Terminologie du contrôle du procédé

Les termes et définitions ci-dessous, qui ne sont pas mentionnés ci-dessus, sont souvent rencontrés dans le domaine des vannes de régulation, de l'instrumentation et des accessoires. Certains termes, indiqués par un astérisque (*), sont issus de la norme ISA, Process Instrumentation Terminology (Terminologie de l'instrumentation de procédé), ISA 51.1. D'autres termes très utilisés dans le domaine des vannes de régulation sont également présentés.

Accessoire : dispositif monté sur un ensemble de régulation afin de compléter ses différentes fonctions ou de produire les actions souhaitées, en particulier pour l'ac-tionnement. (ex. positionneurs, régulateurs de pression d'alimentation, électrovannes, interrupteurs de fin de course, etc.).

Actionneur* : dispositif pneumatique, hydraulique ou électrique qui alimente et actionne une vanne ouverte ou fermée.

Ensemble actionneur : un actionneur et ses accessoires qui constituent une unité fonctionnelle complète.

ANSI : abréviation de American National Standards Institute.

API : abréviation de American Petroleum Institute.

ASME : abréviation de American Society of Mechanical Engineers.

ASTM : désigne l'American Society for Testing and Materials. Le domaine d'application de cette organisation étant devenu international, son nom a été transformé en ASTM Interna-tional. ASTM n'est plus une abréviation.

Système de contrôle automatique* : système de contrôle qui travaille sans intervention humaine.

Jeu entre-dents : forme de bande morte générée par une discontinuité temporaire entre l'entrée et la sortie d'un dispositif lorsque l'entrée du dispositif change de direction. (par ex. un raccord mécanique lâche ou desserré).

Diagramme de Bode* : graphique représen-tant les valeurs du taux d'amplitude et de l'angle de phase sur une base de fréquence pour la fonction de transfert. Il s'agit de la forme la plus commune de représentation graphique des données de réponse de la fréquence.

Courbe d'étalonnage* : représentation graphique du rapport d'étalonnage. Sortie d'un dispositif en état de veille représentée sous forme de fonction de l'entrée en état de veille. La courbe est généralement représen-tée comme le pourcentage de l'étendue de sortie par rapport au pourcentage de l'étendue d'entrée.

Cycle d'étalonnage* : l'application de valeurs connues de la variable mesurée et l'enregis-trement des valeurs correspondantes des données de sortie lues sur la plage de l'instrument, dans le sens ascendant et descendant. Une courbe d'étalonnage obtenue en variant l'entrée d'un dispositif dans le sens croissant et décroissant. Il est généralement indiqué comme le pourcen-tage de l'étendue de la sortie et il fournit une mesure de l'hystérésis.

Capacité*(vanne) : quantité de débit à travers une vanne (C_v), à des conditions données.

Boucle fermée : l'interconnexion des composants du contrôle de procédé de telle façon que les informations pertinentes à la variable de procédé est constamment surveillée par un point de consigne du contrôleur afin d'appliquer des corrections automatiques continues à la variable de procédé.

Obturateur : élément de l'équipement interne (également appelé clapet, disque, vanne à boisseau sphérique segmenté ou boisseau sphérique à passage plein) employé pour moduler le débit dans une vanne de régulation.

Contrôleur : dispositif qui travaille automati-quement, en utilisant un algorithme donné, afin de réguler une variable contrôlée.

L'entrée du contrôleur reçoit les informations concernant l'état de la variable de procédé et génère un signal de sortie approprié à l'élément de contrôle final.

Boucle de contrôle : Voir Boucle fermée ou Boucle ouverte.

Plage de contrôle : plage de la course de la vanne sur laquelle une vanne de régulation peut maintenir le gain installé de la vanne entre les valeurs normalisées de 0,5 et 2,0.

Ensemble de régulation : dispositif utilisé pour moduler le débit de fluide en variant la taille du passage du débit selon les indications d'un signal transmis par un contrôleur.

