Le monde de l'automobile est rempli de composants mécaniques et électroniques indispensables pour le fonctionnement optimal d'un véhicule. Parmi ces composants, le capteur de pression joue un rôle clé dans divers systèmes, notamment le contrôle de la pression des pneus et la gestion du moteur.

Système de surveillance de la pression des pneus (TPMS)

Qu'est-ce que le TPMS ?

TPMS est l'abréviation de Tire Pressure Monitoring System, ce qui signifie « système de contrôle de la pression des pneus ». En d'autres termes, TPMS est un capteur qui mesure la pression de l'air dans les pneus. Les capteurs TPMS contrôlent en temps réel le niveau de pression des pneus du véhicule.

Une pression inadéquate voire un écart des niveaux de pression des pneus influence considérablement le confort du conducteur et le comportement du véhicule dans les situations difficiles (manœuvre ou freinage brutaux). Lorsque la pression des pneus est trop basse, la consommation de carburant s'en trouve accrue. Inversement, une pression trop élevée nuit au confort des passagers.

En général, les conducteurs ne ressentent ni ne voient la différence de pression des pneus, car elle est invisible à l'œil nu. En outre, lorsque les pneus ont des profils bas, il est facile de négliger même une différence de pression de 1 bar. À cela s'ajoute que les irrégularités du sol empêchent d'estimer la pression des pneus en un coup d'œil. Ce sont les raisons pour lesquelles les véhicules sont désormais équipés de capteurs de pression des pneus.

Avec le système TPMS en question, les capteurs contrôlent en temps réel soit la pression des pneus, soit leur différence de pression. Le conducteur du véhicule reçoit des informations en temps réel sur l'état de la pression des pneus. Il peut donc réagir rapidement en cas de problème, p. ex.

Lire aussi: Tout savoir sur le capteur de capot W204

Types de systèmes TPMS

Il existe deux principaux types de systèmes TPMS : direct et indirect.

  • TPMS Direct : Un système TPMS direct est un appareil généralement installé sur les pneus, à proximité des valves. Ils permettent au système TPMS direct d'envoyer à l'ordinateur de bord les niveaux de pression de tous les pneus et de les afficher à l'écran. La synchronisation de tous les capteurs et de l'ordinateur de bord est extrêmement précise. Rien ne s'oppose donc au libre changement de l'emplacement des roues, pourvu que l'on réinitialise le système TPMS direct après chaque remplacement de roue, puis importe les nouvelles données dans le système.
  • TPMS Indirect : Un système TPMS indirect imite en pratique un système TPMS. Compte tenu de son mode de fonctionnement, il s'agit d'un des éléments des systèmes ABS et ESP. Ces capteurs envoient en temps réel le nombre de tours de chaque roue aux systèmes ABS et ESP. Plus la pression du pneu est forte, plus le diamètre réel de la roue est grand. Inversement, plus la pression est faible, plus le diamètre est petit. Le système TPMS indirect accède à ces informations et compte le nombre de tours des roues.

Avantages et maintenance des capteurs TPMS

Les capteurs de pression TPMS qui équipent les voitures présentent de nombreux avantages. Pour savoir si un véhicule est équipé de capteurs de pression de l'air TPMS, il suffit de positionner la clé de contact sur ON. L'entretien de pneus équipés d'un système TPMS direct coûte plus cher que celui des pneus dotés d'un système TPMS indirect. Pour cause, la maintenance de pneus équipés d'un système TPMS direct requiert plus de pièces et de main-d'œuvre. En outre, dans le cas des pneus équipés d'un système direct, l'indicateur de pression risque de s'abîmer lors du démontage. L'étalonnage est un autre poste de coût. En effet, le capteur de pression TPMS direct doit être paramétré après un changement de pneu ou la pose d'une roue.

Le capteur de pression TPMS permet de contrôler en temps réel la pression des pneus d'un véhicule et donc de veiller à maintenir son niveau adéquat.

