Qu’est-ce qu’un débitmètre ?
Un débitmètre est un dispositif permettant de mesurer le débit volumétrique ou massique d’un fluide dans une conduite ou un dispositif similaire.
Un certain nombre de principes de mesure ont été mis au point pour mesurer différents types de débit, en fonction de conditions telles que la pression et la température. Les types de flux comprennent les flux de gaz, de liquides et les flux multiphasiques.
Certains produits peuvent être installés à l’extérieur de la conduite pour mesurer le débit. Cependant, la majorité des produits sont installés à l’intérieur de la tuyauterie pour mesurer le débit. Par conséquent, l’installation des débitmètres doit être envisagée avant l’installation de la tuyauterie ou lors de la conception.
Utilisations des débitmètres
Les débitmètres sont largement utilisés dans les industries où l’on se sert de fluides, telles que les usines chimiques et pétrolières, l’industrie automobile, l’industrie des semi-conducteurs, l’industrie pharmaceutique et l’industrie alimentaire.
Plus de dix principes de fonctionnement différents ont été développés pour les débitmètres. De ce fait, le débitmètre approprié doit être sélectionné en fonction du fluide manipulé.
Ceux qui sont installés dans des canalisations sont susceptibles de perturber le flux. Le choix doit donc se faire en fonction de l’ampleur de cet impact. À ce moment-là, la fréquence, la durée et le coût de la maintenance doivent également être pris en compte.
Types de débitmètres
Voici une brève présentation des différents types de débitmètres et de leurs mécanismes, principes et avantages respectifs.
- Débitmètres volumétriques
- Débitmètres à effet Coriolis
- Débitmètres à ultrasons
- Débitmètres électromagnétiques
- Débitmètres thermiques
- Débitmètres à vortex de Kalman
- Débitmètres à surface
- Débitmètres à turbine
- Débitmètres à pression différentielle
- Débitmètres à vortex
- Débitmètres à cellule d’écoulement
1. Débitmètres à déplacement positif
Un débitmètre à déplacement positif se compose d’un tube de même diamètre intérieur que la tuyauterie à mesurer, d’un rotor et d’un détecteur de rotation. Le rotor est mis en rotation par le fluide qui s’écoule dans le tube et le débit est mesuré en détectant le nombre de rotations.
Bien que de construction simple et d’une grande précision, l’utilisation d’engrenages peut entraîner des problèmes tels que l’engrènement.
Parce qu’il mesure directement le volume du fluide, ce type de débitmètre est utilisé pour mesurer le débit du fioul et de l’huile de lubrification, dont la densité ne varie pas facilement. Grâce à sa grande précision, il est adapté à des applications telles que le négoce de fioul.
2. Débitmètres à effet Coriolis
Les débitmètres à effet Coriolis se composent de deux tubes en U, d’un vibrateur et d’un capteur de force. Ils utilisent le principe de la force de Coriolis, selon lequel deux tubes en U oscillants traversés par un fluide génèrent des forces opposées l’une à l’autre.
Bien que les débitmètres de Coriolis présentent l’inconvénient d’une longueur totale plus importante en raison du principe de mesure, ils peuvent mesurer directement les débits massiques. Ils sont très précis et réactifs. On se sert largement d’eux, par exemple, lorsque la densité d’un fluide doit également être mesurée en même temps.
En revanche, ce type de débitmètre ne peut pas mesurer les débits dans les zones de vibrations ou les fluides contenant des bulles.
3. Débitmètres à ultrasons
Les débitmètres à ultrasons se composent d’un générateur d’ultrasons et d’un instrument de mesure. Le débit est calculé en mesurant le temps de propagation des ondes ultrasoniques et l’effet Doppler causé par la réflexion de celles-ci. Le débitmètre est capable d’effectuer des mesures depuis l’extérieur de la canalisation.
Ce type de débitmètre présente l’avantage de mesurer le débit de fluide sans contact. Il peut être monté ultérieurement sur la tuyauterie et présente l’avantage de pouvoir être installé à faible coût sur celles de grand diamètre.
Toutefois, il ne convient pas aux applications nécessitant une mesure de débit de haute précision, car des erreurs se produisent en raison de l’épaisseur de la paroi de la tuyauterie.
4. Débitmètres électromagnétiques
Les débitmètres électromagnétiques calculent le débit en mesurant la force électromotrice générée par la bobine, un composant du débitmètre électromagnétique, sur la vitesse d’un matériau magnétique placé à l’intérieur du fluide à mesurer.
Nombre d’entre eux n’ont pas besoin d’être installés dans la canalisation. Ils sont donc utilisés lorsque les débitmètres installés dans la canalisation entraîneraient des coûts de maintenance élevés, comme dans le cas des eaux contaminées par exemple.
