51MESURES 754 - AVRIL 2003

Solutions

La tendance se confirme. Depuisplusieurs années déjà, les débit-mètres à effet Coriolis s’instal-lent sur des machines de condi-

tionnement. Dans l’atelier de peinturede l’usine Xylochimie à Albi, ils rempla-cent depuis 1997 un système pondéralpour le dosage des pâtes pigmentaires.Ils permettent ainsi des dosages allantde 200 grammes à plusieurs tonnes deproduit. La société Pam basée à Saint-Rémy de Provence les utilise sur seslignes d’emplissage de bouteilles de GPL.Plusieurs sites notamment au Portugal,au Chili ou aux Etats-Unis ont adopté

une solution de Pam avec débitmètresCoriolis. Ceux-ci mesurent la quantité deGPL introduite dans les bouteilles etenvoient l’information pour la fermetu-re de la vanne d’alimentation. Aujour-d’hui, la société Pack’Co, fabricant fran-çais de machines pour dosage, remplaceprogressivement ses systèmes pondérauxpar les débitmètres massiques. « Ils peuventencore prendre des parts de marché surtout pour rem-placer les systèmes par pesée », souligne AlainCoué, directeur général de Pack’Co,mêmes’il ne souscrit pas à tous les arguments« marketing » des fournisseurs.Pour Jean Yvert, responsable des pro-

duits Micro Motion au sein d’Emerson Pro-cess Management, le premier intérêt duCoriolis est l’absence de maintenancemécanique du système. « C’est un avan-tage majeur par rapport aux systèmes à pistonpour lesquels il faut régulièrement contrôler lacourse ». Pour M. Coué, il s’agit égale-ment d’un avantage par rapport aupeson qui est un organe dynamique etqui n’est donc pas insensible aux chocs.L’absence de pièces en mouvement faci-lite les procédures de nettoyage et demaintenance. « Le débitmètre peut être nettoyéen ligne sans avoir à le démonter, indiqueChristian Knecht, chef produit chezEndress + Hauser ». Il peut répondre ain-si aux conditions d’hygiène imposéespar le secteur de l’agroalimentaire. « Lesmachines deviennent plus polyvalentes, ajouteM. Coué. Il est beaucoup plus facile de passerd’un produit à un autre ».Par rapport à une méthode par pesée,la gamme de débit estégalement plus large.« Avec un Coriolis, on peutaller vers de petites quanti-tés, alors qu’avec un systè-me pondéral il est difficilede descendre en dessous de100 g », poursuitM. Coué qui teste jus-tement en ce momentune machine pour undosage de 50 ml.Capable de mesurerdes débits aussifaibles que 2 000 g/hà des cadences dedosage de 0,8 secon-de, le Coriolis peut enthéorie prétendre

▼

Hormis le prix, le débitmètre Coriolis a les meilleurs atouts pour s’installer sur les machines de conditionnement ou d’emplissage. Il gri-gnote ainsi petit à petit des parts de marché aux autres techniques de dosage : système à piston, mesure par pesée et même mesurepar débitmétrie électromagnétique. Le gain de productivité est le premier argument mis en avant par les fournisseurs grâce à la réduc-tion des temps d’arrêt (maintenance, nettoyage) et à l’augmentation des cadences. Pour cela, les fournisseurs se tournent vers un trai-tement numérique du signal qui améliore le temps de réponse.

En résumé

� Le premier intérêt du débit-mètre Coriolis est l’absencede maintenance mécaniquedu système.

� Il offre aussi une plus largegamme de mesure.

� Par rapport à un débitmètreélectromagnétique, le débit-mètre Coriolis offre une mesu-re massique, une meilleureincertitude et peut aller surdes liquides conducteurs.

� Le traitement numérique dusignal réduit le temps deréponse et améliore le rap-port signal/bruit.

M E S U R E S P H Y S I Q U E S

Le débitmètre Coriolis faitdu dosage de plus en plus vite

Les débitmètres Coriolis ont encore des parts de marché à gagner dans le domaine du conditionnement ou du dosage.

Endr

ess +

Hau

ser

52 MESURES 754 - AVRIL 2003

Solutions

doser des quantités aussi petites que500 mg. En pratique et pour l’instantencore, le marché des faibles quantitésreste très largement dominé par lessolutions volumétriques avec pompesdoseuses.La technologie Coriolis se présente éga-lement en concurrence avec les débit-mètres électromagnétiques, sur lesquelselle présente l’avantage d’offrir unemesure massique. Là encore, l’argumentest intéressant pour les machines deconditionnement : sur les étiquettes desyaourts ou de la confiture, c’est-à-diredes produits plus ou moins pâteux, laquantité est exprimée usuellement enmasse (alors que pour les liquides elleest exprimée en volume). Autre res-

triction pour le débitmètre électroma-gnétique : la conductivité électriquedes fluides. En dessous de 1 µs/cm, ledébitmètre Coriolis a toutes seschances. « Généralement, nous proposons dessystèmes électromagnétiques pour le remplissagedes bouteilles d’eau, de bière, de vin, indiqueM. Knecht. Pour les produits issus de la pétro-chimie, nous recommandons les débitmètres Corio-lis ». La précision joue également enfaveur du Coriolis. « Classiquement, uneincertitude de ± 0,25 % est donnée pour undébitmètre électromagnétique contre ± 0,1 %pour un débitmètre Coriolis », souligne EricBalcon, chef produit chez Danfoss. Laprécision peut être rédhibitoire, pourdes aspects économiques particulière-ment dans le cas de produits à fortevaleur ajoutée.

