Mesure de P, Q, L Et T

GROUPEMENT INSTITUT ALGERIEN DU PETROLE, CORPORATE UNIVERSITY IAP-CU

FORMATION INDUSTRIEcole des Techniques Ptrolires de SKIKDA

SEMINAIRE Mesure de P, Q, L et T

Date du sminaire : 01au06 Mai 2006 Animateurs : MSc. F. TACHI Site : Centre de Formation DP / Hassi Rmel

SOMMAIREChapitre I: Introduction gnrale.1 Chapitre II : Mesure des pressions...7 Chapitre III : Mesure des dbits.33 Chapitre IV : Mesure des niveaux..64 Chapitre V : Mesure des tempratures...81

Mesure de P, Q, L et T

Chapitre I : Introduction gnrale sur les appareils de mesure

Chapitre I: Introduction gnrale sur les appareils de mesureI.1. Introduction : Les appareils de mesure permettent de connatre certains points d'une fabrication. Ils donnent la possibilit d'agir sur le procde de fabrication de manire obtenir la qualit et quantit de produits finis conformment certaines spcifications dans les meilleurs conditions de scurit et de rendement avec un prix de revient minimum. Pour cela les appareils donnent des informations permettant d'effectuer des contrles. En partant de ces contrles on agira sur le procd pour obtenir la qualit et la quantit escomptes. On en tirera des bilans et des rendements qui permettent de calculer et de corriger le prix de revient et la rentabilit du procde. Dans le prsent trait, nous nous limitons ltude des appareils de mesure des quatre paramtres physiques industriels les plus importants savoir la pression, le dbit, le niveau et la temprature.

I.2. Dfinition de la mesure : Cest lexpression dune grandeur quelconque, le plus souvent par un nombre suivi dun symbole (le nombre exprime la valeur de la grandeur mesure, le symbole sa nature dfinie par une unit). Exemple : 30 m3/h : 30 est la valeur du dbit mesure en m3/h, cest le symbole m3/h qui indique quil sagit dune temprature.

I.3. Principe dune mesure : Pour mesurer une grandeur physique quelconque on utilisera lune des trois mthodes suivantes : Mthode directe : Une mesure est dite directe lorsque la variable mesurer est value par comparaison avec une grandeur connue de mme valeur. Exemple : Mesure dune longueur avec un mtre talon. Mthode indirecte : Une mesure est dite mthode indirecte lorsque la variable est value par comparaison avec une grandeur connue de nature diffrente, et que par lintermdiaire dune loi connue on dtermine la valeur de la variable. Exemples : - Mesure du volume dun corps immerg dans un liquide par lintermdiaire de la loi donnant la pousse dArchimde. - Mesure de la temprature dun corps par lintermdiaire de la dilatation dun corps donn en fonction de la temprature.Ralis par : MSc. F.Tachi

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Mthode dopposition : Dans ce cas on oppose la variable mesurer une grandeur connue telle que leur diffrence soit nulle. Exemple : - Balance de Roberval : on place dans un plateau la grandeur mesurer, dans lautre des poids. Jusqu' obtention de lquilibre de la balance, ce moment la diffrence tant nulle connaissant la valeur des poids ajouts on peut dterminer la grandeur mesurer.

Remarque : Une mesure par opposition peut tre en mme temps directe ou indirecte. Exemples : - dans le cas de la balance de Roberval la mthode est directe par opposition car la valeur des poids donne la valeur mesurer. Dans le cas de la mesure dune temprature par thermocouple on oppose a la force lectromotrice du couple une force lectromotrice connue, ensuite en appliquant la loi donnant la temprature en fonction de la force lectromotrice on dtermine la temprature ; ici la mthode est indirecte par opposition.

I.4. constituants de base dun appareil de mesure : Dune manire gnrale tout instrument de mesure se compose essentiellement de trois lments : Elment primaire : Cest llment sensible capable de recueillir une nergie au sein de la variable mesure. Cet lment est le plus souvent dsign par le terme : capteur. Exemples : Les organes dprimognes (diaphragme, tuyre, venturi, etc.) dans la mesure de dbit permet dobtenir une pression diffrentielle fonction du dbit. Elment secondaire : Il transforme en gnral lnergie prise par llment primaire en un travail mcanique, ou un dplacement. Elment final : Il transforme en gnral la mesure en une indication exploitable. Remarque : La constitution dun appareil de masure donne ci-dessus nest que schmatique, dans certains cas on peut insrer un ou plusieurs lments intermdiaires placs avant llment secondaire dans le but de rendre la mesure linaire par exemple.

Ralis par : MSc. F.Tachi

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I.5. Caractristiques dun appareil de mesure : Avant dutiliser un appareil de mesure, il est impratif de connatre ses caractristiques essentielles notamment : La prcision : Un appareil est dit prcis quand il labore la valeur vraie de la grandeur mesurer avec le minimum derreur. La prcision est dfinie comme tant le rapport entre lerreur commise ltalonnage et ltendue de lappareil. Exemple : Pour un thermomtre de 10 100 oC dtendue dont la prcision est de 0.2 %, lerreur commise ltalonnage sera de : (100 10) x 0.002 = 0.18 oC. La fidlit : Un appareil est dit fidle lorsquil donne la mme mesure pour deux mesures conscutives de la mme valeur de la variable. On a une notion du temps qui intervient. Si les deux mesures se font des intervalles de temps importants, la valeur de la mesure devra tre identique. Sinon lappareil prsentera le dfaut de drive, ceci peut provenir dun drglage, dusures, ou de vieillissement. La sensibilit : Cest la plus petite variation d'une grandeur physique que peut dtecter un appareil de mesure. Un appareil est dit sensible lorsquune toute petite variation de la variable donne un changement apprciable de lindication. Le dfaut correspondant est ce qui est communment appel espace mort. Ce dfaut provient en gnral de dfauts mcaniques. Remarque : Lhystrsis est un dfaut donnant un retard ou une avance, selon que la mesure est croissante ou dcroissante, il provient en gnral dun vieillissement.

Le temps de rponse : Cest le temps qui scoule entre le moment o apparat une variation de la grandeur physique et le moment o lappareil enregistre cette variation. Le dfaut correspondant est le retard. La linarit : Un appareil est linaire lorsque, tant juste zro et en tendue, la variable prend les valeurs de 25 %, 50 %, 75 % de ltendue, lindication prend les mmes valeurs 25 %, 50 %, 75 % de ltendue. Le dfaut correspondant est lerreur de linarit, on dit aussi dangularit.


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I.6. Etalonnage des appareils de mesure : Ltalonnage statique dun appareil est dtermin par trois critres principaux : Le zro : Le zro dun appareil correspond la valeur minimale de son chelle. Si cette condition nest pas remplie lappareil prsente une erreur de zro (zro decal). Lchelle : Si un appareil est gradu dun minimum Min un maximum Max lchelle est va de Min Max. Ltendue dchelle est la diffrence entre le plus petit signal dtect et le plus grand perceptible sans risque de destruction pour lappareil de mesure. Autrement dit la diffrence entre Max et Min (Max Min). Un appareil juste zro, est correcte en chelle (on dit aussi en tendue) lorsque la variable tant au maximum de lchelle (valeur maxi mesurable par lappareil), lindication est aussi au maximum. Le dfaut correspondant est un excs ou un manque dtendue (on dit aussi excs ou manque dchelle ou encore erreur de multiplication). La linarit : Un appareil est linaire lorsque, tant juste zro et en tendue, la variable prend les valeurs de 25 %, 50 %, 75 % de ltendue, lindication prend les mmes valeurs 25 %, 50 %, 75 % de ltendue. Le dfaut correspondant est lerreur de linarit, on dit aussi dangularit.

I.6. Choix dun appareil de mesure : La dfinition par lutilisateur du problme quil a besoin de rsoudre est la premire tape du processus de choix dun instrument de mesure, tape dans laquelle il ne pourra compter que sur lui-mme. Dans les diffrentes installations ptrolires, il est important de mesurer les diffrents paramtres physiques afin de pouvoir contrler leur volution dans le temps. Ces paramtres sont mesurs par des appareils appels instruments de mesure. Dans la pratique, il existe un nombre considrable de dinstruments de mesure. Le problme majeur est de savoir lequel faut-il utiliser ? Les critres de choix les plus essentiels sont : Nature de la grandeur mesurer Pression, dbit, niveau, etc.


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Nature de lapplication : Installations domestiques, Units industrielles Puit de ptrole Etc.

Objet de la mesure : Indication Enregistrement Rgulation Etc.

Performances requises : Dynamique de la mesure ou rangeabilit Prcision, rptabilit dans la plage de mesure couvrir Amortissement du signal Sensibilit Temps de rponse

Environnement physique et grandeurs dinfluence : Tempratures ambiantes maximale et minimale au point dinstallation Pressions maximales Humidit atmosphrique Prsence dune atmosphre saline Prsence de vibrations Prsence de champs lectromagntiques rayonns Risque de foudre

Conditions dinstallation : Sous abri ou lextrieur Encombrement acceptable Source dnergie : nature, stabilit Prsence dune atmosphre explosible.

lments conomiques : Cot dachat du dbitmtre Cot dinstallation Cot de fonctionnement Cot de maintenance.

Environnement humain et commercial : Comment collgues et concurrents ont rsolu le mme problme Notorit du constructeur pressenti


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Rputation du produit dont lachat est envisag Comptence du personnel dexploitation et de maintenance Crdibilit du service aprs-vente.


