Formation, Cours, Livres, Tutoriels, Exercices, Rapports de stage: Mesures de Débit

Débitmètre à pression différentielle
- Mesure presion dynamique et conersion en débit
- Basé sur

- Equation de continuité

- Equation de Bernouli

- Si V ì , P î

- Simples et fiables
- 2 éléments et fiables
- primaire ---> réduire ecoulement ( î S --> ì V ---> î P)
- secondair ---> mesure pression et génération signal eletrique

Tube de pitot

Mesure
- Pression dynamique
- Pression statique

Avantage
faible dimensions ---> faible perte de charge
montage facile
Inconvénients
Mesure en un point (pas vitesse moyenne)
Pression dynamique faible ---> mesure de grande précision

Conditions d’utilisation
Bonne précision si
- Grande vitesse
- Fluide dense
Sonde
- Dans partie droite canalisation
- Loin de tout obstacle (10 ø en amont et 5 ø en val)
- Nez parfaitement parallèle à l’axe de la conduite
- Aucune fuite aux raccords et joints
Utilisé pour mesure ponctuelle et grande précision pas nécessaire

Tube de Pitot amélioré – Sonde annubar

Organes déprimogènes
Diaphragmes
• Plaque à orifice
• HP en amont
• BP en aval
• Perte de charge importante
• Faible augmentation du prix avec ø conduite

Avantages
• Construction facile et peu couteuse
• Facilement remplaçable
Inconvénients
• Augmentation du ø du diaphragme par abrasion
• Perte de charge rémanente importante
• Modèle le plus utilisé en industrie

Tube de Venturi

Perte de charge très réduite avec section évasée

Avantages
• Perte de charge rémanente très faible
• Permet aux solides de passer dans conduites de grand ø (traitement eaux usées)
Inconvénients
• Coûteux
• Installation peu commode (longueur)
• Modification de l’échelle de débit ---> nouveau venturi de longueur différente

Tuyère
• Variante du tube de Venturi

Avantages
• Perte de charge faible
• Capacité élevée
Inconvénients
• Difficile à construire
• Coûteuse

Comparatif perte de charge
h = pression différentielle engendrée
R = perte de charge rémanente

Note 1 : D diamètre interne. Section rectangulaire possible pour Pitot et Annubar.
Note 2 : β = d / D avec d le diamètre au niveau de la restriction.
Note 3 : longueurs droites minimales à respecter en amont et en aval de l’élément.
Note 4 : pour la précision annoncée, la réfrangibilité de mesure (cf. fiche 5) est de 3,5:1.
Note 5 : valeur observée de la perte de charge non récupérée : elle dépend de β et de ΔP.

Compteurs à déplacement positif
- Compteurs volumétriques - Principe
- Capturent un volume élémentaire de fluide
- Débit = volume élémentaire x temps
- Sortie
• Compteur intégré
• Impulsions
- Parfois moins précis (fuites)

- Compteur à roues ovales
- Pression différentielle entraîne 2 pignons ovoïdaux
- Précision usinage ---> étanchéité entre entrée et sortie

- Fig. 1
- B hydrauliquement équilibré
- A déséquilibré
- ---> rotation A
- Fig. 3
- A hydrauliquement équilibré
- B déséquilibré
- ---> rotation B
- Chaque rotation entraîne une quantité de liquide en forme de croissant
- Couple pratiquement constant
- Pas affecté par variation de viscosité

- Compteur à engrenage

- Compteur à vis sans fin

- Rotamètres ou débitmètres à section variable
• Réalisés en acier inoxydable
• De 6 à 15 cm

Débitmètre à turbine
Principe
- Rotor à ailettes dans axe écoulement
- Rotation rotor proportionnelle à vitesse fluide
- Impulsion engendrée par bobinage magnétique à chaque passage d’ailette
- Comptage impulsion = mesure débit

Avantages

• Compatible avec de nombreux fluides (rotor en acier inoxydable)
• Signal électrique facilement exploitable
• Large gamme de débit
• Précision de 0,5 % à 2 %
• Temps de réponse de quelques ms
Inconvénients
• Pas de bulles ou de particules en suspension
• Longueur droite importante pour éviter écoulement perturbé près turbine
• Blocage possible
• Usure de paliers
• Ne supporte pas les chocs

Débitmètre à effet vortex
- Tourbillons de Karman – décollement de tourbillons
• Fluide sur corps non profilé à division et génération de tourbillons
• Tourbillons engendrent une zone de pression variable
• Fréquence de génération proportionnelle à vitesse fluide

- Tourbillons de Karman – décollement de tourbillons

F = ST V/d

F = fréquence de détachement (Hz)
V = vitesse fluide (m/s)
d = largeur obstacle (m)
ST = nombre de Strouhal
= constante pour obstacle donné et nombre de Reynolds donné
- Obstacle sur pivot à oscillation proportionnelle à la vitesse

Avantages

• Utilisable pour liquides, gaz et vapeur
• Large étendue de mesure
• Mesure de débit ne dépend pas de
• Masse volumique
• Température
• Pression
Inconvénients
• Perte de charge
• Longue portion de ligne droite
• Pas de vibrations parasites
• Montage à coupure canalisation
• Ø capteur = Ø canalisation

