Les convertisseurs de température Atex

uelle que soit l'application, connaître la température à Q chacune des étapes d'un procédé industriel se révèle bien souvent, pour ne pas dire tout le temps, indispensable pour contrôler et optimiser le process. Mais disposer des mesures fiables n'est pas aussi évident que d'aucuns pourraient l'imaginer. « La mesure de température est l'une des plus complexes à réaliser, car elle est influencée par de nombreux paramètres, tels que la température de la paroi », rappelle Titouan Fèvre, du support technique de Baumer France.

Endress+Hauser

C'est toute la chaîne de mesure qui fait la qualité d'une mesure de température, comme celle de n'importe quelle autre grandeur physique d'ailleurs, du capteur au logiciel, en passant donc par l'électronique, à savoir le convertisseur. « Il s'agit de convertir le signal d'une sonde de température à résistance ( Resistance Temperature Detector ou RTD) ou d'un thermocouple – un signal de faible niveau, de l'ordre de quelques dizaines d'ohms ou de quelques millivolts respectivement – en un signal analogique de plus haut niveau, plus approprié à une transmission sur de grandes distances vers un afficheur, un enregistreur, un automate, un SCADA ou un système de contrôle-commande numérique, à travers un environnement bruité », explique-t-on chez Moore Industries, fabricant américain distribué en France par Mesure Process-Control (MPC).

Au-delà de disposer de mesures fiables pour contrôler leurs procédés, certains industriels doivent également mettre en œuvre des points de mesure de température pour garantir la sécurité des biens et des personnels intervenant à proximité. Ce qui ne laisse aucune place à l'« imprécision »… On entre ici dans le monde pas si petit de la Directive Atex. « La certification Atex est limitée à la Communauté européenne des pays soumis à la Directive Atex 2014/34/UE. La certification IECex, elle, est valable à l'international, dasn des pays comme Australie, Afrique du Sud, Nouvelle-Zélande », explique Thierry Vigneron, directeur général France et Belgique de PR electronics. Dans la mesure où les normes sur lesquelles la Directive Atex et l'IECEx se basent sont les mêmes, à savoir la série de normes IEC 60079, l'échange des équipements et des services à l'international en est grandement facilité.

« La demande est liée aux investissements dans tous les process où peuvent se trouver des atmosphères explosibles (Atex), par la présence de gaz ou de poussières », précise-t-il. « Les secteurs pour les convertisseurs de température Atex sont ceux où nous sommes déjà très bien implantés : le pétrole et le gaz, la chimie et la pétrochimie, ainsi que, dans une moindre mesure, l'énergie », liste Xavier Buire, responsable Produits Niveau et température chez Emerson Automation Solutions France.

On distingue deux types de montage : les convertisseurs dits pour tête de sonde sont montés directement sur le capteur, les convertisseurs à montage en rail DIN sont séparés de la sonde et montés dans une armoire, permettant de ramener le signal de température en zone sûre.

Krohne

Une forte pression sur les prix

Ce que confirme Dominique Dumont, ETM Product Sales Specialist - Marketing Department chez Wika Instruments, en ajoutant qu'« une part importante de notre chiffre d'affaires est réalisée au travers d'accords OEM avec les fabricants de sondes de température, tels que les français Pyrocontrole (groupe Chauvin Arnoux) et Thermo Est . » C'est d'ailleurs l'une des particularités du marché des convertisseurs de température (Atex ou non) et, plus généralement, de celui de la mesure de température ( voir Mesures n° 835 ). Il existe en effet un très grand nombre de fabricants de capteurs de température, bien plus en tout cas que de sociétés spécialisées dans la partie électronique. Même si les fabricants de convertisseurs de température Atex ne manquent pas, une trentaine est recensée dans le tableau de la page 64.

C'est ainsi que l'on retrouve dans le catalogue des fabricants de sondes des modèles de convertisseurs de température de sociétés tierces, voire même sous leur nom. « En tant que fabricant d'électronique, nous devons proposer des convertisseurs de température capables d'être “labellisables”, c'est-à-dire qu'ils ne soient pas identifiables immédiatement », explique Jean-Baptiste Robert, responsable Produits et Marché de l'Atex chez Georgin. Le corollaire à cette particularité est une forte pression sur les prix, même pour des équipements liés à la sécurité, une pression plus forte dans la température que dans les autres domaines de l'instrumentation de process, selon la majorité des personnes interrogées.

