Le débit est un paramètre de contrôle de processus couramment utilisé dans les procédés de production industrielle. Actuellement, on trouve sur le marché plus d'une centaine de débitmètres différents. Comment choisir un produit offrant un bon rapport performance/prix ? Aujourd'hui, nous allons examiner les caractéristiques de performance des débitmètres.
Comparaison de différents débitmètres
Type de pression différentielle
La technologie de mesure de pression différentielle est actuellement la méthode de mesure de débit la plus répandue. Elle permet de mesurer le débit de fluides monophasiques et de fluides sous haute température et haute pression, dans diverses conditions de fonctionnement. Dans les années 1970, cette technologie représentait jusqu'à 80 % des parts de marché. Un débitmètre à pression différentielle se compose généralement de deux parties : un dispositif d'étranglement et un transmetteur. Parmi les dispositifs d'étranglement, on trouve notamment les plaques à orifice, les buses, les tubes de Pitot et les tubes à vitesse uniforme. Le dispositif d'étranglement a pour fonction de réduire le débit du fluide et de créer une différence de pression entre l'amont et l'aval. Parmi ces dispositifs, la plaque à orifice est la plus couramment utilisée en raison de sa structure simple et de sa facilité d'installation. Cependant, sa fabrication est soumise à des exigences dimensionnelles strictes. Dès lors qu'elle est fabriquée et installée conformément aux spécifications et aux exigences, la mesure du débit peut être effectuée dans la limite de l'incertitude après validation, sans qu'il soit nécessaire de vérifier le débit réel du fluide.
Tous les dispositifs de régulation de pression présentent une perte de charge irrécupérable. La perte de charge la plus importante provient de l'orifice à arêtes vives, représentant 25 à 40 % de la différence maximale de pression de l'instrument. La perte de charge du tube de Pitot est très faible et négligeable, mais elle est extrêmement sensible aux variations du profil du fluide.
Type de zone variable
Un exemple typique de ce type de débitmètre est le rotamètre. Son principal avantage réside dans son fonctionnement direct, ne nécessitant aucune alimentation électrique externe pour les mesures sur site.
Les rotamètres se divisent en deux catégories selon leur fabrication et les matériaux utilisés : les rotamètres à rotor en verre et les rotamètres à tube métallique. Le débitmètre à rotor en verre présente une structure simple, la position du rotor est clairement visible et la lecture est aisée. Il est principalement utilisé pour les fluides transparents et corrosifs, tels que l’air, les gaz et l’argon, à température et pression normales. Les rotamètres à tube métallique sont généralement équipés d’indicateurs à connexion magnétique. Utilisés dans des environnements à haute température et haute pression, ils peuvent transmettre des signaux normalisés compatibles avec des enregistreurs, etc., pour la mesure du débit cumulé.
Actuellement, le marché propose un débitmètre vertical à section variable avec tête conique à ressort. Ce modèle, dépourvu de condenseur et de chambre tampon, possède une plage de mesure de 100:1 et une sortie linéaire, ce qui le rend particulièrement adapté à la mesure de la vapeur.
Oscillant
Le débitmètre à vortex est un exemple typique de débitmètre oscillant. Il consiste à placer un objet non profilé dans le sens d'écoulement du fluide ; ce dernier forme alors deux rangées de vortex asymétriques et régulières derrière l'objet. La fréquence de ces vortex est proportionnelle à la vitesse d'écoulement.
Cette méthode de mesure se caractérise par l'absence de pièces mobiles dans la canalisation, une excellente répétabilité des mesures, une grande fiabilité, une longue durée de vie, une large plage de mesure linéaire, une quasi-insensibilité aux variations de température, de pression, de densité, de viscosité, etc., et une faible perte de charge. Elle offre une précision élevée (environ 0,5 % à 1 %). Sa température de fonctionnement peut dépasser 300 °C et sa pression de service dépasser 30 MPa. Cependant, la distribution de la vitesse du fluide et les pulsations d'écoulement peuvent affecter la précision de la mesure.
Différentes technologies de détection par vortex peuvent être utilisées pour différents fluides. Pour la vapeur, on peut employer un disque vibrant ou un cristal piézoélectrique. Pour l'air, on peut utiliser des capteurs thermiques ou ultrasoniques. Pour l'eau, presque toutes les technologies de détection sont applicables. À l'instar des plaques à orifice, les capteurs à vortex… Le coefficient de débit du débitmètre de rue est également déterminé par un ensemble de dimensions.
