Essais & Simulations n°118

Dossier
correspond à une fonction polynomiale
de conversion inverse : température
vers tension. Il est obtenu par une méthode
d’interpolation à partir des tables
de conversion standards ou expérimentales
(étalonnage).
• Caractérisation des bruits de mesure
: Une étude théorique des différentes
sources de bruits de mesure a
été réalisée. Elle a permis de définir
les campagnes d’essai de caractérisation
nécessaires. Ces campagnes
d’essai ont permis de quantifier ces
bruits et d’en identifier les plus significatifs.
Selon la nature et l’effet des
différents bruits, ainsi caractérisés,
des solutions ont été préconisées
pour les réduire. Certaines de ces
solutions reprennent les précautions
de mise en œuvre classiques de la
mesure par thermocouples, tels que
le torsadage ou l’isolation des câbles
des TC. D’autres solutions intégrées
dans les techniques de filtrage optimal
ont consisté à la prise en compte du
bruit de mesure correspondant dans le
modèle d’observation. Enfin, certains
bruits, telle la tension du mode commun,
nécessiteront une architecture
spécifique. Etudiée dans le cadre du
projet, elle sera mise en œuvre dans
de prochaine version de l’instrument
de mesure.
. Adaptation et étude comparative de
techniques de filtrage optimal :
Cinq techniques de filtrage optimal
candidates ont été identifiées et adaptées
au problème de mesure de températures
par thermocouple. Elles ont
été comparées en simulation à une
chaine classique de mesure (comportant
un voltmètre intégrateur). Les indicateurs
de performances retenus pour
cette étude comparative sont :
• L’Erreur Quadratique Moyenne
(EQM) de mesure tant en régime transitoire
qu’en régime permanent (palier
de température constante).
• Le biais de mesure qui correspond à
l’erreur moyenne de mesure.
• Le temps de calcul par échantillon.
Ce dernier critère permet d’évaluer la
faisabilité temps- réel de la solution
étudiée et d’optimiser les exigences en
termes de capacité calculatoire de la
solution retenue.Cette étude a permis
de sélectionner la technique de filtrage
optimale réalisant le meilleur ratio gain
en performances sur charge de calcul.
. Implémentation : Architecture HW/
SW
La nouvelle technique de mesure rapide
de température a été implémentée
sur une architecture matérielle
adaptée composée de trois modules :
• Un module d’acquisition : intégrant
l’amplification, le multiplexage et la
numérisation de plusieurs voies de
mesure, il permet le conditionnement
adapté du signal TC en vue du traitement
numérique.
• Un module de traitement : il intègre
le microprocesseur dédié au traitement
numérique du signal TC, ainsi que les
mémoires nécessaires. Il embarque,
notamment le logiciel de filtrage optimal.
• Un module communication : Il gère
Figure 6 - Architecture de l’outil de
mesure rapide de température par thermocouple
(prototype 15 voies)
les périphériques (affichage et saisie)
et les ports de communications (USB,
ETH...) de l’instrument de mesure
et dispose d’un microcontrôleur dédié.
Cette architecture modulaire, représentée
sur la Figure 6, a été pensée
afin de minimiser l’effort de conception
lors de la déclinaison du prototype
développé dans le cadre du projet en
produits de tailles (nombre de voies)
variées.
> Performances
La démonstration des performances
du nouveau dispositif de mesure de
température par TC a été effectuée en
trois étapes :
• Phase de test en simulation.
• Phase de validation métrologique sur
données réelles (Traitement différé).
• Benchmark temps-réel avec une station
classique. Ces trois étapes ont
donné des résultats concluants et ont
permis de démontrer la supériorité,
tant au niveau de la vitesse qu’au niveau
de la précision, de la technique
développée par rapport aux dispositifs
classiques de mesure de température
par thermocouples. Les figures 7, 8 et
9 présentent les résultats de la comparaison
des performances en simulation
de :
• la solution MIMECOR-VT avec une
vitesse d’acquisition de 20 ms/voies.
• Deux configurations de voltmètre
intégrateur : 20 ms/voies et 100 ms/
voies.
Elles montrent une erreur quadratique
moyenne (EQM) de la technique
MIMECOR-VT jusqu’à cinq fois plus
faible, y compris en comparaison à un
VI avec une période d’acquisition 5 fois
plus lente (100 ms). Cette supériorité
est indépendante du niveau du bruit de
mesure considéré (cf. Figure 8).
Essais & Simulations • SEPTEMBRE 2014 • PAGE 51