Débitmètre à organe déprimogène
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Débitmètre à organe déprimogène Principe physique
Il s’agit de créer au sein de la canalisation une restriction localisée de la section, qui engendra
une différence de pression, celle-ci nous permettra d’en déduire le débit.
Ce principe de mesure est basé sur la relation de Bernoulli qui exprime que la pression totale
est la somme de la pression statique (rho*g*h) et de la pression dynamique (½*rho*v2).
Dans la mesure de débit (Qv = vitesse*section) c’est la partie dynamique de la relation de
Bernoulli qui nous intéresse. Nous souhaitons avoir une image de la vitesse à travers la
mesure de la pression dynamique. Pour cela nous créons localement une différence de vitesse
par l’introduction d’une restriction de section dans la canalisation (organe déprimogène) et
nous mesurons la différence de pression dynamique. La variation de pression est une
conséquence de la variation de vitesse du fluide.
Nous mesurons un DeltaP car nous avons un DeltaV
La pression dynamique nous donne une image de la vitesse au carré, d’où la nécessité de
l’extraction de racine carré au niveau des entrées des régulateurs ou des automates.
Un diaphragme est une plaque rigide de faible épaisseur et percée d’un orifice. Cette plaque
s’introduit dans la canalisation perpendiculairement au sens d’écoulement. Le liquide dont le
débit est constant voit sa vitesse augmenter au passage de l’orifice. Dans le même temps, on
observe une variation opposée de la pression (racine carré) au niveau de l’orifice. Des prises
de pression installées de part et d’autre du diaphragme permettent la mesure de la différence
de pression dynamique.
Les différentes solutions technologiques Il existe 3 types d’organe déprimogène : Diaphragme, Venturi, et Tuyères.
Image :
https://eduscol.education.fr/rnchimie/gen_chim/jezequel/1-organes%20deprimogenes.pdf
Dans l’exemple ci-dessus (à gauche) la prise de mesure est dans les angles.
Si nous sommes en présence d’un fluide visqueux nous privilégierions la solution du venturi
qui est la plus respectueuse de la ligne de fluide. Avec le diaphragme il y a un risque de
colmatage au niveau de l’orifice.
Plus la ligne de fluide est respectée, moins il y a de pertes de charge. Rappel, la perte de
charge est une chute de pression.
En termes de perte de charge croissante nous avons : venturi, tuyère, diaphragme
(perturbation importante de la ligne de fluide).
La chute de pression due à l’organe déprimogène n’est pas une perte de charge.
Les prises de mesure : Diaphragme : L’écart maximum de pression est observé entre une distance amont d’environ
1 diamètre de canalisation ou plus et le plan de contraction maximum de la veine de fluide. Il
est donc intéressant de placer les deux prises de pression à ces endroits particuliers.
La différence de pression va dépendre du diamètre de l’orifice du diaphragme.
Comme la prise de pression aval est difficile à déterminer d’autant plus qu’elle dépend du
diamètre de l’orifice du diaphragme, de plus elle peut être amenée à changer.
Comme on ne peut placer la prise de pression aval de façon idéal il y a des positions
normalisées qui convient à une large gamme de diamètre d’orifice et de régime d’écoulement
sont choisis.
Surligné en jaune : il n’y a pas vraiment d’information donné au lecteur.
Surligné en vert : l’information donnée permet de construire une représentation mentale de la
situation.
La perte de signal est alors minime.
3 types d’emplacement : distance amont :
- D
- 25 mm (1pouce)
-0
Distance aval :
- D/2
- 25 mm
- 0 prises dans les angles
Ajouter les 3 croquis qui montrent les 3 possibilités de prise de pression.
Pour le venturi : Au milieu du cylindre d’entrée pour la mesure amont et au milieu du col
pour la prise aval
Image : https://www.alicat.com/fr/vue-densemble-des-techniques-de-mesure-de-debit-
massique/
Pour les tuyères : Dans les angles pour les Tuyère ISA 1932 et à la bride ou à D-D/2 pour
tuyère à long rayon.
Source : https://sitelec.org/cours/dereumaux/mesurdebit.htm
Source : http://cira-couffignal.fr/archives/archives2013-2014/documents-coursTS1/mesure-
debit.pdf
Source des informations : https://eduscol.education.fr/rnchimie/gen_chim/jezequel/1-
organes%20deprimogenes.pdf
Application à la mesure de débit massique d’un gaz
Comparaison des organes déprimogènes au niveau des pertes de charge
Source : http://cira-couffignal.fr/archives/archives2013-2014/documents-coursTS1/mesure-
debit.pdf
La mise en œuvre de ce principe de mesure nécessite l’achat de l'organe déprimogène (le
moins cher diaphragme, le plus cher venturi) et du capteur de pression différentielle avec le
manifold associé (manifold 3 voies ou 5 voies).
