conduite est dotée d’un revêtement ou est non conductrice ? Les deux blindages sont ils raccordés aux extrémités ? Les instabilités en sortie du transmetteur sont généralement dues à des tensions parasites au niveau des électrodes de mesure. Ce ‘ bruit du process’ peut avoir diverses origines. Il peut provenir de réaction électrolytiques entre le fluide et l’électrode, de réactions chimiques du process, de la présence d’ions libres dans le fluide, ou bien encore de turbulence au niveau de la couche capacitive fluide/électrode. Dans ce type d’application, une analyse du spectre en fréquence relève que le bruit du process est généralement en dessous de 15 Hz. Dans certains cas, les effets du bruit du process peuvent être considérablement réduits si l’on élève la fréquence du signal d’excitation des bobines au dessus de 15Hz. SYMPTÔME

CAUSE PROBABLE Transmetteur hors tension

Sortie à 0 mA

Mauvaise configuration de la sortie analogique Panne électronique

Sortie à 4 mA

ACTION CORRECTIVE Vérifier la source d’alimentation et son raccordement au transmetteur Vérifier la position du sélecteur d’alimentation de la sortie analogique Remplacer les cartes électroniques

Le transmetteur est en mode multipoint.

Assigner l’adresse multipoint 0 au transmetteur pour le sortir du mode multipoint

Le seuil de coupure bas débit est trop élevé

Régler le seuil de coupure bas débit à une valeur plus basse ou augmenter le débit pour qu’il soit supérieur à la valeur de seuil

Débit en sens inverse

Activer la fonction Débit Inverse

Bobine en court-circuit

Vérifier l’intégrité des bobines

Tube vide Panne électronique

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Remplir le tube Remplacer les cartes électroniques

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CAUSE PROBABLE

Sortie à 21,6 mA

L’échelle du transmetteur n’est pas correcte

Modifier les valeurs d’échelle du transmetteur Vérifier que le diamètre du tube mis en mémoire dans le transmetteur correspond à la taille réelle du tube de mesure

Panne électronique

Couper l’alimentation du transmetteur pendant quelques instants. Si le problème persiste, remplacer les cartes électroniques

Sorties à leur valeur de défaut

Le transmetteur est hors tension Câblage incorrect Sortie impulsions reste à 0 quelque soit le débit

Débit inverse Largeur d’impulsion incorrecte Panne électronique

Configuration de la sortie 4–20 mA

Problèmes de communication avec l’interface HART

Message d’erreur sur la L.O.I. ou sur l’interface de communication HART

ACTION CORRECTIVE

Vérifier la source d’alimentation et son raccordement au transmetteur Vérifier le câblage de la sortie fréquence Activer la fonction Débit Inverse Régler la largeur d’impulsion Remplacer les cartes électroniques Vérifier la position du sélecteur d’alimentation de la sortie analogique (interne/externe). L’interface de communication HART doit être raccordée à la sortie analogique

Mauvais raccordement de l’interface de communication

Résistance de charge inappropriée (250 Ω minimum). Consulter les schémas de câblage.

Les piles de l’interface de communication sont déchargées

Remplacer les piles de l’interface de communication HART. Voir le manuel d’instructions de l’interface

La version du logiciel de l’interface de communication n’est pas à jour.

Contacter Fisher-Rosemount pour obtenir une version plus récente du logiciel

La cause dépend du message

Voir le tableau des messages d’erreur de la L.O.I. ou celui des messages de diagnostic de l’interface HART

Table 1 : Récapitulatif dépannage de base (ROSEMOUNT) Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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CAUSE PROBABLE

ACTION CORRECTIVE Vérifier les variables de configuration du transmetteur, du tube de mesure, de l’interface de communication, et/ou du système de contrôle.

Mauvaise configuration du transmetteur, du système de contrôle ou de l’appareil récepteur

Vérifier aussi la configuration des paramètres suivants : • Coefficient d’étalonnage du tube de mesure • Unité • Diamètre du tube Effectuer un test de boucle pour vérifier l’intégrité du circuit. Sur le modèle 8705, remplacer les électrodes

Encrassement des électrodes

Diminuer la taille du tube de mesure afin d’augmenter le débit au-dessus de 1fms. Nettoyer régulièrement le tube de mesure

Les mesures semblent ne pas correspondre aux limites d’incertitudes spécifiées

Présence d’air dans la ligne de mesurage

Placer le tube de mesure à un autre endroit dans la ligne du process de sorte qu’il soit constamment rempli du fluide

Le débit est inférieur à 1 ft/s (problème de spécification).

Voir les spécifications en précision pour le transmetteur et le tube de mesure utilisés

La procédure d’auto-zéro n’a pas été effectuée lorsque la fréquence d’excitation a été changée de 6 à 30 Hz

Effectuer un auto-réglage du zéro

Panne du tube de mesure électrode en court-circuit.

Effectuer des tests - Voir le manuel d’instructions

Panne du tube de mesure – bobine coupée ou en courtcircuit

Effectuer des tests - Voir le manuel d’instructions

Panne du transmetteur

Remplacer les cartes électroniques

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CAUSE PROBABLE

ACTION CORRECTIVE Suivre la procédure d’élimination du bruit.

Injection d’un additif chimique en amont du débitmètre

Liquides chargés–industrie minière/charbon/sable/boues (fluides avec particules solides).

Bruit du process

Particules non conductrices dans le process

Placer le point d’injection en aval du débitmètre, ou modifier l’emplacement du débitmètre

Diminuer le débit en dessous de 3 m/s

Suivre la procédure d’élimination du bruit Contacter Fisher-Rosemount Sur le modèle 8705, remplacer les électrodes

Ecrassement des électrodes

Diminuer la taille du tube de mesure afin d’augmenter le débit au-dessus de 1 m/s Nettoyer régulièrement le tube de mesure

Présence d’air dans la ligne de mesurage

Instabilité en sortie du débitmètre

Placer le tube de mesure à un autre endroit dans la ligne du process de sorte qu’il soit constamment rempli du fluide

Electrodes non compatibles avec le process

Consulter le guide de sélection des matériaux des débitmètres électromagnétiques (008160100- 3033) et vérifier la compatibilité chimique du process avec le matériau des électrodes

Mise à la terre défectueuse

Vérifier le câblage de mise à la terre

Présence de champs magnétiques ou électriques importants à proximité du débitmètre.

Déplacer le débitmètre (une distance de 6 à 7 mètres est recommandée).

La boucle de régulation n’est pas réglée correctement

Vérifier le réglage de la boucle

Vanne de régulation grippée (défaut mis en évidence par une oscillation périodique en sortie).

Réparer ou changer la vanne

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CAUSE PROBABLE Panne du tube de mesure

Défaut sur la boucle de la sortie analogique

ACTION CORRECTIVE Effectuer des tests - Voir le manuel d’instructions Vérifier que la mesure sur la boucle 4–20 mA correspond à celle de la sortie numérique. Effectuer un test de la sortie analogique

Table 2 : Récapitulatif dépannage avancé (ROSEMOUNT)

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3.2. DÉBITMÈTRE À EFFET VORTEX

Figure 9: Exemple de débitmètre à effet vortex

3.2.1. Écoulement dans tuyauterie mais aucun signal de sortie du transmetteur Vérifications de base : Vérifier que la flèche du débitmètre pointe dans la direction de l’écoulement, Vérifier et corriger les paramètres de configuration dans cet ordre : facteur K, type de service, matériaux, unités, température du fluide, amortissement, masse volumique, diamètre interne de la conduite, limite d’échelle, seuil de coupure bas débit. Vérifier le dimensionnement du débitmètre. S’assurer que le débit reste dans les limites mesurables. Électronique : Vérifier l’électronique en effectuant une simulation de débit, Vérifier la configuration, Remplacer les circuits électroniques. Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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Problèmes liés à l’application : Vérifier que la viscosité et la densité du liquide sont compatibles avec le diamètre de la tuyauterie, Recalculer la contre pression nécessaire. Au besoin et si possible, augmenter le débit ou la pression de service. Capteur : Vérifier le couple de serrage de l’écrou du capteur Vérifier que le câble du capteur n’est pas fissuré. Remplacer le câble au besoin. Vérifier l’impédance du capteur.

