Débitmètre Massique

2015/2016

MST. Génie Biomédical Instrumentation & Maintenance

Réalisé par :DAOU Abdelbasset

FADLI HindLABAKOUM Badr-eddine

Encadré par :Mr. Az.MOHSSEN

Sommaire

Introduction Généralité Capteur de débit Les différents types des D.M Utilisation dans le domaine médical Conclusion

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Introduction

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Généralité

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Le débit :Le débit, c'est la quantité de fluide qui s'écoule ou qui est fournie par unité de temps.

Exemple : Le débit d'un cours d'eau, d'une pompe...

Types de débits

débit massique(Q

m)

débit volumique(Q

v)

Débit

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Le débit sera augmenté si :

Débit volumique: Débit massique: Qv = v · S Unités: m3/s, m3/d, GPM.

Qm = · v · S Unités: kg/s, lb/s,...

La quantité (volume) de fluide augmente Le temps (par unité de volume) diminue

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Types d’écoulement :

Laminaire Transitoires Turbulent

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Types d’écoulement :

Laminaire Transitoire Turbulent

Deux particules voisines à un instant donné restent voisines aux instants suivants.

Les filets de liquides sont rectilignes.

Ecoulement laminaire

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Types d’écoulement :

Laminaire Transitoires Turbulent

L'écoulement est plus ou moins rectiligne, avec un peu de mélange (petits tourbillons).

Ecoulement transitoire

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Types d’écoulement :

Laminaire Transitoires Turbulent

Replacements du liquide en tourbillonnant.

Ecoulement turbulent

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La vitesse:

le débit (Q) de fluide dépend directement de la vitesse (V) linéaire de ce fluide et de la section (S).

on peut déterminer le débit d'un fluide à partir de sa vitesse :

Q(m³/s)=V(m/s)×S(m²)

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le nombre de Reynolds: Permet de connaître le comportement de l'écoulement d'un liquide. Sans dimension et se calcule comme suit:

DvRe

Source (c) Guy Gauthier - Cours sur débitmètres

· = Vitesse du liquide du liquide (m/s)

· = Masse volumique (kg/m3)• D = Diamètre interne du conduit

(m)· = viscosité du liquide (en Pa.s)

Un écoulement est turbulent pour Re > 2 200. Dans le cas contraire, l'écoulement et laminaire Intervalle du nombre de Reynolds pour chaque régime

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Relation débit / vélocité:

Restriction

Pour avoir le même débit amont et aval, la vélocité du liquide devra augmenter au passage de cette restriction.

La vélocité sera supérieure en ‘B’ car la pression peut être utilisée pour permettre au fluide d’aller plus vite.

Quand la vélocité d’un liquide (ou gaz)sa pression.

Restriction sur conduite Vanne sur conduite

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Capteur de débit

(Un débitmètre)

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Définition:

Un débitmètre est un appareil ou instrument destiné à mesurer le débit linéaire, non linéaire, de masse ou volumétrique d’un liquide ou d ’un gaz.

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Débit volumique: Le débit volumique exprime un volume par rapport à une unité de temps : m3/h.Ce débit est dépendant des conditions de température et de pression (un gaz pouvant se dilater ou se compresser en fonction des paramètres de température et de pression). Ainsi une même installation dans des conditions ambiantes différentes n’aura pas les mêmes débits volumiques aux deux endroits.

Débitmètre volumique:Est un appareil de mesure de débit basé sur la masse et non pas sur le volume.

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Débit massique:

Le débit massique exprime une quantité (une masse) par unité de temps: g/h, kg/h…Le débit massique est indépendant de la température et de la pression, la masse de matière est la même  pour un volume différent.  Débitmètre massique:

Est un appareil de mesure de débit basé sur la masse et non pas sur le volume.

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La déférence entre un débitmètre volumique & Massique :

Un débitmètre massique a le gros avantage, par rapport à un débitmètre volumique, de mesurer la quantité de matière le traversant, plutôt que de mesurer le volume le traversant qui devra souvent être corrigé ensuite par la densité du produit considéré. Il est souvent plus chers et plus délicat à mettre en œuvre, mais permet de s'affranchir de l'erreur due aux variations de densité de matière le traversant.