« Si certaines caractéristiques influent sur le coût d'un convertisseur – s'il est isolé ou non isolé, par exemple –, le prix dépend aussi beaucoup des quantités. Et les gros consommateurs que sont les clients OEM sont très bien identifiés », poursuit Jean-Baptiste Robert. Pour Christian Knecht, responsable du marketing Industries chez Endress+Hauser France, « la pression sur les prix est la même que celle dans l'industrie ( suite de la page 63 ) de process. Nous sommes plutôt passés de modèles avec des options inutiles (pour certains utilisateurs) à des produits optimisés pour une application donnée. » Et quand le marché va moins bien, il y a forcément une pression plus forte sur les prix.

FF : Foundation Fieldbus. PE : Pleine échelle. RTD : résistance de platine.T/C : Thermocouple. De nombreux fabricants de capteurs, tels que Pyrocontrole (groupe Chauvin Arnoux) ou Thermo Est, commercialisent aussi des convertisseurs Atex, sous leur nom.

Il est difficile d'avoir une idée assez détaillée de la taille du marché très concurrentiel des convertisseurs de température, Atex de surcroît. Sans aller jusqu'à parler de marché de niche, puisque la taille du marché mondial des capteurs de température est estimée à 6,86 milliards de dollars en 2023 par le cabinet d'analyses indien Markets & Markets, soit un taux de croissance annuel moyen (CAGR) de 4,5 % entre 2017 et 2023, la majorité des sociétés interrogées s'accordent sur une stabilité, voire une légère croissance, du segment de marché des convertisseurs de température Atex.

« Si le marché du revamping et de la maintenance s'essouffle, de nouveaux utilisateurs apparaissent en Europe de l'Est et en Asie, d'où une progression du marché dans ces zones géographiques et aux États-Unis. En Europe de l'Ouest, le marché est soutenu par la mise à niveau de l'électronique et l'intégration de bus de terrain (Hart et Profibus PA, par exemple), même s'il est plutôt en recul », constate Max Fossey, responsable Produits et marchés chez Krohne France, qui a racheté le suédois Inor en janvier 2006. « Dans l'ensemble, la demande de transmetteurs de température est en baisse, en raison d'une économie ralentie et aussi du déploiement accru des entrées/sorties déportées. Ces dernières affichent en effet un coût par point de mesure bien meilleur pour la surveillance de la température », tempère-t-on toutefois du côté de Moore Industries.

Montage pour tête de sonde ou en rail DIN ?

Après ces considérations économiques, intéressons-nous maintenant aux aspects techniques des convertisseurs de température Atex. On distingue d'abord deux grandes familles de produits, selon leur type de montage. « Les convertisseurs dits pour tête de sonde sont montés directement sur le capteur, avec une protection à sécurité intrinsèque ; ils se trouvent donc en zone explosible. Les convertisseurs, eux, sont séparés de la sonde et montés dans une armoire, d'où le terme de “à montage en rail DIN”. Ils permettent ainsi de ramener le signal de température en zone sûre, via une liaison filaire », décrit Olivier Aubry, responsable du marketing Industries Process continus chez Endress+Hauser France.

Un certain nombre de fabricants proposent également les convertisseurs pour tête de sonde intégrés directement dans un boîtier antidéflagrant avec écran. Le personnel sur site préfère visualiser les valeurs localement, même si les informations sont remontées en salle de contrôle pour la conduite du procédé. Signalons encore les « concentra-teurs ». Les modèles Rosemount 848T d'Emerson Automation Solutions, iTemp TMT125 d'Endress+Hauser, D2010M/11M de GM International et TCS de Moore Industries ont la particularité de regrouper 8 à 32 entrées, selon la version.

Il faut bien toute une gamme de convertisseurs de température Atex pour répondre aux exigences des différents marchés géographiques (IECex, Atex, GOST, INMETRO, etc.) et des différents secteurs industriels (pétrole et gaz, chimie et pétrochimie, principalement).

