Des chambres de volume défini, se remplissent et se vident
alternativement du fluide à mesurer.
Les compteurs peuvent être:
- à PISTONS ALTERNATIFS
- à PISTON OSCILLANT
- à PISTONS ROTATIFS
- à MEMBRANE
- à PALETTES
L'écoulement provoque la mise en rotation d'un axe dont on compte les
tours.
Le nombre de tours du mécanisme est proportionnel au volume écoulé.
La dynamique est élevée:
débit maxi/débit mini >100
La précision est moyenne: 1 à 2%
- comptages commerciaux pour liquides ou gaz.
Deux engrenages qui souvent sont simplement constitués de deux
roues
ovales sont mis en mouvement par le passage du fluide. La rotation du
jeu d'engrenage autorise le passage à chaque tour d'un volume défini
par la géométrie de l'appareil.
La précision est limitée par l'étanchéité des engrenages limitant le
passage du fluide sans mouvement du mécanisme. Elle sera meilleure si
une légère contre-pression existe en aval du compteur, et si le fluide
présente une viscosité minimum.
Ce type de compteur n'est donc pas utilisable sur les gaz et n'est pas
recommandé pour les liquides de viscosité comparable à celle de l'eau.
Sa précision est peu sensible aux variations de température ou
de
viscosité (au delà d'une viscosité minimum).
Pas de contrainte particulière d'installation (faible encombrement, pas
de longueur droite requise)
Liquides légèrement visqueux:
- huiles de lubrification, de cuisine
- combustibles, carburants
- sirops de sucre
Une hélice est placée dans le flux liquide à mesurer.
Le mouvement du fluide provoque sa mise en rotation à une vitesse
allant de 2000 à 10000t/mn.
Le nombre de tours fait par l'hélice est proportionnel au volume de
liquide écoulé, la vitesse de rotation est donc proportionnelle au
débit.
Lors des changements de régime, la variation de vitesse de
rotation de la turbine n'est pas instantanée:
- un sous comptage sera observé lors des augmentations de débit
- un sur comptage sera observé lors des diminutions de débit
L'erreur de sur comptage est plus important que celle de sous comptage.
Les erreurs ne se compensent donc pas.
Cette technique convient mieux si le régime de fonctionnement est
stable.
Pour des liquides de faible viscosité, la précision atteint
0,2%. Peut
être utilisé pour un comptage commercial.
Utilisable à pression et température élevée.
Nécessite une longueur droite minimum en amont de la turbine
pour
limiter l'effet des turbulences.
La proportionnalité de la vitesse de rotation n'est pas garantie à
faible débit. Il dépend en grande partie de la qualité et de l'état des
composants mécaniques.
NFX 10-111 et X 10-114
ISO 9951:1993 Mesure de débit de gaz dans les conduites fermées -- Compteurs à turbine
Il est basé sur la loi d'induction de Faraday selon laquelle
un
élément conducteur se déplaçant dans un champ magnétique, génère une
tension proportionnelle à sa vitesse de translation.
Cette tension, générée dans le fluide mesuré, est captée par deux
électrodes perpendiculaires et diamétralement opposées au flux du champ
magnétique et au sens d'écoulement du fluide.
Le fluide doit avoir une conductivité minimum de 5µS/cm.
La tension mesurée est proportionnelle au débit volumique et à
l'intensité du champ magnétique.
- Les électrodes et tout autre élément métallique peuvent
être séparés du fluide par une paroi isolante
- Il n'entraînent pas de perte de charge
Mesure sur liquides corrosifs, abrasifs, les pâtes ou les
pulpes
NFX 10-120
NF EN ISO 6817 décrit le principe et les principes fondamentaux de conception des débitmètres électromagnétiques mesurant le débit d'un liquide conducteur dans une conduite fermée remplie. Elle traite de leur installation, de leur fonctionnement, de leur performance et de leur étalonnage.
Un corps introduit dans la veine fluide, provoque l'apparition
de
tourbillons à l'arrière, dont la fréquence de détachement est
proportionnelle au débit volumique.
Cette mesure exige une vitesse minimum telle que le Reynolds soit:
- >30000 pour les gaz
- >3800 pour les liquides.