Bande morte : phénomène général applicable à tout dispositif où la plage à travers laquelle un signal d'entrée peut être modifié, en inversant le sens, sans effectuer de changement visible du signal de sortie.

Pour les vannes de régulation, la sortie du contrôleur (CO) est l'entrée de l'ensemble de la vanne et la variable de procédé (PV) est la sortie, comme illustré à la Figure 1.18.

Lorsque l'on parle de bande morte, il est essentiel que les variables d'entrée et de sortie soient identifiées, et que des essais quantifiables soient effectués à pleine charge.

La bande morte est généralement exprimée en pourcentage de l'étendue d'entrée.

Variable de procédé

Sortie de contrôleur 100 %

100 %

Figure 1.18 Bande morte

Temps mort : intervalle de temps (T_d) pendant lequel aucune réponse du système n'est relevée après une petite entrée (généralement 0,25% - 5%). Cette durée est le temps qui s'écoule entre le moment où l'entrée est lancée et le moment ou la première réponse détectable du système est relevée. Le temps mort peut s'appliquer à l'ensemble de vanne ou à l'ensemble du procédé. Voir T63.

Enthalpie : quantité thermodynamique qui correspond à la somme de l'énergie interne d'un corps et du produit de son volume multiplié par la pression : H = U + pV.

Également appelé Teneur en chaleur.

Entropie : mesure théorique de l'énergie qui ne peut pas être transformée en action mécanique dans un système thermodyna-mique.

Caractéristique à égal pourcentage* : caractéristique de débit inhérente qui, pour les incréments égaux de la course nominale, fournira idéalement les changements à égal pourcentage du coefficient de débit (C_v) à partir de la valeur C_v existante.

Signal de retour* : signal qui revient après la mesure d'une variable contrôlée directement.

Pour une vanne de régulation équipée de positionneur, le signal de retour constitue généralement une indication de la position de la tige de l'obturateur qui est ramenée vers le positionneur.

FCI : abréviation de Fluid Controls Institute.

Fournit des normes et du matériel instructif afin d'aider les acheteurs et les utilisateurs à comprendre et utiliser l'équipement de régulation du fluide et de conditionnement.

Élément de contrôle final : dispositif qui met en œuvre la stratégie de contrôle définie par la sortie d'un contrôleur. Si cet élément de contrôle final peut prendre différentes formes (amortisseurs, interrupteurs marche/arrêt, etc.), le plus commun dans le secteur est aujourd'hui l'ensemble de régulation. Les vannes de régulation modulent le débit du fluide (gaz, vapeur, eau, produits chimiques, etc.) afin de compenser les interférences de charge et de maintenir la variable de procédé régulée le plus proche possible du point de consigne.

Manuel de la vanne de régulation | Chapitre 1 : Introduction aux vannes de régulation

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Premier ordre : ce terme fait référence au rapport dynamique entre l'entrée et la sortie d'un dispositif. Les systèmes de premier ordre ne contiennent qu'un dispositif de stockage de l'énergie, et le rapport dynamique transitoire entre l'entrée et la sortie est caractérisé par un comportement exponen-tiel.

Caractéristique de réponse amplitude-fré-quence* : rapport en fonction de la fréquence de l'amplitude et de la phase entre les entrées sinusoïdales à l'état de veille et les sorties sinusoïdales fondamentales qui en sont le résultat. L'amplitude de sortie et le changement de phase sont observés comme des fonctions de la fréquence d'essai en entrée et utilisés pour décrire le comporte-ment dynamique du dispositif de régulation.

Friction : force qui tend à s'opposer au mouvement relatif entre deux surfaces en contact. La force associée est une fonction de la force normale qui maintient ces deux surfaces l'une contre l'autre et la nature caractéristique des deux surfaces. La friction a deux composant s : la friction statique et la friction dynamique. La friction statique (également appelée clivage ou frottement statique) est la force qui doit se produire avant qu'un mouvement relatif n'apparaisse entre les deux surfaces. La friction statique est également l'une des principales causes de l'apparition d'une bande morte dans un ensemble de vanne. Lorsque le mouvement relatif a commencé, la friction dynamique (également appelée friction de glissement) est la force qui doit se produire afin de maintenir le mouvement relatif.