Quel type de maintenance sur cette solution de mesure de débit ? ♦ Encrassement du diaphragme : observation d’une diminution de l’orifice, ce qui entraine une
erreur de mesure par rapport à l’association orifice + pression différentielle.
♦ Mise en place d’une maintenance préventive avec la problématique de définition de la
fréquence. Cela dépend du fluide, de l’installation …
♦ Si l’encrassement est du calcaire il est possible de nettoyer en faisant circuler du vinaigre
blanc ou autre acide dans la canalisation. Nettoyage sans démontage.
♦ Pour les opérations de maintenance nécessitant un démontage il faut prévoir des temps
d'arrêt de production. Ces réflexions peuvent orienter le choix entre un diaphragme et un
venturi, si l’encombrement le permet.
♦ Il y a aussi la possibilité de mettre en place une surveillance de la dérive de la mesure de
pression pour apprécier le degré d’encrassement du diaphragme. Attention, à ne pas
confondre avec la mesure de variation du débit du process.
Avantage : Inconvénients :
- Peu coûteux (diaphragme)
- Appareil normalisé (échange
standard parmi plusieurs
constructeurs)
- Maintenance très simple
- Maintenance parfois fréquente
(surtout pour le diaphragme)
- Mesure possible uniquement en
régime turbulent Re>2000. En
régime laminaire la différence de
pression est trop faible.
Débitmètre électromagnétique : Principe de fonctionnement : Le fonctionnement d’un débitmètre électromagnétique est basé sur la Loi de Faraday.
Cette loi établit que la tension induite à travers tout élément conducteur, Il faut que le lecteur
puisse se faire une représentation mentale à partir de l’information donnée.
La tension est une différence de potentielle qui est toujours aux bornes d’un élément,
résistance par exemple. Dans ce débitmètre la mesure de tension est effectuée par 2 électrodes
perpendiculaire au champ magnétique et au fluide conducteur.
La tension induite est le résultat de l’interaction d’un champ magnétique et de la vitesse de
passage d’un élément conducteur (électrique) dans ce champ magnétique.
La tension induite est la tension présente par effet de couplage capacitif dans le corps d’un
individu lorsqu’il est isolé du sol et soumis dans son environnement proche, à la présence de
champs électriques alternatifs (cas du réseau électrique 230 Volts 50 Hertz). (Pour les
techniciens : la tension induite est générée par les champs électriques environnants dans tout
objet conducteur (non relié à la terre) par effet de couplage capacitif).
Source : https://www.geotellurique.fr/blog/focus-sur-le-testeur-de-tension-induite/
C’est l’expression « à travers tout » qui n’est pas vraiment en lien avec la notion de tension.
Dans l’expression « à travers » nous sommes plus proche de la notion de courant électrique.
lors d’un passage en angle droit dans un champs magnétique,
est proportionnelle à la vitesse de passage de cet élément conducteur.
E= V*B*D
Pour appliquer ce principe, il convient, de préciser que le fluide à mesurer doit être
conducteur Donner la valeur minimale de conductivité. Voir les informations du
constructeur. pour que le principe de Faraday s’applique.
La loi de faraday indique que la tension du signal (E) dépend de la vitesse moyenne (V) de
l’intensité du champs magnétique (B) et de la longueur du conducteur (D).
Source : https://www.omega.fr/prodinfo/debitmetre-electromagnetique.html
E :Tension générée dans un conducteur
V : Vitesse de
conducteur B : Intensité du
champs magnétique
D : Longueur du
conducteur
Avantage : Inconvénient :
-Aucune perte de charge.
- Grandeur mesuré proportionnel du débit.
-Large gamme diamètre.
-Insensibilité à la densité ; viscosité.
-Prix.
-Il peut-être utiliser que pour les lignes
conducteurs
Source : https://test.eduscol.education.fr/rnchimie/gen_chim/jezequel/3-
debitmetre_electromagnetique.pdf
Un débitmètre électromagnétique est idéal pour les application d’eau usées, et de toute autre
liquide souillé qui est conducteur ou à base d’eau.
Le débitmètre électromagnétique ne fonctionne généralement pas avec les hydrocarbure ; par
exemple l’eau distillé est bon nombre de solution non-aqueuse, elle convient parfaitement
pour une application où une faible perte de pression et peu d’entretien sont nécessaire.