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Chapitre II : Mesure des pressions

Chapitre I: Mesure des pressionsII.1. Dfinitions : La pression est une grandeur drive du systme international. Elle est la force applique une surface ou rpartie sur celle-ci. Elle se dfinit comme suit:

II.2. Units de mesure : Les units de mesure des pressions sont des units de force divises par les units de surface dans chaque systme. Systme C.G.S (Cm, Gramme, Seconde) M.K.S.A (Mtre, Kg, Seconde, Ampre) M.T.S (Mtre, Tonne, Seconde) 1 BARYE = 10-1 N / m2 ou PASCAL, 1 PIEZE = 10+3 N / m2 ou PASCAL, 1 BAR = 10+6 BARYE = 10+5 PASCAL Unit BARYE PASCAL PIEZE 1 dyne = 10-5 N 1 sthne (Sn) = 10+3 N dyne / cm2 N / m2 Sn / m2

Les units pratiques sont donnes par le tableau suivant :


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Les units anglo-saxonnes sont donnes par le tableau ci-aprs :

Remarque : Dans la pratique on utilisera : Cas des grandes tendues Cas dtendues moyennes Cas de pressions plus petites que Patm Cas de trs faibles pressions Cas de perte de charge atm Kgp / cm2, hpz, BAR mm Hg mm H2O m H2 O

II.3. Diffrentes sortes de pressions : a. Pression atmosphrique ou baromtrique (Patm): Cest la pression exerce par la couche dair qui entoure la terre, variable selon laltitude, la temprature, et la latitude. On convient que sa valeur normale lorsquon lutilise comme valeur talon est mesure par une hauteur de 756.6 mm Hg. La pression atmosphrique au niveau de la mer est de 1,012 bar. Elle peut varier de +/- 25 mbar avec la pluie ou le beau temps. La valeur de la pression atmosphrique dcrot lorsque laltitude augmente. b. Pression relative ou effective (Prelative): Pression mesure par rapport la pression atmosphrique celle-ci est tant prise comme point de rfrence. Donc cest la pression au dessus de la pression atmosphrique. Elle reprsente la diffrence positive entre la pression mesure et la pression atmosphrique existante. Cest celle qui est le plus souvent utilise, parce que la plupart des capteurs sont soumis la pression atmosphrique et mesurent en relatif.

c. Pression absolue (Pabs): Pression mesure par rapport au zro absolu de pression. Autrement dit, cest la pression mesure au dessus du vide total ou du zro absolu. Le zro absolu reprsente une absence de pression. On tient compte de cette pression dans les calculs sur les gaz.


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Pabs = Prelative + Patm

d. Vide ou dpression : Cest une pression relative ngative, c'est--dire plus petite que la pression atmosphrique selon la mesure en pression absolue. Le vide correspond thoriquement une pression absolue nulle. Il ne peut tre atteint, ni mme dpass. Quand on sen approche, on parle alors de vide pouss. e. Pression diffrentielle : C'est une diffrence entre deux pressions. Une pression diffrentielle peut prendre une valeur ngative. Les diffrentes pressions sont reprsentes dans la figure ci-aprs.


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f. Pression hydrostatique : Cest la pression exerce au dessous de la surface dun liquide par le liquide situ au dessus, quand le fluide est au repos. A lintrieur dune colonne de fluide se cre une pression due au poids de la masse de fluide sur la surface considre. Cette pression est : P = . g . h , (avec masse volumique du fluide).

La figure ci-dessus pour chacun de ces rcipients, la pression au fond de ceux ci est identique : P1 = P2 = P3 = Patm + . g . h g. Pression hydrodynamique : Elle rsulte de la vitesse du fluide en mouvement. Un fluide qui se dplace cre une pression supplmentaire :

Avec v : la vitesse de dplacement du fluide en m/s

II.4. Mthodes de mesure des pressions : Pour mesurer les pressions on fait appel lun des principes physiques suivants : Application de lhydrostatique : pression au sein dun liquide, surface quipotentielle a une hauteur de colonne de liquide Force exerce sur une surface donne et quilibre avec une force connue Force exerce sur une surface donne par dformation dun solide lastique


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II.5. Manomtres bass sur lapplication de lhydrostatique : c. Manomtre tube en U : Cet appareil est base sur le principe de lhydrostatique. Cest un tube en verre ayant la forme dun U dont une branche est raccorde la pression mesurer, lautre en communication avec la pression atmosphrique Patm. Le tube est rempli a mi-hauteur laide dun liquide manomtrique de masse volumique connue. La figure ci-dessous illustre le schma de base dun tube en U.

La pression au point A est gale a la pression en B (mme plan horizontal). PA = PB = . g . h + Patm Ou : h G hauteur entre B et C masse spcifique du liquide acclration de la pesanteur

Si on veut exprimer une pression relative on prendra comme rfrence la pression atmosphrique. Donc on mettra zro Patm Avantages : Cet appareil na pas besoin dtre talonn Grande dviation si liquide de faible poids spcifique Bonne stabilit Bonne prcision Construction simple et peu coteuse


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Inconvnients : - Appareil fragile et encombrant - Echelle limite (hauteur limite du tube) - Sensible aux vibrations et la temprature - Les liquides visqueux, malpropres, les tubes gras, sont des causes d'erreurs - Ces appareils ne traduisent pas la pression mesure en un signal analogique exploitable en rgulation industrielle - Erreur due loprateur multiplie par 2 (deux lecture)

b. Tube recevoir ou colonne rservoir : Il est identique dans sa constitution quun tube en U ordinaire sauf que la branche de gauche est remplace par un recevoir de grand diamtre D (important devant celui de la branche droite). Dans cet appareil on ne fait quune seule lecture. Pour cela au zro on place la rglette de faon dfinitive son zro correspond au niveau dquilibre (voir figure ci-dessous).

Sous leffet de la pression mesurer dans la branche gauche (sur le rservoir), le niveau descend dans le rservoir et monte dans le tube, la lecture se fait en reprant la hauteur correspondant au niveau suprieur dans le tube. La relation suivante peut donc tre crite : P=.g.H On commet une erreur en ngligeant h mais qui nest pas assez pondrante du moment que : H >> h. Cet appareil est le plus souvent utilis comme talon.


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Avantages : Inconvnients : Appareil prcis, une seule lecture est effectue Bonne stabilit Cet appareil na pas besoin dtre talonn Construction simple et peu coteuse Grande dviation si liquide de faible poids spcifique Appareil fragile Encombrant Echelle limite (hauteur limite du tube) Sensibles la temprature et aux vibrations Les liquides visqueux, malpropres, les tubes gras, sont des causes d'erreurs Ces appareils ne traduisent pas la pression mesure en un signal analogique exploitable en rgulation industrielle.

c. Colonne a rservoir pour faibles pressions : Le principe est identique que pour les appareils prcdents, les mmes considrations seront a faire quant aux dimensions du rservoir. La diffrence rside dans la disposition de la rglette qui est place en regard du tube inclin dun angle de valeur connue.

On peut facilement dmontrer que : h = l. sin Do : P = . g .l . sin Le plus souvent on prend : = 30o. Par cette disposition on grandit lchelle de lecture.


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Avantages : Inconvnients : Bonne prcision Bonne stabilit Construction simple et peu coteuse. Encombrant et fragile Ils sont sensibles la temprature et aux vibrations Les liquides visqueux, malpropres, les tubes gras, sont des causes d'erreurs Ces appareils ne traduisent pas la pression mesure en un signal analogique exploitable en rgulation industrielle.

d. Colonnes U multiples pour fortes pressions : Lappareil est constitu par deux tubes en U relis lun lautre par la partie suprieure (1) lorsque lon fait le remplissage on utilise deux liquides manomtriques de masse volumique et diffrentes (trs diffrentes ; eau et mercure par exemple) avec > . Le remplissage seffectue de faon avoir le mme niveau dans la partie infrieure des deux tubes avec le liquide . Le tube (1) est rempli avec le liquide (voir figure ci-dessous).

Les relations suivantes peuvent tre facilement dduites : P = PA PB = PA = PC + . g . h PC = PD PD = PE . g . h


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PE = PF PF = . g . h + Patm Comme on prend Patm comme rfrence, on peut crire ce qui suit : PE = PF = g . h En faisant les transformations et les substitutions ncessaires on obtient finalement : P = h . g. (2 ) Le chiffre 2 reprsente le nombre de colonnes contenant le liquide si on lappelle n, il y a n-1 colonnes de liquide . La formule gnrale sera : P = h . g . [n . (n 1) . ]

Remarque : Domaine demploi des manomtres hydrostatiques Mesure des pressions absolues, relatives ou diffrentielles jusqu' deux bars Pratiquement la colonne de liquide ne peut dpasser deux mtres Rserv plutt pour des usages en laboratoire ou comme appareils talons

II.6. Manomtres dformation dun solide lastique : a. Manomtre de Bourdon : Fonctionnement : Le tube de Bourdon est bras, soud ou viss avec le support de tube qui forme gnralement une pice complte avec le raccord. Par l'intermdiaire d'un trou dans le raccord, le fluide mesurer passe l'intrieur du tube. La partie mobile finale du tube se dplace lors de changement de pression (effet Bourdon). Ce dplacement qui est proportionnel la pression mesurer, est transmis par l'intermdiaire du mouvement l'aiguille et affich sur le cadran en tant que valeur de pression. Le systme de mesure, le cadran et l'aiguille sont monts dans un botier. Le tube est cintr selon un arc de cercle sur un angle de 270o environ (voir les schmas cidessous). Le tube peut tre en bronze, monel, acier ou acier spcial. Les tubes de Bourdon utiliss dans lindustrie ptrolire rpondent une norme. Les tubes sont dsigns par des abrviations portes sur le cadran.


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1. Organe moteur, tube de Bourdon. 3. Capuchon du tube 5. Biellette 7. Aiguille Symbole T B A AS M V S VS Pour tube Bronze Acier Acier spcial Monel Viss Soud Viss soud

2. Support de tube 4. Secteur dent 6. Engrenage 8. Cadran Signification

Exemple : Soit un manomtre tube de Bourdon dont le cadran porte les indications suivantes : T. AS. VS Ce qui signifie que cest un tube en acier special viss soud.


