Mise en service des signaux 4–20 mA et 0–10 V

À la mise en service, les défauts analogiques les plus courants sont une plage erronée dans le récepteur, une boucle qui manque de tension près du haut de plage ou un fil coupé interprété comme zéro. Chacun se vérifie rapidement avec un multimètre et un calibrateur de boucle. Ce guide chiffre ces contrôles avec un ZIO EpiSensor (4–20 mA) ou un ZVO (0–10 V) en récepteur.

Télécharger la fiche de réception (.txt, en anglais). Imprimez-la ou remplissez-la sur site.

Définir la mesure

Avant tout raccordement, notez le repère de l'instrument, la plage et l'unité, le modèle du transmetteur et son certificat d'étalonnage. Notez aussi sa caractéristique de sortie. La plupart sont linéaires, mais un transmetteur de débit à pression différentielle peut fournir une sortie en racine carrée et certaines sorties sont inversées (20 mA en bas de plage). La fiche de réception proposée à la fin du guide comporte un champ pour chaque élément.

Conservez le courant brut à côté de la valeur convertie. Dans Edge, chaque voie ZIO rapporte son courant de boucle en mA sous quatre capteurs : Now, Avg, Min et Max. Créez un capteur calculé linéaire pour la grandeur technique, y = m × x + c, en gardant les capteurs en mA. Pour un transmetteur de 0 à 10 bar, m = 10 bar ÷ 16 mA = 0,625 bar/mA et c = −4 mA × 0,625 bar/mA = −2,5 bar. Une boucle ouverte affiche alors 0,000 mA et −2,5 bar, en dessous du vide complet. Une lecture d'exactement 10 bar avec 20,000 mA peut indiquer une entrée saturée, pas une pression réelle de fin de plage.

Câbler une boucle 4–20 mA

Dans une boucle à deux fils, le transmetteur tire son alimentation de la boucle et règle le courant entre 4 et 20 mA. L'alimentation, le transmetteur et le récepteur sont en série : le même courant les traverse.

Balayez pour voir tout le schéma

Le ZIO mesure le courant de boucle ; il ne l'alimente pas. Sa fiche indique une alimentation externe et une tension d'entrée maximale de 36 V CC. Une boucle à deux fils exige donc sa propre alimentation, généralement 24 V CC. La fiche donne une plage de mesure de 0 à 20 mA et une résolution de 0,001 mA. Elle ne précise ni la résistance d'entrée, ni la précision, ni l'isolation entre les deux voies d'un ZIO-22. Mesurez la résistance d'entrée sur site comme indiqué ci-dessous et demandez la précision à EpiSensor avant de fixer une limite d'acceptation.

Un transmetteur à quatre fils dispose de sa propre alimentation et impose lui-même le courant de sortie. Raccordez sa sortie directement à l'entrée ZIO, sans alimentation de boucle. Une alimentation en série avec une sortie active peut pousser le courant hors plage ou endommager l'étage de sortie. Un transmetteur à trois fils partage le négatif de son alimentation avec le retour du signal. Raccordez l'entrée ZIO entre la sortie du signal et le 0 V.

Deux boucles sur une même alimentation ZIO-22 sont normales si chacune revient par sa propre voie. Si un transmetteur est relié à la terre côté procédé ou si les deux boucles utilisent des alimentations à potentiels différents, installez un isolateur de boucle. Sans lui, les boucles peuvent partager un retour et la lecture de chacune varie avec le courant de l'autre.

Raccordez l'écran du câble à la terre à une seule extrémité, normalement côté récepteur. Éloignez le câble de signal des câbles de puissance. Avant de mettre sous tension, vérifiez au multimètre la polarité au transmetteur et au ZIO.

Vérifier la marge de tension de la boucle

À 20 mA, l'alimentation doit couvrir la tension minimale du transmetteur, la chute dans chaque résistance série et une marge. Répertoriez tous les éléments en série : entrée du récepteur, câble aller-retour, barrière ou isolateur, afficheur local et protection contre les surtensions. Les afficheurs alimentés par la boucle sont généralement caractérisés par une chute de tension, pas par une résistance : soustrayez directement cette chute de la tension d'alimentation.

