Débitmètre à plaque à orifice

Un fluide s'écoulant au travers d'un orifice de restriction voit sa pression chuter d'une valeur proportionnelle au carré du débit. Ce phénomène est mis à profit pour mesurer un débit. Si les caractéristiques du fluide et de l'orifice sont parfaitement connus, la perte de pression mesurée de part et d'autre de l'orifice permet d'en déduire le débit du fluide. C'est la très classique mesure de débit par plaque à orifice.
Le liquide est progressivement accéléré au voisinage de la restriction. Sa vitesse atteint son maximum en aval de la restriction, puis revient progressivement à sa valeur normale plus loin en aval. Des zones de turbulence avec formation de tourbillons se produisent en amont et surtout en aval de la restriction.
Parallèlement à l'augmentation de vitesse, la pression diminue localement en accord avec la relation de Bernoulli, puis augmente progressivement lorsque la vitesse retrouve sa valeur normale. Les frottements occasionnés par cette accélération génèrent une perte de pression permanente, de valeur nettement plus faible que la variation de pression observée au voisinage de la restriction.
La mesure de débit utilise la variation de pression dûe à l'accélération au voisinage de la restriction. Celle-ci dépend de la distance entre les prises de mesure et la plaque. Trois types de mesures sont normalisés:

• mesure au droit de la plaque (0/0)
• mesure à D en amont et D/2 en aval (D: diamètre de la tuyauterie)
• mesure à 1 pouce (25,4mm) en amont et 1 pouce en aval (25/25)

La feuille de calcul ProcesssCalc considère ce dernier type.
Les détails de construction de cet organe de mesure sont détaillées dans de nombreuses normes dont, pour la France la NF ISO E5167.

Equations utilisées

Le débit passant au travers de l'orifice est relié à la perte de pression mesurée par une relation faisant appel à un coefficient de décharge du fluide.

Le coefficient de décharge peut être obtenu par l'équation de Stolz ou celle de Reader-Harris-Gallagher. Cette dernière a été adoptée pour l'édition 2003 de la norme ISO E5167.
 

Le coefficient de détente du gaz est donné par l'équation empirique:

 

La perte de charge par frottement occasionnée par l'orifice est:

Types de plaques à orifice

	Principales caractéristiques
	arrête vive La plus utilisée Liquide, gaz ou vapeur sèche propres (monophasiques) de faible viscosité ReD à partir de 5000 (régime turbulent) D de 25 à 1000mm d/D de 0,1 à 0,75 Peut être équipé d'un trou de drainage/évent pour les gaz pouvant former des condensats ou les liquides pouvant dégazer. Prises de pression: 25/25, 0/0 ou D D/2
	bidirectionnelle Pour mesurer dans les deux sens Liquide, gaz ou vapeur sèche propres (monophasiques) de faible viscosité ReD à partir de 5000 (régime turbulent)
	Quart de cercle Fluides propres visqueux et/ou à faible vitesse Fluides de faible densité Pour des ReD faibles à partir de 250 et <5000 D de 25 à 750mm d/D de 0,25 à 0,6 Prises de pression: 25/25 recommandé 0/0 et D D/2 possible si DN<40, seul 0/0 autorisé
	Entrée conique Fluides propres très visqueux et/ou à faible vitesse Fluides de faible densité Pour des ReD très faibles à partir de 25 et <500 D de 25 à 1000mm d/D de 0,1 à 0,3 Prises de pression: 0/0
	Segmentaire ou excentrique Fluides chargés en particules solides qui peuvent se déposer ou vapeurs contenant des condensats ReD à partir de 5000 (régime turbulent) D de 100 à 350mm d/D de 0,3 à 0,8 Orifice monté vers le haut (évacuation gaz en suspension) ou vers le bas (particules solides ou condensats) selon la nature du fluide Prises de pression: 25/25 recommandé

Précision de la mesure

La précision de la mesure est affectée par l'instabilité de la veine liquide en amont de la plaque de mesure. Il est souhaitable qu'elle soit aussi stable que possible.
Tout obstacle, changement de direction, de diamètre dans la tuyauterie en amont de la plaque de mesure perturbera la veine liquide. Cette perturbation ne s'atténuera que progressivement sur une certaine distance en aval. Pour obtenir une mesure précise, il faut donc respecter une longueur droite minimum sans perturbation  en amont de la plaque de mesure pour laisser au liquide le temps de se stabiliser. La valeur de longueur droite à respecter est donnée précisément dans la norme NF ISO E5167 en fonction de différents paramètres (type de perturbation, taux de contraction, ...). Elle est de l'ordre de 20 à 50 fois le diamètre de la tuyauterie.