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Utilisation : Les manomtres tube de Bourdon sont utiliss pour la mesure de pressions positives ou ngatives de fluides gazeux ou liquides, condition que ceux-ci ne soient ni hautement visqueux ni cristallisant. Les tendues de mesure s'talent sur toutes les plages de 0,6 bar 4 kbar. Pour les tendues jusqu' 40 bars inclus on utilise normalement la forme en arc et partir de 60 bars la forme hlicodale. Les appareils sont fabriqus avec le raccordement vertical ou arrire. Il convient de les protger contre les risques de surpression ou de dpassement d'chelle. Le tube de Bourdon ne permet pas de mesurer les phnomnes rapides et volutifs de pression. L'incertitude de mesure varie de 0,02 0,2 pour le domaine de mesure de 0 3 kbar. Remarque : Pour largir lchelle du tube de Bourdon, on peut lenrouler en spirale ou en hlice (voir le schma ci-dessous).


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b. Manomtre membrane : Fonctionnement : La pression mesurer est applique une membrane de section circulaire (voir figures cidessous).

1. Bride infrieure. 3. Bride suprieure. 5. Vis. 7. Aiguille.

2. Chambre de pression. 4. La membrane. 6. Engrenage. 8. Cadran.

La membrane est tendue entre deux brides. Par un trou dans le raccord, le fluide mesurer arrive dans la chambre de pression en dessous de la membrane. La membrane se dplace sous l'effet de la pression. Le dplacement de la membrane est proportionnel la pression mesure et est transmis par l'intermdiaire du mouvement l'aiguille et affich sur le cadran en tant que valeur de pression. Afin d'tre protgs contre des dtriorations, le systme de mesure, le cadran et l'aiguille sont monts dans un botier. En cas de risque de corrosion due des fluides agressifs, on peut protger toutes les parties en contact avec le fluide par enduction de plastique ou par un film de protection. Utilisation : Les manomtres membrane sont utiliss principalement pour la mesure de faibles pressions positives ou ngatives de fluides gazeux ou liquides. Les tendues de mesure possibles s'talent sur toutes les plages selon DIN de 16 mbar 40 bars. Les membranes de ces manomtres sont trs minces et ondules. De par leur forme, ils sont moins sensibles aux vibrations que les manomtres tube et sont plus faciles protger contre les surcharges et les fluides agressifs. Pour l'utilisation avec des fluides hautement visqueux ou cristallisant il est possible de les quiper de brides ouvertes. Les appareils sont fabriqus avec un montage de membrane horizontal ( angle droit par rapport au cadran) ou vertical (parallle par rapport au cadran). tant donn qu'il n'y a pas de diffrence fondamentale de fonctionnement, la description suivante concerne l'excution la plus courante, avec la membrane horizontale.


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c. Manomtre capsule : Fonctionnement : La capsule est monte sur le raccord soit directement soit par l'intermdiaire d'un tube mtallique. Par un trou dans le raccord le fluide mesurer passe l'intrieur de la capsule. Sous l'effet de la pression les demi-parties de la capsule se bombent. Ce dplacement proportionnel la pression mesure est transmis par l'intermdiaire du mouvement l'aiguille et affich sur le cadran en tant que valeur de pression. Afin d'tre protgs contre des dtriorations, le systme de mesure, le cadran et l'aiguille sont monts dans un botier (voir le schma ci-dessous).

1. Support de l'organe moteur 3. Biellette 5. Aiguille Utilisation :

2. Organe moteur, la capsule 4. Mouvement 6. Cadran

Les manomtres capsule sont utiliss pour la mesure de faibles et trs faibles pressions positives ou ngatives, spcialement pour des fluides gazeux. Il y a certaines restrictions pour la mesure de liquides. Les tendues de mesure possibles s'talent sur toutes les plages de 2,5 mbar 600 mbar. Les organes moteurs capsule sont une forme spciale de membrane. lls comportent deux membranes ondules concentriquement, assembles de faon tanche en une capsule. Pour les tendues de mesure trs basses il est possible d'assembler plusieurs capsules pour en faire un genre de soufflet. Pour les appareils type de profil on utilise un soufflet conventionnel. Les appareils son fabriqus soit avec la capsule monte verticalement (parallle au cadran), soit horizontalement (perpendiculaire au cadran). Le raccordement se fait en dessous ou l'arrire.

d. Manomtre de pression absolu : Fonctionnement : Le principe de mesure de la pression absolue est indpendant de la forme de l'organe moteur. La pression du fluide mesurer est mesure par rapport une pression de rfrence qui doit


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tre gale la pression absolue (vide absolu). C'est dire le ct de l'organe moteur qui n'est pas en contact avec le fluide mesurer doit se trouver cette pression de rfrence. Selon la forme de l'organe moteur, on l'atteint en vacuant et tanchifiant soit une chambre de rfrence soit le botier enrobant le systme. La transmission du mouvement de l'organe moteur s'effectue comme pour les manomtres pour pression relative.

Utilisation : Les manomtres pour pression absolue sont utiliss pour la mesure de pression sans subir les variations de la pression atmosphrique environnante. Les tendues de mesure possibles s'talent sur toutes les plages de 10 mbar 100 bar absolue.

e. Manomtre soufflet : Dans cet appareil llment sensible est constitu par un soufflet mtallique. Ce soufflet est obtenu en partant dun tube cylindrique dont on ondule la paroi par une opration de tour particulire par exemple. Les ondulations permettent une dformation dallongement ou dcrasement suivant laxe du tube.


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Un mcanisme damplification permet dobtenir en partant du dplacement du tube des indications linaires sur un cadran.

II.7. Mesure de la pression atmosphrique : Les appareils mesurant la pression atmosphrique portent le nom de baromtres. Il existe deux genres de baromtres : colonne liquide mtallique

a. Baromtre colonne liquide (mercure): Un baromtre mercure est constitu dune colonne rservoir comme lindique la figure cidessous.

La pression en A est donne par : P=.g.h h : hauteur de la colonne de mercure : masse volumique du mercure g : acclration de la pesanteur


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Dans la pratique, il faut que le tube soit rigoureusement vertical, ce qui amne suspendre le baromtre par lextrmit du tube. Lensemble est protg par un tube mtallique. Afin de faire des mesures correctes, il faut mesurer en mme temps la temprature ambiante de faon corriger les variations de masse volumique du mercure dues la dilatation.

b. Baromtres mtalliques : Ils sont constitus dun empilage de capsules anrodes dans lesquelles on a plac un ressort pour viter lcrasement (voir figure ci-dessous).

Un systme de levier commande une aiguille qui se dplace sur un cadran. Sous leffet de la pression atmosphrique les capsules scrasent plus ou moins, selon que celleci est plus ou moins forte.

II.8. Mesure de la pression absolue : Pour mesurer la pression absolue on utilise deux types dappareils : A colonne liquide Mtallique

a. Manomtres pour pression absolue colonne liquide : Le principe de cet appareil est donn par figure ci-aprs. Sous leffet de la pression P dans le rservoir le liquide manomtrique monte dans la colonne et se stabilise une hauteur h (dans le cas o P = Patm, h = 760 mm Hg). P=.g.h


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La pression mesure P est absolue puisque au dessus du niveau suprieur du mercure la pression est nulle (un vide absolu a t cre). Ltendue de lappareil est limite par la longueur du tube. Remarque : Pour de fortes pressions absolues, on peut utiliser un tube en U colonnes multiples. Pour cela on ferme la branche droite et on y fait le vide absolu.

b. Manomtres mtalliques doubles soufflets : Le schma ci-dessous reprsente cet appareil. Lappareil se compose de deux soufflets de section et forme identiques : un soufflet de mesure M pour recevoir la pression mesurer un soufflet de rfrence R, contenant un ressort antagoniste dans lequel on a fait le vide

Les deux soufflets sont relis lun lautre solidement et entranant ensemble laiguille dans un cadran.


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II.9. Mesure du vide : Pour mesurer le vide on se sert en gnral des mmes appareils que ceux utiliss pour la mesure de la pression relative. Manomtre tube de Bourdon Manomtre soufflet Manomtre membrane Manomtre colonne liquide

Les cadrans sont gnralement gradus de faon permettre lappareil dindiquer aussi bien le vide que la pression (voir la figure ci-dessous pour un tube de Bourdon).


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Ces appareils sont le plus souvent gradus en mm Hg ou en cm Hg ou encore mm et cm H2O. Il existe aussi dautres appareils permettant de mesurer le vide, ce sont des appareils cloches (voir schma ci-dessous).

II.10. Mesure de la pression diffrentielle : On peut utiliser les appareils suivants Manomtre diffrentiel tube en U mtallique


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Manomtre diffrentiel simple cloche

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Manomtre doubles soufflets

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Manomtre diffrentiel membrane


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Manomtres diffrentiels capsules

1. Organe moteur, la membrane 3. Chambre de mesure (+) 5. Soupape double 7. Levier de transmission 9. Tube de torsion

2. Chambre de mesure (-) 4. Chambre de mesure 6. Biellette 8. Axe d'entranement 10. Mouvement

Une capsule monte dans un botier tanche rsistant la pression, est soumise, de l'intrieur et de l'extrieur, une pression. La diffrence de pression entre les deux parties provoque un mouvement de la capsule. Ce dplacement proportionnel la diffrence de pression mesure est transmis, par l'intermdiaire du mouvement l'aiguille sur le cadran en tant que valeur de pression diffrentielle. Les deux pressions individuelles ne sont pas affiches.

I.11. Autres types de manomtres:

a. Manomtre de Pirani. Pirani a remarqu qu'on pouvait appliquer une tension connue aux bornes d'un fil conducteur plac dans le vide et mesurer la variation du courant, significative des perturbations de l'effet joule, lie la variation des changes thermiques avec l'extrieur en fonction du niveau de vide, ou maintenir le courant constant et mesurer la variation de ddp, ou chercher maintenir constante la rsistance du fil et observer la quantit d'nergie ncessaire ce maintien.