3.2.2. Écoulement dans la tuyauterie mais le signal de sortie du transmetteur est incorrect : Problèmes dus aux vibrations : Ajuster les paramètres du traitement du signal, Réorienter le débitmètre de 90°, Supporter la tuyauterie près du débitmètre afin d’amortir les vibrations. Mesure de 50/60Hz : Peut signaler des interférences électriques ou magnétiques. Vérifier la mise à la masse du débitmètre, Si le débitmètre est à côté d’un gros moteur ou d’un four électrique, essayer de changer son orientation pour réduire le ‘bruit’. En cas d’installation déportée, essayer un montage intégré pour éliminer ce problème. Capteur : Le capteur doit être difficile à retirer car son ajustement est très serré, Inspecter et resserrer le connecteur du capteur au besoin. Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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3.2.3. Signal de sortie en l’absence d’écoulement : Problème de vibration : Ajuster les paramètres de traitement du signal : - Hausser le seuil de coupure bas débit. Rehausser le niveau de déclenchement du filtre à seuils, Problème lié à l’application : Vérifier si les pulsations de la pompe perturbent l’écoulement, Ajouter un tranquiliseur d’écoulement, Vérifier que toutes les vannes sont fermées

3.2.4. Sortie fréquence d’éjection du vortex

Figure 10: Trajet du signal de mesure dans le transmetteur du débit vortex La sortie fréquence d’éjection des vortex est probablement le point le plus facile à mesurer et à interpréter. Elle fournit la forme finale de l’onde après tous les filtrages. C’est le signal de débit reçu par le microprocesseur, ce dernier le convertissant en signal de sortie. Vérifier ce point en premier car il donne la forme finale de l’onde (après filtrage) avant son arrivée au microprocesseur. Les Formes d’onde : Si vous êtes vraiment puriste et que vous avez le temps de vérifier le signal avec un oscilloscope, vous pourrez observer ce qu’il se passe. Voici 3 types de formes d’onde :

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Figure 11: Signal propre du vortex

Figure 12: Signal bruyant du vortex Quand vous avez ce type de signal, il est nécessaire de vérifier l’électronique à l’aide d’un générateur de fréquence externe. Vous pouvez aussi augmenter le filtrage du filtre passe bas. Ou alors si vous avez mal dimensionné le débitmètre par rapport au conditions process, vous aurez le type de signal ci-dessous.

Figure 13: Signal résultant d’un mauvais dimensionnement du vortex

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3.3. DÉBITMÈTRE À SECTION VARIABLE

Figure 14: Exemples de débitmètre à section variable Vous pouvez aussi l’appeler ‘débitmètre à flotteur‘, c’est plus simple. Comme vous pouvez le constater il existe deux types de débitmètres à flotteur : Le débitmètre avec tube de métal (figure de gauche), utilisé pour les fluides agressifs, haute pression, Le débitmètre avec tube de verre (figure de droite), utilisé pour les faibles débits et les fluides à basse pression.

3.3.1. Le débitmètre à section variable avec tube de métal Les deux pannes principales sur ce genre de matériel sont : Le flotteur reste bloqué dans le tube, cela est souvent du à un coup de bélier ou une mise en service brutale. Il vous suffit de le démonter et le débloquer mais parfois vous vous apercevrez qu’il est impossible de débloquer le flotteur car le guide de celui-ci à l’intérieur du tube est cassé : dans ce cas, vous n’aurez plus qu’à remplacer le matériel. Le flotteur coulisse bien le long de son guide dans le tube en métal et vous voyez que l’aiguille d’indication de débit reste figée au maxi de débit ou dans une position intermédiaire, ‘ le truc tout bête est que le mécanisme d’indication de débit est bloqué lui aussi’. Si vous avez de la chance, il vous suffit d’un petit coup de tournevis pour remettre le mécanisme en place. Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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Sur cette panne là, il est conseillé de vérifier le zéro et le maxi du débit pour être sûr que l’indication de débit est correct car il peut aussi arriver qu’elle soit décalée (seulement si le débitmètre à flotteur est équipé d’un convertisseur).

3.3.2. Le débitmètre à section variable avec tube de verre Quand vous n’avez pas de fluides agressifs, vous utilisez le tube de verre car il est très économique au niveau maintenance. Sur ce matériel, vous ne risquez pas grand-chose à part que le tube de verre peut se fissurer, s’encrasser ou se briser.

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3.4. DÉBITMÈTRE MASSIQUE À EFFET CORIOLIS

Figure 15: Exemples de débitmètres massique à effet Coriolis Il existe plusieurs versions de débitmètre massique à effet Coriolis : Monotube droit Bi-tube Coudé La différence est la fréquence d’oscillation et les pertes de charge. Cet instrument permet de mesurer un débit massique ou une densité avec une précision élevée mais il comporte des sources de perturbation à éviter qui peuvent l’endommagé ou perturbé la mesure. Les deux sources de perturbation sur les liquides à éviter sont : Les vibrations, Les dépôts sur le tube. Le débitmètre à effet Coriolis nécessite très peu de maintenance, à part un petit nettoyage de temps en temps si le fluide est visqueux ou s’il contient des particules solides. Nous n’avons pas de pannes spécifiques sur ce matériel à part que la mesure peut dériver dans le temps, le débitmètre peut s’encrasser selon le fluide ou à l’extrême il peut y avoir une panne de l’électronique du transmetteur (voir chapitre transmetteur).

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4. LES CAPTEURS TRANSMETTEURS DE NIVEAU 4.1. RADAR

Figure 16: Exemples de capteurs de niveau Radar Ce qu’il faut savoir sur le niveau radar, c’est qu’il possède une zone morte. La zone morte est une zone bien définie où le capteur n’arrive plus à mesurer le niveau de liquide. C’est plus exactement une zone qui se trouve en dehors du champ d’onde électromagnétique du cône de l’antenne. Bien souvent, la panne la plus banale est que l’opérateur de production vous appelle en vous disant : « Je comprends pas, j’ai un niveau sur une cuve de stockage qui ne fonctionne plus il m’indique 100% alors que j’ai un niveau visuel qui est correct et m’indique 90%» Quand cela arrive, allez voir sur l’afficheur du transmetteur qui va vous indiquer le message d’erreur correspondant à la cause de la panne. Si cela ne vient pas de la zone morte, le dernier recours est de vérifier l’étalonnage avec les paramètres de configuration car si l’échelle de mesure est décalée vous risquerez de vous retrouvez ‘hors échelle de mesure’ à un certain niveau de liquide dans un réservoir. Il faut retenir que le niveau radar est un appareil très fiable mais pour certaines applications de process, il n’arrivera pas à mesurer un niveau correctement (dans les ¾ des cas, c’est le constructeur qui vous détermine la faisabilité selon les conditions process). Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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Exemples d’applications:

Figure 17: Application d’un niveau radar sur un réservoir avec agitateur Sur l’exemple ci dessus, nous voulons agitez un produit stagnant dans une cuve il est préférable d’installer le capteur dans un ‘tube tranquiliseur’, cela évite que le capteur vous indique une mesure complètement fausse.