Capteur de Pression d'Admission (MAP)

Le capteur de pression de suralimentation, communément appelé capteur MAP (pour Manifold Absolute Pressure en anglais), est un composant électronique présent dans de nombreux véhicules, en particulier ceux équipés d'un turbocompresseur, surtout les diesel. Le turbo, en compressant l'air avant son admission dans le moteur, permet d'améliorer la combustion et d'augmenter la puissance du véhicule. C'est là qu'intervient le capteur MAP qui mesure la pression d'admission d'air et permet d'ajuster l'injection de carburant en conséquence.

Il a pour principal rôle de mesurer la pression d'admission d'air dans le moteur et de transmettre ces informations au calculateur moteur. Le capteur MAP est un capteur magnéto-résistif, composé d'une céramique intégrant des résistances de mesure sensibles à la pression. Ces résistances génèrent des signaux électriques proportionnels à la pression d'admission d'air.

Lire aussi: PMH Renault Espace 4

Le capteur MAP joue un rôle crucial dans la gestion du moteur d'un véhicule. Le capteur MAP est généralement situé dans l'admission d'air, dans une tubulure du collecteur d'admission ou à proximité immédiate de celui-ci, branché au collecteur par un flexible.

Fonctionnement et Importance du Capteur MAP

Le rôle du capteur MAP (pour Manifold Absolute Pressure, ou pression absolue du collecteur en français) est donc de mesurer la pression d’admission d’air, lorsque l'air entre dans le moteur. Il transmettra ainsi ces informations au calculateur moteur.

Le capteur MAP est composé d’une céramique qui contient des résistances de mesure sensibles à la pression.

En mesurant la pression d'admission d'air et en transmettant ces informations au calculateur moteur, il contribue à optimiser la combustion dans le moteur, augmentant ainsi la puissance du véhicule et réduisant sa consommation de carburant.

Signes de défaillance et entretien

Attention toutefois, ces symptômes peuvent également indiquer un problème situé ailleurs dans le circuit d'injection. Il est donc recommandé d'effectuer un diagnostic auto pour vérifier le fonctionnement du capteur MAP. Un capteur MAP peut s'encrasser avec le temps, perturbant ainsi l'injection de carburant dans votre véhicule. Il est donc parfois nécessaire de nettoyer ce composant. Pour cela, vous pouvez utiliser un produit spécial ou du White Spirit. Si votre capteur MAP est défectueux, il devra être remplacé. Le prix d'un capteur MAP peut varier considérablement en fonction du modèle et du type de véhicule.

Lire aussi: Mercedes W203 : Capteur de vitesse

Principes Généraux des Capteurs de Pression

Un capteur de pression convertit la pression en un signal électrique. On en distingue une multitude de types et de technologies. Avant de faire votre choix, il faut tenir compte de leurs différences ainsi que de vos besoins.

Qu'est-ce qu'un capteur de pression ?

Un capteur de pression, appelé aussi sonde de pression, est un appareil qui mesure une quantité physique et la traduit en signal électrique analogique. Ce dernier peut être aussi un signal optique.

En effet, le capteur de pression comprend un composant qui détecte la pression appliquée et des éléments qui transforment cette donnée en un signal de sortie. Quand le capteur est relié à un système numérique, un convertisseur analogique numérique transforme, en premier lieu, les variations en des signaux numériques binaires pour les transmettre, en deuxième lieu, à l'ordinateur de gestion et de contrôle.

Par ailleurs, la pression est, en général, mesurée en unités de force par unité de surface. Les unités de mesure communes sont le Bar (barre), N / mm2, psi (livres par pouce carré) ou le Pascal (Pa).

Comment fonctionnent les différents capteurs de pression ?