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jauge dite de Pirani Le montage le plus employ driv de ces remarques est figur ci-dessus, dans lequel A2 est un filament rsistif identique A1, mais maintenu dans une ampoule scelle en trs bon vide, tandis que A1 est plac dans le vide mesurer. Le montage en pont de Wheatstone permet d'augmenter la sensibilit et de corriger les drives de zro dues principalement la temprature ambiante.

b. Manomtre thermocouple:

Principe du manomtre thermocouple La principale caractristique de ces manomtres thermiques que l'on nglige parfois c'est que la conductibilit des gaz dpend de la nature de ceux-ci. En consquence la sensibilit de ces manomtres varie selon la nature du gaz rsiduel (ou du mlange gazeux rsiduel) alors que la plupart du temps ils ont t talonns (et gradus) pour un mlange d'air normal. On notera qu'une concentration rsiduelle d'eau dans le groupe vide va perturber sensiblement le rsultat, de mme qu'un excs de gaz rares de l'air. C'est une caractristique qui sera exploite pour la dtection de fuite. On va en effet envoyer un jet d'argon au voisinage immdiat de la fuite suspecte et la variation ventuelle de conductibilit thermique dans l'enceinte qui se traduit par


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une variation brutale de l'indication du manomtre sera significative de l'existence ou non de la fuite l'endroit suspect. c. Manomtre ionisation. Pour la mesure des vides pousss et ultravide les manomtres prcdents ne conviennent pas puisque la rduction de pression se traduit par une disparition des changes thermiques via les molcules gazeuses (dont les libres parcours moyens dpassent alors les dimensions de l'enceinte sous vide) et donc une sensibilit nulle de ces systmes aux plus basses pressions. L'ide a donc prvalu d'associer un champ lectrique important une source contrle d'lectrons dont la trajectoire favorisera l'ionisation par choc des molcules gazeuses rencontres, et partant leur mesure par rcupration des ions sur une lectrode ad hoc. d. Manomtre dcharge lmentaire. La relation entre le courant et la pression est approximativement

dans laquelle A est une constante dpendant de la construction du dispositif, P la pression mesurer et P0 celle en dessous de laquelle il n'y a plus de dcharge (et donc plus de mesure possible). On va donc disposer de dispositifs varis adapts diverses plages de pression, les plus simples tant efficients pour les pressions relativement leves, et les plus labors assurant encore une prennit de la dcharge des pressions extrmement basses (jusqu' 10-14 Pa) Le systme le plus simple consiste en une simple ampoule telle que figure ci-dessous dont la rponse est linaire entre 10 et 10-1Pa.

Prcisons qu'on peut visuellement avoir une interprtation qualitative du niveau de vide atteint car la dcharge s'accompagne de phnomnes luminescents et cette luminescence volue en fonction de la pression. Elle se manifeste ds 5000 Pa par un mince filet violet entre les lectrodes, lequel vire au bleu en s'largissant vers 1000 Pa. Vers 100 Pa on observe l'apparition d'un espace sombre qui s'largit (en raison inverse de P) quand la pression diminue jusque la plage 1-10 Pa. Ensuite il reste une fluorescence sur la paroi de verre dont la couleur dpend la fois de celui-ci et de la nature du gaz et tout phnomne luminescent visible disparat vers 10-2 Pa.Ralis par : MSc. F.Tachi

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e. Manomtre dcharge magntique. Pour tendre vers les basses pressions le phnomne de dcharge, la premire possibilit est d'ajouter un champ magntique lequel combin au champ lectrique inter lectrodes va obliger les lectrons suivre des trajectoires hlicodales ce qui augmente fortement leur probabilit de rencontre de molcules et donc le rendement d'ionisation. On maintient ainsi une dcharge mesurable jusqu' 10-3 Pa. On peut videmment augmenter la sensibilit en exploitant des lectrodes constitues de matriaux qui vont mettre beaucoup d'lectrons secondaires (anodes planes recouvertes d'oxydes de zirconium ou de (thorium)

Manomtre cathode chaude L'tape suivante a consist augmenter l'mission d'lectrons par le biais d'une cathode chauffe. Le principe bas sur la triode est du Buckley (1916).Une plaque porte un potentiel lgrement ngatif par rapport au filament est associe une grille potentiel d'environ 250V, les lectrons mis par le filament chauff sont rcuprs par la grille tandis que les ions, significatifs du niveau de vide, sont rcuprs par la plaque donnant un courant dans le galvanomtre G. La sensibilit dpend videmment de la nature du gaz, de la gomtrie, des tensions appliques et du courant d'mission thermolectronique. En outre divers effets parasites viennent perturber le fonctionnement du manomtre tels les processus de dgazage des structures sous vide, divers effets photolectriques, des conductions parasites entre filament et collecteur d'ions. Le manomtre ionisation permet de mesurer des pressions aussi faibles que 5.10-9 Pa, rsultat obtenu en diminuant sensiblement la surface du collecteur d'ions qui n'est plus qu'un simple filament entour par la grille rceptrice des lectrons tandis que le filament chauff metteur d'lectrons est extrieur cette structure. Cette architecture permet de diminuer l'effet des photolectrons X et donc de gagner un facteur mille sur la limite de dtection. En outre la disposition extrieure du filament chauffant autorise la prsence non d'un filament mais de deux voire de trois. On dispose ainsi d'une jauge dans laquelle la rupture d'un filament n'est plus significative de panne de mesure puisque l'autreRalis par : MSc. F.Tachi

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filament peut prendre immdiatement le relais du filament dfaillant. Et quand on connait la lourdeur de mise en oeuvre d'un systme de pompage, c'est videmment une scurit trs apprciable. f. Le spectromtre de masse dflexion magntique. Il est reprsent par la figure ci-dessous. Un filament met des lectrons lesquels acclrs judicieusement vont ioniser les molcules prsentes qui par le jeu d'lectrodes acclratrices et focalisatrices vont traverser une zone o rgne un champ magntique uniforme et perpendiculaire leur direction. Il en rsulte une incurvation des trajectoires des ions fonction de leur rapport e/m. Ainsi chaque type d'ions subira une dviation dfinie. En gnral une seule lectrode collecte les ions: ainsi pour une tension d'acclration donne, seuls les ions ayant un certain e/m seront collects. En faisant varier la tension linairement avec le temps on rcoltera donc successivement sur l'lectrode des ions d'e/m croissant linairement avec le temps et le spectre obtenu sera la fois qualitatif (sur l'axe du temps) et quantitatif (sur l'axe des intensits de courant).

g. Filtre quadripolaire. Il s'agit d'un principe sensiblement diffrent dcrit par Paul (1953)


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Les ions sont produits dans la zone C selon le principe habituel et via un diaphragme B1 pntrent dans l'espace analyseur o rgne un champ lectrique hyperbolique cr par 4 barres rondes (orange sur les figures) connectes comme indiqu sur la figure de droite. Selon la valeur de U0 et celle de les ions sont capts par les barres o non. Ainsi seuls ceux ayant un certain e/m, pour un choix donn de U0 et de vont atteindre l'lectrode K. Ce dispositif qui prsente l'norme avantage de ne pas employer de champ magntique, donne des pics beaucoup plus nets en particulier aux pressions plus leves. Il s'y ajoute en plus celui d'tre relativement compact, c'est pourquoi il tend se gnraliser sur les systmes vide. Sa sensibilit est d'environ 10-10Pa pour une espce quelconque.


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Chapitre III : Mesure des dbits

Chapitre III: Mesure des debitsIII.1. Definitions: Un dbit est la quantit de matires en masse, en poids ou en volume dun fluide (liquide, gaz ou vapeur) scoulant dans lunit de temps. Autrement, cest la quantit de fluide qui s'coule ou qui est fournie par unit de temps. Exemple : dbit d'un cours d'eau, d'une pompe, etc. Soit une tuyauterie de section S dans laquelle un fluide scoule en rgime stable, aprs un temps t, le fluide a avanc de la longueur L.

L

S

t0Le volume qui sest coul dans lunit de temps est : Qv = L . S / t = L . S / ( t0 t1 ) = V. S Donc : Qv = V . S

t1

O V = L / t vitesse dcoulement du fluide. Cette formule est fondamentale dans la mesure des dbits. Qv est appel le dbit volumique. On dfinit, en plus du dbit volumique, deux autres types de dbits : le dbit massique, Qm, et le dbit en poids, Qp. Le dbit massique, Qm, est donn par : Qm = . Qv masse volumique du fluide considr.


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De la mme faon on peut trouver le dbit en poids : Qp = Ps . Qv = . g . Qv = g . Qm Ps poids volumique du fluide g acclration de la pesanteur

III.2. Units de mesure : On utilise le plus souvent les units suivantes :

Unit Mtre cube par heure Litre par heure Litre par minute

Symbole m3 / h l/h l / mn

Pour les dbits importants on utilise aussi : Unit Mtre cube par jour Tonne par heure Tonne par jour Kilogramme par heure Kilogramme par minute Symbole m3 / j t/h t/j Kg / h Kg / mn

Remarque : Dans la pratique, on utilise souvent les units de volume pour les gaz et les units de poids pour les liquides. Mais ceci nest pas une rgle absolue.


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Systeme anglo-saxon Unit Gallon par minute Gallon par heure Cubic foot par minute Cubic foot par heure Barrel par heure Barrel par jour Symbole USGPM USGPH CFM CFH BPH BPD Equivalent en m3 / h 0.227000 0.003785 1.700000 0.028000 0.159000 0.006620

Avec :

1 gallon US = 3.785 litres 1 Barrel = 159 litres.

Remarque : Les units de dbit sont exprimes dans des conditions dites normales, c'est--dire en considrant le dbit ramen une pression et temprature de rfrence. Ces deux derniers paramtres sont dfinis selon la norme adopte. Par exemple dans les normes franaises, on prconise des tempratures de 15 oC et pression de 1 BAR.