Figure 18: Application d’un niveau radar sur un réservoir tampon C’est la solution la plus classique où vous avez juste à bien paramétrer le capteur et ‘le tour est joué’. Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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Remarque : Si vous avez un produit dans une cuve qui risquerait de dégager de la chaleur et former des condensats, le niveau radar ‘ perd la tête’ car l’écho ne réfléchi plus sur l’antenne du capteur. Sur une mesure de niveau de solide, vous pouvez aussi avoir des poussières qui viennent encrasser l’antenne du radar et pour éviter cela il faut installer un niveau radar avec un petit piquage qui permet de venir raccorder soit de l’air ou du gaz afin de pouvoir insuffler en permanence l’antenne du cône avec un petit débit d’air ou de gaz. Cela évite l’encrassement du cône et les dérives de la mesure. Vous pouvez aussi rencontrer un problème de réflexion d’échos parasites, à présent vous avez une fonction qui permet d’analyser ces échos parasites et de les inhibés.

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4.2. INSUFFLATION La mesure de niveau par insufflation est une vieille méthode de mesure qui a porté ses fruits, on l’utilise vraiment quand nous avons une mesure de hauteur de liquide chargé ou agressif. Le principe consiste à insuffler un débit d’air constant dans un petit tuyau débouchant sous la surface de l’eau, la pression de l’air est équilibrée par la colonne d’eau. La pression de l’air qu’il faut appliquer pour produire des bulles est égale à la pression du fluide en bout de canne. La mesure de la hauteur d’eau est égale à la pression d’air fournie. Figure 19: Exemple de niveau par bullage Conditions d’installation: Extrémité du bullage doit être située sous le niveau minimal de l’eau et au dessus des dépôts possibles. Absence de coude et longueur limitée à quelques mètres pour le tuyau d’air (pertes de charge). Éviter les grandes vitesses de l’eau (forces d’aspiration pouvant fausser notablement la mesure) Ce principe de mesure est très utilisé sur des fosses de rétention et des cuves de stockage de produit. Les pannes les plus fréquentes sont : La prise d’impulsion qui se bouche, Le capteur de pression qui ‘lâche ’, cela arrive souvent quand vous n’avez plus de débit d’air d’insufflation tout le liquide arrive jusqu’à la membrane du capteur et celui ci ne résiste pas à l’agressivité du produit. Pas d’alimentation en air instrument.

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4.3. CAPACITIF Le capteur de niveau capacitif est utilisé pour mesurer un niveau sur des solides ou des liquides non conducteurs comme l’huile par exemple. Son fonctionnement est simple il est équipé d’une électrode de mesure (sonde) qui avec les parois de la cuve et le produit vont former un condensateur, dont la capacité va fluctuer en fonction de la montée ou descente du liquide au contact de la sonde. Pour plus de détails sur le principe de fonctionnement, allez jetter un œil sur le cours ‘Capteurs et Transmetteurs’. La variation de capacité va être convertie par l’intermédiaire d’un préamplificateur qui se trouve dans la tête du capteur en un signal standard 4-20 mA proportionnel au niveau. La sonde est isolée par un revêtement PTFE. Vous pouvez régler la longueur de la sonde en la coupant à l’aide d’une scie à métaux (Bien sûr il ne faut pas vous tromper de longueur car vous n’avez qu’une seule chance). Figure 20: Exemple de capteur de niveau capacitif Il ne faut surtout pas retirer le revêtement PTFE de la sonde car il sert d’isolement entre l’électrode de mesure et les parois d’une cuve. Si vous faites ceci le capteur ne fonctionnera plus.

4.3.1. Présence d’une surpression ou d’une dépression dans le réservoir : Il faut étancher le raccord process et s’assurer que le matériau du joint soit résistant au produit mesuré et aux températures régnant dans la cuve. Des mesures isolantes comme l’enrobage de téflon (PTFE) du raccord par exemple peut interrompre la liaison électrique nécessaire dans les cuves métalliques. C’est pourquoi il est nécessaire d’effectuer une mise à la terre de la sonde à la cuve ou d’utiliser du matériau d’étanchéité conducteur.

4.3.2. Matériau de la cuve Réservoir métallique : Il faut veillez à ce que le raccord mécanique de la sonde et le réservoir soient reliés par un câble conducteur électrique pour garantir une masse suffisante, Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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Utiliser des joints d’étanchéité conducteurs, en cuivre ou en plomb par exemple. Réservoir à parois non conductrices : Dans les cuves à parois non conductrices (cuve en plastique par exemple), le second pôle du condensateur doit être fourni séparément (voir avec le constructeur), Dans la mesure du possible, installez la sonde de mesure capacitive verticalement ou parallèlement à une contre sonde. Ceci concerne en particulier les produits non conducteurs.

4.3.3. Formes de la cuve Réservoir cylindrique couché ou sphérique : On obtient des valeurs de niveau non linéaire en raison de l’écart entre la sonde et la paroi de la cuve. Il faut utiliser un tube de référence ou faire une linéarisation du signal de mesure à l’aide de l’électronique du transmetteur. Réservoir à fond conique : Dans les cuves à fond conique, il peut être avantageux d’installer le capteur au centre de la cuve, le capteur pouvant alors mesurer jusqu’au fond de la cuve.

4.3.4. Humidité Formation de condensat : La formation de condensat sur le toit de la cuve peut conduire par l’écoulement du liquide à la formation d’un pont et donc à des erreurs de mesure. Il faut protéger le boîtier du transmetteur contre l’infiltration d’humidité en conduisant le câble de raccordement devant le presse-étoupe vers le bas. Cela concerne en particulier des montages à l’extérieur ou dans des lieux où il faut s’attendre à de l’humidité (due par exemple à des processus de nettoyage) ou encore des cuves chauffées. Figure 21: Raccordement pour éviter l’infiltration d’humidité dans un capteur Ceci est valable pour les raccordements de tous types de transmetteur (voir cours ‘Accessoires en Instrumentation’). Ce type de raccordement est appelé dans le langage de la maintenance : ‘La goutte d’eau’ Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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4.3.5. Flot de remplissage ou cuve avec agitateur Si vous installer un capteur de niveau dans le flot de remplissage d’un cuve, ceci peut entraîner des variations de mesure intempestives, il est recommandé de l’installer à un endroit de la cuve où il ne sera pas perturbé par des influences négatives telles que flots de remplissage ou agitateurs. Ceci est valable en particulier pour les types d’appareil ayant une longue électrode. Figure 22: La position du capteur de niveau capacitif ayant une longue électrode

4.3.6. Mise en service Je vous conseille dans un premier temps de bien paramétrer le transmetteur car cet appareil mesure la capacité du produit contenu dans la cuve. Pour avoir une bonne lecture de la mesure, il faut procéder à une attribution de la capacité mesurée par rapport au pourcentage de hauteur. Nous devons donc saisir la capacité avec une cuve pleine de produit et celle avec une cuve vide. Si la cuve ne peut être vidée ou remplie entièrement, vous pouvez également effectuer le réglage avec d’autres hauteurs de remplissage connues par exemple 10% et 90%. Ces deux saisies permettront au capteur de calculer la hauteur de remplissage proprement dite. Dans un deuxième temps, si vous voyez que la mesure varie régulièrement et bien vous pouvez filtrer directement la mesure avec le paramètre ‘Damping’ qui est exprimé en secondes ou minutes. Nous verrons en détail les paramètres des transmetteurs dans le chapitre de ce cours ‘ PARAMETRAGE DES TRANSMETTEURS ‘.