- montage simple
- mesure précise (<1% d'erreur)
Mesures sur gaz et liquides peu visqueux.
Un émetteur et un récepteur à ultrasons sont disposés de part
et d'autre de la canalisation.
L'écoulement du fluide provoque un déphasage entre les signaux, dont la
valeur est proportionnelle au débit.
Mesure insensible à la pression et à la température.
Mesure sur liquides.
La fréquence d'une onde sonore réfléchie par un corps en
mouvement est influencée par sa vitesse de déplacement.
Le débit volumique est proportionnel à la variation de fréquence.
Détection et surveillance de l'écoulement de produits solides
en vrac.
Mesure la pression totale d'un
fluide (Ptot), dont on déduit
la
vitesse (v), connaissant sa pression statique (Pstat), et sa masse
volumique (ρ), en application de l'équation de Bernoulli.
Ptot = Pstat + 1/2
ρ v2
La
pression statique est mesurée par un orifice dont le plan est parallèle
à la direction du fluide, tandis que la pression totale est mesurée par
un orifice dont le plan est perpendiculaire à la direction du fluide.
Mesure facile à mettre en oeuvre.
Il ne nécessite pas d'étalonnage, et s'adapte à tous les débits, et
tous les fluides.
Débit d'air dans des gaines.
- Sondes ANNUBAR
NFX 10-112, 113, 114
Le fluide circule de bas en haut dans un tube conique
transparent en
verre ou en matière plastique, à l'intérieur duquel est placé un
flotteur maintenu en équilibre par son poids et la vitesse de passage
du fluide.
Le tube doit être placé verticalement.
La hauteur du flotteur dans le tube est proportionnelle au débit.
Le rotamètre doit être étalonné pour un fluide donné, car la mesure est
influencée par la masse volumique du fluide de la manière suivante:
F1/F2
= ((ρ2
(ρ1
- ρf)) /
(ρ1 (ρ2 -
ρf)))0,5
avec:
F1: débit volumique du fluide 1
F2: débit volumique du fluide 2
ρf: masse volumique du flotteur
ρ1: masse volumique du fluide 1
ρ2: masse volumique du fluide 2
Le tube du rotamètre peut être directement gradué en unité de
débit.
Il peut aussi être gradué sans unité et livré avec des tables de
correspondance pour différents fluides. Le débitmètre peut ainsi être
utilisé sur plusieurs fluides.
Simple et économique.
Utilisable aussi bien pour les gaz que pour les liquides.
Puisque la mesure est affectée par la masse volumique du
fluide,
elle sera affectée par les variations de température et de pression des
gaz.
La mesure est également affectée par les variations de viscosité des
liquides.
Doit être impérativement en position verticale
Le fluide s'écoule au travers d'un élément à section
de
passage
réduite. Le fluide est donc accéléré et par application du principe de
Bernoulli, sa pression statique se trouve diminuée.
La pression différentielle mesurée de part et d'autre de cet élément
est:
- proportionnelle au carré du débit masse
- inversement proportionnelle à la masse volumique du fluide (tant que
l'écoulement est subsonique pour les gaz).
Type d'organe | Principales caractéristiques |
Plaque à orifice |
+ Peu coûteux + Facile à installer + Sans élément mobile + Normalisé (ISO 5167-2) + Sans étalonnage - Plage de mesure étroite (4:1) - Perte de charge résiduelle élevée (40 à 90% de la ΔP de mesure) - Sensible à l'érosion - Contraintes d'installation (longueurs droites ou stabilisateur) |
Tuyère |
+
Sans élément mobile + Normalisé (ISO 5167-3) + Sans étalonnage + Moins sensible à l'érosion qu'une plaque à orifice + La perte de charge peut être réduite par un divergent en sortie - Plus coûteux qu'une plaque à orifice - Plage de mesure étroite (4:1) |
Venturi |
+
Sans élément mobile + Normalisé (ISO 5167-4) + Sans étalonnage + Moins sensible à l'érosion et aux conditions d'installation qu'une plaque à orifice + Perte de charge résiduelle de 10% de la ΔP de mesure - Plus coûteux qu'une plaque à orifice - Plage de mesure étroite |
Cone |
+
Compatible avec un gaz humide + Peu de contrainte d'installation (longueurs droites: 3D en amont, 1D en aval) + Grande plage de mesure (10:1) + Utilisable sur de fortes sections (3000mm) + Normalisé pour diamètres de tuyauteries <500mm (ISO 5167-5) - Non normalisé pour diamètres >500mm |
La relation entre le débit et dépression mesurée est parfaitement modélisable connaissant la géométrie des équipements. Il est donc inutile de procéder à un étalonnage de ces débitmètres. Ceci est particulièrement apprécié pour les applications à grande capacité pour lesquels un étalonnage serait difficile et coûteux.