Les débitmètres électromagnétiques n’ont pas de pièces mobiles et n’obstruent pas l’écoulement des fluides. De ce fait, ils sont utilisés pour mesurer le débit des boues mélangées à des solides. Cependant, ils ne peuvent pas mesurer les fluides non conducteurs tels que l’huile.
5. Débitmètres thermiques
Les débitmètres thermiques se composent de deux capteurs de température et d’un élément chauffant. Ils mesurent la différence entre la température du fluide avant qu’il ne soit réchauffé par le réchauffeur et celle du fluide après qu’il a été réchauffé par le réchauffeur. Il convertit ensuite cette différence en un débit. Ils se caractérisent par leurs capacités à couvrir une large gamme de températures.
Les débitmètres thermiques peuvent mesurer le débit de gaz sans contact et sont donc capables de mesurer des gaz corrosifs. De plus, ils ne présentent pratiquement pas de perte de charge et peuvent mesurer des débits massiques. En revanche, ils ne conviennent pas si le gaz contient des contaminants.
6. Débitmètres de surface
Dans un débitmètre de surface, un flotteur placé dans un tube vertical conique interrompt l’écoulement de bas en haut, créant une différence de pression avant et après le flotteur. Le compteur repose à un endroit où le poids du flotteur et la force de la différence de pression s’équilibrent. La lecture de cette position permet ainsi de déterminer le débit.
On s’en sert pour mesurer le débit de liquides ou de gaz, les fluides de purge ou les gaz. Leur construction simple les rend peu coûteux, mais la précision de la mesure n’est pas très élevée.
7. Débitmètres à turbine
Les débitmètres à turbine sont placés dans le flux. Ils utilisent le fait que la vitesse de rotation d’une roue dont l’axe est parallèle au flux est proportionnelle à la vitesse du flux pour calculer le débit volumétrique à partir du nombre de rotations de la roue.
La conception légère permet une grande liberté d’installation. Léger, peu coûteux, ainsi que doté d’une excellente répétabilité et réactivité, ce type de débitmètre convient pour mesurer de grands volumes de fluide. Cependant, les roulements se détériorent et sa durée de vie est courte.
8. Débitmètres à pression différentielle
Les débitmètres à pression différentielle utilisent un orifice pour créer une perte de pression. Ils se servent de la différence de pression entre le côté primaire et le côté secondaire pour mesurer le débit.
Ils se caractérisent par leur faible coût et leur large gamme d’applications. L’étalonnage du débit réel n’est pas nécessaire.
9. Débitmètres à vortex de Kalman
Les débitmètres à vortex de Kalman se composent d’un obstacle permettant de générer le vortex de Kalman et d’un instrument de mesure du vortex. Le débit est calculé en mesurant le tourbillon de Kalman.
Le tourbillon de Kalman est un tourbillon régulier généré dans le sillage de l’obstacle.
Les débitmètres à vortex de Kalman peuvent mesurer une large gamme de fluides car ils ne comportent pas de pièces mécaniques de fonctionnement ni d’électrodes. Cependant, on ne peut pas s’en servir dans les zones à fortes vibrations, par exemple, parce qu’ils nécessitent une longueur de tuyau droite et qu’ils peuvent présenter des dysfonctionnements dus aux vibrations.
Ce type de débitmètre est utilisé pour mesurer la vapeur et l’eau propre.
10. Débitmètres à vortex
Un débitmètre à vortex est un débitmètre qui utilise le vortex de Kalman. Les tourbillons de Kalman sont des rangées de tourbillons alternatifs et réguliers qui se produisent en aval d’un objet (c’est à dire la source de tourbillon) placé dans l’écoulement du fluide.
11. Débitmètres à cellule d’écoulement
Un débitmètre à cellule d’écoulement est un type de débitmètre à pression différentielle. Il génère une pression différentielle en installant un orifice dans la tuyauterie dans laquelle circule de l’eau ou de l’air. Il mesure ainsi la pression différentielle générée indiquée par un flotteur installé dans le flux tributaire.
Informations complémentaires sur les débitmètres numériques
Les débitmètres analogiques sont pour la plupart des débitmètres de type surfacique. Ils sont utilisés pour vérifier les débits sur site. Ils sont peu coûteux et utilisés depuis longtemps.
Ces dernières années, de nombreux débitmètres numériques ont été vendus. Les débitmètres à sortie de transmission ont presque exclusivement des spécifications numériques et sont dotés de composants électroniques ainsi que de cartes de circuits imprimés à l’intérieur. Bien qu’ils présentent l’inconvénient de la durée de vie résiduelle des circuits électroniques, ils sont plus pratiques car ils permettent le réglage automatique du zéro, la modification de la valeur de l’échelle, la fonction de totalisation et la modification de l’unité de débit.