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4.4. RADAR À IMPULSIONS GUIDÉES Ce type de capteur se base sur la propagation d’ondes électromagnétiques mais celles-ci se déplacent le long d’un câble ou d’une tige. Lors de l’impact sur le produit à mesurer, une partie de l’énergie est réfléchie vers l’émetteur On peut dire que l’on utilise la mécanique du système capacitif en associant l’électronique du radar. Ce capteur est donc insensible aux variations des caractéristiques du produite (masse volumique, température et pression), ce qui signifie qu’on peut changer la nature du produit dans la cuve et il est également insensible aux mousses ou aux colmatages. En plus les ondes étant guidées par un câble, il peut être monté près des parois de la cuve, voir dans des cuves très petites Figure 23:Le niveau radar à impulsions guidées Les pannes qui peuvent arriver sur ce genre de matériel proviennent le plus souvent de l’électronique ou au pire à une rupture de la tige.

Figure 24: Tube guide du radar à impulsion guidées

Exemple d’application : Mesure de niveau d’une cuve de fuel cylindrique, couchée et enterrée La mesure de niveau de fuel est sur le plan mesure peu complexe. Beaucoup de technologies usuelles comme notamment les flotteurs, sondes capacitives, capteurs hydrostatiques et ultrason, sont appropriées. Figure 25: Exemple d’application du niveau radar à impulsion guidées

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Toutefois, sur les cuves cylindriques couchées, il n’y a souvent que peu de place pour insérer une mesure de niveau sur le trou d’homme. Ce dernier est souvent très encombré par les cannes d’aspiration, buse de remplissage, évents, etc….. C’est pour cela, la meilleure des solutions est le radar à impulsions guidées avec tube guide d’ondes. En effet, la mesure de niveau s’effectue dans ce tube ce qui la rend complètement imperturbable. Il n’y a aucun risque de blocage d’une quelconque pièce mécanique en mouvement, aucun risque d’échos parasites ou d’effet parabole.

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5. LES CAPTEURS TRANSMETTEURS DE PRESSION 5.1. PRESSION DIFFÉRENTIELLE AVEC SÉPARATEUR À MEMBRANE AFFLEURANTE

Figure 26: Transmetteur de pression différentielle à membrane affleurante Ce type de capteur est très utilisé pour la mesure de niveau sur des liquides agressifs. On peut aussi l’utiliser pour mesurer l’encrassement de filtre. Il est doté de deux membranes souvent de matière acier inoxydable. Elles sont reliées à la cellule de mesure du capteur par l’intermédiaire de deux tubes capillaires remplis d’huile de silicone sous vide. Figure 27: Tubes capillaires reliés sur la cellule de mesure du capteur de pression différentielle

Les deux principales pannes possibles sont les suivantes : Une des deux membranes se perce et donc se vide de toute l’huile de silicone, La prise d’impulsion où se trouve les membranes est bouchée.

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Remarque : Quand vous installer ce type de capteur-transmetteur, évitez de mettre les capillaires n’importe comment. Car s’ils sont ‘tortillés’ dans tous les sens, ceci est une source d’erreur de mesure. Il est préférable que le capillaire soit droit passant dans des cheminement de câbles. Exemple d’application : Mesure de niveau de moût de bière dans une cuve de fermentation :

Figure 28: Exemple d’application du niveau par pression différentielle

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5.2. TRANSMETTEUR DE PRESSION RELATIVE - ABSOLUE Comme pour le capteur-transmetteur de pression différentielle que nous venons de voir dans le chapitre cidessus, l’une des causes principales de pannes est la membrane du capteur. Celle-ci se détériore soit par une installation du capteur dans des conditions procédés non appropriées (par ex : la pression nominale du process est supérieure à la pression maximale admise par la cellule du capteur) ou soit elle se détériore comme tout élément mécanique par l’usure. Figure 29: Transmetteur de pression relative Vous devez vous dire « comment je vais faire pour réussir à analyser ce type de panne sur ce genre de capteur ? ». Et bien évidemment, nous avons deux solutions d’analyser ce type de panne : La membrane du capteur se perce La membrane du capteur est usée

5.2.1. La membrane du capteur se perce Vous allez vous en apercevoir en consultant dans un premier temps les historiques correspondant au capteur sur le système de contrôle commande car vous voyez la mesure de celui-ci ‘partir à fond’ et ne plus bouger. Dans un deuxième temps, vous allez confirmer votre diagnostique en allant voir le capteur sur site et regarder le message d’erreur que l’afficheur nous indique. Sachez que le message d’erreur n’est pas le même selon le constructeur du capteur. Si vous avez un doute, n’hésitez pas à consulter la documentation du constructeur afin de savoir exactement ce que le message d’erreur veut dire. Par contre, vous allez aussi certainement vous dire « euh ! Comment je fais si je n’ai pas d’afficheur sur mon capteur-transmetteur ? » Et bien c’est tout simple, comme vous êtes un bon instrumentiste et que vous avez forcément votre multimètre sur vous quand l’exploitant vous appelle pour un dépannage.

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Dans ce cas là, il faut regarder comment se comporte le signal 4-20mA du transmetteur en se mettant en série sur la boucle avec son multimètre positionné en milli ampèremètre. Normalement, selon la configuration du capteur-transmetteur le signal 4-20 mA devrait vous indiquer une valeur supérieure à 20mA. Remarque : Si votre capteur est doté d’un transmetteur numérique dit ‘intelligent’, vous devez juste vous connecter avec la console de communication appropriée et faire un auto diagnostique.

5.2.2. La membrane du capteur est usée Cela arrive au bout d’un certains nombre d’années, la membrane à force d’être soumise à des pressions, des températures de fluide,etc… Et bien elle s’use ! Nous pouvons le déterminer par deux façons : La mesure dérive petit à petit, nous nous en rendons compte en observant attentivement les historiques du système de contrôle commande. Ou bien au pire des cas, la mesure reste complètement figée à un certain point de son échelle de mesure. Dans les deux cas après ces diverses vérifications, il est fortement conseillé de remplacer le capteur.

5.2.3. Des pannes toute bête !!: En pleine intervention de maintenance préventive (ré ajustage du zéro et de l’échelle de mesure par exemple) : Vous vous rendez compte que le capteur-transmetteur fonctionne correctement mais l’afficheur n’indique plus rien. La plupart du temps, vous vous dites ‘Bah !!! Je comprends pas j’ai vérifié l’alimentation électrique et l’afficheur n’indique plus rien’ Pas de panique, la solution est de changer l’afficheur si vous en avez en stock : il est complètement indépendant de l’électronique, pour le changer il suffit de dévisser quelques vis et de déconnecter le connecteur qui relie l’afficheur à l’électronique du transmetteur.

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La dernière source de dysfonctionnement possible est vraiment poussé à l’extrême mais sachez que cela arrive très souvent. Vous êtes appelé par l’exploitation et un des opérateurs vous dit : ‘ J’ai voulu remettre en service une installation et je comprends pas un des capteurs de pression m’indique une pression de 0 bar alors que le manomètre qui se trouve juste à côté m’indique 7 bars’ La première question que vous posez à l’opérateur est : ‘Tu as été voir sur place si tout était correct ?’ Il vous répond ‘OUI’. ‘Bon ben je vais voir le capteur ce qu’il m’indique sur place’ Et là vous vous apercevez que la vanne d’isolement du capteur est fermée, il suffit de faire un petit quart de tour avec la vanne et voilà la panne est élucidée. IL EST FORTEMENT CONSEILLE AVANT TOUTE INTERVENTION SUR UN CAPTEUR DE PRESSION DE L’ISOLER DU PROCESS AVEC LA VANNE D’ISOLEMENT PREVUE A CET EFFET COMME CELA VOUS NE SEREZ PAS SOUS PRESSION AU DEMONTAGE.