On distingue plusieurs technologies de capteurs de pression :

  • Les capteurs à base de jauge de contrainte : La déformation physique de jauges métalliques de contrainte (appelées également jauges de déformation) réalise la conversion de la pression en signal électrique. Les jauges sont collées sur la membrane du transducteur de pression (élément sensible à la pression). En outre, ces dernières sont câblées dans une configuration en pont de Wheatstone à travers lequel se réalise la connexion électrique.
  • Le capteur de pression capacitif : Le capteur de pression capacitif produit, à travers un diaphragme et une cavité de pression, un condensateur variable. Quand la pression est appliquée, la capacité diminue et la membrane devient déformée. D'autre part, on peut mesurer électriquement cette variation de capacité qui sera après ajustée selon la pression subite.
  • Le capteur de pression piézo-résistif : Le capteur de pression piézo-résistif contient un diaphragme, souvent en silicium, et des jauges afin de détecter les conséquences de la pression appliquée, notamment les déformations. En outre, les jauges de contraintes sont intégrées dans un circuit en pont de Wheatstone afin de diminuer la sensibilité et d'améliorer le rendement.
  • Le capteur de pression résonnant : Les technologies citées au-dessus fonctionnent toutes avec une déflexion d'un corps de mesure. Par contre, le capteur de pression résonnant utilise les variations de la fréquence de résonance pour détecter et mesurer la déformation due à l'application d'une pression.

Types de mesures de pression

Selon le type de pression mesurée, on distingue :

  • Le capteur de pression absolue : La pression est mesurée par rapport à une chambre de référence qui est presque vide. L'avantage du capteur de pression absolue est que les changements de la pression atmosphérique ne modifient pas la pression mesurée. En ajout, elle est très peu affectée par les variations de la température.
  • Les sondes de pression manométrique : Les capteurs de pression manométrique, appelés aussi capteurs de pression relative, permettent de mesurer la pression en prenant en considération la pression atmosphérique actuelle.
  • Le capteur de pression différentielle : Le capteur de pression différentielle permet de mesurer la différence entre 2 pressions, ainsi que les pertes de charge et les niveaux de débits et de fluide.
  • Le capteur de pression étanche : Contrairement au capteur de pression relative, le capteur de pression étanche mesure la pression en prenant en considération une pression fixe et non pas la pression atmosphérique actuelle.

Types de capteurs de pression selon leurs sorties

Selon la sortie, on distingue 3 types de capteurs :

  • Le capteur de pression à sortie en millivolts : Ce capteur de pression est le plus économique. Grâce à l'absence d'une carte électronique de conditionnement des signaux, il permet de mesurer la pression à des températures plus élevées que les capteurs amplifiés.
  • Les transducteurs de pression à sortie de tension : Ils contiennent un conditionnement de signaux permettant d'obtenir une sortie remarquablement plus élevée que le capteur millivolt.
  • Le transmetteur de pression à sortie 4-20 mA : Le transmetteur de pression à sortie 4-20 mA est surtout utilisé quand le signal doit se transmettre sur de longues distances.

Comment choisir le capteur de pression ?

Parmi les facteurs desquels il faut tenir compte avant de choisir un capteur de pression, on cite :

  • L'étendue des valeurs à mesurer. Prévoyez une sonde qui permet de mesurer plus que la valeur voulue.
  • La précision de la mesure : elle renvoie au pourcentage d'erreur. Plus elle est grande, plus le prix est élevé. Il est alors essentiel d'estimer la précision nécessaire pour diminuer le coût.
  • La linéarité de la mesure.
  • La répétabilité de la mesure : elle renvoie à la capacité du capteur de reproduire un signal identique quand on applique une même pression dans des circonstances pareilles à la première mesure.
  • La compensation de la température : La pression dépend de la température. Cette dernière est la cause d'erreur la plus fréquente.
  • La nature du fluide à mesurer : certains éléments s'avèrent néfastes et peuvent impacter les composants électroniques du capteur. Choisissez un capteur qui résiste aux conditions agressives.

Capteurs de pression pour moteurs de voitures

Le capteur de pression détecte la pression d'air présente dans l'admission de la voiture pour la convertir en un signal électrique envoyé au calculateur. Ce dernier règle le mélange air combustible ou le mélange stoechiométrique.

Cela permet au calculateur d'équilibrer entre la quantité de l'air présent dans le moteur et celle du combustible fourni. Ainsi, on garantit une émission de particules polluantes qui respecte les normes et la puissance du moteur. Certaines sondes contiennent un capteur de température NTC pour détecter la température de l'air d'admission et calculer la quantité d'air aspiré.