Électromagnétique
Ce type de débitmètre utilise l'amplitude de la tension induite lors du passage d'un fluide conducteur à travers un champ magnétique pour mesurer le débit. Il est donc uniquement adapté aux fluides conducteurs. Théoriquement, cette méthode est insensible à la température, la pression, la densité et la viscosité du fluide. Le rapport de mesure peut atteindre 100:1, la précision est d'environ 0,5 %, le diamètre des conduites utilisables est compris entre 2 mm et 3 m, et il est largement utilisé pour la mesure du débit d'eau, de boue, de pulpe ou de fluides corrosifs.
En raison de la faiblesse du signal, ledébitmètre électromagnétiqueLa tension est généralement de seulement 2,5 à 8 mV à pleine échelle, et le débit est très faible, de l'ordre de quelques millivolts seulement, ce qui le rend sensible aux interférences externes. Par conséquent, il est impératif que le boîtier de l'émetteur, le câble blindé, le conduit de mesure et les tuyaux aux deux extrémités de l'émetteur soient mis à la terre et qu'un point de mise à la terre distinct soit prévu. Ne jamais connecter l'émetteur à la terre publique des moteurs, appareils électriques, etc.
Type ultrasonique
Les débitmètres les plus courants sont les débitmètres Doppler et les débitmètres à différence de temps. Le débitmètre Doppler mesure le débit en fonction de la variation de fréquence des ondes sonores réfléchies par une cible mobile dans le fluide mesuré. Cette méthode convient à la mesure des fluides à grande vitesse. Elle n'est pas adaptée aux fluides à faible vitesse, sa précision est moindre et elle exige une grande régularité de la paroi interne du tuyau. En revanche, son circuit est simple.
Le débitmètre à différence de temps mesure le débit en fonction du décalage temporel entre la propagation aller et retour des ondes ultrasonores dans le fluide injecté. La faible amplitude de ce décalage impose des exigences élevées au circuit électronique afin de garantir la précision de la mesure, ce qui augmente le coût du débitmètre. Ce type de débitmètre est généralement adapté aux liquides à écoulement laminaire pur et à champ de vitesse uniforme. Pour les liquides turbulents, on peut utiliser des débitmètres à différence de temps multi-faisceaux.
rectangle d'impulsion
Ce type de débitmètre repose sur le principe de conservation de la quantité de mouvement. Le fluide, en percutant la pièce rotative, la fait tourner, et la vitesse de rotation de cette pièce est proportionnelle au débit. On utilise ensuite des méthodes telles que le magnétisme, l'optique et le comptage mécanique pour convertir cette vitesse en un signal électrique et ainsi calculer le débit.
Le débitmètre à turbine est le type d'instrument le plus répandu et le plus précis de sa catégorie. Il convient aux fluides gazeux et liquides, mais sa structure diffère légèrement. Pour les gaz, l'angle de la roue est faible et le nombre de pales élevé. La précision du débitmètre à turbine peut atteindre 0,2 % à 0,5 %, voire 0,1 % dans une plage étroite, avec un rapport de réduction de 10:1. Les pertes de charge sont faibles et la résistance à la pression élevée, mais il est sensible à la propreté du fluide et à sa densité et sa viscosité. Plus le diamètre de l'orifice est petit, plus l'impact est important. Comme pour les plaques à orifice, il est essentiel de prévoir un espace suffisant avant et après l'installation. Un tronçon de tuyauterie rectiligne évite la rotation du fluide et toute modification de l'angle d'action des pales.
Déplacement positif
Le principe de fonctionnement de ce type d'instrument repose sur la mesure précise du débit d'une quantité fixe de fluide à chaque tour du corps rotatif. Il existe différents modèles, tels que le débitmètre à engrenage ovale, le débitmètre à piston rotatif et le débitmètre à racleur. Le débitmètre à engrenage ovale offre une large plage de mesure (jusqu'à 20:1) et une grande précision, mais son engrenage est sensible aux impuretés présentes dans le fluide qui peuvent le bloquer. Le débitmètre à piston rotatif présente un débit unitaire élevé, mais sa conception engendre des fuites importantes et une précision moindre. Le débitmètre volumétrique, quant à lui, est quasiment insensible à la viscosité du fluide et convient aux fluides tels que la graisse et l'eau, mais pas à ceux comme la vapeur et l'air.
Chacun des débitmètres mentionnés ci-dessus présente ses propres avantages et inconvénients, mais même s'il s'agit du même type de débitmètre, les produits fournis par différents fabricants ont des performances structurelles différentes.
Date de publication : 15 décembre 2021