5.2.4. Les couvercles des capteurs Il est important quand vous démontez les couvercles d’un capteur de pression pour une intervention, de les remettre de préférence avec leur joint. Si le joint n’est pas remis, vous risquerez d’avoir une pénétration d’eau dans l’électronique du transmetteur et là vous pouvez le changer. Pour ceux qui ne sentent pas leur force, cela ne sert à rien de serrer ‘à fond’ les couvercles. Pensez à ceux qui passent derrière vous et qui n’arrivent plus à desserrer le couvercle. Figure 30: Couvercles de l’afficheur LCD et du bornier d’un capteur transmetteur de pression Il est conseillé de graisser avec un pinceau le filet du couvercle afin que tout le personnel de dépannage puisse desserrer un couvercle de capteur sans problème lors d’un dépannage. Ceci est valable pour tous les boîtiers de transmetteur qui existent.

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5.2.5. Raccordement Process Nous avons trois types de raccordement au process pour ce type de transmetteur : Raccordement en ½’’ NPT Mâle, Raccordement en ½’’ NPT Femelle, Raccordement à bride. Figure 31: Transmetteur de pression relative avec séparateur à membrane à bride Le Transmetteur de pression relative avec séparateur à membrane est très utilisé pour une mesure de niveau avec le principe de la pression hydrostatique (voir cours ‘capteurs et transmetteurs’). Vous pouvez remarquer que le capteur de droite sur la photo ci-dessus, la BP peut être à la pression atmosphérique. La BP à la pression atmosphérique à l’avantage de nous indiquer une mesure de niveau qui va prendre en compte toutes les variations de pression atmosphérique selon les conditions météorologiques.

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6. LES CAPTEURS TRANSMETTEURS DE TEMPÉRATURE 6.1. THERMOMÈTRE À RÉSISTANCE (pT100) La principale cause de panne sur une sonde de température provient de l’élément sensible et / ou du convertisseur R/I. Vous serez souvent amené à vérifier les sondes de température car elles sont importantes sur différents procédés d’exploitation. Figure 32: Éléments sensible et sonde complète pT100 Sur ce matériel, le seul moyen de vérifier l’élément sensible est de procédé en plusieurs étapes : 1. Débranchez les 3 fils de la sonde du convertisseur R/I, 2. Prendre son multimètre et choisir la fonction ‘ohmmètre’, 3. Repérer les 3 fils de l’élément sensible, le plus souvent vous avez les deux fils de ‘commun’ couleur blanche et le fil de ‘l’élément sensible’ de couleur rouge,

Montage le plus simple, mais la précision est influencée par la résistance de ligne

Montage 2 fils

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Montage le plus couramment utilisé dans l’industrie Ce montage permet de minimiser les erreurs systématiques dues aux résistances de lignes

Montage 3 fils

Montage le plus précis permettant de supprimer totalement les erreurs dues à la résistance de ligne ainsi qu’aux variations de température des conducteurs. Montage utilisé dans les laboratoires Montage 4 fils Figure 33: Couleurs des fils d’une sonde pT100 4. Ensuite munissez vous de deux grippe fils pour mesurer la résistance car je vous déconseille de mettre les doigts sur les fils. N’oubliez pas que le corps humain possède une résistance et cela risque de vous induire en erreur. Figure 34: Grippe fils 5. A présent, vous pouvez mettre le grippe fil du commun (noir) sur un des deux fils blancs de la sonde et le grippe fil de mesure (rouge) sur le fil rouge de la sonde et normalement vous devez avoir une valeur de résistance qui s’affiche. 6. Si la valeur de résistance est bien affichée par exemple 100 ohms et bien vous prenez votre tableau de correspondance (voir cours ‘capteurs et transmetteurs’) et vous trouvez la température correspondante qui est dans notre exemple de 0°C.

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Par contre si vous n’avez pas de valeur de résistance qui s’affiche sur votre multimètre, c’est que votre élément sensible est cassé (dans ce cas là, la valeur de résistance mesurée est l’infini). Il faut donc changer la sonde!!! 7. Il reste une chose à regarder, c’est de voir s’il n’y a pas un des deux communs défectueux. Pour cela il faut vérifier l’élément sensible (fil rouge) avec chaque commun (fils blancs). La valeur de résistance mesurée entre l’élément sensible (fil rouge) et chacun des communs (fils blancs) doit être identique (ex : 100 ohms entre le fil rouge et chaque fil blanc). Quand vous mesurez la résistance entre les deux fils blanc, la valeur de résistance doit être de 0 ohms. L’autre cause de panne est bien sûr le convertisseur de mesure R/I, pour cela il faut aussi le vérifier rigoureusement : 1. Avant de commencer la vérification, il faut savoir exactement l’échelle de mesure du convertisseur. Dans notre exemple, nous allons prendre une échelle de 0 100°C. 2. Ensuite il faut couper la boucle de courant à l’aide des ‘bornes couteaux’ (voir cours ‘Accessoires en Instrumentation’ situé en local technique instrumentation et vous pouvez démonter le convertisseur pour l’amener dans votre atelier. 3. Prenez une boîte à décade de manière à simuler une résistance, votre milliampèremètre et une alimentation externe en tension continue, Figure 35: Boîtes à décades

Figure 36: Alimentation externe en tension continue

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4. Ensuite il vous reste à effectuer le câblage de tous ces éléments pour effectuer une vérification du convertisseur R/I.

Figure 37: Câblage à effectuer pour vérifier un convertisseur de température (R/I)

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5. Pour finir, il ne vous reste plus qu’à simuler plusieurs résistances afin de vérifier si la sortie 4-20 mA de votre convertisseur est correcte et bien linéaire (par exemple : vous fixer une résistance de 100 ohms qui correspond à 0°C et une résistance de 120 ohms qui correspond à 50°C et vous regardez si la sortie 4-20 mA du convertisseur se positionne à 4 et à 12 mA), Si la sortie 4-20 mA du convertisseur reste fixe ou fluctue sans cesse lors de la simulation des résistances, je vous conseille de changer le convertisseur. Au changement de convertisseur, vérifiez bien qu’il est à la bonne échelle de température, sinon vous risquerez d’avoir des gros décalages de la mesure (dans notre exemple l’échelle de T°C du convertisseur est de 0-100°C).

6.2. THERMOCOUPLE L’effet SEEBECK détermine la création d’une force électromotrice (f.e.m) de contact qui varie en fonction de la température au point de contact de deux métaux. Deux fils d’alliage ou de métaux différents soudés en un point forment un couple thermoélectrique. Lorsqu’on chauffe le point de jonction des deux fils (point de mesure ou soudure chaude), il se forme une tension aux extrémités libres (point de raccordement et de compensation de soudure froide). Le thermocouple mesure alors la différence de température.

Figure 38: Élément de mesure du thermocouple Les principales pannes du thermocouple sont quasiment identiques que la sonde à résistance pT100. Pour vérifier le thermocouple, il faut mesurer la f.e.m (mV) aux bornes des deux conducteurs avec un millivoltmètre et comparer avec un tableau de correspondance (voir cours ‘capteurs et transmetteurs’).

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Figure 39: Exemple de mesure de la f.e.m d’un thermocouple Si vous essayez dans un atelier, vous pouvez chauffer le thermocouple avec un briquet et vous verrez que la tension va augmenter progressivement (ceci quand le thermocouple est en bon état de fonctionnement). Mais n’oubliez pas de déduire la température ambiante de la soudure froide car je vous rappelle que la soudure froide est une référence à 0°C. Avec un câble de compensation de soudure froide (voir cours ‘Accessoires en Instrumentation’), vous n’aurez pas ce souci. Il faut aussi toujours vérifier si l’isolant entre les deux conducteurs du thermocouple n’est pas détérioré et que la jonction des deux conducteurs est correcte. La liaison entre l’élément de mesure du thermocouple et son convertisseur U/I est un ‘câble de compensation’. La procédure de vérification du convertisseur du thermocouple est identique à celui d’une sonde pT100 à la seule différence que vous ne simulerez plus une résistance avec une boîte à décade mais une tension avec un générateur de tension (mV) et vous regardez ce qu’il se passe sur la sortie 4-20 mA du convertisseur. Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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7. VERIFIER UNE PANNE SUR UN TRANSMETTEUR Cette procédure est générale car chaque transmetteur a ses particularités. Le plus souvent en cas de panne et de messages d’erreur affiché, il est recommandé de lire attentivement la documentation constructeur.