Par ailleurs, le capteur de pression fonctionne à des températures qui varient entre -40°C et +120°C. En ajout, il doit résister aux hydrocarbures.

Types de capteurs de pression moteur

  • Le capteur de pression du collecteur d'admission : Le capteur de pression du collecteur voiture d'admission a des plages de dépression qui varient entre 10 et 130 kPa. On le trouve dans les voitures dont le moteur est atmosphérique.
  • Le capteur de pression de suralimentation : Il mesure des pressions de 10-130 kPa ≤ P2 ≥ 400 kPa. Il est utilisé surtout dans des voitures à turbocompresseurs à géométrie variable. En effet, grâce à lui, le calculateur peut mesurer et contrôler la quantité d’air comprimé dans le tuyau d’admission.
  • Le capteur de pression du servofrein : Le capteur de pression vérifie si la dépression dans l’amplificateur du servofrein est suffisante et en informe le calculateur moteur.

Transducteurs de Pression

Un transducteur de pression convertit la pression en un signal de sortie électrique. Le signal électrique peut être numérique ou analogique et est utilisé par d'autres dispositifs tels que des contrôleurs, des alarmes et d'autres systèmes en boucle fermée. Les transducteurs de pression sont largement utilisés dans diverses applications résidentielles et commerciales comme le CVC, les pompes, les véhicules, les avions, etc., où la mesure de la pression est nécessaire.

Principe de fonctionnement d'un capteur de pression

Un capteur de pression se compose d'un élément sensible à la pression, tel qu'un diaphragme, avec une surface constante. La pression du fluide provoque la déflexion du diaphragme. Le capteur de pression comprend également un élément de transduction. Cet élément de transduction convertit la déflexion détectée par le diaphragme en un signal électrique de sortie. Ce signal augmentera ou diminuera proportionnellement au changement de pression. Par conséquent, l'étalonnage de l'appareil est essentiel pour s'assurer que la pression est dans la plage des spécifications.

Les capteurs de pression nécessitent une alimentation électrique pour produire des signaux électriques. Le signal est généralement de 4-20 mA ou 0-10 V CC. Certains systèmes peuvent également utiliser une combinaison de courant alternatif et continu. Le signal 4-20 mA est une norme largement utilisée dans l'industrie. Il utilise une configuration à 2 fils, tandis que la sortie en tension CC utilise une configuration à 3 fils. Le signal 4-20 mA peut être utilisé sur de longues distances et est moins sensible aux interférences qu'un signal CC.

Un capteur de pression ne doit pas être confondu avec un manocontact. Un manocontact est un dispositif qui actionne un contact électrique lorsqu'une pression de fluide prédéfinie est atteinte.

Types de capteurs de pression basés sur la technologie de mesure

  • Capteur de pression à jauge de contrainte : Ces capteurs conviennent pour mesurer des pressions extrêmement élevées et basses ainsi que la pression différentielle. La pression différentielle est la différence de pression entre deux points donnés. Le capteur contient un élément sensible, un diaphragme. Toute déformation du diaphragme provoquera un changement de la résistance des jauges de contrainte. Généralement, quatre jauges sont utilisées dans un pont de Wheatstone pour maximiser la sensibilité du capteur.
  • Capteur de pression capacitif : Les capteurs de pression capacitifs mesurent la pression en détectant les changements de capacité électrique dus au mouvement du diaphragme. Il possède deux plaques de condensateur, un diaphragme et une électrode fixée à une surface non pressurisée. Ces plaques sont à une certaine distance l'une de l'autre, et le changement de pression élargira ou rétrécira l'écart entre ces plaques. Ce changement de capacité est converti en un signal utilisable.
  • Capteur de pression potentiométrique : Ce type de capteur se compose d'un potentiomètre de précision. Le potentiomètre comprend un curseur connecté à l'élément sensible à la pression, tel qu'un diaphragme. La déflexion de cet élément modifie la position du curseur. La valeur de résistance change entre le curseur et une extrémité du potentiomètre.
  • Capteur de pression à fil résonnant : Les capteurs de pression à fil résonnant ont un fil vibrant situé dans un diaphragme. L'oscillateur électronique maintient le fil en vibration. Lorsque la pression change dans le diaphragme, la tension du fil et la fréquence de résonance changent.
  • Capteur de pression inductif : Les capteurs de pression inductifs fonctionnent selon le principe de l'induction électromagnétique. Le capteur possède un diaphragme connecté à un noyau ferromagnétique. La légère déflexion du diaphragme provoque un mouvement linéaire dans le noyau ferromagnétique, ce qui induit un courant. Le mouvement du noyau dû au changement de pression fait varier le courant induit.
  • Capteur de pression piézoélectrique : Lorsqu'une pression est appliquée, les capteurs de pression piézoélectriques utilisent un cristal de quartz ou un matériau céramique pour générer une charge électrique. Cette charge électrique, mesurée comme une tension, est proportionnelle au changement de pression.