III.3. Mthodes de mesure des dbits : En partant de lquation du dbit volumique : Qv = V . S On peut constater que pour connatre Qv il y a plusieurs mthodes possibles : On peut mesurer la vitesse V tout en gardant la section S constante en utilisant les dbitmtres pression diffrentielle On peut mesurer la section S tout en maintenant V constante en utilisant les dbitmtres orifices variables ou vitesse constante (rotamtres) On peut mesurer directement le dbit volumique Qv en utilisant les compteurs volumtriques


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III.4. Les dbitmtres pression diffrentielle ( P) : III.4.1. Principe de la mesure : Les dbitmtres pression diffrentielle exploitent directement la loi de conservation de l'nergie totale d'aprs la loi de Bernoulli. En effet, ils mesurent la diffrence de pression, DP, entre l'amont et l'aval d'un organe dprimogne plac l'intrieur de la conduite.

a. Cas des fluides incompressibles : On considre comme incompressible un fluide dont la masse volumique ne varie pas de faon sensible sous leffet de la dpression mise en oeuvre pour mesurer sa vitesse dcoulement. Lquation de conservation de lnergie, tablie en 1738 par Daniel Bernouilli pour un fluide incompressible est:

avec

V moyenne sur une section droite de la vitesse dcoulement du fluide, z hauteur (cote) par rapport un plan horizontal de rfrence, arbitraire, g acclration de la pesanteur, P pression statique (absolue) du fluide,


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masse volumique du fluide.

Appliquons cette relation aux deux sections en amont et en aval de lorgane dprimogne. Nous supposons que la conduite est horizontale, de sorte que le terme gz soit constant, il vient :

Comme le fluide est suppos incompressible, alors 1 = 2 = . Do :

O : V1 vitesse dcoulement dans la conduite, V2 vitesse dcoulement dans la section de lorifice, P1 pression avant lorifice, P2 pression aprs lorifice. Dautre part, on sait que le dbit peut tre exprim par : Qv = V1. S1 = V2. S2 O : S1 section de la veine fluide avant contraction (on suppose quelle est gale la section de la conduite, c'est--dire nous avons un coulement plein diamtre), S2 section de la veine fluide dans lorifice. Le dbit est le mme a la sortie qua lentre de lorifice. Comme S1 > S2 , alors V2 > V1 (augmentation de la vitesse au passage de lorifice). Ainsi, l'quation du dbit volumique Qv s'crit comme suit :


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Avec a = S2, C est le coefficient de dcharge. Daprs la formule ci-dessus, on dduit que le dbit est proportionnel la racine carre de P. Il est assez facile davoir la valeur de la perte de charge P = P1-P2 en plaant un instrument de mesure de la pression diffrentielle tel quun tube en U. Si le liquide manomtrique (le mercure dans la figure ci-dessus) a une masse volumique , alors la P peut tre exprime par la formule : P = .g .h dans laquelle h exprime la diffrence de hauteur entre les surface libre du liquide manomtrique dans le tube en U.

Posons:

E est le coefficient de vitesse dapproche, plus gnralement exprim par la formule : E= dans laquelle est le rapport douverture, appel aussi rapport des diamtres (diameter ratio), qui est le quotient du diamtre de lorifice celui de la canalisation. On voit que ce coefficient exprime en ralit leffet gomtrique de contraction de la veine fluide. =d/D O d diamtre de lorifice et D diamtre de la conduite. Remarque : Dans la pratique, on vite que soit trop proche de 1 afin dviter dintroduire de grandes erreurs de calcul de dbit. Les valeurs adoptes sont gnralement comprises entre 0.3 et 0.8.

b. Cas des fluides compressibles (rels) : Dans ces cas, il nest pas vident dignorer la diminution de sa masse volumique du fluide au passage de la constriction (cest le cas gnral des gaz et de la vapeur). Pour dterminer le dbit, on utilisera la formule prcdente laquelle on doit ajouter un coefficient de correction appel coefficient dexpansion , dtermin au moyen dune formule


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thorique (cas de la tuyre et le venturi) ou empirique (cas des autres types dappareils dprimognes).

Lquation du dbit apparat alors comme suit :

III.4.2. Les diffrents types dappareils dprimognes : Les appareils dprimognes sont les lments qui crent la perte de charge. Il existe quatre sortes : Le diaphragme, La tuyre, le venturi, le venturi-tuyre.

a. Diaphragme ou plaque orifice : Il est constitu par une plaque circulaire mtallique perce dun orifice, place dans une conduite et intercale entre deux brides.


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Le diamtre de lorifice doit tre tel que le rapport douverture soit compris entre 0.3 et 0.8 et ne jamais tre infrieur 5 mm. Trois types de diaphragmes sont les plus utiliss : concentrique, excentrique, segmental.

Le type concentrique est celui dcrit par la norme ISO 5167. Pour les trois types de diaphragmes, les prises de pressions sont soit : sur les faces de la plaque ou (0 - 0)


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-

symtriques une distance de 25.4 mm, cest--dire 1 (norme 25 25 ou 1 ),

-

asymtriques (D D/2, 2.5D 8D, )

La figure suivante reprsente les diffrentes dispositions des prises de pressions adoptes dans le cas du diaphragme.


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Le diaphragme porte une queue sur laquelle sont graves les indications donnant le diamtre intrieur de la conduite, le diamtre de lorifice, et No de repre. Ces indications sont conventionnellement places du cote amont (en regard du sens de lcoulement).

Les diaphragmes prsentent les caractristiques suivantes : Ralisation simple et peu coteuse, Facilit de montage et interchangeabilit, Peu coteux, Perte de charge a 6D aval et D amont assez importante.

b. Tuyre et venturi: Les tuyres et les venturis sont des appareils qui moulent plus ou moins bien la veine fluide, en sefforant de suivre la configuration naturelle des lignes dcoulement, tout en restant relativement faciles raliser. Nous nous limiterons aux dispositifs dcrits par la norme europenne - norme franaise ; Mesure de dbit des fluides au moyen dappareils dprimognes ; NF EN ISO 5167-1, novembre 1995 ; amendement 1, oct. 1998 ; Association Franaise de Normalisation, AFNOR.


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Dans la pratique, on peut rencontrer : la tuyre ISA 1932 se caractrise par (figure ci-aprs): un convergent dont le plan mridien est une suite de deux arcs de cercle de rayon diffrent ; un col cylindrique.

Les prises de pression sont dans les angles (norme 0 -0), pour la tuyre ISA 1932. La tuyre long rayon (figure ci-aprs), dont le convergent est profil suivant un quart dellipse.

Les prises de pression sont la bride ou D-D/2 pour la tuyre long rayon.


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- Le venturi classique (figure ci-aprs), compos successivement : dun convergent tronc-conique ; dun col cylindrique ; dun divergent tronc-conique. Le convergent du venturi peut tre ralis : brut de fonderie ; usin, ou en tle soude brute.

Les prises de pression sont au milieu du cylindre dentre (amont) et du col (aval) pour le venturi classique.


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-

venturi-tuyre (figure ci-aprs), plus court que le venturi classique, et comprenant successivement : un convergent aux spcifications de la tuyre ISA 1932 ; un col cylindrique, et un divergent identique celui du venturi classique, ventuellement tronqu.

Les prises de pression dans langle amont et, en aval, au milieu du col pour le venturituyre.

Les caractristiques fondamentales des tuyres, venturis et des venturis-tuyres sont : Tuyre : Ralisation trs dlicate et coteuse, Montage assez facile, Interchangeabilit dlicate, Perte de charge 6D aval et D amont plus faible que pour les diaphragmes. Venturi : Ralisation dlicate et coteuse, Interchangeabilit trs difficile, Perte de charge 6D aval et D amont trs faible. Venturi-tuyre : Ralisation trs dlicate et coteuse, Montage dlicat, Interchangeabilit dlicate, Perte de charge 6D aval et D amont plus faible que pour les tuyres.


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III.4.3. Choix de lorgane dprimogne : Le choix est principalement bas sur les critres suivants : a. Gomtrie de lcoulement dfinie par le rapport douverture : si par exemple est plus grand que 0.7 on prendra la tuyre. b. Nature de lcoulement (laminaire ou turbulent) : ceci dpend du nombre de Reynolds Re. Si Re < 2000 lcoulement est dit laminaire, si Re > 2000 il est dit turbulent. La figure ci-dessous illustre les limites dutilisation des organes dprimognes selon ce coefficient.

c. Perte de charge engendre : par exemple si la P disponible est grande et si on ny attache que peu dimportance on utilise les diaphragmes. Par contre, si on attache de limportance la P on prendra un venturi ou un venturi-tuyre. d. Nature du fluide scoulant dans la conduite : si le fluide est un liquide contenant beaucoup de solides en suspension, on prfre un lment profil tel quun venturi, ou une tuyre sur conduite verticale avec coulement vers le bas, moins que ce montage ne suffise, en lui-mme, au bon fonctionnement dun diaphragme orifice concentrique normalis, prfrable car plus prcis.


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Les orifices excentr et segmental montage horizontal avec ouverture basse conviennent tout spcialement aux fluides assez peu chargs en solides denses, de granulomtrie grossire ; lorifice segmental procurant un meilleur balayage.

Si le fluide est un gaz ou une vapeur contenant beaucoup de condensats, les solutions prcdentes sont applicables, lexception du venturi en montage horizontal. Si le fluide est un liquide charg de solides de densit voisine de la sienne, ayant tendance coller aux parois, on naura pas avantage utiliser des plaques orifice excentr ou segmental ; mais le dbitmtre cible pourra convenir. La tuyre, dont lentre pouse au mieux le profil des lignes de courant, est galement envisageable. Si le fluide est un liquide contenant des bulles de gaz, on peut utiliser une plaque orifice concentrique ou une tuyre, lun et lautre sur conduite verticale avec coulement vers le haut, ou bien un orifice excentr ou segmental ouverture haute, ou encore un dbitmtre cible. Dans le cas dun fluide corrosif, ou alimentaire, des prcautions sont prendre au niveau des matriaux au contact du fluide ; en ce qui concerne les prises de pression il pourra tre fait usage de sparateurs.