7.1. ALIMENTATION ÉLECTRIQUE Pour les transmetteurs alimentés en quatre fils, il faut toujours vérifier le départ d’alimentation électrique qui est le plus souvent un disjoncteur. Pour les transmetteurs alimentés en deux fils, c'est-à-dire que c’est soit un automate (PLC), soit un système de contrôle commande (DCS) qui alimente la boucle de courant par le biais d’une carte d’entrée analogique : l’alimentation est le plus souvent du 24 VDC. Il faut donc aussi vérifier cette alimentation avec votre voltmètre.

7.1.1. Signal de sortie du transmetteur à 0mA Quand vous avez une panne d’alimentation d’une boucle de courant, vous le voyez toute de suite car le signal de sortie du transmetteur vous indique 0mA sur votre ampèremètre. Pour les transmetteurs équipés d’un afficheur, vous vous rendez compte tout de suite que l’afficheur n’est pas alimenté. Au pire des cas, la panne d’alimentation peut aussi provenir du câble qui fait la liaison entre le transmetteur et le bornier qui se trouve dans le local technique instrumentation. Une borne mal serrée ou une connexion oxydée de la mesure (signal 4-20mA) peut provoquer cette panne. Sur certain transmetteur, vous avez aussi un fusible qui protège l’électronique. C’est un petit fusible en verre de 250mA. Pour savoir comment vérifier un fusible, nous allons voir la procédure sur la page suivante.

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Le fusible est HS Vous mettez votre multimètre en position ohmmètre et vous mettez vos deux fils (fil rouge et fil noir) à chaque extrémité du fusible. Figure 40: Exemple de mesure d’un fusible qui est HS Comme vous le voyez, quand le fusible n’est pas bon vous avez une mesure de résistance qui part à l’infini. Le fusible est bon Comme vous le voyez, quand votre fusible est bon vous mesurer la résistance d’un fil et votre multimètre sonne (il sonne quand il est équipé de cette fonction).

Figure 41: Exemple de mesure d’un fusible qui est bon

7.1.2. Court-circuit sur l’alimentation électrique d’un transmetteur Sur un transmetteur quatre fils (le plus souvent ce sont les transmetteurs de débitmètres), vous avez votre transmetteur qui n’est plus alimenté. Figure 42: Disjoncteur électrique Le réflexe de l’instrumentiste est d’aller voir tout de suite le départ électrique 230VAC qui se trouve dans un local électrique et il s’aperçoit que le disjoncteur correspondant est ‘tombé à 0’. Ce que vous faites en première Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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intention, c’est de réenclenché le disjoncteur et là il retombe instantanément. Des questions se posent : ‘bah ! Qu’est-ce qu’il se passe ? Je ne comprends pas, mon capteur-transmetteur ne peut pas fonctionner s’il n’est pas alimenté et souvent l’instrumentiste qui ne veut pas chercher la cause de la panne appelle un électricien’ Et là non, il ne faut pas réagir dans ce sens. Il faut prendre le réflexe d’aller voir sur site le transmetteur et enlever le capot du boîtier pour voir ce qu’il se passe. En enlevant le capot, vous vous apercevez qu’un fil d’alimentation est débranché et touche la carcasse du boîtier du transmetteur et bien vous voilà avec un très beau courtcircuit. Cela arrive que des connexions électriques se débranchent à cause de vibrations ou tout simplement un fil mal serré. Ou alors, votre transmetteur est rempli d’eau : ceci arrive aussi et cela fait un beau courtcircuit aussi. Il est conseillé de changer l’électronique du transmetteur et de trouver pourquoi le transmetteur s’est rempli d’eau.

7.2. POSITIONS DE REPLI D’UN TRANSMETTEUR Sur n’importe quel type de transmetteur de mesure, vous aurez la possibilité de paramétrer une position de repli du capteur. La position de repli peut être soit : Une position de repli haute dont le signal est de 22mA, Une position de repli basse dont le signal est de 3,7mA. Qu’est-ce que c’est ? En cas de défaillance grave du capteur ou du transmetteur, détectée par l’autodiagnostic le signal de sortie du transmetteur selon la configuration de l’utilisateur va se mettre en position de repli. Cette option permet de détecter rapidement une panne importante du capteurtransmetteur.

7.3. INVERSION DE POLARITÉ DU SIGNAL DE MESURE Surtout faites bien attention quand vous branchez un transmetteur, repérez bien le fil qui correspond au ‘+’ et le fil qui correspond au ‘-‘. Car si vous avez une inversion de polarité, le transmetteur ne fonctionnera pas. Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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Ceci est un petit rappel tout bête mais malheureusement par habitude, une faute d’inattention est toujours prévisible. En règle générale, sur un câble d’instrumentation (01IP09EISF) le fil rouge est connecté au ‘+’ et le fil blanc au ‘-‘.

7.4. RAPPEL SUR LE CÂBLAGE DES TRANSMETTEURS DÉPORTÉ 7.4.1. Sur les débitmètres électromagnétique Le bornier de l’élément de mesure primaire

Figure 43: Débitmètre électromagnétique et son bornier de raccordement Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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Le transmetteur déporté et son raccordement sur le bornier de l’élément de mesure primaire :

Figure 44: Transmetteur déporté du débitmètre électromagnétique et son raccordement

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Je vous ai mis cet exemple car si vous êtes amené à changer le transmetteur de cet instrument de mesure, il est impératif de bien le raccorder au remontage car sinon c’est une source de panne. Le câble de liaison entre le débitmètre et son transmetteur déporté est un câble spécifique fourni par le constructeur, n’essayez pas de mettre un câble instrumentation classique : cela ne fonctionnera pas. N’inverser pas les fils d’alimentation de la bobine (ici M1 et M3), ni les fils des électrodes (ici 1 et 2) car cela ne fonctionnera pas. Ne mettez surtout pas l’alimentation électrique 230VAC sur l’élément primaire du débitmètre car vous devez la raccorder sur le transmetteur déporté. Le signal de sortie (4-20mA) se raccorde aussi sur le transmetteur déporté. Cet exemple est un extrait du document constructeur ABB, évidemment pour un autre constructeur ce ne sera pas le même câblage !!!

7.4.2. Configuration d’un transmetteur numérique avec une console

Figure 45: Exemple d’étalonnage d’un capteur de pression avec une console de programmation HART Que ce soit dans un atelier ou sur site, il est impératif de mettre une résistance de 250 ohms en série sur le signal de sortie de transmetteur pour pouvoir communiquer et configurer l’instrument. Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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Remarque : Il peut arriver que sur site vous réussissez à communiquer avec la console de programmation mais cela dépend de la résistance de ligne du récepteur (DCS ou PLC). Cela ne marche pas à tous les coups donc prenez toujours sur vous une résistance d’une valeur de 250ohms.

7.5. PROBLÈME DE BRUIT DANS LA TRANSMISSION D’UN SIGNAL DE MESURE Lorsque les deux fils sont torsadés, la surface captant le flux d'induction magnétique est tantôt orientée positivement, tantôt négativement, ce qui a pour conséquence que deux boucles subissant le même flux produisent des effets qui se compensent.

Le blindage est également très utilisé : l'énergie électromagnétique est absorbée dans le matériau conducteur, c'est la cage dite de Faraday.