Un traitement numérique du signalQue demander de plus ? Depuis un oudeux ans, les fournisseurs dévelop-pent un traitement numérique dusignal qui améliore “encore” les per-formances de leurs capteurs. Ilsannoncent ainsi des temps de répon-se au moins deux fois plus courts.« Nous augmentons ainsi le gain de producti-vité, explique M. Balcon (Danfoss). LeCoriolis devient plus compétitif surtout vis-à-vis des systèmes de pesée pour lesquels il fautattendre à chaque fois la stabilisation de lamesure ».Ce temps gagné vient du traitementdu signal. Les constructeurs utilisentsoit un microprocesseur DSP (DigitalSignal Processing) ou un Asic (voir encadré)qui numérise et traite les signaux pri-maires juste à la sortie des capteurs.Parler d’innovation pour l’utilisationd’un DSP fera sourire ceux qui n’igno-rent pas que le traitement numériquedu signal existe depuis des décennieset que les microprocesseurs DSP sontnés dans les années 90 avec la micro-électronique. Ils sont aujourd’hui lar-gement utilisés dans tous les domainesindustriel, militaire ou médical.Dans celui de l’instrumentation où lessignaux sont encore très souvent véhi-culés sous forme analogique, l’idée denumériser les signaux bruts unique-ment pour les traiter avant de les recon-vertir en analogique ne s’est pas répan-due aussi vite. Pourtant, le traitementnumérique des signaux primaires offreun filtrage qui diminue le rapportsignal sur bruit de ces signaux. La sta-bilité et la sensibilité s’en trouvent ain-si augmentées, élargissant le champd’application vers les faibles débits etles dosages de petites quantités.Le DSP améliore également la caden-

Principe du débitmètre Coriolis

Sur les nouveaux débitmètres, la fréquenced’échantillonnage des signaux primaires est aug-

mentée.

ABB

53MESURES 754 - AVRIL 2003

Solutions

ce d’acquisition des signaux pri-maires. « Pour des transmetteurs classiques,le mode analogique autorise 20 acquisitionspar seconde au maximum, expliqueM. Yvert (Emerson Process Management).Avec notre système MVD, le DSP traite2 400 échantillons par seconde ». Ceci per-met de suivre les régimes transitoiresavec beaucoup plus de finesse. C’estparticulièrement intéressant sur lesmachines de dosage ou de remplissa-ge à chaque ouverture et fermeturedes vannes. « La montée en débit (ouver-ture de la vanne) et la descente (fermeture de lavanne) prend en général un ou deux dixièmesde seconde, poursuit M. Yvert. Pour desbatchs d’une ou deux secondes, ces temps transi-toires ne sont plus négligeables. Il est donc impor-tant de suivre le profil instantané pour intégrer cesphases transitoires ».Pour en revenir au temps de réponse, ilpeut être réduit en jouant sur le tempsdu traitement numérique du signalainsi que sur le temps d’amortissement(ou damping) qui représente la durée destabilisation du signal. Ainsi, Micro-motion utilise un algorithme de filtragenumérique ajustable. En mode « nor-mal » le filtrage numérique DSP induitun retard fixe de 235 ms. En mode« spécial », le retard est limité à 50 ms.« Dans les applications de dosage rapide, un tempsde réponse court est plus important qu’un signalde mesure bien lissé », explique M. Yvert.Avec notre solution MVD, nous le réduisons ain-si d’un facteur cinq ».

La valse des tempsLes fournisseurs affichent des temps deréponse pouvant aller de 20 à 150 mset se vantent tous d’avoir le débitmètrele plus rapide du marché. Il n’est pasfacile de savoir où est la vérité et ce quechacun inclut dans cette valeur : délaide réponse des capteurs, temps deréponse du traitement numérique,durée de calcul du processeur, duréedes communications inter-proces-seurs… En théorie, le temps de réponse englo-be tout cela. Il est défini, pour unevariation rapide de débit, par le tempsnécessaire au signal de sortie pour pas-ser de 10 à 90 % de la nouvelle valeurfinale. Si l’on s’en tient à cette défini-tion, il semblerait que la plupart desdébitmètres avec traitement numériqueoffrent un temps de réponse d’environ150 ms, là où un débitmètre classiqueavoisine les 300 à 400 ms.Quant au temps de remplissage compa-tible avec une mesure par Coriolis, làencore les chiffres varient ; certains assu-rent une incertitude de ± 0,1 % dès untemps de remplissage de 200 ms,