Source Wikipédia

Débitmètres volumique Débitmètres massiqueVs

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Méthodes de mesure de débit :

En partant de l’équation fondamentale

Qv = v · S Qm = · v · SOu

il y a plusieurs méthodes possibles pour mesurer le débit d’un fluide :

Par mesure directe de V. Par mesure indirecte de V. Par mesure de S. Par mesure directe de Q.

Par mesure directe de V: débitmètre M/V (Les débitmètres électromagnétiques)/ (La turbine)

Par mesure indirecte de V: débitmètre V (Le tube de Pitot)

Par mesure de S: débitmètre V (Débitmètre à ultra sons ) Par mesure directe de Q: débitmètre V (Compteurs volumétriques)

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Les différents types des débitmètre massique

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Débitmètre électromagnétique

Définition:Les débitmètres électromagnétiques sont une application de la mesure des débits par mesure directe de la vitesse d’écoulement.

Débitmètre électromagnétique Mr. Faraday 18321932bonaventura thurlemann

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Les composants:

ELECTRODES

VOLTMETRE

BOBINESTUBE MÉTALIQUE

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Principe de fonctionnement:

Schéma de principe de fonctionnement d’un Débitmètre électromagnétique

Selon la nature de la charge elle sera déviée dans un sens ou dans le sens opposé. Cette force s’exprime de la façon suivante :

F=qV∧B q :est la charge de la particulev :est le vecteur vitesse B :le vecteur champ magnétique

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Basé sur la loi de Faraday:

U = k B D vv = m/sD = mètresB = teslask = 1 (métrique)U = Volts

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Qm = · v · S

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Caractéristiques :

Limites de température : - 25°C à + 180 °CPression : jusqu’à 40 barVitesse du fluide : 0,2 à 10 m/sDiamètre de raccordement : 2mm à 2mErreur de justesse : 0,2 % à 3 % de la valeur mesuréePerte de charge : nulleTemps de réponse : à partir de 0,1 s

Avantages : aucune perte de charge. la grandeur mesurée est directement proportionnel au débit(réponse linéaire). large gamme de diamètres de conduite possible(de quelques mm à 2 m). peut mesurer un écoulement bidirectionnel. utilisable avec des liquides agressifs et corrosifs, avec des boues. relativement insensible à la densité, viscosité et profil d’écoulement du fluide. le facteur d’étalonnage ne varie pas au cours du temps(si la maintenance est suffisamment fréquente). peut être précédé d’une longueur droite courte(inférieure à 20 fois le diamètre).

Inconvénients : son prix. ne peut être utilisé que pour des liquides conducteurs du courant électrique (ce qui exclu les hydrocarbures et solvants organiques).

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Avantages/Inconvénients:

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Débitmètre massiques thermiquesDéfinition:Les débitmètres massiques thermiques sont une application

de la mesure des débits par utilisation des calories du fluide comme conductivité pour déterminer le débit massique.

physicien canadien louisDébitmètre massiques thermiques

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Les composants:

Capteur non chauffé

Paroi du conduit

Capteur chauffé

A PASSAGE DIRECT

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Principe de fonctionnement:Le principe de fonctionnement des débitmètres massiques thermiques à insertion ou passage direct repose sur la mesure de l’échange convectif entre le fluide et un élément chauffé.

Schéma de fonctionnement d’un Débitmètre massiques thermiques

Pheater=Poffset+C*Qm

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Les composants:Capteur de

Temp T1

Capteur de Temp T2

Bobine de chauffage

A DERIVATION

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Principe de fonctionnement:

Schéma électrique d’un Débitmètre électromagnétique

Le principe de fonctionnement des débitmètres massiques thermiques a dérivation repose sur l'élévation de température que subit un fluide lorsqu'on lui apporte une puissance thermique donnée.