III.4.4. Conditions de montages des organes dprimognes : Afin de pouvoir obtenir une mesure assez prcise, il est impratif de respecter certaine condition de montage de lorgane dprimognes. En effet, il faut avoir : Llment dprimogne selon les normes, Les brides et prises de pression la norme,

Le centrage parfait de llment primaire sur la conduite, Un tat de surface parfait,

Un emplacement o les turbulences sont normales ; des longueurs rectilignes en amont et en aval de lorifice conformment aux normes, sinon il faudra monter des correcteurs de jets. Longueurs avant 50 D, longueur aprs 10 D, sauf cas exceptionnels, Les prises de pression au dessus de la bride sil sagit dun gaz, lappareil de mesure plus haut que les prises, les lignes avec une inclinaison rgulire de lappareil de mesure vers les prises (voir figure ci-dessous). Dans le cas de la vapeur deau on place en dessous des prises, avec des pots de condensation (voir figure ci-dessous).


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Dans le cas dun liquide, les prises en dessous 45o de part et dautre de laxe vertical (voir figure ci-dessous). Lappareil en dessous des prises de pression. Ici aussi on fera attention linclinaison des lignes.

La figure ci-dessous donne les montages particuliers pour un gaz appareil en dessous et pour un liquide appareil en dessous.


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Remarque : Avant de procder au montage dun appareil dprimogne, il est impratif de se reporter aux normes et aux spcifications particulires chaque fournisseur.

III.4.5. tube de Pitot : Cest un appareil qui mesure la vitesse dcoulement en valuant la pression dynamique due la vitesse. Il sapparente un peu aux appareils dprimognes. Son schma de principe est donn par figure ci-dessous. Il se compose dun tube dont la section ouverte place dans la conduite perpendiculaire au sens du courant de la veine fluide. Un deuxime tube permet de prendre la pression dans la tuyauterie. Ces deux tubes constituent les prises de pression et sont branchs sur un instrument de mesure de la P (un tube en U par exemple).

Le tube plac au centre (tube de gauche sur la figure) de la conduite mesure la pression totale Pt qui est la somme de la pression dynamique Pd due la vitesse dcoulement et la pression statique Ps dans la veine fluide. Le tube de droite mesure la pression statique Ps dans la veine fluide. La relation suivante peut tre crite : P = Pt Ps = Pd


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Aussi : P = 1/2. . V2 La vitesse dcoulement peut tre alors exprime comme : V = [ P . 2/ ]1/2 La relation ci-dessus nest vraie que pour un fluide parfait (non visqueux et incompressible). Dans la pratique, il faut introduire des coefficients de correction que lon dtermine exprimentalement de la mme manire que les organes dprimognes. Le dbit est dtermin en utilisant lexpression suivante : Qv = S. V O S est la diffrence entre la section de la ligne et la section du tube de Pitot. Les caractristiques fondamentales dun tube de Pitot sont : Peut tre utilis dans le cas des dbits trs importants donnant des P importantes, Il est dune ralisation trs simple, Peut mesurer jusquau dbit maxi de la conduite, Il ne cr pas de perte de charge, Ne peut mesurer sur les faibles dbits (pas assez sensible), Ne peut mesurer sur les fluides visqueux ou sales (risque de bouchage).

III.5. Les dbitmtres section variable (ou Rotametres) : Ces dbitmtres sont constitus par un tube en verre ou en mtal tronconique (trs faible angle de conicit) mont verticalement la section la plus faible vers le bas (voir figure ci-dessous). A lintrieur du tube un flotteur de forme cylindrique prolong par un cne sa partie infrieure est plac selon laxe vertical du tube de verre. Le flotteur peut glisser sur une tige tout le long de l'instrument. Des butes sont places chaque extrmit du tube sont places pour empcher le flotteur de schapper dans les conduites. Le tube de verre est gradu partir du bas permettant ainsi de donner une mesure. Lensemble est raccord par des brides sur les lignes. Le fluide scoule dans le tube de verre du bas en haut et sort par la partie suprieure.


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Ce dbitmtre exploite la mme loi de Bernoulli. Son principe de fonctionnement consiste varier la section de passage du fluide en fonction de la variation du dbit d'coulement tout en maintenant constante la perte de pression le long de l'instrument. Sous laction de la pression dynamique due la vitesse le flotteur se soulve dans le tube jusqu' une position dquilibre sous laction de son propre poids dune part et de la force due la vitesse dcoulement dautre part. La figure ci-dessous illustre une position dquilibre du flotteur.


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O

P1 : pression avant le flotteur P2 : pression aprs le flotteur V1 : vitesse avant le flotteur V2 : vitesse la sortie Z1 : altitude du bas du flotteur Z2 : altitude du haut du flotteur f : Masse spcifique du flotteur Sf : section du flotteur St : section du tube

En considrant que le flotteur est de faible longueur (Z1 = Z2). Qv = St . V1 = S . V2 O : S : section de passage S = St Sf

En faisant les transformations mathmatiques ncessaires on peut obtenir lexpression du dbit suivante : Qv = K .S . ( 2 . P / ) 1/2 Avec: K = 1 / (1 m) 1/2 m = S 2 / St 2 Le coefficient K dpend de la viscosit, de la forme du flotteur et du nombre de Reynolds Re. Le flotteur peut avoir lune des trios formes suivantes: Plumb bob float (1), Stable vis float (2), Ultra stable vis float (3).


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On choisira parmi ces trois types de flotteurs celui qui permet davoir K le plus stable possible. Installation : Placer lappareil dans un endroit accessible, Le protger des vibrations, Effectuer le montage comme le montre la figure ci-dessous,

III.6. Le dbitmtre Vortex : Son principe de fonctionnement est bas sur leffet de gnration de tourbillons au sein dun fluide en plaant un obstacle perpendiculairement lcoulement (voir figure ci-dessous). Des capteurs appropris servent dtecter ces tourbillons dont la frquence de dtachement, f, est linairement proportionnelle la vitesse dcoulement, V, donc au dbit volumique Qv. La relation donnant ce dernier est la suivante : Qv = f . d . S / Sr , V = f. d / Sr O S : section amont de la conduite Sr : nombre de Strouhal d : largeur de l obstacle


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Remarque : Le dbitmtre Vortex ne prsente aucune partie mobile. Il doit tre minutieusement centr dans la conduite pour avoir une mesure meilleure. Le capteur de tourbillons doit tre choisi suivant la nature du fluide. Les performances offertes par ce type de dbitmtre peuvent se rsumer comme suit : cot relativement moyen ; caractristique linaire du dbit ; rangeabilit de lordre de 8:1 (pouvant atteindre 10:1) ; prcision de 0.75 1.5% du dbit mesur ; utilis pour les liquides propres et les gaz propres et dans certaines limites pour les liquides chargs, visqueux ou corrosifs ainsi que pour la vapeur ; Perte de pression variant de 60 80% de celle du diaphragme orifice concentr normalis de rangeabilit 3:1 ; Temprature de service de -200 +400C ; Pression de service jusqu 300 bars ; Etendue de mesure : - 1 103 m3/h pour les liquides - 5 104 m3/h pour les gaz Diamtre tolr : 0.015 0.3 m ; Longueur droite amont exige : 15 D 30 D ; Nombre de Reynolds : Re > 104 ; Sensibilit aux vibrations de la conduite et aux pulsations de lcoulement

III.7. Dbitmtre lectromagntique : Il permet de mesurer le dbit volumique dun fluide lectriquement conducteur scoulant le long dune conduite ferme en utilisant le principe de Faraday. Ce dernier stipule que si un liquide conducteur, scoulant une vitesse V le long dune conduite de diamtre D lectriquement isol, coupe perpendiculairement un champ magntique B, une tension E est induite dont lamplitude est directement proportionnelle la vitesse dcoulement et par consquent pour une section de passage constante, au dbit.


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Un dbitmtre lectromagntique industriel est constitu par un tube en matriau non magntique, revtu intrieurement dun revtement isolant. Deux bobines dinduction sont disposes de part et dautre de la conduite. Lorsquon emploie un champ magntique continu, la tension induite est continue ; or, entre deux lectrodes plonges dans un lectrolyte, il apparat toujours une tension continue dite de polarisation. Cette tension apparat mme entre deux lectrodes de mme mtal, car les tats de surface peuvent tre diffrents ou le devenir. Cette tension est de lordre du volt et varie dans le temps (formation des lectrodes) ; elle dpend de la temprature, de la composition et de la concentration de llectrolyte. Cette tension se superpose au signal de dbit, et ses variations peuvent tre de mme grandeur que le signal de dbit ou mme plus grandes encore. On emploie donc un champ alternatif ; le signal de dbit change de sens chaque alternance, et on peut alors le distinguer de la tension de polarisation, qui est continue. Mme si cette tension de polarisation varie quelque peu, sa variation est lente compare celle du signal alternatif. En fait, on limine la tension de polarisation en utilisant un amplificateur qui namplifie que la composante alternative du signal et ne transmet pas la frquence zro, cest--dire le courant continu. Lemploi dun champ alternatif nest pas sans inconvnients, car tout champ alternatif induit dans le circuit des lectrodes des tensions alternatives. Le problme pratique est donc de retenir seulement le signal de dbit et dliminer les signaux parasites.


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Analytiquement, la loi de Faraday scrit comme suit : E = B. V. D O E : tension induite B : Intensit du champ magntique V : vitesse dcoulement du fluide D : diamtre de la conduite Les performances offertes par ce type de dbitmtre peuvent se rsumer comme suit : cot relativement lev ; caractristique linaire du dbit ; rangeabilit de lordre de 10:1 (pouvant atteindre 100:1 pour certains cas particuliers) ; prcision de 0.5 1% du dbit mesur ; utilis pratiquement pour tous les liquides ; Perte de pression ngligeable ; Temprature de service de -30 +180C ; Pression de service jusqu 250 bars ; Etendue de mesure : 5.10-3 2.105 m3/h dans le cas des liquides conducteurs ; Diamtre disponible : 0.002 2.6 m ; Longueur droite amont exige : 5 D ; Nombre de Reynolds : Re > 25 ; Mesure bidirectionnelle ; Sensibilit au champ lectrique.