Débitmètre doppler à ultrason :
Le débitmètre à ultrason à effet Doppler mesurent l’écoulement de liquide comportant des
réflecteur des ondes, de la matière suspensions ou des bulles à 100 micron (µm), elle ajuste
automatiquement la précision de filtrage et de gain. Grâce à des cristaux situé dans le
transducteur et au niveau de l’extrémité de la soude, le débitmètre envoie des ultrasons dans
le liquide en écoulement à travers de la paroi de la conduite au extrémité. Les réflecteurs de
son en suspension dans le liquide réfléchissent ces ultrason qui sont alors enregistrée par le
récepteur. Lorsque ces se déplace sur le trajet de transmission sonore, la réflexion des ondes
correspondantes subit au décalage en fréquence par rapport à la fréquence émise. La
différence entre ces 2 fréquence est directement proportionnelle à la vitesse de réflecteur de
son, elle aboutit à la conversion du débit de liquide en différent unité.
Principe de fonctionnement :
Le principe de fonctionnement utilise le déplacement de fréquence (effet Doppler) d'un signal
à ultrasons lorsqu'il est réfléchi par des particules en suspension ou des bulles de gaz
(discontinuités) en mouvement. Cette technique de mesure utilise le phénomène physique
d'une onde sonore qui change de fréquence lorsqu'elle est réfléchie par des discontinuités en
mouvement dans un liquide en écoulement. Les ultrasons sont transmis dans une conduite
avec le liquide en écoulement, et les discontinuités réfléchissent l'onde ultrasonique avec une
fréquence légèrement différente qui est directement proportionnelle à la vitesse d'écoulement
du liquide (voir schéma en dessous). La technologie actuelle nécessite que le liquide
contienne au moins 100 parties par million (PPM) de particules en suspension ou de bulles de
100 microns(µm) ou plus.
Le débitmètre ultrason à pince est proposé en versions à capteur simple ou double. Dans la
version à capteur simple, les cristaux de transmission et de réception sont enfermés dans le
même corps de capteur, qui est fixé en un seul point de la surface du tuyau. Un composé de
couplage est utilisé pour connecter par ultrasons la sonde au tuyau. Dans la version à capteur
double, le cristal de transmission se trouve dans un corps de capteur et le cristal de réception
dans un autre. Le débitmètre ultrason à effet Doppler à pince est sensible aux interférences
provenant de la paroi même du tuyau, ainsi que de n'importe quel espace d'air entre le capteur
et la paroi. Si la paroi du tuyau est en acier inoxydable, elle peut propager le signal de
transmission suffisamment loin pour que l'écho de retour se soit suffisamment déplacé pour
interférer avec la lecture. Il existe également des discontinuités acoustiques intégrées dans les
tuyaux en cuivre, les tuyaux à revêtement intérieur en béton ou en plastique et les tuyaux
renforcés de fibre de verre. Celles-ci sont suffisamment importantes pour soit disperser
complètement le signal transmis, soit atténuer le signal de retour. Cela diminue
considérablement la précision du débitmètre (à seulement ±20 %) et, dans la plupart des cas,
les dispositifs à pince ne fonctionnent pas du tout si le tuyau possède un revêtement intérieur.
Source : https://www.omega.fr/prodinfo/debitmetre-ultrasons.html
Source : https://slideplayer.fr/slide/1200690/
Débitmètre à effet Vortex :
Le débitmètre à effet Vortex est un type de débitmètre dont la mesure repose sur la formation
de tourbillons alterné générant des coups de pression d’intérieur de la tuyauterie pleine pour
lire le débit, tant de liquide que de vapeur et de gaz.
Q=V*S
Un obstacle est inséré au cœur de la conduite pour crée des tourbillons
La limite de ce principe :
- Débit faible : plus de tourbillons significatifs détecté.
- Viscosité élevé du fluide.
Principe de fonctionnement :
Un obstacle est placé au centre de la canalisation , souvent une barre droite perpendiculaire à
l’axe de l’écoulement. Il en résulte une oscillation périodique du fluide, comme un drapeau
qui flotte au vent, dont l’écoulement est perturbé par le moment. En aval de l’obstacle se créer
des tourbillons qui engendrent localement des variation de vitesse et de pression.
On mesure alors la vitesse à l’aide d’un détecteur à effet thermique ou la pression ( à l’aide
d’un piézoélectrique ), la fréquence de leurs variation est proportionnelle au débit volumique.
Cause d’erreur :
- Vibration : Les vibration de l’obstacle modifie les fréquences d’apparition des
tourbillons, les vibration peuvent limiter les performance du capteur.
