4.2.1 DEBIMETRE VOLUMETRIQUE A MESURE DIRECTE DE LA VITESSE
Ils sont également appelés " Débitmètres tachymètriques "
1. Compteurs volumétriques
Ils mesurent le volume de fluide écoulé Qv directement, en emprisonnant de façon répétée un volume élémentaire de fluide. Le volume total de liquide traversant le compteur pendant un laps de temps donné est le produit du volume élémentaire par le nombre d'emprisonnement. Ils totalisent souvent le volume directement sur le quadrant du compteur ( ex. Compteur à eau des habitations ), mais ils peuvent également délivrer une sortie à impulsions pouvant être affichée soit localement, soit en salle de contrôle par exemple. Chaque impulsion représentant un volume de fluide distinct. Les compteurs sont parfois moins précis que les autres types. Il existe pratiquement quatre types de compteurs volumétriques :
- A roues ovales ( Fig 1-203a )
- A palettes ( Fig 1-203b )
- A roues à lobes ( Fig 1-203c )
- A piston : Ces compteurs sont basés sur un mouvement alternatif ( piston ), ils provoquent une importante perte de charge et sont mal adaptés à des débits importants.
Domaine d'utilisation : Eau, acides, carburant, lubrifiants, à l'exception des liquides chargés.
Avantages
Peu d'entretien
Débit max. de 40 à 50 m³/h
Supporte des pressions importantes
Le volume mesuré par cycle est toujours le même
Inconvénients
Provoque une perte de charge importante
Précision mécanique élevée rendant ces systèmes sensibles aux fluides chargés ou abrasifs.
La masse mesurée en un cycle dépend de la pression et de la température. Une compensation peut souvent être envisagée.
2. Les débitmètres volumiques à turbine
L'écoulement du fluide entraîne la rotation d'une turbine ( rotor à plusieurs ailettes reposant sur des paliers ) placée dans la chambre de mesure.
La vitesse de rotation du rotor est proportionnelle à celle du fluide, donc au débit volumique total. La vitesse de rotation est mesurée en comptant la fréquence de passage des ailettes et détectée à l'aide d'un bobinage ( aimant permanent parfois solidaire de l'hélice ). Chaque impulsion représente un volume de liquide distinct. Ce principe de mesure est utilisé en mesure continue
Domaine d'utilisation : Compatible avec de nombreux liquides, toutefois, la propreté du liquide est essentielle afin de ne pas encombrer les paliers de butée du rotor tournant à grande vitesse. Ils sont donc destinés aux fluides peu visqueux, exempts de bulles ou de matières granuleuses.
Ils sont utilisés dans l'industrie générale ( eau, alcool, carburant, acides, gaz liquéfiés, liquides cryogéniques etc, . )
Diamètre des canalisations : De dn 10 à dn 300 environ.
Précision : 0,2 à 2% de l'étendue de mesure, selon les appareils.
Temps de réponse : plusieurs millisecondes
Avantages:
Faible perte de charge due à la mesure
Grande étendue de mesure
Isolation entre mesure et transmission
Inconvénients
Modification de la conduite pour installation
Matériel en contact avec le fluide
Observer une longueur droite ≥ 10 à 15 dn en amont et en aval ( vanne à monter en aval )
Temps de réponse assez long, surtout pour les gros modèles
Attention aux problèmes CEM
3. Débitmètres électromagnétiques
On utilise la loi de Faraday ( induction magnétique ) E = k . B . D . v
L'ampleur de la tension induite E est directement proportionnelle à la vitesse du conducteur v à la largeur du conducteur D et à l'intensité du champ magnétique B.
Quand un conducteur rectiligne se déplace dans un champ magnétique, une force électromotrice est induite dans ce conducteur. Un champ magnétique est créé par deux enroulements inducteurs placés de part et d'autre d'un même diamètre de canalisation. La force électromotrice est mesurée par deux électrodes en contact avec le liquide et placées aux deux extrémités du diamètre perpendiculaire aux lignes d'induction. La force électromotrice mesurée est proportionnelle à la vitesse moyenne du liquide, donc du débit volumique. Le signal de sortie a une amplitude de quelques millivolts et indique également le sens d'écoulement.
Domaine d'utilisation : Liquide visqueux, pâteux, chargés d'impuretés, abrasifs ou très corrosifs à condition qu'ils soient conducteur de l'électricité ( donc pas les hydrocarbures ).
Diamètre de canalisation : Jusque dn = 3 m
Précision : De l'ordre du 1%, mais limitée aux faibles vitesses d'écoulement.
La mesure ne dépend pas des caractéristiques physiques du liquide ( viscosité, masse volumique, granulométrie ) et température process ≤ 120°C ( même si certaines constructions permettent des températures ≤ 450°C.
Montages possibles
Avantages
Faibles pertes de charges
Insensible à la viscosité et à la masse volumique du fluide
Rangeabilité importante ( dynamique de mesure )
Bien adapté pour les grands diamètres.
Inconvénients
Très sensibles aux perturbations E.M extérieures
Sur liquides conducteurs uniquement.
4. Débitmètres à ultra-sons
c = vitesse de propagation du son dans le fluide.
v = vitesse du fluide
L = distance entre émetteur et récepteur
t = temps mis par le signal sur la distance L
t =
Un émetteur et un récepteur sont montés en opposition, de manière à ce que les ondes acoustiques allant de l'un à l'autre soient à 45° par rapport au sens d'écoulement du fluide. La vitesse du son allant de l'émetteur au récepteur constitue la vitesse intrinsèque du son, plus un apport dû à la vitesse du fluide. La mesure du temps t mis par le signal pour parcourir la distance L, permet de connaître la vitesse du fluide et d'en déduire le débit.
Il est primordial que le fluide ne véhicule pas de gaz ou de solides pour éviter la dispersion des ondes acoustiques entre deux transducteurs. L'ensemble du dispositif situé à l'extérieur de la conduite est insensible à l'agressivité du fluide et n'entraîne aucune perte de charge.
Domaine d'utilisation : fréquemment utilisé pour des écoulements turbulents, pour des fluides non conducteurs ( ex. hydrocarbures ) là où les débitmètres électromagnétiques ne conviennent pas.
Diamètre de canalisation : Grand diamètre jusque dn = 6 m
Précision : peut atteindre 0,5%
Temps de réponse : Très rapide jusqu'à 1 ms
Avantages
Certains modèles peuvent être installés sans aucune modification sur les conduites. Capteurs extérieurs sans aucun contact avec le fluide
Pas de pièce mobile
Inconvénients
Sur les liquides principalement ( absorption de l'énergie des ondes par les gaz ), dépend de la pression.
Remarques : La présence de bulles ou de particules au sein de la veine fluide va favoriser la réflexion de l'onde sonore introduisant une erreur de mesure. Il est donc nécessaire d'utiliser un débitmètre à effet Doppler qui utilise lui aussi deux éléments transducteurs dans un même boîtier situé sur un des côtés de la conduite. Une onde ultrasonore est émise dans le fluide par l'élément émetteur, les solides ou bulles présents dans le fluide réfléchissent le son, le renvoyant à l'élément récepteur avec un glissement de fréquence. La variation de fréquence est proportionnelle à la vitesse moyenne du fluide.
Ils sont utilisés sur des canalisations de grand diamètre avec une précision modeste de 2 à 5% de l'étendue de la mesure.
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