Qu’est-ce qu’un débitmètre à effet vortex ?
Un débitmètre à effet vortex est un débitmètre qui utilise l’effet vortex de Karman.
Un tourbillon de Kalman est une ligne de tourbillons en aval d’un objet (source de tourbillon) placé dans un écoulement de fluide. Le physicien Kalman lui a donné le nom de “tourbillon de Kalman” après son élucidation théorique.
Les débitmètres à effet vortex sont de construction simple et robuste. Ils se caractérisent par une bonne précision, une large plage de débit et une compatibilité avec une grande variété de fluides.
Utilisations des débitmètres à effet vortex
Les principales utilisations des débitmètres à vortex sont les suivantes :
- Mesure des débits dans les conduites de vapeur
- Mesure de la récupération des condensats
- Mesure de l’alimentation en eau des chaudières
- Contrôle des moteurs automobiles
- Contrôle du débit d’eau de refroidissement dans les refroidisseurs
Les débitmètres à vortex peuvent mesurer le gaz, le liquide et la vapeur et peuvent donc être utilisés dans tous les scénarios de mesure de débit.
Une précaution s’impose : il faut choisir une taille d’alésage appropriée pour la génération de tourbillons, car il n’est pas possible d’effectuer des mesures sans génération de tourbillons. Dans la plage des faibles débits, le tourbillon de Karman n’est plus généré et le débit ne peut pas être mesuré.
Principe des débitmètres à effet vortex
Les débitmètres à effet vortex mesurent le débit en comptant les tourbillons de Kalman.
La fréquence du tourbillon de Kalman est proportionnelle à la vitesse d’écoulement. La vitesse d’écoulement peut donc être déterminée en plaçant un obstacle générant des tourbillons dans la conduite et en comptant les tourbillons générés.
La formule spécifique est expliquée ci-dessous.
Si la fréquence des tourbillons est f (Hz), la longueur représentative du corps générateur de tourbillons est d (m) et la vitesse d’écoulement est v (m/s),
f = S/v/d
L’équation f = S/v/d est établie comme suit où S est une constante de proportionnalité appelée nombre de Strouhal. Ce nombre est déterminé par la forme et les dimensions du générateur de tourbillons.
Le débit Q (m3/s), si la section transversale du tuyau est A (m2),
Q = A-v = A-f-d/S = K-f
et le débit peut être déterminé à partir de la fréquence si la constante de proportionnalité K entre le débit et la fréquence est déterminée à l’avance.
Les générateurs de tourbillons actuels peuvent être de forme triangulaire, plate ou trapézoïdale, la forme trapézoïdale étant considérée comme la plus précise. Le tourbillon est détecté en convertissant la force produite par le tourbillon en un signal électrique par un capteur (élément piézoélectrique ou jauge de contrainte semi-conductrice), qui est amplifié par un transducteur et restitué sous forme d’un signal d’impulsion ou d’un signal analogique.
Informations complémentaires sur les débitmètres à effet vortex
1. Longueur de tuyau droit du débitmètre à vortex
Les débitmètres à pression différentielle et les débitmètres à effet Coriolis sont d’autres instruments permettant de mesurer le débit des fluides dans les conduites. Le débitmètre à pression différentielle est de construction simple, mais son inconvénient est sa précision de mesure légèrement inférieure, tandis que le débitmètre de Coriolis a l’inconvénient d’être limité dans les fluides qu’il peut utiliser.
Les débitmètres à effet vortex, quant à eux, mesurent les variations de pression causées par le vortex de Karman en aval d’un objet générateur de vortex installé dans la section de détection et les convertissent en débits. Les débitmètres à vortex peuvent mesurer des liquides, des solides et des gaz et se caractérisent par leur simplicité d’utilisation.
Comme c’est le cas pour de nombreux débitmètres, la section droite du tuyau en amont de l’instrument de mesure doit être d’une certaine longueur pour une mesure plus précise du débit. Dans les débitmètres à vortex, un écoulement tourbillonnant ou une distribution non uniforme de la vitesse dans la tuyauterie peuvent affecter la mesure. Le fluide doit donc être laminaire.
Pour ces raisons, l’amont du débitmètre doit être rectifié et les vannes, thermomètres, manomètres, etc. ne doivent pas faire saillie dans la tuyauterie. La longueur nécessaire de la section droite du tuyau dépend de la conception de la tuyauterie.
2. Débitmètre à effet vortex et vapeur
Les débitmètres à pression différentielle sont souvent utilisés pour mesurer le débit de vapeur. Ils ont un mécanisme simple, mais leur précision est inférieure à celle des autres débitmètres.
Dans ce cas, les débitmètres à effet vortex peuvent être utilisés pour mesurer le débit de vapeur avec une bonne précision.
Dans le cas de la vapeur, la densité varie en fonction de la température et de la pression. Les débitmètres à effet vortex mesurent non seulement le débit avec une grande précision, mais certains instruments sont également équipés d’un capteur de température pour permettre la conversion en débit massique.
De plus, les débitmètres à effet effet vortex conviennent mieux que les débitmètres à pression différentielle, principalement parce que dans les chaudières, la vapeur est humide. Cependant, les effets de la température, de la pression et de la sécheresse de cette vapeur humide peuvent entraîner une faible précision, même pour les débitmètres à effet vortex.
Les débitmètres à effet vortex pour la vapeur sont dotés d’un capteur de sécheresse intégré dans la section de détection et sont conçus pour permettre la conversion des débits massiques.