Traitement numérique du signal à la source

54 MESURES 754 - AVRIL 2003

Solutions

d’autres, plusprudents, nes’avancent guère endeçà de 5 secondes.« En laboratoire, nousavons pu réaliser desdosages à 0,8 seconde,indique M. Yvert,qui reconnaît tou-tefois n’avoir paspour l’instant d’ap-plications en des-sous de 3 secondes.« Nous avons desmachines équipées dedébitmètres massiquesqui réalisent des dosagesde 500 ml en 2 secondes,souligne M. Coué(Pack’Co), et nouspouvons descendre àmoins d’une seconde ».Il reste néanmoinscirconspect sur les

temps de réponse annoncés et parleplutôt de la demi-seconde. Pour lui, ils’agit de toute façon d’un « temps per-du » qu’il faut intégrer dans le tempsglobal d’un dosage. Derrière le débit-mètre, il y a en effet un contrôleur quirecueille les informations en prove-nance du capteur et gère les vannes etles pompes. En fonction de la recettemise en mémoire, ce contrôleurintègre et calcule les erreurs, notam-ment celle de queue de chute (la queuede chute est la quantité de produit qui“passe” après que l’ordre ait été don-né de fermer la vanne). Il envoie à lavanne le signal d’ouverture ou de fer-meture, soit sous forme d’une impul-sion analogique soit sous forme numé-rique. « Avec un traitement du signal réaliséau niveau du tube de mesure, les données peuventêtre directement transférées au contrôleur (unautomate par exemple), par communication Mod-bus, souligne M. Yvert (Emerson ProcessManagement). On élimine ainsi les retards asso-ciés aux communications entre le capteur et letransmetteur, puisqu’il n’y a plus de transmet-teur. Et ceci que le signal soit véhiculé sous for-me analogique ou numérique ».

Un contrôleur plus ou moinscentraliséLes fournisseurs proposent aussi auniveau de leur transmetteur une fonc-tion « batch » (ou dosage) qui intègrel’électronique nécessaire et peut ainsipiloter directement la vanne. Il fautdonc autant de transmetteurs que detêtes de remplissage. « Le pilotage peut sefaire aussi au niveau d’une électronique centraledédiée qui reçoit les signaux de différents cap-teurs, explique M. Knecht (Endress + Hau-

ser). Dans ce cas-là, ilfaut tenir compte dutemps de scrutation detous les capteurs ».Pack’Co ne s’est passatisfait des solu-tions existantes surle marché. « Selon letype de pompe utilisée,selon les spécificités desdosages, elles ne peuventpas répondre à tous nosbesoins », expliqueM. Coué. Pour sespropres machines,la société a doncdéveloppé une élec-tronique, le Debi-pack, qui gère jus-qu’à 4 capteurs ensimultané (6 pourdes applications de process).

De la courbure des tubesEnfin, il est difficile de terminer unediscussion sur la débitmétrie Coriolissans aborder la forme du tube demesure. Mono-tube, bi-tube, courbeou droit, chaque constructeur chercheà “privilégier” sa forme favorite. Pourdes applications de dosage, il n’y a pasa priori d’arguments techniques enfaveur des unes ou des autres. « Intrin-sèquement, un tube droit a un temps de répon-se plus court qu’un tube coudé puisqu’il tra-vaille à plus hautes fréquences, expliqueM. Kripiler, chef produit chez Krohne,mais avec un même algorithme pour le traite-ment du signal, le temps de réponse sera iden-

tique avec un tubecourbe ». « Reste quel’absence de perte decharge avec les tubesdroits est particulière-ment intéressante pourles liquides vis-queux », souligneM. Balcon (Dan-foss) Ils sont plusfaciles à nettoyer,moins encom-brants aussi. Pour-tant, M. Coué n’yvoit pas un avan-tage majeur. Cer-tains disent aussiqu’un tube droitest moins sen-sible aux vibra-tions de la

machine. La fréquence d’oscillationd’un tube est déterminée en fonctionde la nature du matériau et de la lon-gueur du tube. Les tubes droits, géné-ralement en titane, ont ainsi des fré-quences d’oscillation aux alentours de500 ou 600 Hz. Celle des tubes courbesou des bi-tubes se situe vers 100 Hz etserait plus facilement parasitée par lesvibrations extérieures. Tout le monden’est pas d’accord. Pour M. Yvert, lesconsidérations sur les vibrations relè-vent davantage d’arguments marketing :« De toute façon, on ne connaît pas exactement lesfréquences de vibration des machines. C’est unfaux procès ».

Marie-Pierre Vivarat-Perrin

Le débitmètre s’intègre dans la machine d’injection de pâte génoise pour la fabrication de gâteaux roulés.

Quelquesfournisseurs

ABBTél. : 04 72 05 44 40DanfossTél. : 01 30 62 50 00Emerson ProcessManagementTél. : 04 72 15 98 22Endress + HauserTél. : 03 89 69 67 68HoneywellTél. : 01 60 19 80 00Invensys FoxboroTél. : 01 34 43 26 60KrohneTél. : 04 75 05 44 34YokogawaTél. : 01 39 26 10 00RheonikTél. : 06 80 20 88 27

Emer

son

Proc

ess M

anag

emen

t

Avec un traitement numérique du signal, le capteur prend en compte leschangements transitoires de débits au moment de l’ouverture et de lafermeture de la vanne.

Danf

oss