Gain : terme employé pour décrire le rapport entre la magnitude d'un changement de sortie d'un système ou d'un dispositif donné et la magnitude d'un changement d'entrée qui a provoqué le changement de sortie. Le gain est composé de deux éléments : le gain statique et le gain dynamique. Le gains statique (également appelé sensibilité) est la relation de gain entre l'entrée et la sortie ; il indique la facilité avec laquelle l'entrée peut commencer un changement de sortie lorsque le système ou le dispositif est en état de veille.

Le gain dynamique est le rapport de gain entre l'entrée et la sortie lorsque le système est en mouvement ou soumis à un flux. Le gain dynamique est une fonction de la fréquence ou du taux de changement d'entrée.

Dureté : résistance à la déformation d'un métal ou d'une matière plastique, générale-ment par indentation. La résistance des matières plastiques et du caoutchouc à la pénétration d'un pénétrateur dirigé sur sa surface.

Oscillation* : oscillation indésirable d'une magnitude appréciable qui se prolonge lorsque le stimulus externe disparaît. Parfois appelée oscillation limite, cette oscillation indique que le fonctionnement a atteint la limite de stabilité ou en est proche. Dans les vannes de régulation, l'oscillation se produirait sous forme d'oscillation de la pression d'alimentation de l'actionneur, générée par l'instabilité du positionneur de la vanne.

Hystérésis* : différence maximum de la valeur de sortie pour toute valeur d'entrée durant le cycle d'étalonnage, sauf les erreurs dues à la bande morte. Le retard d'un effet lorsque les forces agissent sur un corps est modifié (comme en cas de viscosité ou de friction interne).

0 100

100

Coefficient de débit nominal (%)

Ouverture nominale (%)

Linéaire

Égal pourcentage Ouverture rapide

Figure 1.19 Caractéristiques inhérentes de la vanne

Caractéristiques inhérentes* : rapport entre le débit et la course de l'obturateur lorsqu'elle se déplace de la position fermée à la course nominale avec une chute de pression constante à travers la vanne. Ces caractéris-tiques sont généralement représentées sur une courbe où l'axe horizontal indique le pourcentage de course et l'axe vertical indique le pourcentage de débit (ou C_v). Le débit de la vanne étant une fonction de la course de la vanne et de la chute de pression à travers la vanne, l'exécution d'essais du débit caractéris-tique à une chute de pression donnée fournit une manière systématique de comparer différents types de caractéristiques de vannes.

Les caractéristiques type d'une vanne établies de cette manière sont dites linéaires, à égal pourcentage et à ouverture rapide.

Gain inhérent de la vanne : le taux de magni-tude du changement de débit à travers la vanne en fonction du changement de course de la vanne dans des conditions données et avec une chute de pression constante. Le gain inhérent de la vanne est une fonction propre de la conception d'une vanne. Il est égal à la pente de la courbe de caractéristique inhérente à un point quelconque de la course et il est fonction de la course de la vanne.

Caractéristique installée* : rapport entre le débit et la course de l'obturateur lorsqu'elle se déplace de la position fermée à la course nominale avec une chute de pression constante à travers la vanne.

Gain installé de la vanne : le taux de magnitude du changement de débit à travers la vanne en fonction du changement de course de la vanne dans les conditions de procédé actuelles. Le gain installé de la vanne est le rapport qui se produit lorsque la vanne est installée dans un système spécifique et que la chute de pression peut changer naturellement en fonction des dictats de l'ensemble du système. Le gain installé de la vanne correspond à la pente de la courbe de caractéristique installée et il est fonction de la course de la vanne.

Pressionde l'instrument : pression de sortie d'un contrôleur automatique qui est utilisée pour actionner une vanne de régulation.

I/P : abréviation de current-to-pressure (I-to-P), courant sur pression. Généralement appliqué aux modules d'entrée du transduc-teur.