Utilisez des paires torsadées blindées pour limiter: les inductions mutuelles entre conducteurs les interférences électromagnétiques (courants induits). Les goulottes et supports de câbles doivent: inclure uniquement des câbles instrument (0,5 m entre haute et basse tension) éviter la proximité de moteurs électriques et d’appareils haute tension (1,5 m)

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Le blindage des câbles doit être mis à la terre d’un seul côté pour éviter les boucles de terre: pour les mesures de température par TC ou RTD côté unité pour les autres côté salle technique Des barrières de protection parafoudre doivent être installées à l’extrémité des câbles pour protéger les instruments dans certaines régions.

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8. LES ACTIONNEURS 8.1. CORPS DE VANNE De nos jours, les corps de vannes sont assez résistant à part sur ils sont installés dans de mauvaises conditions process (cavitation, bruit, produits dans la conduite très agressif). Les pannes qui peuvent surgir au bout d’un certain temps sont les sièges de vanne usés et la vanne commence à devenir ‘fuyarde’ car l’étanchéité clapet siège ne se fait plus ou alors l’obturateur se casse (cela est très rare). Le corps de vanne peut être fortement usée à cause de la corrosion, ceci est un problème souvent observé dans le domaine du pétrole. En maintenance, les pièces de rechange qu’il faut avoir sont corps de vanne, siège et clapet.

Figure 46: Corps de vanne et siège abîmé par le fluide process Il faut aussi vérifier périodiquement les garnitures d’étanchéité (presse étoupe) qui commencent à fuir quand les tresses sont usées. Une conduite peut aussi se boucher à cause de dépôt de sel sur une vanne à cage par exemple. N’oubliez pas que le phénomène de cavitation peut rapidement détruire une vanne avec un écart important de différence de pression entre l’entrée et la sortie de la vanne.

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8.2. PROBLÈMES SUR LES SERVOMOTEURS Suite à des manœuvres sur une vanne de régulation lors d’une mise en service, n’oubliez surtout pas d’enlever la commande manuelle de la vanne si vous vous en êtes servi. Cela évitera de chercher des pannes qui n’existent pas !!!

8.2.1. Servomoteur pneumatique à membrane Il ne faut surtout pas alimenter le servomoteur à membrane avec de l’air instrument pris sur le collecteur car en mettant de l’air à une pression de 7bar, vous allez détériorer la membrane. Il se doit d’alimenter un servomoteur à membrane avec de l’air instrument détendu à 1,4 bar ou au maximum 2,5bar, cela dépend du type de servomoteur (veuillez toujours regarder sur la plaque signalétique de la vanne) Comme vous pouvez le remarquer, la principale panne sur ce type de servomoteur est le remplacement de la membrane car avec l’usure celle-ci se fissure ou se perce. Vous pouvez facilement le vérifier en injectant de l’air ou du gaz instrument à une pression de 1,4 bar pour ouvrir la vanne (dans cet exemple, elle est fermée par manque d’air bien sûr !!!). Ensuite une fois la membrane bien ‘gonflée’ vous enlevez l’air instrument de la tête de vanne et vous mettez votre doigt sur le raccord : La vanne ne se referme pas, c’est que vous n’avez pas de fuite d’air au niveau de la membrane : La membrane est donc bonne, La vanne se referme, c’est qu’il y a une fuite d’air au niveau de la membrane : il ne vous reste plus qu’à procéder au changement de celle-ci. Lors du changement de la membrane, faites bien attention lors du démontage du chapeau car vous pouvez avoir le ressort du rappel qui peut vous ‘sauter à la figure’. Une fois le remplacement effectué, vous devez vérifier le réglage de la tige du ressort de rappel qui vous sert à déterminer la course de la vanne.

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Vis de réglage du ressort de rappel

Figure 47: Schéma d’un servomoteur pneumatique MASONEILAN

8.2.2. Les servomoteurs pneumatique à piston Comme nous l’avions vu dans le cours ‘Vannes et Actionneurs’, les servomoteurs à piston peuvent être simple ou double effet : Le Simple Effet : Par manque d’air la vanne revient dans sa position de sécurité (FMA ou OMA) à l’aide d’un ressort de rappel. Le Double Effet : Par manque d’air la vanne se met dans une position quelconque car il n’y a plus de ressort de rappel qui fait revenir le piston dans sa position initiale. Figure 48: Servomoteur à piston FLOWSERVE Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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Si votre servomoteur est équipé de tuyau d’air en polyamide, il peut arriver que le tuyau soit percé et engendre ainsi un fonctionnement anormal du servomoteur dû à une chute de pression de l’air pilote. Ceci est une petite panne anodine. La plus grosse panne que vous pouvez rencontrer est que le piston du servomoteur soit grippé, ce qui engendre le blocage de celui ci dans le servomoteur. Pour dépanner en urgence, vous pouvez injecter du dégrippant dans le servomoteur en passant par les arrivées d’air et faire manœuvrer plusieurs fois la vanne. S’il ne se passe rien avec cette manipulation il est conseillé de changer le servomoteur. Remarque : Sur les servomoteurs à piston double effet, il est conseillé d’installer un dispositif de réserve de volume d’air. Ce dispositif va permettre en cas de manque d’air sur le servomoteur d’apporter un volume d’air suffisant qui va soit fermer ou soit ouvrir la vanne. Le fonctionnement de ce système bien pratique est le suivant : Le positionneur de vanne fonctionne comme un positionneur de vanne trois voies pour fournir de l’air seulement à la partie inférieure du piston. Une soupape de commutation 3 voies capte la pression d’alimentation d’air. Lorsque la pression tombe à une valeur déterminée au préalable, la soupape de commutation ferme l’air sur la partie supérieure du piston pour obliger la vanne à fermer. Toute la pression d’alimentation d’air allant sur la soupape de commutation, un diffuseur régule le volume de pression d’air exact sur la partie supérieure du cylindre.

Figure 49:Schéma de fonctionnement d’une réserve d’air sur un servomoteur à piston double effet Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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8.3. POSITIONNEURS 8.3.1. Les positionneurs électropneumatique Les conditions suivantes sont indispensables pour assurer le fonctionnement satisfaisant du positionneur : 1. La vanne doit être montée correctement sur la tuyauterie par rapport au sens du fluide, 2. La pression d’alimentation doit être adaptée au fonctionnement de la vanne 3. L’installation du positionneur doit être correcte, 4. Les positions relatives des éléments du dispositif de contre-réaction (came, levier, etc…) doivent être adaptées à la combinaisons des actions du positionneur et du servomoteur, 5. Le secteur de came doit être judicieusement choisi (égal pourcentage, linéaire, split range) pour répondre à la caractéristique de débit désirée, 6. Les connexions d’alimentation, de signal et de sortie doivent être réalisées correctement, en tenant compte de l’action choisie pour le positionneur (directe ou inverse) 7. Les connexions doivent être étanche. En cas de panne du positionneur, effectuez les vérifications suivantes : 1. Vérifier le réglage du zéro et de l’échelle, 2. Faire passer le signal de la valeur minimale à la valeur maximale et observez le manomètre correspondant. Si la lecture ne correspond pas à la valeur du signal émis, la membrane du pilote (voir cours ‘Vannes et Actionneurs’) est détériorée et il faut la remplacer, 3. Une anomalie d’origine pneumatique peut également provenir du tiroir pilote dont le mouvement sera entravé par : Un corps étranger tel que la poussière, la limaille, etc…. Une trop grande adhérence du tiroir aux parois du pilote, due en présence d’huile trop importante dans l’air d’alimentation, De l’air emprisonnée dans le pilote à l’une des extrémités du tiroir à cause de l’obstruction de l’orifice d’échappement, Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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De l’humidité dans l’air qui gripperait le tiroir du pilote et provoque le non déplacement du tiroir dans le pilote. Une fuite d’air sur l’alimentation du positionneur qui provoquerait un fonctionnement anormale de la vanne (exemple : vanne longue à s’ouvrir et ne se ferme quasiment plus). En présence d’humidité la bobine a gonflé et ne se déplace plus dans son noyau, ce qui empêche le système buse palette de fonctionner, Suite à une mauvaise étanchéité du presse étoupe, de l’eau s’est infiltrée dans le passage de câble et a rempli le boîtier du positionneur,