Caractéristiques d’utilisation
- Perte charge = ƒ(Ø, débit, pression)
- Pression maximale jusqu’à 100 bar
- Précision
• Liquides à de 0,75 % à 2 %
• Gaz et vapeur à de 1,5 % à 2 %
- Fortement influencés par viscosité
- Montage
• Angle inclinaison indifférent mais canalisation à pleine charge
• Liquides dégazés
• Centrage sur parfait axe de conduite
- Implantation
• Longueur minimale en amont = 10 Ø
• Longueur minimale en aval = 5 Ø

Débitmètre électromagnétique

Principe:
Champ magnétique crée par deux enroulements inducteurs. Le conducteur est le fluide circulant dans une canalisation isolée électriquement à l’intérieur.
La force électromotrice mesurée par deux électrodes en contact avec le liquide, perpendiculaire aux lignes d’induction est proportionnelle à la vitesse moyenne du liquide, (débit volumique du liquide).
Le signal de sortie à une amplitude de quelques millivolts et indique également le sens de l’écoulement

Loi de Faraday

E=kBDV

B = intensité champ magnétique
D = largeur conducteur
V = vitesse conducteur
---> E proportionnelle à V

Avantages
• Pas de perte de charge
• Résiste à la corrosion
• Pas de problème avec particules solides en suspension
• Mesure ne dépend pas de
- Viscosité
- Température
- Pression
• Pas de longue portion droite requise
• Précision 1 %
Inconvénients
• Isolement électrique
• Bonne mise à la terre (élimination des potentiels parasites)
• Dégazage et placement au point bas requis

Caractéristiques d’utilisation
- Conductivité minimale
• quelques µS/cm à 20 µS/cm (std) (0,05 µS/cm (appareils performants)
- Pression maximale de 1 à 40 bars (250 bars pour modèles spéciaux)
- Température fluide de 70 °C 180 °C
- Précision diminue avec vitesse écoulement
- Vérification des paramètres de configuration
• Echelle
• DN
• Amortissement
• Sortie courant
- Adaptation de zéro avec conduite pleine
• S’assurer que la conduite est pleine et qu’il n y a pas de circulation
• Lancer la procédure d’adaptation de zéro

Débitmètre à ultrasons
- Basés sur vitesse de propagation du son – 2 méthodes
- Temps de transit
• 2 transducteurs
• Ondes acoustiques de l’un à l’autre à 45 ° par rapport à l’axe d’écoulement
• ---> vitesse son = vitesse intrinsèque + apport vitesse fluide (dans un sens)
• vitesse son = vitesse intrinsèque - apport vitesse fluide (dans l’autre sens)
• Pas de gaz ou solides dans fluide (dispersion ondes acoustiques)

Principe:
Le temps de parcours d’une onde ultrasonore se propageant à la vitesse C obliquement d’une sonde A à une sonde B par rapport à l’axe de l’écoulement du fluide dépend de la vitesse U de ce fluide :
tAB = L/(C − V·cos α.)
Le temps tBA = L/C + V·cos α
La différence entre les temps tAB et tBA donne :
V = C/cos α ·( tAB − tBA ) / / /tAB + tBA et Qv = S · V.
Le transmetteur délivre un signal (4 - 20 mA) de mesure proportionnel au débit volume.

Effet Doppler
• Source ultrasonore à fréquence constante
• Réflexion son par particules solides ou bulles
• Mais compression de la fréquence du son réfléchi due à la vitesse des particules ou bulles (effet Doppler)

Avantages
• Large étendue de mesure (fonction du Ø)
• Pas de perte de charge
• Insensible à surcharge
• Mesure dans les 2 sens
• Utilisable pour fluide corrosif, chargé, abrasif ou pâteux
• Coût avantageux pour larges conduites
• Pas d’usinage sur la conduite
Inconvénients
• Etalonné dans conditions réelles
• Correction en fonction de la viscosité
• Longue section droite

Caractéristiques d’utilisation
- 1 % (système 1 capteur ou monocorde) et 0,5 % (multicorde)
- Pression nominale de 16 bars à 250 bars
- Section droite
• 15 à 40 Ø en amont
• 5 à 20 Ø en aval
- Ø nominal de quelques mm à plusieurs mètres

Débitmètres massiques
- Déduits des débits volumiques par calcul

À partir de l’équation théorique établie sans pertes de charges et pour un fluide parfait, la norme définit le débit masse par :
Qm = C ・ E ・ ε ・ β2 ・(π /4)√2 ・ ρ ・∆ P .
C : coefficient de décharge qui dépend de l’organe déprimogène,.
E : coefficient de vitesse d’approche, E = 1/√1 − β4 .
ε : coefficient de détente dépendant de la nature du fluide.
La complexité des équations de ces coefficients nécessite l’utilisation des logiciels des constructeurs.

Débitmètres Coriolis
• Tube en U oscille à fréquence naturelle
• Tube en U parcouru par fluide
• Combinaison des vecteurs vitesse entraîne torsion (effet Coriolis)
• Amplitude torsion proportionnelle au débit massique
• Détecteurs électromagnétiques de vitesse mesurent vitesse du tube
• Débit massique proportionnel à différence de temps entre détecteurs