ΔT=k*Cp*Qm

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Caractéristiques :

Limites de température : jusqu’à + 200°CPression : jusqu’à 3000 barDiamètre de raccordement : 10 à 100 mm Erreur de justesse : 0,5 à 1 % à 5 %Perte de charge : De l’ordre de 2 PaConductivité nécessaire du fluide : Aucune influence

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Débitmètre à éffet Coriolis

Définition:Le débitmètres massique à éffet Coriolis est une application de la mesure directement le débit massique, Ce capteur mesure la vitesse de déplacement du tube de mesure.

gustave gaspard coriolis Débitmètre massiques à é et Coriolisff

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Les composants:

Capteur de mouvement

Bobine excitatrice

TubeDe

mesureSonde de température

pt100

Raccord de procédé

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Les types : À tube rectiligne

Àboucle oscillante

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La Force de Coriolis :Lorsqu’un objet est soumis à la fois à une rotation et à une translation il subit une accélération dite de Coriolis : ac = 2ω∧Vt où ω est le vecteur de rotation et Vt le vecteur vitesse de translation.Cette objet subit donc une force dite de Coriolis:

F=m.ac = 2mω ∧ vt

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Principe de fonctionnement:On donne une oscillation à la canalisation grâce à une bobine mise sous tension. Quand on a un débit qui passe dans le conduit, Il y a une déformation de l’oscillation due à la force de Coriolis, ce qui crée un déphasage entre ses extrémités. Deux bobines reliées à un transmetteur permettent de mesurer ce déphasage. On en détermine le débit.

F = 2×m×ω×v

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Caractéristiques :

Limites de température : - 240°C à 200°CPression : jusqu’à 400 barVitesse du fluide : 0,1 à 10 m/sDiamètre de raccordement : 3mm à 200mmErreur de justesse : > 0,3 %Perte de charge : nulle

Avantages : Très bonne exactitude. utilisable aussi pour les gaz dont la masse volumique dépasse 200 kg/m3. faible erreur (inférieure à 0,3 %). signal directement proportionnel au débit massique (réponse linéaire).

Inconvénients : Coût élevé. Procéder au réglage du zéro du capteur à débit nul). sensible aux vibrations du support et aux microcoupures électriques.

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Avantages/Inconvénients:

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Débitmètre à fil ou film chaud 

Définition:Un débitmètre à fil chaud utilise le phénomène de transfert de chaleur entre un corps chaud et un gaz pour quantifier un débit.

Débitmètre fil chaud 

Lorsque l’on place dans un écoulement un fil porté par effet Joule à une température supérieure à la température de cet écoulement . Il se produit alors un échange de chaleur par convection.

Principe de fonctionnement:

43Schéma d’un débit mètre à fil chaud

La puissance Joule dissipée dans une résistance à la température T,De valeur R(T), et traversée par un courant continu I , à pour expression:

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𝑷 𝒋=𝑹 (𝑻 ) .𝐈𝟐En admettant que les échanges thermiques se font uniquement par convection du fluide à la température Ta ,la puissance échangée Pc peut s’écrire :

𝑷 𝒄=𝒉 .𝑺𝒍 . (𝑻 −𝑻 𝒂 ) 𝑺𝒍=𝝅 .𝑫 . 𝒍

: le coefficient d’échange thermique. la surface latérale du capteur(fil).

À l’équilibre thermique :𝑹 (𝑻 ) .𝐈𝟐=𝒉 .𝑺𝒍 . (𝑻 −𝑻 𝒂)

𝒉=𝒂+𝒃 .√𝑼

La vitesse U du fluide intervient dans l’expression de h dont diverses formulations empiriques ont été proposées.Formule de King:

a et b : étant des constantes pour un fluide et un capteur

𝑸𝒎=𝝆 .𝑼 .𝑺

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Caractéristiques :

Limites de température : -30°C à +80°CDébit : jusqu’à 0 à 99 999 Vitesse du fluide : 0,15 à 3 m/s et 3,1 à 30 m/sTemps de réponse : inferieur à 0,001 s

47 Avantages/Inconvénients:

Avantages : La fragilité.

Inconvénients : Très faible dimension

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Utilisation au domaine médical

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- Une variété de dispositifs médicaux, tels que les inhalateurs, les équipements d’analyses, les moniteurs pour anesthésie ou les respirateurs nécessitent une mesure rapide et précise du débit afin d’être au plus près des besoins de patients.

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GENERATEURS DE DIALYSE

Le débitmètreurinaire Endoscopie

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Le débitmètreurinaire

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La débitmétrie urinaire:La débitmètrie urinaire est une procédure simple de diagnostic utilisée pour calculer le débit d'urine au cours du temps qui dure envient 30 sec. Cette information est convertie en un graphique (fig.1) et interprétée par un médecin spécialiste.