Avec une alimentation de 24 V, un transmetteur exigeant 10,5 V, une entrée récepteur de 250 Ω et une résistance de câble aller-retour de 20 Ω :

24 V − 10,5 V − 20 mA × 270 Ω = 8,1 V de marge

Les 250 Ω sont ici une valeur courante d'entrée récepteur, qui transforme 4–20 mA en 1–5 V. Ce n'est pas une valeur publiée pour le ZIO. Pour déterminer sa résistance d'entrée, maintenez un courant stable dans la boucle, mesurez la tension aux bornes de l'entrée ZIO et divisez-la par le courant. Utilisez le résultat dans le calcul.

Cette boucle peut tolérer jusqu'à 675 Ω de résistance totale avant que la marge tombe à zéro : (24 V − 10,5 V) ÷ 20 mA. Si le transmetteur communique en HART, un communicateur portatif requiert au moins 230 Ω de résistance de boucle ; 250 Ω est la valeur habituelle. Si le récepteur et le câble en donnent moins, ajoutez une résistance série et refaites le calcul de marge.

Si le transmetteur ou son câble se met en court-circuit, toute la tension d'alimentation apparaît aux bornes de l'entrée récepteur. À 24 V, elle reste dans la limite de 36 V CC du ZIO ; à 48 V, elle la dépasse. Le courant de boucle n'est alors limité que par les résistances d'entrée et de câble : choisissez une alimentation de boucle à limitation de courant ou munie d'un fusible.

Câbler un signal de tension

Le ZVO lit 0–10 V CC avec une résolution de 0,001 V. Une entrée tension mesure le signal par rapport à une référence commune. Si le commun de la source diffère de 0,2 V de celui du récepteur, chaque lecture comporte 0,2 V d'erreur, soit 2 % d'une plage 0–10 V. Avant d'accepter le signal, mesurez la tension entre les deux communs. Comparez ensuite la tension source avant et après raccordement du ZVO. Une baisse de plus de quelques millivolts indique que le récepteur charge la sortie ou que les communs sont à des potentiels différents. Pour un long câble ou entre tableaux à terres différentes, utilisez la sortie 4–20 mA du transmetteur ou un isolateur de signal.

Un simple 0–10 V ne distingue pas une rupture de fil d'une lecture nulle : les deux donnent 0 V. Quand la distinction importe, réglez le transmetteur sur 2–10 V (zéro vivant). Une lecture proche de 0 V signale alors toujours un défaut. Par exemple, 6 V sur une sortie 2–10 V réglée de −20 à 80 °C indiquent 30 °C :

Vérifier la mise à l'échelle sur des points connus

Appliquez des courants connus avec un calibrateur de boucle. En mode source, débranchez le transmetteur et branchez le calibrateur à l'entrée ZIO : il fournit alors le courant. En mode simulation, il remplace le transmetteur et régule le courant tiré de l'alimentation de boucle ; cet essai vérifie donc aussi l'alimentation et la marge de tension. Beaucoup de transmetteurs intelligents disposent d'une fonction d'essai de boucle imposant un courant fixe. Pour vérifier une boucle en service sans l'ouvrir, utilisez une pince milliampèremétrique.

Appliquez au moins 4, 12 et 20 mA. Les points 4 et 20 mA révèlent une mauvaise plage ou une correspondance inversée. Le point 12 mA révèle une mauvaise caractéristique. Si un transmetteur de débit envoie la pression différentielle mais que la valeur affichée est un débit, 12 mA représentent 50 % de la pression différentielle et pourtant √0,5 = 70,7 % du débit maximal. Seul un point intermédiaire montre la différence. Pour un transmetteur de pression linéaire de 0 à 10 bar, 12 mA correspondent à 5 bar :

À chaque point, notez le courant appliqué, le courant brut en mA dans Edge, la valeur convertie et l'heure. Fixez la limite d'acceptation avant l'essai. Ajoutez l'incertitude du calibrateur et la précision de l'entrée à la précision annoncée du transmetteur. Un transmetteur à ±0,1 % de la plage 0–10 bar contribue ±0,01 bar avant ces deux autres termes. Appliquez ensuite 3,8 et 20,5 mA ; notez si la valeur est limitée, extrapolée ou signalée en défaut. Un capteur calculé linéaire Edge extrapole : 20,5 mA sur 0–10 bar donnent 10,31 bar.