III.8. Dbitmtre effet de Coriolis : La mesure du dbit massique par effet de Coriolis est lune des rcentes technologies industrielles. Pour dvelopper la force de Coriolis, on combine deux mouvements de rotation et de translation. Soit un mobile de masse m se dplaant suivant une droite une vitesse constante V sur un plateau tournant avec une vitesse angulaire (voir figure ci-dessous). La force de Coriolis, Fc, dveloppe est telle que : Fc = 2 . m . . V


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Pratiquement un tube, dans lequel le fluide scoule, est vibr gnralement sa frquence de rsonance. Le fluide soppose au mouvement vibratoire du tube et dveloppe une force de torsion directement proportionnelle au dbit massique du fluide. Plusieurs formes du tube sont adoptes, celles les plus utilises sont : Tube en U ; tube en S ; tube en Z ; tube spiral ; tube en serpentin.

Le tube de mesure vibre sa frquence naturelle l'intrieur du botier du capteur. Le tube de mesure est actionn par un bobinage lectromagntique situ au centre de la courbure du tube et vibre comme un diapason. Le fluide s'coule dans le tube de mesure et est contraint de suivre le mouvement vertical du tube vibrant. Lorsque le tube monte pendant une moiti de sa priode vibratoire, le fluide traversant le dtecteur rsiste son entranement vers le haut en repoussant le tube vers le bas. Les performances offertes par ce type de dbitmtre peuvent se rsumer comme suit : cot global relativement lev ; caractristique linaire du dbit ; rangeabilit de lordre de 25:1 ; prcision de 0.2 0.4% du dbit mesur ; utilis dans le cas des liquides non conducteurs et non visqueux, mais rarement pour les gaz et la vapeur ; Perte de pression : 0.004 2 bars ; Temprature de service de -240 +200C ; Pression de service jusqu 400 bars ;


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Etendue de mesure : 0.005 11300 Kg/min ; Diamtre disponible : 0.001 0.2 m ; Longueur droite amont exige : nulle ; Nombre de Reynolds : Re > 25 ; Sensibilit aux vibrations. III.9. Dbitmtre thermique : Dans ce type de dbitmtre, on exploite lun des deux principes suivants : Mesure du taux de refroidissement dune sonde chauffante dans le fluide ; Augmentation de la temprature dun fluide au contact dune sonde chauffante

Deux capteurs de temprature sont placs aux points A et B (voir figure ci-dessous), de part et d'autre d'un lment chauffant. La diffrence de temprature, Tb - Ta est proportionnelle au dbit massique. Le capteur fonctionne correctement dans un intervalle de dbit. Si le dbit rel dpasse le dbit maximal, on peut utiliser un circuit drivateur, prenant en charge une partie du dbit.

Les performances offertes par ce type de dbitmtre peuvent se rsumer comme suit : cot global moyen ; caractristique linaire du dbit ; rangeabilit de lordre de 10:1 ; prcision 1% du dbit mesur ;


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conus exclusivement pour les gaz mais peuvent tre utiliss dans certains cas pour les liquides propres e non visqueux ; Perte de pression faible ; Temprature de service de -20 +180C ; Pression de service jusqu 400 bars ; Etendue de mesure : 0.016 17 Kg/min ; Diamtre disponible : 0.003 0.12 m ; Longueur droite amont exige : nulle ; Nombre de Reynolds : Re > 25 ; Sensibilit aux fluides corrosifs.

III.10. Dbitmtre ultrasons : Le principe fondamental de fonctionnement de ce type de dbitmtres repose essentiellement sur lexploitation des effets de propagation du son dans un fluide scoulant dans une conduite. Ils peuvent tre rpartis en deux grandes familles : Dbitmtre ultrasons effet Doppler ; Dbitmtre temps de transit.

Un metteur et un rcepteur sont monts en opposition de manire ce que les ondes acoustiques allant de lun lautre soient 45 par rapport au sens dcoulement dans la conduite. La vitesse du son allant de lmetteur au rcepteur constitue la vitesse intrinsque du son, plus un apport d la vitesse du fluide. La mesure du temps t mis par le signal pour parcourir la distance L permet de connatre la vitesse du fluide et den dduire le dbit.

C : vitesse de propagation du son dans le fluide V : vitesse du fluide L : distance entre metteur et rcepteur : angle entre V et la direction dfinie par le couple metteur / rcepteur


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Il est primordial que le fluide ne vhicule pas de gaz ou de solides, pour viter la dispersion des ondes acoustiques entre les deux transducteurs. Lensemble du dispositif, lextrieur de la conduite, est insensible lagressivit du fluide et nentrane aucune perte de charge. Les performances offertes par ce type de dbitmtre peuvent se rsumer comme suit : cot global relativement faible ; caractristique linaire du dbit ; rangeabilit de lordre de 10:1 (pouvant atteindre 40:1 dans certains cas) ; prcision 1 5% du dbit mesur ; les dbitmtres temps de transit sont utiliss pour les liquides propres et corrosifs (aussi pour les liquides visqueux dans certaines limites); Les dbitmtres effet Doppler sont utilis pour les liquides chargs et corrosifs (aussi pour les liquides propres et visqueux dans certaines limites) ; les dbitmtres ultrasons ne sont utiliss en aucun cas pour les gaz et la vapeur ; Perte de pression ngligeable ; Temprature de service de -200 +200C ; Pression de service jusqu 300 bars ; Etendue de mesure : - temps de transit 2.10-2 2.104 m3/h ; - effet Doppler 0.1 10 m/s (vitesse) ; Diamtre disponible : 0.025 4 m ; Longueur droite amont exige : 5 20D ; Nombre de Reynolds : Re > 25 ; Mesure rversible ; Exige la prsence de particules solides en suspension au sein du fluide.

III.11. Dbitmtre turbine : Le principe de fonctionnement consiste une hlice dans laxe dune conduite o circule un fluide. Sous leffet de la vitesse dcoulement du fluide, cette hlice tourne une vitesse proportionnelle au dbit volumique Qv. Ce dernier scrit comme suit : Qv = k . O k : constante de proportionnalit ; : vitesse angulaire de lhlice. La vitesse de rotation est mesure en comptant la frquence de passage des ailettes dtecte l'aide d'un bobinage (un aimant permanent est parfois solidaire de l'hlice). Chaque impulsion reprsente un volume de liquide distinct.


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Les performances offertes par ce type de dbitmtre peuvent se rsumer comme suit : cot global moyen ; caractristique linaire du dbit ; rangeabilit variant de 10:1 35:1 selon les modles ; prcision 0.15 1% du dbit mesur ; utiliss dans le cas des liquides propres, des gaz et de la vapeur. Ils peuvent tre utiliss dans certaines limites pour les liquides visqueux et corrosifs ; Perte de pression identique celle dveloppe par un diaphragme concentrique normalis de rangeabilit 3:1 ; Temprature de service de -260 +500C ; Pression de service maximale 600 bars ; Etendue de mesure : - 0.2 5.103 m3/h pour les liquides ; - 2 2.104 m3/h pour les gaz ; Diamtre disponible : 0.003 0.12 m ;


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Longueur droite amont exige : 10 20D ; Nombre de Reynolds : 25 < Re < 107 ; Trs fragile ; Possibilit dusure mcanique ; Sensible la viscosit du fluide.

III.12. Les compteurs volumtriques : Leur principe de fonctionnement consiste scinder lcoulement en plusieurs lments discrets de volume. La mesure du dbit volumique se fait en comptant ce nombre dlments en une unit de temps. Plusieurs variantes existent sur le march. Nous nous limiterons uniquement celles les plus utilises savoir : compteur roue aubes ; compteur roue ovale ; compteur roue dente ; compteur piston rotatif ; compteur piston alternatif ; compteur deux roues en huit ; disque crou. Les performances offertes par ce type de dbitmtre peuvent se rsumer comme suit : cot global lev ; caractristique linaire du dbit ; rangeabilit variant de 20:1 50:1 selon les modles ; prcision 0.5 1% du dbit mesur ; utiliss pour les liquides propres, partiellement chargs ou de faible viscosit et des gaz propres. Ils peuvent tre utiliss dans certaines limites pour les liquides corrosifs. Ils ne sont jamais utiliss dans le cas de la vapeur ; Perte de pression croit trs rapidement avec le dbit et la viscosit ; Temprature de service de -30 +300C ; Pression de service maximale 400 bars ; Etendue de mesure : 2,5.10-5 8.102 m3/h pour les liquides ; Diamtre disponible : 0.003 0.3 m ; Longueur droite amont exige : nulle ;


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Chapitre IV : Mesure des dbits

Chapitre IV: Mesure des niveauxIV.1. Dfinitions : Par dfinition, le niveau est la hauteur entre la surface libre du liquide contenu dans une capacit, et un point pris comme rfrence (niveau simple liquide).

Aussi, le niveau peut tre dfini comme la hauteur entre la surface de sparation de deux liquides (non miscibles et de densits diffrentes) et un point pris comme rfrence (niveau interface).

Dans tous les cas, le niveau une est quantit reprable. Il est exprim par une hauteur, donc par une mesure de longueur. IV.2. Units de mesure : Les units de mesure des niveaux sont les units de longueur.


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IV. 3. Mthodes de mesure des niveaux : Il existe plusieurs mthodes de mesure de niveau. Mais dans la pratique et 90 %, les mthodes suivantes sont utilises: Mthode base sur la dtection de la surface libre ou de sparation elle-mme Mesure de la pression de la pression au sein dun liquide Utilisation des ultrasons Application du principe du radar

IV.4. Mesure du niveau par dtection de la surface libre ou de sparation : On peut utiliser des : Appareils optiques Appareils appliquant le principe dArchimde Corps flottant (niveau flotteur) Corps immerg (niveau plongeur)

IV.4.1. Appareils optiques : a. Niveau vue: Son schma de principe est donn par la figure ci-dessous.

Cet appareil est bas sur le principe des vases communicants. Le niveau dans le tube de verre sera le mme que dans la capacit. Une rglette gradue, dont le zro sera positionn au point de rfrence, peut place en regard du tube de verre. Celle-ci permettra dvaluer le niveau par simple lecture.

b. Niveau a glaces transparence : La figure ci-dessous donne la constitution de cet appareil.


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Un corps en acier moul portant deux prises p sur lequel on a pratiqu des fentres o viennent se placer des glaces.