- mesures pour la conduite de procédés sur des gaz ou liquides
NFX 10-102, 104, 105; NF ISO 5167
L'ISO 9300:2005 spécifie la géométrie et le mode d'emploi (installation dans un circuit et conditions opératoires) de Venturi-tuyères en régime critique (CFVN) utilisés pour déterminer le débit massique de gaz traversant le circuit. Elle donne également les informations nécessaires au calcul du débit et de l'incertitude associée. Elle s'applique aux Venturi-tuyères au sein desquels l'écoulement gazeux est accéléré jusqu'à atteindre la vitesse critique au col (la vitesse d'un écoulement critique est égale à la vitesse locale du son), et uniquement lorsqu'il existe un écoulement stationnaire monophasique de gaz.
Nommé ainsi parce qu'exploitant un principe découvert au 19ème
siècle par Gustave Gaspard Coriolis:
L'accélération de tout corps se déplaçant à vitesse constante par
rapport à la surface de la terre, est déviée vers la droite dans
l'hémisphère nord et vers la gauche dans l'hémisphère sud.
Le fluide s'écoule dans un tube en U soumis à une vibration.
L'amplitude et la fréquence de ces vibrations varient d'un constructeur
à l'autre mais sont de l'ordre de 3mm et 75 - 100 Hz.
Sous l'effet du débit, le tube subit une déformation détectée par des
capteurs de position.
Le signal détecté est proportionnel au débit massique.
Permet aussi de mesurer la masse volumique du fluide.
La précision est bonne:
- 0,15% sur le débit
- 5E-4 g/cm3 sur la masse volumique
Aujourd'hui cette technique n'est pas autorisée pour des
comptages commerciaux.
Un liquide dont la surface est
libre, s'écoule au travers d'un
orifice calibré, totalement ouvert dans sa partie supérieure.
Les conditions d'écoulement considérées ne dépendent que de la hauteur de charge amont; il faut donc qu'il existe un écoulement tranquille (régime fluvial) en amont du canal jaugeur, puis que l'écoulement s'accélère en passant par la contraction et atteigne sa profondeur critique et enfin que le niveau d'eau au delà de la structure soit assez bas pour ne pas influer sur les caractéristiques de celle-ci.
Le niveau de liquide qui s'établi en amont du déversoir est
représentatif du débit volumique.
Si le déversoir est rectangulaire, le débit est proportionnel à la
hauteur élevée à la puissance 1,5.
Si le déversoir est triangulaire, le débit est proportionnel à la
hauteur élevée à la puissance 2,5.
- mesure de débit dans les canaux et égouts à ciel ouvert.
NF X10-311 spécifie des méthodes de mesure de débit de l'eau dans les canaux découverts au moyen de déversoirs rectangulaires et triangulaires en mince paroi. Seuls les écoulements permanents à déversements libres ou complètement aérés sont pris en considération. Les coefficients de débit qui sont recommandés ne sont applicables qu'à l'eau dans la gamme approximative de 5 à 30 °C. L'emploi des coefficients pour des températures de l'eau de plusieurs degrés en dehors de cette gamme entraînera des erreurs négligeables, sauf dans le cas de très petites hauteurs. Les limites d'applicabilité en fonction de la géométrie du déversoir et de l'écoulement sont spécifiées pour chacune des formules recommandées.
NF ISO 1070 prescrit une méthode permettant de déterminer le débit des liquides dans les canaux découverts à partir d'observations de la pente de la ligne d'eau et de l'aire de la section mouillée du chenal. La méthode de la pente de la ligne d'eau peut être utilisée avec une exactitude acceptable dans les canaux découverts dont les berges et le lit sont stables (formés, par exemple, par des rochers ou de l'argile cohésive) ou pourvus d'un revêtement, et dans les canaux découverts dont le lit est en matériaux assez grossiers.