Cet essai vérifie le parcours des données entre les bornes du ZIO et la valeur dans Edge. Le certificat d'étalonnage du transmetteur atteste sa précision dans le procédé.

Transmetteurs de température avec sondes RTD

De nombreuses températures arrivent au ZIO par un transmetteur lisant une sonde Pt100 ou Pt1000. Le ZIO lit la sortie 4–20 mA du transmetteur, pas la sonde RTD. Vérifiez la sonde au transmetteur par rapport à la courbe IEC 60751. Une Pt100 présente 109,73 Ω à 25 °C :

Sur une RTD à deux fils, la résistance des conducteurs s'ajoute à celle de la sonde et augmente la température lue. Deux fils de 2 Ω chacun ajoutent 4 Ω. À 25 °C, la résistance d'une Pt100 varie d'environ 0,39 Ω/°C : la lecture est donc trop élevée d'environ 10,3 °C :

Utilisez une liaison à trois ou quatre fils entre la sonde et le transmetteur. La configuration à trois fils compense la résistance si les fils sont appariés ; celle à quatre fils l'élimine. Si une sonde à deux fils est déjà posée, court-circuitez les bornes de la sonde à sa tête et mesurez la résistance des deux fils. Saisissez cette valeur comme compensation dans le transmetteur, s'il propose ce réglage.

États de défaut et qualité des données

NAMUR NE 43 distingue mesure et défaillance sur un signal 4–20 mA. La plage de mesure va de 3,8 à 20,5 mA. Le transmetteur signale un défaut à 3,6 mA ou moins, ou à 21 mA ou plus. Vérifiez qu'il utilise la signalisation NE 43 et notez le sens choisi : vers le bas (3,6 mA ou moins) ou vers le haut (21 mA ou plus). Provoquez ensuite un défaut de sonde, par exemple en débranchant la RTD au transmetteur, et lisez le courant.

La plage de la fiche ZIO est de 0–20 mA. Avant de vous fier à un défaut vers le haut, appliquez 20,5 puis 21 mA et vérifiez que ces courants sont affichés dans Edge. Si l'entrée plafonne à 20 mA, un défaut haut apparaîtra comme une pleine échelle : réglez alors le transmetteur sur un défaut vers le bas.

Placez les alarmes de défaut sur le capteur mA brut, pas sur la valeur convertie. Un seuil sur la valeur convertie change si quelqu'un modifie la plage du calcul.

Échantillonnage et transmission

Dans Edge, chaque ZIO ou ZVO possède une durée de moyennage de 1 à 255 s. Chaque capteur transmet à intervalle de 1 à 1 440 minutes, quand la valeur change de plus qu'un écart défini, ou selon les deux critères. Cet écart est exprimé dans l'unité propre au capteur, soit mA pour un ZIO. Live Stream transmet une fois par seconde avec un micrologiciel de nœud 3.22 ou plus récent ; cela augmente fortement le trafic réseau et les données exportées.

Une moyenne sur une minute ne peut montrer une excursion de pression d'une seconde. Si les excursions brèves importent, consignez Min et Max en plus d'Avg, ou ajoutez un déclenchement sur écart. Notez pour chaque signal la durée de moyennage, le mode de transmission, l'intervalle et l'écart.

Fiche de réception

Conservez une fiche par signal. Le modèle téléchargeable couvre :

Répétez les essais après le remplacement d'un instrument, un changement de plage, une modification du câblage ou de l'entrée. Poursuivez avec l'instrumentation des procédés industriels, ou composez un système à partir de la liste des instruments.