ISA : abréviation de International Society for Automation.

Linéarité* : précision selon laquelle une courbe représentant deux variables se rapproche d'une ligne droite. La linéarité indique également que cette même ligne droite s'appliquera au niveau supérieur et au niveau inférieur. Ainsi, la bande morte (telle qu'elle est décrite ci-dessus) peut générale-ment être considérée comme une non-linéa-rité.

Caractéristique linéaire* : Caractéristique de débit inhérente qui peut être représentée par une ligne droite sur une représentation rectangulaire d'un coefficient de débit (C_v) par rapport à une course nominale. Des incréments égaux de la course fournissent des incréments égaux du coefficient de débit C_v.

Pression d'alimentation : pression employée pour positionner un actionneur pneumatique.

Il s'agit de la pression exercée sur la membrane ou le piston de l'actionneur, et ce peut être la pression d'instrument si le positionneur de vanne n'est pas utilisé.

Boucle : Voir Boucle fermée ou Boucle ouverte.

Gain de boucle : l'association du gain de tous les composants de la boucle pris en série autour de la boucle. Parfois appelé Gain de boucle ouverte. Il s'agit de préciser de manière claire si l'on se réfère au gain de boucle statique ou au gain de boucle dynamique à une certaine fréquence.

Commande manuelle : voir Boucle ouverte.

NACE : indique la National Association of Cor-rosion Engineers. Le domaine d'application de cette organisation étant devenu international, son nom a été transformé en NACE Interna-tional. NACE n'est plus une abréviation.

Boucle ouverte : état dans lequel l'inter-connexion des composants de contrôle du procédé est interrompue et les informations de la variable du procédé ne sont plus retournées au point de consigne du contrôleur ; les corrections de la variable de procédé ne sont donc plus assurées. Cela se produit généralement en plaçant le contrô-leur en fonctionnement manuel.

Manuel de la vanne de régulation | Chapitre 1 : Introduction aux vannes de régulation

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Fluide moteur : fluide (en général de l'air ou du gaz) employé pour alimenter le fonction-nement du positionneur de vanne ou du contrôleur automatique.

Limites de fonctionnement* : la plage des conditions de fonctionnement à laquelle un dispositif peut être soumis sans que ses caractéristiques de fonctionnement ne soient entravées.

OSHA : abréviation de Occupational Safety and Health Administration. (États-Unis) Garniture : partie de l'ensemble de la vanne utilisée pour assurer l'étanchéité aux fuites autour du disque ou de la tige de la vanne.

Positionneur* : contrôleur de position (servomécanisme) raccordé de manière mécanique à une partie mobile d'un élément de contrôle final ou à son actionneur, et qui ajuste automatiquement sa sortie vers l'actionneur afin de maintenir une position voulue, proportionnelle au signal d'entrée.

Procédé : association de tous les éléments de la boucle de contrôle, sauf le contrôleur. Le terme indique parfois le fluide qui passe à travers la boucle.

Gain de procédé : taux de changement de la variable du procédé contrôlé pour atteindre le changement correspondant de la sortie du contrôleur.

Variabilité du procédé : mesure statistique précise indiquant combien un procédé est contrôlé en fonction du point de consigne. La variabilité du procédé est définie en pourcentage de la valeur type (2s/m), où m est le point de consigne ou la valeur moyenne de la variable de procédé mesurée et s est l'écart standard de la variable de procédé.

Caractéristique d'ouverture rapide* : carac-téristique de débit inhérente où le coefficient maximum du débit est atteint avec une course minimum de l'obturateur.

Plage : région entre les limites dans lesquelles une quantité est mesurée, reçue ou

transmise, exprimée en indiquant les valeurs minimum et maximum. Exemple : de 3 à 15 psi ; de -40 à 100°C (de -40 à 212°F).

Relais : dispositif qui agit comme un amplificateur de puissance. Il utilise le signal d'entrée électrique, pneumatique ou mécanique et produit un grand volume de débit d'air ou de fluide hydraulique à acheminer vers l'actionneur. Le relais peut être un composant interne du positionneur ou un accessoire de vanne séparé.

