Comment définissez-vous le débit mesuré ?

La mesure du débit détermine la quantité par unité de temps qui s'écoule à travers un système de tuyauterie. Le fluide peut être un liquide, un gaz ou de la vapeur. Dans la mesure du débit, on distingue la mesure du débit volumétrique et la mesure du débit massique.

Débit volumétrique

Le débit volumétrique est un volume qui s'écoule à travers un tuyau par unité de temps (en l/h, cfm, etc.). La plupart des systèmes présentés ici mesurent le débit volumétrique.

Débit massique

Le débit massique est défini comme la masse qui s'écoule à travers un système par unité de temps (en kg/h, t/h, etc.). Si la densité d'un fluide est constante, le débit massique peut être déterminé en multipliant le débit volumétrique par la densité. Si la densité n'est pas constante, comme c'est souvent le cas avec la vapeur et les gaz, elle doit également être mesurée à l'aide d'une technologie de mesure.

Dans quelles applications le débit doit-il être mesuré ?

Dans de nombreuses applications, la seule exigence est de détecter si un débit minimal d'un fluide est atteint. L'utilisation de contrôleurs de débit est alors nécessaire pour assurer, par exemple, la protection des pompes contre le fonctionnement à sec.

Cependant, la technologie de capteurs présentée ici est utilisée pour la mesure continue du débit et est employée dans des applications telles que :

• Remplissage de produits finis dans des bouteilles, des conteneurs ou des réservoirs
• Surveillance ou affichage du débit totalisé dans différents processus
• Dans les systèmes légaux pour le commerce tels que les pompes à carburant ou les compteurs d'eau chaude et froide, etc.

Quelles sont les exigences en matière de mesure de débit ?

Les exigences relatives au débitmètre varient considérablement en fonction de la tâche de mesure. Une bonne répétabilité est requise pour le remplissage. Dans les systèmes légaux pour le commerce, un certificat d'examen de type est nécessaire (au moins dans l'UE). De même, pour la surveillance et l'affichage du débit totalisé dans le processus, il existe un certain nombre d'exigences liées à une application ou à un secteur spécifique. Celles-ci résultent, entre autres, du type de fluide à mesurer et des exigences de précision, mais aussi d'obligations légales telles que la directive sur les équipements sous pression dans l'UE ou la protection contre les explosions selon la directive ATEX.

Quels fluides un capteur de débit mesure-t-il ?

Les fluides sont classés en 4 catégories différentes, pour lesquelles seule une technologie de capteur spécifique peut être utilisée :

• Liquides conducteurs (>20 ?S/cm) : acides, bases, bière, lait, eau potable, etc.
• Liquides non conducteurs : alcools, glycols, liquides à base d'huile minérale, eau déionisée, etc.
• Gaz : oxygène, azote, air comprimé, gaz naturel, etc.
• Vapeur : vapeur saturée, vapeur surchauffée

Quelles sont les méthodes utilisées pour mesurer le débit ?

Les débitmètres fonctionnent selon différents principes de mesure, mais aucun d'entre eux ne peut mesurer tous les fluides des catégories indiquées précédemment. Le tableau suivant répertorie les méthodes de mesure courantes et indique les catégories de liquides qui peuvent être mesurées à l'aide de celles-ci.

Mesure du débit par effet Coriolis

Les débitmètres basés sur le principe de Coriolis, plutôt complexes et très coûteux, présentent un avantage unique par rapport à tous les autres principes présentés ici. Ils permettent de déterminer le débit massique (kg/h, t/h, etc.) même si la densité n'est pas constante.

Par exemple, les débitmètres Coriolis contiennent un tuyau qui est constamment mis en oscillation par un excitateur. En l'absence de débit, le tuyau de mesure oscille de manière régulière sur toute sa longueur. En cas de débit, l'inertie du fluide mesuré entraîne un mouvement de balancement le long du tuyau sous la forme d'une onde. Les sections au début et à la fin du tuyau oscillent alors dans des directions différentes en même temps (c'est-à-dire avec un déphasage). Le déphasage ? est mesuré ? il s'agit d'une mesure directe du débit

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Si le tube est rempli d'un fluide plus lourd, il vibre à une fréquence plus basse. La fréquence est donc une mesure de la densité du fluide mesuré. À partir du débit et de la densité, les débitmètres déterminent le débit massique.

Les débitmètres Coriolis sont considérés comme les débitmètres en ligne les plus précis du marché, avec des spécifications commençant à 0,05 % de la valeur mesurée.