Facteurs à Considérer Lors du Choix d'un Capteur de Pression

  • Type de fluide : Le type de fluide doit être compatible avec le matériau du capteur.
  • Matériau du boîtier et du joint : Le matériau du boîtier et du joint du capteur doit être chimiquement compatible avec le fluide de l'application. L'acier inoxydable est le matériau de boîtier le plus couramment utilisé. Il offre une résistance élevée et une meilleure compatibilité avec les fluides neutres et corrosifs.
  • Température : Une température extrême peut limiter la fonctionnalité du capteur.
  • Pression : Le capteur doit pouvoir supporter la plage de pression de fonctionnement ainsi que la surpression de l'application.
  • Type de capteur : Les capteurs de pression à capacité et à fil résonnant conviennent pour la pression absolue et relative.
  • Hystérésis : L'hystérésis est la capacité du capteur de pression à produire la même sortie lorsque la même pression croissante et décroissante est appliquée consécutivement.
  • Répétabilité : La répétabilité est la capacité du capteur de pression à produire la même sortie à la même pression. Elle varie généralement de 0,5% à 0,05%.

Unités de Mesure de Pression

Comme indiqué auparavant, la pression P est une force F exercée par un fluide mesurée en N sur une surface S mesurée en m². Elle est équivalente à l'unité N/m² (Newton par mètre carré) ou Psi (Pound per square inch). La pression s'exprime dans le système international par le Pascal (Pa). Elle est aussi exprimée en hauteur de colonne de mercure : millimètre de mercure (mmHg). Elle peut être mesurée en bars.

Le tableau ci-dessous représente les conversions des unités de mesure de pression les plus couramment utilisées :

Pa N/m² bar mmHg
1 Pa 1 1 0.00001 0.0075
1 N/m² 1 1 0.00001 0.0075
1 bar 100 000 100 000 1 750
1 mmHg 133.3 133.3 0.0013 1

Différenciation des Pressions Absolue et Relative

Une pression absolue est mesurée dans une cellule absolue ou dans une chambre dite de référence qui est presque vide. Sa pression de référence est égale à 0 bar. Le capteur de pression absolue relève une valeur de pression appliquée sur une membrane. Cette pression ne s'affecte ni des variations de pression atmosphérique, ni des changements de température.

Une pression relative est mesurée dans une cellule relative qui permet la compensation de la pression atmosphérique.

Comment Tester un Capteur de Pression avec un Multimètre

Savoir comment tester un capteur de pression 4-20mA est essentiel pour garantir des performances précises et fiables dans un système. Connectez le multimètre en série avec le capteur de pression. Observez la lecture de courant sur le multimètre. Les valeurs de sortie exactes correspondant aux différentes lectures de pression seront spécifiées dans la fiche technique du fabricant. Comparez les lectures du multimètre avec les valeurs attendues en fonction de la pression appliquée.

tags: #capteur #de #pression #automobile #fonctionnement

Articles populaires: