Mesure de niveau

La technologie radar apporte de nombreux avantages pour la mesure de niveau de produits en vrac. Les capteurs ont évolué au fil du temps pour répondre au plus près des besoins de chaque client, aussi bien d'un point de vue technologique qu'économique. Entretien avec Guy Deiber, responsable produit chez VEGA, qui met ici en avant la diversité de la gamme des capteurs du constructeur.

Quelle évolution peut-on constater ces quinze dernières années à l’égard des capteurs de niveau radar ?

Guy Deiber : Auparavant, finalement peu de capteurs filaires, avec signal analogique ou numérique, étaient disponibles pour les industriels du vrac. Un appareil pouvait alors être utilisé à différentes étapes d’un process, certains étant surdimensionnés en termes de caractéristiques et de performances. Le domaine du vrac solide nécessite une diversité de gamme afin de répondre avec pertinence autant aux applications simples qu’aux applications complexes, tout en prenant en compte le volet économique. Chez VEGA, nous proposons une offre importante avec une gamme basique à des prix attractifs pour de la mesure de niveau sur quelques mètres de distance ainsi qu’une gamme intermédiaire adaptée à des silos ouverts ou du vrac en tas avec des distances allant jusqu’à 30 mètres. Enfin, notre gamme Pro sera quant à elle destinée à la mesure de niveau en silos fermés, qui peuvent être hauts et étroits et intégrer des obstacles internes. Les appareils demandent ici des caractéristiques plus poussées.

Les conditions environnantes peuvent-elles avoir un impact sur la mesure ?

G. D. : Par le passé, les industriels du vrac ont pu utiliser des capteurs à technologie ultrason. Les ondes mécaniques générées ayant besoin de molécules d’air pour se propager, ces capteurs sont particulièrement sensibles à la poussière. À l’inverse, la technologie radar est celle qui offre le plus d’insensibilité à toutes les conditions environnantes de la mesure. L’onde électromagnétique générée par le capteur radar n’a pas besoin d’un milieu porteur. Autrement dit, l’environnement n’influera pas sur la précision de la mesure : on pense à la poussière, mais aussi à la variation de pression, de température ou d’humidité. Notons aussi que les capteurs radar sont sans contact et ne peuvent pas engendrer de dommages mécaniques, comme ça pourrait être le cas avec des palpeurs mécaniques.

Les constantes diélectriques faibles constituent-elles un obstacle pour la mesure de niveau ?

G. D. : La constante diélectrique d’un produit en vrac doit être prise en compte dans la mesure de niveau : plus celle-ci est faible et plus les signaux reçus par le capteur seront faibles. Il s’agit du seul élément qui peut venir impacter la technologie radar. Pour la mesure de niveau des liquides, la constante diélectrique est généralement amplement suffisante pour les produits aqueux, de l’ordre de 60 pour l’eau par exemple. En revanche, beaucoup de produits en vrac ont une constante diélectrique faible, voire inférieure, à 2 du fait qu’ils soient plutôt secs, avec peu d’humidité. Par exemple les constantes diélectriques sont de 1,2 pour les billes de polystyrène, de 1,5 pour le son de blé, de 1,5 pour le café, de 1,8 pour le cacao, etc. Il est donc nécessaire d’avoir une sensibilité de mesure plus importante pour détecter des signaux qui seront plus faibles.

Quelles solutions proposez-vous pour des applications simples ?

G. D. : Pour des applications simples de faible portée qui ne nécessitent pas de possibilités de réglages avancées, nous proposons le capteur VEGAPULS C21 ou VEGAPULS 31 de la gamme BASIC, ayant un angle d’émission de 8 degrés et étant capable de mesurer jusqu’à 15 mètres. Ils sont utilisés, par exemple, pour la détection de bourrage sur une bande transporteuse ou dans les goulottes de reprise. Ensuite, nous proposons le VEGAPULS C23 qui, lui, a un angle d’émission de 4 degrés et peut mesurer jusqu’à 30 mètres. Ce capteur est particulièrement apprécié pour travailler sur des plages plus importantes pour des produits stockés en tas, en silos, sur des concasseurs, etc. Ces capteurs ne pourront cependant être utilisés que pour réaliser la mesure de niveau de produits ayant une constante diélectrique supérieure à 2. Pour les produits ayant un plus faible diélectrique ou dans les applications soumises à températures et pressions élevées, le VEGAPULS 6X est plus approprié. Il offre une dynamique de signal plus importante, et des caractéristiques de tenue en température allant jusqu’à 250 °C.

Pourquoi le lancement récent de votre capteur VEGAPULS 6X constitue-t-il une actualité majeure chez VEGA ?

G. D. : Nous avions jusque-là une très large gamme de capteurs dédiés à la mesure de niveau liquide et solide. Nous avons souhaité simplifier les choses pour le client en concentrant notre gamme PRO sur un seul et unique capteur : le VEGAPULS 6X. Nous avons regroupé tous nos modèles existants sous un même capteur modulaire, dédié aussi bien aux liquides qu’aux solides. Le nouveau capteur VEGAPULS 6X dispose de fonctionnalités d’analyse et de réglages avancés, destinés à la mesure de niveau jusqu’à 120 mètres. Avec un angle d’émission de 3,5°, il est adapté aussi bien à des silos hauts et étroits comportant des obstacles internes qu’à la mesure de niveau dans des fours à chaux par exemple. Il dispose de toutes les fonctionnalités permettant de gérer la poussière ou le bruit et dispose des accessoires mécaniques nécessaires, comme la rotule permettant un montage du capteur orienté vers le talutage du produit. Le capteur peut aussi être équipé d’un dispositif d’insufflation d’air permettant son nettoyage en cas d’encrassement. Le VEGAPULS 6X a une dynamique de 100 dB, les capteurs traditionnels ayant plutôt une dynamique de 90 dB : le capteur est alors près de 100 fois plus sensible ! La dynamique de mesure est telle qu’il n’est plus nécessaire de spécifier la constante diélectrique dans les paramètres, ni de donner les paramètres de l’application. Le capteur se veut universel.

Souhaitez-vous préciser d’autres améliorations technologiques ?

G. D. : Des améliorations ont été apportées au signal en lui-même. En effet, nous avons optimisé ce qu’on appelle la « zone aveugle », qui correspond à la plage de mesure près du capteur sur laquelle il n’est plus possible de mesurer. Pour les produits en vrac, les données récupérées à 80 cm sous le capteur radar n’étaient auparavant pas exploitables. Avec le VEGAPULS 6X, nous sommes parvenus à réduire cette plage morte à 25 cm. Cette optimisation peut avoir son importance dans de nombreuses applications. Parallèlement, nous avons aussi augmenté la bande passante, ce qui permet d’obtenir une meilleure discrimination dans les signaux. Puisque le signal est plus étroit, il est plus facile de différencier les échos du produit et les échos parasites dus à des obstacles internes. L’algorithme intégré au VEGAPULS 6X permet de traiter les échos parasites afin qu’ils ne perturbent pas la mesure.

Vous avez intégré la notion de cybersécurité dans votre capteur : pouvez-vous nous en dire plus ?

G. D. : Aujourd’hui, nous observons une tendance forte vers l’étude des risques et de la sécurité des sites, ce qui comprend la notion de cybersécurité. Notre capteur VEGAPULS 6X répond à la dernière norme IEC 62443-4-2 relative à la sécurité informatique ainsi que la norme de sécurité fonctionnelle SIL 2/3 selon IEC 51508. Nous pouvons retrouver dans le capteur une trame HART numérique, véhiculée par le signal 4-20 mA, mais aussi des fonctionnalités de réglage par Bluetooth : cela offre du confort à l’utilisateur, mais constituent des points d’entrées donc des vulnérabilités potentielles en termes de sécurité. C’est pourquoi notre capteur a été conçu pour s’intégrer parfaitement dans l’architecture de cybersécurité de l’entreprise.

La configuration de ce capteur est-elle simple pour l’utilisateur ?

G. D. : Pour configurer le capteur VEGAPULS 6X, l’utilisateur aura plusieurs possibilités. Le plus simple est d’utiliser l’application disponible sur smartphone et tablette, qui guide l’utilisateur pas à pas et lui permet de paramétrer le capteur en sept étapes. Nous avons en effet modélisé un grand nombre d’applications dans ce nouveau capteur, et en sélectionnant l’application correspondante, le VEGAPULS 6X va s’adapter simplement à l’environnement du client. En outre, si nécessaire, le client peut aussi nous solliciter pour une assistance à la mise en service. Nos techniciens itinérants sont là pour assister et former à l’utilisation du produit. Notons également que nos clients peuvent joindre une assistance téléphonique à tout moment.

Les capteur autonomes sans fil dont aussi partie intégrante de votre gamme : à quelles applications sont-ils dédié ?

G. D. : Nous proposons effectivement des capteurs radar autonomes avec transmission sans fil des valeurs de mesure, dédiés aussi bien aux liquides qu’aux solides en vrac. Il s’agit de la gamme VEGAPULS Air. Cette gamme connexe permet d’ouvrir de nouvelles perspectives d’application. Ces capteurs peuvent notamment être utilisés pour réaliser de la télégestion. Les fournisseurs de matières premières peuvent, par exemple, surveiller les stocks de leurs clients à distance de manière à anticiper les réapprovisionnements. Les capteurs autonomes alimentés par batterie pourront réaliser plusieurs mesures par jour à intervalle programmable et envoyer les données sur un serveur via un protocole cellulaire basé sur la 4G (LTE-M) ou via un protocole IoT type LoRaWAN.