Mesure électromagnétique du débit

Un débitmètre électromagnétique (EMF) mesure selon la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique. Il se compose d'un tube de mesure métallique à travers lequel s'écoule le milieu de mesure conducteur. Des bobines génèrent un champ magnétique qui est guidé à travers le milieu orthogonalement à la direction d'écoulement.

Une tension est induite dès que le liquide conducteur se déplace à travers le champ magnétique orthogonal. La tension induite est mesurée à l'aide d'électrodes disposées à un angle de 90° par rapport au liquide et au champ magnétique (règle de la main droite).

La tension induite est proportionnelle à la vitesse d'écoulement.

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Mesure du débit par ultrasons

Pour la mesure du débit par ultrasons, deux principes physiques différents sont principalement utilisés : le principe du temps de transit et le principe Doppler. Le marché est dominé par le principe du temps de transit décrit ici.

Les ultrasons sont des ondes mécaniques ou acoustiques qui sont ralenties à contre-courant et accélérées avec le courant. Pour les mesures de débit par ultrasons, les différents temps de transit (avec et à contre-courant) sont mesurés pour la même section. La différence entre les deux temps correspond à la mesure de la vitesse d'écoulement.

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Afin de mesurer la différence de temps, deux transducteurs sont nécessaires, qui servent de « haut-parleur » et de « microphone ».

Mesure du débit par vortex

Le principe de mesure des tourbillons repose sur la rue de tourbillons de Krmn, dans laquelle un corps entouré d'un écoulement provoque l'apparition de tourbillons contrarotatifs. En pratique, les tourbillons sont créés dans le milieu en écoulement par l'introduction d'un obstacle dans le tuyau. Les tourbillons sont contrarotatifs et se détachent alternativement de l'obstacle sur le côté gauche et droit. Les tourbillons forment des différences de pression locales derrière l'obstacle, qui sont détectées par un capteur spécialement conçu à cet effet. Le capteur mesure le nombre de tourbillons par unité de temps (c'est-à-dire la fréquence des tourbillons qui se produisent). La fréquence est proportionnelle à la vitesse d'écoulement.

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Mesure calorimétrique du débit

Cette méthode utilise deux capteurs de résistance, dont l'un sert d'élément chauffant et l'autre de capteur de température du fluide. La différence de température entre le Pt100 chauffant et le fluide est maintenue constante et la puissance calorifique nécessaire à cet effet est mesurée. Plus le débit du fluide est élevé, plus la puissance calorifique nécessaire pour maintenir la différence de température constante est importante. De cette manière, il est possible de tirer des conclusions sur le débit total respectif à partir de la puissance calorifique.

La puissance fournie est une mesure de la vitesse d'écoulement :

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Mesure du débit avec pression différentielle/élément primaire

Les éléments primaires comprennent les plaques à orifice, les tubes de Pitot ou les tubes de Venturi. Installés dans la conduite, ils génèrent une pression différentielle qui est mesurée, par exemple, dans la plaque à orifice via la pression statique en amont et en aval de la plaque à orifice. La vitesse d'écoulement peut être déterminée à partir de la pression différentielle selon l'équation de Bernoulli ; elle est proportionnelle à la racine carrée de la pression différentielle :

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Des capteurs de pression différentielle appropriés sont nécessaires pour mesurer la pression différentielle. La précision est donc composée de l'incertitude de l'élément primaire et du transmetteur de pression différentielle.

Mesure du débit à roue à aubes

La roue à aubes est mise en rotation par le débit du fluide et un générateur d'impulsions inductif fixé au boîtier émet une impulsion par roue à aubes qui passe. La fréquence des impulsions est une mesure directe de la vitesse d'écoulement :

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De nombreux capteurs à roue à aubes émettent directement le signal d'impulsion et une unité d'évaluation détermine le débit à partir de celui-ci. Les capteurs peuvent également être équipés de composants électroniques qui convertissent le signal d'impulsion en un signal analogique et le transmettent à l'unité d'évaluation.

Comment choisir le capteur approprié pour la mesure du débit ?

Le principe de mesure doit être adapté au fluide, comme décrit ci-dessus. Un appareil de mesure de débit doit également répondre à d'autres exigences, notamment :

• Conditions de fonctionnement (plage de débit, pression, température, compatibilité des matériaux)
• Conditions d'installation (sections d'entrée/sortie, acheminement des tuyaux, installation)
• Influences environnementales (température, humidité, vibrations)
• Exigences légales (protection contre les explosions, obligation d'étalonnage)

Le choix est encore compliqué par des contraintes pratiques plus larges :

• Teneur en solides ou en gaz
• Situation d'installation non optimale
• Coût par rapport à la précision

En raison de ces différents défis, il est essentiel de faire appel à un expert pour choisir le débitmètre approprié.