Emerson Automation Solutions

« L'avantage des convertisseurs pour tête de sonde réside surtout dans le fait qu'ils sont au plus près du capteur, ce qui permet de réduire la longueur de fils entre la sonde et l'électronique », affirme Jean-Baptiste Robert (Georgin). « Cela permet de réduire significativement la présence de parasites sur les câbles – les signaux transportés sont de très faible amplitude –, d'éviter l'emploi de câbles spéciaux pour les thermocouples », poursuit Christian Knecht (Endress+Hauser France). Max Fossey (Krohne France) voit encore un autre avantage aux convertisseurs pour tête de sonde : « les opérateurs sont capables de vérifier leurs points de mesure sans démonter la sonde, qui reste ainsi en pression. En n'arrêtant pas le process, les industriels peuvent gagner un temps précieux, d'autant que la vérification de tous les appareils est faite régulièrement ».

Un travail sur la précision

Les convertisseurs pour tête de sonde ont quand même un inconvénient majeur : l'électronique ne supporte pas une température en deçà de - 40 °C et au-delà de + 85 °C. Avec des process où la température au cœur peut facilement atteindre + 800 °C, voire plus encore, le rayonnement thermique fait que la température à proximité peut être supérieure à + 65 °C (une température maximale traditionnellement rencontrée). D'où tout l'intérêt de pouvoir déporter l'électronique dans une armoire située à bonne distance dudit process. « Si les modèles pour tête de sonde peuvent être installés dans des boîtiers antidéflagrants, avec une option d'alimentation supplémentaire appropriée pour une utilisation avec des barrières à sécurité intrinsèque (SI), les convertisseurs à montage en rail DIN sont dotés d'une barrière SI intégrée. Les capteurs situés en zone dangereuse n'ont plus besoin de telles barrières lorsqu'ils sont connectés au transmetteur se trouvant en zone non dangereuse », explique-t-on de Moore Industries.

Georgin

Il existe de nombreux modèles différents de convertisseurs pour tête de sonde, entre le type d'entrée (sonde à résistance, thermocouple ou universelle), la précision, le type de sortie (4-20 mA Hart ou non, 0-10 V, voire Profibus PA, Foundation Fieldbus ou sans-fil), etc.

Baumer

Wika

Endress+Hauser

La très grande majo-rité des convertisseurs de température proposent une entrée – quelques-uns acceptent deux entrées, sans oublier les « concentrateurs » – pour connecter une sonde à résistance, un thermocouple ou n'importe quel type de signal (ce sont les entrées dites universelles). « Les deux entrées permettent de toujours disposer d'une voie de mesure opérationnelle, en cas de problème sur l'un des deux capteurs, ou de vérifier les valeurs entre elles », précise Olivier Aubry (Endress+Hauser France). Signalons que certains modèles pour sondes à résistance n'acceptent que des Pt100 ou une gamme étroite de sondes à résistance (Pt100 et Pt1000, par exemple). « Les convertisseurs pour Pt100 représentent la majorité des demandes du mar-ché », indique Titouan Fèvre (Baumer France).

Les modèles à entrées universelles sont bien souvent compatibles avec un grand nombre de sondes à résistance (Pt50, Pt100, Pt200, Pt500, Pt1000, Ni100, Ni120, Ni1000, Cu10, Cu50, Cu100

pour l'iTempTMT84 d'Endress+Hauser, par exemple) et de thermocouples (types A, B, E, J, K, N, R, S, T, C, D, L, U et L, toujours pour l'iTemp TMT84). « Contrairement aux modèles dédiés, les convertisseurs à entrées universelles permettent de répondre à la demande accrue des industriels en matière de produits stockables et paramétrables », constate Max Fossey (Krohne France). Pour Jean-Baptiste Robert (Georgin), « même si la fonction d'un convertisseur de température est très simple pour l'utilisateur, la précision est un paramètre clé, qui nous permet de nous démarquer des concurrents. Si une précision de 0,1 % est demandée en pharmaceutique,

par exemple, une précision de quelques pourcents suffit amplement dans d'autres applications. » Dans le cadre de l'optimisation des consommations d'énergie et de vapeur, disposer de valeurs de température plus précises permet d'affiner l'utilisation des chaudières, par exemple.