- Profil de vitesse amont : la proximité des coudes, vanne etc…
- Ecoulement pulsé : pulsation de l’écoulement du par des compresseurs, dans la
pratique on doit s’assurer que la fréquence de pulsation n’atteint en amont cas de la
moitié de la fréquence des impulsions de mesure.
Avantage : Inconvénient :
- Bonne précision.
- Perte de charge modéré.
- Pas de pièce de mouvement.
- Ne fonctionne que pour > 10 000
Reynolds, ce qui limite son champs
de d’application en fluide moins
visqueux que l’eau.
Le principe repose
sur le comptage du
nombre de torbillon
Obstacle cœur de la
conduite créant des
tourbillons
Débits en
m3/s Vitesse
en m/s
Surface en m²
- Prix de revient installée est
comparable à celui d’un
déprimogène.
- Coût de maintenance faible .
- Sensibilisation aux vibration.
- Longue longueur droit en amont (
même ordre de grandeur que le
diaphragme.)
Débitmètre à ultrasons :
Principe de mesures :
- Présence de de 2 soudes, il y a une sonde qui est placés en amont et le deuxième est
placé en aval.
Chaque sonde est d’une manière alternative l’émettrice et la réceptrice d’une onde
ultrasonore impulsionnelle dirigé vers l’autre sonde.
- Le temps de parcours est diffèrent entre en amont-aval et aval-amont, car cela dépend
comment le fluide se déplace.la différence entre les 2 temps de parcours, nous permet
de calculer la vitesse moyenne et grâce à sa, nous pouvons en déduire le débit
volumique.
Les différentes types de sonde :
Les sonde externes :
Les sondes ne sont pas en contact en direct avec le fluide, car les sonde ils sont placé à
l’extérieur de la conduite.
On a peut avoir différent montages :
Montage direct :
Montage en N :
Montage en Réflexe :
Sondes intrusives :
Les sondes intrusives elle sont en contact direct avec le fluide, car elle sont implanté à
l’intérieur de la conduite.
Exemple d’utilisation :
Il peut être utiliser pour plusieurs raison comme pour mesurer le débit de pompe, mesurer le
débit de canaux d’irrigation, mesurer le débit sur le réseaux d’assainissement, ou encore pour
géré les crues.
➢ Débimètre Corolis :
Il permet de mesurer directement le débit massique .A l’intérieur, il y a un tube qu’une
bobine excitatrice maintient en permanentes vibrations. En l’absence de débit le tube oscille
régulièrement. A l’entrée et à la sortie, on trouve des capteurs de mouvements,qui
enregistrent cette oscillation avec précision.Lorsque le fluide est en mouvement,il y a un
mouvement de balancière.Les sections du tube oscillent, par effet du Coriolis, de manière
opposé.Les capteurs enregistrent cette modification.Ce déphasage est une représentation
direct de ce liquide,qui traverse le fluide.Ce déphasage est d’autant plus grand que la vitesse
d’écoulement.L’effet Coriolis petmet de mesurer la masse volumique du fluide et la quantité
de matière écoulée,température et viscosié.Pour cela, les capteurs mesurent la fréquence de
déplacement
➢ Ventrui : C’est un phénomène dynamiques des fluides où il y a formation d'une dépression
dans une zone où les particules de fluides sont accélérée
➢ Tuyère : C’est un conduit de section droite variable placé à l'arrière d'un moteur produisant
des gaz de combustion chauds qui permet de transformer l'énergie thermique de ceux-ci en
énergie cinétique.
➢ Débimètre massique thermique :
A l’intérieur se trouve 2 sondes de températures appelées : thermorésitance Pt100 :
• La 1ère : mesure la température actuelle du gaz comme référence indépendemment
de la vitesse d’écoulement
• La 2ème : chauffée en permanence par l’apport d’energie electrique pour qu’une
température prédefinie s’installe entre les 2 sondes
En l’absence de débit la température entre les 2 sondes ne change pas. Lorsque le fluide est
en mouvement , la 2ème sonde restitue de la chaleur qui est évacuée dans le flux. Le
refroidissement mesuré est compensé par l’apport de chauffage supplémentaire.Le courant
de chauffage neccessaire pour la régulation de température est proportionelle au
refroidissement . Plus la vitesse d’écoulement est élevée, plus le courant de chauffage
neccesssaire est important.Un principe de mesure alternatif fonctionne avec un courant de
chauffage constant.La différence de température variable représente le débit massique.Le
transert de chaleur est fait par les molécules de gaz. Les molécules absorbent d’ifimes
quantités de chaleur. Le transport de chaleur dépend de la masse volumique du gaz. Plus la
pression est elevée,moins la température est forte et plus le transport de chaleur sera
important.L’hydrogène possède une forte comprétibilité