Répétabilité* : étroitesse de l’accord entre les résultats de mesures successives de la sortie pour la même valeur d’entrée, dans les mêmes conditions de service, avec le même sens d’approche, sur toute l’étendue de mesure. Elle est généralement mesurée comme une non-répétabilité et exprimée comme la répétabilité en pourcentage de l'étendue. Elle ne comprend par l'hystérésis.

Résolution : changement minimum possible de l'entrée nécessaire pour produire un changement détectable à la sortie lorsqu'au-cun inversement de l'entrée ne se produit. La résolution est généralement exprimée en pourcentage de l'étendue d'entrée.

Temps de réponse : généralement mesuré par un paramètre qui comprend le temps mort et la constante de temps. (voir T63, temps mort, constante de temps). Appliqué à une vanne, il comprend l'ensemble de celle-ci.

Second ordre : ce terme fait référence au rapport dynamique entre l'entrée et la sortie d'un dispositif. Un système ou dispositif de second ordre est équipé de deux dispositifs de stockage de l'énergie qui peuvent transmettre de l'énergie cinétique et potentielle de l'un à l'autre, dans les deux sens, ce qui lui permet d'avoir un comporte-ment oscillatoire et de dépassecomporte-ment.

Sensibilité* : taux de changement de la magnitude de sortie par rapport au change-ment d'entrée qui le provoque lorsque l'état de veille est atteint.

Capteur : dispositif qui relève la valeur de la variable de procédé et fournit un signal de sortie correspondant à un transmetteur. Le capteur peut faire partie intégrante du transmetteur ou être un composant séparé.

Point de consigne : valeur de référence représentant la valeur voulue de la variable de procédé contrôlée.

Torsion de l'arbre : phénomène selon lequel une extrémité de l'arbre de la vanne tourne et l'autre ne le fait pas. Cela se produit générale-ment dans les vannes rotatives, où l'action-neur est connecté à l'obturateur de la vanne par un arbre relativement long. Tandis que la friction du joint de vanne maintient l'arbre en place, la rotation de l'arbre côté actionneur est absorbée par la torsion de l'arbre jusqu'à ce que l'entrée de l'actionneur transmette suffisamment de force pour contrecarrer la friction.

Signal* : variable physique, dont un ou plusieurs paramètres contiennent des informations concernant une autre variable représentée par le signal.

Séquençage de l'amplitude de signal (plage fractionnée)*: Action par laquelle deux signaux ou plus sont générés, ou deux éléments de contrôle final ou plus sont actionnés par un signal en entrée, chacun répondant de manière consécutive, avec ou sans chevauchement, à la magnitude de ce signal d'entrée.

Dimensionnement (vanne) : procédure systématique conçue pour assurer la capacité correcte de la vanne pour chaque condition d'un ensemble de conditions du procédé établies.

Étendue* : différence algébrique entre les valeurs supérieure et inférieure de la plage.

Exemple : si la plage = de 0 à 66°C (150°F), l'étendue = 66°C (150°F) ; si la plage = de 3 à 15 psig, alors l'étendue = 12 psig.

Frottement statique : force requise pour qu'un organe en contact avec un autre commence à bouger. Voir aussi Friction.

Pression d’alimentation* : la pression au passage d'alimentation d'un dispositif. Les valeurs communes de la pression d'alimenta-tion de la vanne de régulad'alimenta-tion sont de 20 psig pour une plage de 3 à 15 psig et de 35 psig pour une plage de 6 à 30 psig.

T63 : mesure de la réponse d'un dispositif.

Elle est mesurée en appliquant un petite phase (généralement de 1-5%) en entrée du système. T63 est mesuré à partir du moment où la phase en entrée commence et jusqu'au moment où la sortie du système atteint 63%

de la valeur finale en veille. Il s'agit du total

de la valeur finale en veille. Il s'agit du total