L'une des grandes évolutions de ces dernières années concerne le passage de l'analogique au numérique, ce qui a permis d'ajouter des fonctionnalités supplémentaires. « Il s'agit par exemple de la mise à l'échelle, de la présence d'alarmes (rupture du câble 4-20 mA), de l'aide à la mise en service en assurant une configuration plus aisée, de l'étalonnage point par point », énumère Dominique Dumont (Wika Instruments). Du côté d'Emerson Automation Solutions, la société a récemment développé des diagnostics avancés pour son transmetteur Rosemount 644 et la technologie X-well pour son modèle Rosemount 648. « Grâce à un algorithme de conductivité thermique intégré qui prend notamment en compte l'épaisseur de la conduite et la température ambiante, il est désormais possible de mesurer la température du procédé sans piquage ni point d'insertion dans la tuyauterie », explique Xavier Buire (Emerson Automation Solutions France). PR electronics

Quelques bonnes questions à se poser

La sécurité (type d'Atex, sécurité intrinsèque, SIL ou non) en premier lieu, pour la majorité des fabricants

Le type de montage (pour tête de sonde, en rail DIN, avec un écran) et, plus généralement, les conditions de process et de l'environnement (température, tenue en vibrations, etc.)

Le type de signal d'entrée (Pt100, thermocouple), pour optimiser la gestion des stocks, par exemple, et éventuellement le nombre d'entrées

Les caractéristiques métrologiques (précision du convertisseur et de l'ensemble convertisseur/sonde, dérive thermique, etc.)

Les interfaces mécaniques et électriques

La facilité de paramétrage, donc l'interface de communication, et les diagnostics

Les bus de terrain ont fait leur apparition

L'arrivée du numérique s'est également accompagnée de l'apparition du protocole Hart sur la sortie 4-20 mA, que l'on retrouve sur presque tous les convertisseurs de température Atex, qu'ils soient pour tête de sonde ou en montage rail DIN, et aussi, mais plus rarement, des protocoles Profibus PA, Foundation Fieldbus (FF),WirelessHart et/ou ISA100.11a. Il est d'ailleurs un peu étonnant que plusieurs fabricants aient mentionné le sans-fil parmi les évolutions prochaines. « Beaucoup d'utilisateurs sont en effet attirés par le sans-fil pour des raisons de simplicité de mise en œuvre dans un environnement in-et ce sera un grand pas à franchir, un jour, que de disposer de capteurs communiquant en Wi-Fi, Bluetooth ou un autre standard », avance Dominique Dumont (Wika Instruments). dustriel,

Les convertisseurs de température Atex intègrent de plus en plus d'«intelligence» et de diagnostics proactifs, ainsi que la sécurité fonctionnelle avec la certification SIL 2 ou SIL 3 en redondance, les Systèmes instrumentés de sécurité (SIS), etc.

Moore Industries

Quant à Titouan Fèvre (Baumer France), « après l'intégration du Hart, la prochaine évolution majeure sera l'IO-Link. Je ne serais pas étonné de voir apparaître les premiers modèles compte tenu du nombre croissant de demandes . » rgin Wika

P Au-delà de l'aspect lié à la sécurité et des performances, il peut être très intéressant pour un client que le fabricant sache faire des calculs de boucle et puisse fournir des barrières. Et les fabricants doivent être flexibles en ce qui concerne les stocks, les délais de livraison, le relationnel.

PRelectronics

Parmi les autres développements réalisés ces dernières années par les fabricants, « les convertisseurs intègrent de plus en plus d'“intelligence” et de diagnostics proactifs, ainsi que la sécurité fonctionnelle avec la certification SIL 2 ou SIL 3 en redondance (IEC 61508: 2008), les Systèmes instrumentés de sécurité (SIS) dans le cadre des Mesures de maîtrise des risques instrumentés ou (MMRI) », affirme-t-on chez Moore Industries. Citons par ailleurs la mise en conformité NAMUR NE 107 pour les alarmes, le passage au protocole Hart 7, Geo etc. « Nous venons de lancer une nouvelle plateforme pour montage en tête de canne, la série 54xx, qui propose des fonctionnalités de sûreté encore plus avancées », signale Thierry Vigneron (PR electronics).

En conclusion, rappelons qu'il est indispensable de se poser les bonnes questions avant d'acheter des convertisseurs de température Atex ( voir encadré page précédente ). Au-delà des aspects liés à la sécurité, des spécifications métrologiques et des contraintes mécaniques, d'autres points sont à prendre en compte. « Il peut être très intéressant pour un client que le fabricant sache faire des calculs de boucle et puisse fournir des barrières. Et pour se différencier de la concurrence, il nous faut être flexibles en ce qui concerne les stocks, les délais de livraison, le relationnel », insiste Jean-Baptiste Robert (Georgin).