Entre la glace G et le corps C on intercale un joint J assurant ltanchit. Un flasque F maintient la glace sur le corps ; le serrage est assur par des tiges filetes et des crous B . Pour viter dbrcher la glace, on intercale entre le flasque et la glace un joint de porte J1 . Sur la figure ci-dessus on voit quil y a une glace sur deux faces symtriques du corps ; le rayon lumineux (sens des flches), qui permet de voir le niveau, passe travers le corps de lappareil do le nom de niveaux transparence donn ces appareils. La figure ci-aprs montre comment le niveau glaces doit tre mont.Ralis par : MSc. F.Tachi

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Lpaisseur du corps du niveau ainsi que celles des glaces dpend de la pression et de la temprature de travail.

IV.4.2. Application du principe dArchimde : a. Niveau flotteur cble et contrepoids pour capacit latmosphre: La figure ci-dessous illustre la constitution de cet appareil.

Le plus souvent le flotteur a une forme sphrique. Le flotteur suit le dplacement du liquide en se dplaant verticalement le long de deux cbles tendus et servant de guides g . Ces cbles vitent la drive du flotteur.


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Le contrepoids maintient le cble tendu, et indique par son index sur la rgle la hauteur du niveau. La rgle est gradue : maximum en bas, minimum en haut. Dans la pratique on sarrange pour que le flotteur soit moiti immerg. A lquilibre on peut crire :

V .Ps = P C p 2 O: V: volume du flotteur PS: poids volumique du liquide Cp : valeur des contrepoids Remarque : Le flotteur se maintient la surface du liquide. II peut tre solidaire d'un capteur de position qui dlivre un signal lectrique correspondant au niveau. Sa position est peu dpendante de la masse volumique de liquide.

b. Niveau flotteur et contrepoids pour capacit sous pression :

La constitution de cet appareil est donne par la figure ci-dessous.


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A lquilibre :C p .r V .Ps = P 2 2R

P: poids du flotteur V/2 : volume immerg poids volumique du liquide Ps :

c. Niveau flotteur et levier :

La constitution de cet appareil est donne par la figure ci-dessous. Il reprsente le type interne.

Le flotteur est port par une tige rigide. Le dplacement est transmis lextrieur par un axe tanche. Une grande partie des ennuis proviennent des fuites sur laxe tanche. On ne peut pas intervenir en marche. La figure ci-dessous donne la constitution dun appareil flotteur type externe. Dans ce modle on place le flotteur dans une chambre que lon peut isoler de la capacit pour intervenir en marche. Inconvnients : poids trs important de la chambre pour les pressions leves.


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d. Niveau plongeur :

Dans cet appareil on utilise le principe dArchimde, mais ici le corps nest pas un flotteur car la pousse est plus faible que son poids, si on labandonne lui-mme il simmerge compltement. Le plongeur est un cylindre immerg dont la hauteur est au moins gale la hauteur maximale du liquide dans le rservoir. Il est suspendu un capteur dynamomtrique qui se trouve soumis une force F (le poids apparent), fonction de la hauteur L du liquide :

F = P .g.s.L

O

P est le poids du plongeur, s est l'aire de sa section, et g.s.L est la pousse d'Archimde s'exerant sur le volume immerg du plongeur ( : masse volumique du liquide, g : acclration de la pesanteur).


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Le systme dynamomtrique peut tre par exemple un tube de torsion (voir figure ci-dessous).

Dans ce cas le tube de torsion doit tre mont comme le montre la figure ci-dessous.

Nature des plongeurs : Il existe plusieurs types de tubes de torsion ayant des couples de rappels diffrentes. Les tubes sont dits quelquefois : Lgers Standards Lourds Extra lourds


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IV.5. Mesure du niveau par la pression due la hauteur de liquide :

Le capteur de pression (manomtre) mesure la pression relative au fond du rservoir (cas dune capacit latmosphre). La figure suivante illustre cet appareil.

La pression mesure est l'image du niveau L du liquide : L= P .g

O est la masse volumique du liquide et g acclration de la pesanteur. Dans la pratique, le cadran du manomtre (un tube de Bourdon par exemple) est gradu directement en valeur du niveau. Le schma de montage est donn par les figures ci-dessous.


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Dans le cas dune capacit sous pression, le montage de la figure ci-dessous est effectu.

Lappareil utilis est un manomtre diffrentiel tel que ceux vus dans le chapitre pression (manomtre diffrentiel membrane par exemple). On raccorde la HP au point de rfrence, la prise BP dans la phase gazeuse de la capacit.P = PA PB = .g .H

Si le gaz contenu dans la phase gazeuse de la capacit est facilement condensable, on effectuera plutt le montage suivant :

Le manomtre est gradu en sens inverse dun cadran normal.


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IV.6. Niveau bulle bulle :

Pour mesurer la pression, on peut utiliser un systme bulle (voir figure ci-dessous).

Le systme comporte : Une canne d'injection ; Un manomtre mesurant la pression d'air de bullage ; Un contrleur de dbit visuel (dit bulleur) ; Un rgulateur de dbit ;

Le principe consiste insuffler un dbit dair constant dans un petit tuyau dbouchant sous la surface de leau, la pression de lair est quilibre par la colonne deau. La pression de lair quil faut appliquer pour produire des bulles est gale la pression du fluide en bout de canne. La mesure de la hauteur deau est gale la pression dair fournie. Dans le cas dune capacit latmosphre, la prise HP est branche au tube plongeur alors que la BP latmosphre.


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Dans le cas dune capacit sous pression on relie la prise BP la phase gazeuse. Cet appareil est utilis dans le cas de fosses enterres, puits, sur fluide liquide trs chaud, corrosifs, visqueux, etcIV.7. Mthodes lectriques :

Ce sont des mthodes employant des capteurs spcifiques, c'est dire traduisant directement le niveau en signal lectrique. Leur intrt rside dans la simplicit des dispositifs et la facilit de leur mise en uvre.a. Capteurs conductimtriques :

Prsentation :

La sonde est forme de deux lectrodes cylindriques, le rle de l'une d'elles pouvant tre assur par le rservoir lorsqu'il est mtallique. La sonde est alimente par une faible tension (10 V) alternative afin d'viter la polarisation des lectrodes.

En mesure continue, la sonde est place verticalement et sa longueur s'tend sur toute la plage de variation de niveau. Le courant lectrique qui circule est d'amplitude proportionnelle la longueur d'lectrode immerge, mais sa valeur dpend de la conductivit du liquide. Dtection : En dtection, on peut, par exemple, placer une sonde courte horizontalement au niveau seuil. Un courant lectrique d'amplitude constante apparat ds que le liquide atteint la sonde.Ralis par : MSc. F.Tachi

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Domaine d'utilisation : Il est utilisable uniquement avec des liquides conducteurs (conductance minimale de l'ordre de 50 S), non corrosifs et n'ayant pas en suspension une phase isolante (huile par exemple). La pression est comprise entre le vide et 160 bar et une temprature comprise entre -200 C et +250 C.b. Capteurs capacitifs.

Lorsque le liquide est isolant, un condensateur est ralis soit par deux lectrodes cylindriques, soit par une lectrode et la paroi du rservoir si celui-ci est mtallique. Le dilectrique est le liquide dans la partie immerge, l'air en dehors. L'implantation des lectrodes pour mesure en continu ou en dtection s'effectue comme pour le capteur conductimtrique. La mesure ou la dtection de niveau se ramne la mise en variation de capacit qui est d'autant plus importante que la constante dilectrique r du liquide est suprieure celle de l'air ; on prend gnralement comme condition d'emploi de la mthode r > 2. Dans le cas d'un liquide conducteur, on utilise une seule lectrode recouverte d'un isolant qui constitue le dilectrique du condensateur dont l'autre est forme par le contact du liquide conducteur.IV.8. Mthodes fondes sur lutilisation dondes acoustiques :

Elles permettent notamment des mesures sans contact avec le produit ce qui constitue un grand avantage.a. Capteurs ultrasons :

Principe : En mesure continue, on utilise un transducteur fonctionnant successivement en metteur et en rcepteur. Ce transducteur plac au sommet du rservoir met, dans un cne de faible ouverture,


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des trains d'onde acoustiques qui aprs rflexion sur la surface du liquide retournent vers le transducteur qui les convertit en signal lectrique.

L'intervalle de temps t sparant l'mission de la rception du train d'ondes rflchi est proportionnel la distance du transducteur la surface du liquide : il est donc fonction du niveau ; t est inversement proportionnel la clrit du son qui dpend de la temprature : celle-ci doit donc tre mesure afin que puisse tre effectue la correction ncessaire. Le transducteur est une cramique pizo-lectrique pour les ondes ultrasonores (40 kHz par exemple), il est de type lectrodynamique pour les infrasonores (10 kHz par exemple). Les ondes sonores qui sont moins attnues par la propagation trouvent application pour la mesure de distances importantes (de 10 30 m) alors que les ondes ultrasonores procurent aux distances plus courtes une meilleure prcision. Lamplitude de lcho peut tre sensiblement plus faible (rapport de 10) dans le cas dun liquide dont la surface est agite.

domaine dutilisation : Ils conviennent pratiquement pour tous les produits alimentaires ou chimiques, fluides liquides ou pteux de toute temprature (-190 250C) et pour des pressions jusqu 40 bars gamme de mesure : jusqu 50 m prcision : dpend de la temprature (normalement correctement compense), des turbulence de lair, du taux dhumidit et des corps flottants et vaguelettes. De 1 9 mm selon les fournisseurs soit de lordre de 1%.


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Avantages de la technique de mesure de niveau par ultrasons :

Pas de contact, donc pas dusure ni de dgt Pas de pices mobile Pas dinfluence de la densit, de la conductivit, du pH, de la constante dilectrique du liquide Calibration aise Convient pour produits agressifs Prcis et fiable Pas de maintenance Fourni en excution intrinsque (ATEX)

Dsavantages de la technique de mesure de niveau par ultrasons :

Influenc par des poudres, des vapeurs importantes, la

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