Méthodes hydrostatiques de mesure de niveau

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4.3.4 METHODES HYDROSTATIQUES DE MESURE DE NIVEAU

1. Niveau à flotteur

Le flotteur est généralement constitué par une sphère creuse métallique soumise à la poussée d'Archimède exercée par le liquide, laquelle se traduit par un faible déplacement du flotteur, dont l'amplitude est limitée mécaniquement . Ce déplacement est suffisant pour commander un contact électrique par transmission magnétique. Ces niveaux sont exclusivement des détecteurs de niveaux.

2. Niveau à flotteur mobile

La poussée d'Archimède est ici utilisée pour maintenir le flotteur à la surface du liquide. C'est un indicateur local entièrement métallique avec une transmission magnétique
permettant de repérer la position du flotteur situé à l'intérieur du tube de mesure ou via un index se déplaçant dans un tube en verre ou encore par un basculement de
volets ou de billes magnétiques (Fig 1-227b). Ce niveau remplace les niveaux optiques dans le cas des fluides corrosifs, sous haute pression et/ou haute température. La mesure est faussée lorsque la masse volumique du fluide varie. La gamme de mesure va de 10 m à 30 m max. avec une précision de 0,5 à 5% de l'étendue de la mesure.

3. Jauge de réservoir

Le flotteur est maintenu par des câbles guides sur toute la hauteur du réservoir.

Dans certains cas ( ex. perturbation du liquide ) on place le flotteur à l'intérieur d'une protection tubulaire appelée " Puits tranquillisant ". Précision +/- 0,5% à 5% ).


4. Niveau à plongeur

Le plongeur est un cylindre immergé( Fig 1-229 ) dont la hauteur est au moins égale à la hauteur maximale du liquide dans le réservoir. Il est suspendu à un capteur dynamométrique qui se trouve soumis à une force F ( poids apparent ) fonction de la hauteur H du liquide :

F = P – δ . g . s . H dans laquelle P est le poids du plongeur, s = section du plongeur et le produit δ . g . s . H

égal à la poussée d'Archimède s'exerçant sur le volume immergé du plongeur avec g = accélération de la pesanteur et δ = masse volumique du liquide. Précision de l'ordre de 0,5% pour une gamme de mesure comprise entre 0,3 et 6m max. Il convient aux liquides visqueux.

5. Le palpeur électromagnétique


Il est constitué d'un contrepoids suspendu à l'extrémité d'un câble. Un moteur permet de dérouler ce câble jusqu'au moment où le contrepoids entre en contact avec le liquide. A ce moment, la tension du câble se relâche en actionnant un commutateur qui va inverser le sens de rotation du moteur. Durant la descente du palpeur, des impulsions sont générées à intervalles réguliers. Le comptage des impulsions permet l'obtention du niveau. Ce palpeur est utilisé pour des installations sur canal ouvert et réservoir de stockage de raffinerie par exemple. Ils sont très coûteux et ont une gamme de mesure jusque 50m avec une précision de l'ordre du millimètre.

6. Le capteur de pression


a) Capteur sur réservoir ouvert

Le capteur de pression mesure la pression relative au fond du réservoir lorsque celui-ci est à l'air libre ( Fig 1-231 ). Cette pression est l'image du niveau H du liquide H(m) =


Exemple : Liquide de masse volumique δ = 800 kg/m³. La pression est de 16000 Pa ( 0,16 barg )

H =
= 2,04 m

Remarque :Si le capteur était situé plus bas que la hauteur H, par exemple à 1,5 m : p = 1,5 x 800 x 9,81 = 11772 Pa ( 0,11772 barg ). Le décalage n'interviendrait que pour l'ajustage du capteur et ne serait pas visible par l'utilisateur.

b) Capteur sur réservoir fermé

Lorsqu'une pression différente de la pression atmosphérique existe au-dessus de la surface d'un liquide, on utilise un capteur de pression différentielle. Il existe deux montages différents:

Si l'atmosphère est avec condensation, le montage utilisera une canalisation humide Fig 1-232a. Si l'atmosphère est sans condensation, on utilisera un montage avec canalisation sèche ( Fig 1-232b ).



6. Le capteur à bulles


Le principe consiste à insuffler un débit de gaz ( air, N2, … ) constant dans un petit tuyau débouchant sous la surface de l'eau, la pression de gaz est équilibrée par la colonne de liquide. La pression de gaz qu'il faut appliquer pour produire des bulles est égal à la pression du fluide en bout de canne. La mesure de la hauteur de liquide est égal à la pression de gaz fournie soit : p = H . δ . g

Remarque : - La masse volumique du liquide doit être connue.

- L'extrémité du bullage doit être située sous le niveau minimal du liquide et au-dessus des dépôts possibles.
- Absence de coude et longueur limitée à quelques mètres pour le tuyau ( pertes de charge ).
- Eviter les grandes vitesses à la sortie du liquide pouvant fausser la mesure en raison de la force d'aspiration.

Ce capteur à bulles permet de mesurer des hauteurs de liquide très modestes. Le système est sensibles aux modifications de la température. Sa précision de lecture est de l'ordre de 2%.
 
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