NF ISO 4359 traite de la mesure de débit dans les rivières et canaux artificiels à régime permanent ou à variation lente, au moyen de certains types de canaux jaugeurs à ressaut. Trois types de canaux jaugeurs couvrant une grande gamme d'utilisations sont recommandés, à savoir : a) les canaux jaugeurs à col rectangulaire; b) les canaux jaugeurs à col trapézoïdal; c) les canaux jaugeurs à col en U, c'est-à-dire à fond arrondi.
Un catharomètre est un détecteur de gaz réagissant à la
conductibilité thermique ou au débit d'un gaz.
Il est constitué d'un filament enfermé dans une enceinte à température
constante, et parcourue par un débit de gaz.
Le filament est parcouru par un courant électrique de 300mA environ, de
façon à produire un échauffement, à la manière du filament d'une
ampoule électrique. Sa résistance électrique que l'on mesure dépendra
de sa température.
La température, et donc la résistance qu'atteint le filament dépend de
l'intensité électrique, de la température de l'enceinte, du débit et de
la conductibilité thermique du gaz de balayage.
Si l'intensité électrique, la température de l'enceinte et le débit de
gaz sont parfaitement maîtrisés, la résistance du filament dépend
seulement de la conductibilité thermique du gaz et donc de sa
composition. Mais pour un gaz de composition constante, il réagira à
une variation de débit.
Mesure de faibles débits de gaz pour des applications de
laboratoire.
Cette technologie est exclusivement réservée à la mesure sur
les gaz et reprend en partie la technologie du catharomètre.
Le gaz entrant dans le débitmètre est divisé en deux flux. La plus
grande partie du gaz est conduite vers un by-pass. Seule la plus faible
portion est conduite vers la chambre de mesure.
Le gaz passe successivement à proximité de deux filaments parcourus par
un courant électrique. Il contribue à refroidir le premier et à
échauffer le second. La différence de résistance qui en résulte est
mesurée. Elle est proportionnelle au débit massique du gaz.
Totalement insensible aux variations de température et de
pression du gaz à mesurer.
Ce n'est pas à proprement parler une technologie de mesure de débit, mais le calcul de la vitesse de perte de poids d'un réservoir est une méthode simple et précise pour déterminer le débit de vidange.
Technologie | Précision | Etendue de mesure | Type de fluide | Diamètre de tuyauterie | Conditions opératoires |
---|---|---|---|---|---|
Pression différentielle | 0,5 - 1,5% de la mesure | 4:1 | L, G, S | 0,5 - 40" | 600 bars, -20 à 1000°C |
Electro-magnétique | 0,2 - 2% de la mesure | 10:1 | L | 0,15 - 60" | 350 bars, -40 à 180°C |
Turbine | 0,15 - 1% de la mesure | 10:1 | L, G | 0,5 - 30" | 400 bars, -250 à 300°C |
Ultrason (Effet Doppler) | 1 -
30% de la mesure (dépend de la qualité des particules ou bulles en suspension) |
50:1 | L, G, S | 0,5 - 200" | 400 bars, -40 à 120°C |
Ultrason (Temps de transit) | 0,5 - 5% de la mesure | jusqu'à zéro | L, G | 1 - 540" | 400 bars, -40 à 350°C |
Vortex | 0,5 - 2% de la mesure | 20:1 | L, G, S | 0,5 - 16" | 100 bars, -200 à 400°C |
Déplacement | 0,15 - 1% de la mesure | 10:1 | L | 0,25 - 16" | 150 bars, -40 à 300°C |
Coriolis | 0,1 - 0,3% de la mesure | 10 à 80:1 | L, G | 0,06 - 12" | 150 bars, -250 à 400°C |
Catharomètre (pour les gaz) | 1% de l'échelle de mesure | 50:1 | G | 0,125 - 8" | 300 bars, 0 à 300°C |
Catharomètre (pour les liquides) | 0,5% de l'échelle de mesure | 50:1 | L | 0,06 - 0,25 | 300 bars, 4 à 70°C |