Paramètres déterminés à partir de la courbe du débit urinaire

Les deux paramètres principaux sont le débit maximum (Qmax) et le volume uriné. Les paramètres accessoires sont : le débit moyen (Qmoy), le temps au débit maximum, la durée du débit, la durée de la miction.

La débitmétrie urinaire

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Objectif du test de débit d'urine:

→ pour déterminer si le patient présente des problèmes urinaires.→ pour évaluer les effets de certains médicaments.→ pour évaluer comment le patient urine avant et après une opération.→ pour évaluer les résultats d’une intervention.

La débitmétrie urinaire

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Le débitmètre urinaire est équipé d’un capteur de débit placé dans une pièce à part où le patient se sentira à l’aise pour uriner. les éléments essentiels qui entrent dans la composition de cet appareil forment le schéma synoptique suivant.

MATERIELS ET METHODE:

Schéma synoptique du débitmètre urinaire

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Endoscopie

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Endoscopie:Est une technique chirurgicale mini-invasive permettant d’intervenir dans la cavité abdominale a travers des petites incisions (donc sans ouverture de la paroi abdominale).

Elle est effectuée grâce à une optique (camera), à l’insufflation de gaz carbonique dans la cavité abdominale et à l’utilisation des trocarts pour l’insertion des différents instruments.

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EndoscopieEndoscopie réalisée comme projet de fin d’étude

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GENERATEURS DE DIALYSE

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Les générateurs d'hémodialyse:Les générateurs d'hémodialyse sont les machines qui rendent possible la séance de dialyse. Ce sont des dispositifs complexes et couteux.

Le générateur d’hémodialyse a pour fonction : → De préparer et d’assurer le débit du dialysat dans l’hémodialyseur. → D’assurer le débit du sang dans le circuit extracorporel et dans l’hémodialyseur. → D’assurer la maîtrise de l’ultrafiltration (contrôle de l’extraction d’excès d’eau donc  de la perte de poids du patient). → De contrôler les paramètres de la dialyse pour assurer la sécurité du patient.

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Le schéma de principe d’un générateur-moniteur : Diagramme du circuit sanguin en haut et du circuit du dialysat en bas avec

indication des dispositifs de surveillance et de régulation correspondants.

schéma de principe d’un générateur-moniteur

Installation d’un générateur-moniteur

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Maîtrise débimétrique

Cette maîtrise repose sur l’emploi de débitmètres et sur le principe suivant : le débit du dialysat en sortie du générateur est égal à la somme du débit dialysat en entrée et du débit d’ultrafiltration (QDout = QDin + UF)

QE QS

QS-QE = UF

Pompe de dépression

le dialyseur

Circuit simplifié d’un dialyseur

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On utilise une pompe UF et le maîtriseur doit alors assurer que le débit d’entrée est strictement égal au débit de sortie ( Hospal, avec deux débitmètres à ailettes, Bellco avec un débitmètre de Coriolis )

Préparation dialysat

Mesure débitDialysat entrant

QDe Pompe entrée

Mesure débitDialysat sortant QDs

QDs = QDe Pompe UF

Pompe de sortie

Schéma d’un Maîtrise débimétrique

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Thank You!Merci pour votre attention:)

Bibliographie :

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Générateur de dialyse, Dr. Mohamed Amine KHALFAOUI Service de Néphrologie- Hémodialyse et Transplantation rénale CHU Ibn Rochd Casablanca. Instrumentation CIRA Chap. V : Capteurs de débit.

Guide d’achat MESURES 812- FÉVRIER 2009 - www.mesures.com.

Centre de formation de HMD Mesure de Débit (I-FLWMSUR)PETROFAC.

LE DEBITMETRE ELECTROMAGNETIQUE,Ludovic JEZEQUEL,BTS chimiste‐lycée Coeffin‐Baie Mahault.

Mesure de debit (c) Guy Gauthier - Cours sur débitmètres.

Laboratoire d’étude des matériaux électroniques pour applications médicales (LEMEA MED) Constantine, Algérie(Mise au point d’un débitmètre urinaire).

INSUFFLATEUR CO2 EQUIPE PAR UNE CARTE DE REGULATION DE PRESSION ABDOMINALE LORS L’INTERVENTION PAR LA COELIOSCOPIE(Université Mentouri _ Constantine)