8.3.2. Les positionneurs numérique Les positionneurs numériques sont très adaptés au niveau de la maintenance car il demande aux utilisateurs que très peu d’entretien. Mais par contre quand il tombe en panne, cela devient très difficile à trouver la panne car ils sont quand même très sensibles. Dès que le positionneur numérique remarque une défaillance, il se met automatiquement en position de repli. Les défaillances peuvent être : Une baisse de pression de l’alimentation en air du positionneur, Coupure de la boucle de courant (4-20 mA), Le capteur de position ne détecte pas la bonne position de la vanne (exemple : la vanne est ouverte à 50%, le capteur de position la voit à 40% d’ouverture), Le tiroir du distributeur pilote se bloque. Je vous rassure, le positionneur numérique fait un auto diagnostique qui va vous permettre d’identifier rapidement la source de la panne. Quand le positionneur numérique tombe en panne, il est conseillé de le changer. Il est possible de chercher à changer une pièce de l’appareil mais vous mettrais beaucoup plus de temps que si vous le remplacer immédiatement.

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8.4. ELECTRO DISTRIBUTEURS Dans le milieu industriel, vous avez deux types d’électrovannes : Électrovannes de type NAMUR (photo de gauche), c’est un standard de ‘plan de pose’ qui permet de les adapter directement sur différents types de vannes en les fixant à l’aide de deux vis BTR, Électrovanne pilote classique (photo de droite).

Figure 50: Électrovannes de type NAMUR et classique Vous avez un libre choix d’électrovannes car il existe énormément de modèles. Les pannes classiques sur ce matériel sont : Le tiroir du distributeur se bloque et entraîne l’impossibilité de manœuvrer une vanne, La bobine est HS, La Tête de raccordement électrique de la bobine est remplie d’eau, Un opérateur à toucher à la commande manuelle de l’électrovanne, Mais surtout vérifier bien toute la commande électrique de l’électrovanne car il se peut que ce soit le fusible de la commande qui est grillé, soit le relais de commande qui est HS. Il faut impérativement avoir le réflexe de tout vérifier car sinon vous aurez le temps de vous ‘gratter la tête’. Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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8.5. L’AIR INSTRUMENT Le traitement de l’air est très important pour le bon fonctionnement de toutes les vannes de régulation ou Tout Ou Rien d’une installation industrielle car cela peut engendrer d’énormes conséquences. Si un sécheur d’air ne fonctionne pas bien, vous aurez obligatoirement de l’humidité dans l’air. Il y aura donc de l’eau dans tous les positionneurs de vanne de régulation, dans les distributeurs de vannes Tout Ou Rien, dans les servomoteurs, etc….. Vous imaginez bien que par exemple de l’eau dans un positionneur électropneumatique avec son système buse-palette : cela ne va pas bien fonctionné !!!! Vous avez aussi avoir sur certains sites pétroliers du gaz (‘gaz pilote’) qui sur des grandes longueurs de tuyauterie et en fonction de la température ambiante risque de se condenser.

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9. SOMMAIRE DES FIGURES Figure 1: Débitmètre électromagnétique KROHNE .............................................................6 Figure 2: Mise à la masse sur une conduite conductrice sans revêtement..........................6 Figure 3: Mise à la masse sur une conduite conductrice sans revêtement avec anneaux de protection......................................................................................................................7 Figure 4: Mise à la masse sur une conduite conductrice avec revêtement et anneaux de mise à la masse............................................................................................................7 Figure 5: Mise à la masse sur une conduite non conductrice avec anneaux de protection de revêtement...............................................................................................................8 Figure 6: Mise à la masse sur une conduite conductrice avec anneaux de masse .............8 Figure 7: Mise à la masse sur une conduite non conductrice avec électrodes de masse....9 Figure 8: Exemple de transmetteur déporté ABB ................................................................9 Figure 9: Exemple de débitmètre à effet vortex .................................................................16 Figure 10: Trajet du signal de mesure dans le transmetteur du débit vortex .....................18 Figure 11: Signal propre du vortex.....................................................................................19 Figure 12: Signal bruyant du vortex ...................................................................................19 Figure 13: Signal résultant d’un mauvais dimensionnement du vortex ..............................19 Figure 14: Exemples de débitmètre à section variable ......................................................20 Figure 15: Exemples de débitmètres massique à effet Coriolis .........................................22 Figure 16: Exemples de capteurs de niveau Radar ...........................................................23 Figure 17: Application d’un niveau radar sur un réservoir avec agitateur ..........................24 Figure 18: Application d’un niveau radar sur un réservoir tampon.....................................24 Figure 19: Exemple de niveau par bullage.........................................................................26 Figure 20: Exemple de capteur de niveau capacitif ...........................................................27 Figure 21: Raccordement pour éviter l’infiltration d’humidité dans un capteur...................28 Figure 22: La position du capteur de niveau capacitif ayant une longue électrode............29 Figure 23:Le niveau radar à impulsions guidées ...............................................................30 Figure 24: Tube guide du radar à impulsion guidées.........................................................30 Figure 25: Exemple d’application du niveau radar à impulsion guidées ............................30 Figure 26: Transmetteur de pression différentielle à membrane affleurante......................32 Figure 27: Tubes capillaires reliés sur la cellule de mesure du capteur de pression différentielle ................................................................................................................32 Figure 28: Exemple d’application du niveau par pression différentielle .............................33 Figure 29: Transmetteur de pression relative ....................................................................34 Figure 30: Couvercles de l’afficheur LCD et du bornier d’un capteur transmetteur de pression ......................................................................................................................36 Figure 31: Transmetteur de pression relative avec séparateur à membrane à bride.........37 Figure 32: Éléments sensible et sonde complète pT100 ...................................................38 Figure 33: Couleurs des fils d’une sonde pT100................................................................39 Figure 34: Grippe fils .........................................................................................................39 Figure 35: Boîtes à décades ..............................................................................................40 Figure 36: Alimentation externe en tension continue .........................................................40 Figure 37: Câblage à effectuer pour vérifier un convertisseur de température (R/I) ..........41 Figure 38: Élément de mesure du thermocouple ...............................................................42 Figure 39: Exemple de mesure de la f.e.m d’un thermocouple..........................................43 Manuel de Formation : EXP-MN-SI170-FR Dernière Révision: 30/09/2008

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Figure 40: Exemple de mesure d’un fusible qui est HS .....................................................45 Figure 41: Exemple de mesure d’un fusible qui est bon ....................................................45 Figure 42: Disjoncteur électrique .......................................................................................45 Figure 43: Débitmètre électromagnétique et son bornier de raccordement .......................47 Figure 44: Transmetteur déporté du débitmètre électromagnétique et son raccordement 48 Figure 45: Exemple d’étalonnage d’un capteur de pression avec une console de programmation HART.................................................................................................49 Figure 46: Corps de vanne et siège abîmé par le fluide process .......................................52 Figure 47: Schéma d’un servomoteur pneumatique MASONEILAN..................................54 Figure 48: Servomoteur à piston FLOWSERVE ................................................................54 Figure 49:Schéma de fonctionnement d’une réserve d’air sur un servomoteur à piston double effet.................................................................................................................55 Figure 50: Électrovannes de type NAMUR et classique ....................................................58

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10. SOMMAIRE DES TABLES Table 1 : Récapitulatif dépannage de base (ROSEMOUNT) .............................................12 Table 2 : Récapitulatif dépannage avancé (ROSEMOUNT) ..............................................15

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