débitmètre (ou capteur de débit) est un type d'instrument de mesure du débit utilisé pour indiquer la quantité de liquide, de gaz ou de vapeur circulant dans un tuyau ou un conduit en mesurant les débits linéaires, non linéaires, massiques ou volumétriques. Le contrôle du débit étant souvent essentiel, la mesure du débit des liquides et des gaz est une nécessité cruciale pour de nombreuses applications
industrielles. Il existe de nombreux types de débitmètres qui peuvent être utilisés en fonction de la nature de l'application. Lors du choix d'un débitmètre , il convient de prendre en compte des facteurs intangibles tels que la familiarité du personnel de l'usine, son expérience en matière d'étalonnage et d'entretien & service, la disponibilité des pièces de rechange, le temps moyen entre les défauts, etc. sur le site de l'usine concernée. Il est également recommandé de ne calculer le coût de
l'installation
qu'après avoir suivi les étapes
suivantes : choisir un capteur qui
fonctionnera correctement, tenter de justifier
l'utilisation d'un appareil parce qu'il est moins cher. L'une des erreurs les plus courantes en matière de mesure de débit consiste à inverser cette séquence :
au lieu de choisir un
capteur qui fonctionnera correctement, on tente de justifier l'utilisation d'un appareil parce qu'il est moins cher. Ces achats « bon marché » peuvent s'avérer être les installations les plus coûteuses. Comment choisir un débitmètre Pour bien choisir un débitmètre, il est essentiel de bien comprendre les exigences de l'application concernée. Il convient donc de consacrer du temps à l'évaluation complète de la nature du fluide de process et de l'installation dans son ensemble. L'élaboration des
spécifications techniques qui définissent les exigences de l'application doit être un processus systématique, étape par étape. Premières étapes La première étape du processus de sélection d'un capteur de débit consiste à déterminer si les informations sur le débit doivent être continues ou totalisées, et si ces informations sont nécessaires localement ou à distance. Si elles sont nécessaires à distance, la transmission doit-elle être analogique, numérique ou partagée ? Et, si elle est partagée, quelle est la fréquence (minimale) obligatoire pour la mise à jour des données ? Une fois ces questions résolues, il convient d'évaluer les propriétés et les caractéristiques de débit du fluide de process,
ainsi que la tuyauterie qui
accueillera le débitmètre (tableau 1). Tableau 1 : Tableau d'évaluation des débitmètres Caractéristiques du fluide et du débit Le fluide et sa pression, sa température, la chute de pression admissible, sa densité (ou gravité spécifique), sa conductivité, sa viscosité (newtonienne ou non ?) et sa pression de vapeur à la température de fonctionnement maximale sont indiqués, ainsi qu'une
indication de
la manière dont ces propriétés peuvent varier ou interagir. En outre, toutes les informations relatives à la sécurité ou à la toxicité doivent être fournies, et des données détaillées sur la composition du fluide, la présence de bulles, de solides (abrasifs ou mous, taille des particules, fibres), la tendance à l'encrassement et les qualités de transmission de la lumière (opaque, translucide ou transparent ?). Plages de pression et de température Les valeurs minimales et maximales prévues de pression et de température doivent être indiquées en plus des valeurs normales
de fonctionnement. Il convient également de préciser si le flux peut
s'inverser, s'il ne remplit pas toujours le tuyau, si un écoulement discontinu (air-solides-liquide) peut se produire, si une aération ou une pulsation est probable, si des changements brusques de température peuvent se produire ou si des précautions particulières sont nécessaires pendant le nettoyage et l'entretien. Tuyauterie et zone d'installation En ce qui concerne la tuyauterie et la zone où le débitmètre doit être installé, les informations suivantes doivent être précisées : pour la tuyauterie, son orientation (éviter un écoulement vers le bas dans les applications liquides), sa taille, son matériau, son
épaisseur, la pression nominale des
brides, son accessibilité, les coudes en amont ou en aval, les vannes, les régulateurs et les longueurs de tuyaux droits disponibles. En ce qui concerne la zone, l'ingénieur chargé de la spécification doit savoir s'il existe ou s'il est possible qu'il y ait des vibrations ou des champs magnétiques, si l'alimentation électrique ou pneumatique est disponible, si la zone est classée comme présentant des risques d'explosion ou s'il existe d'autres exigences particulières telles
que la conformité aux
réglementations sanitaires ou de nettoyage en place (CIP). Débits et précision L'étape suivante consiste à déterminer la plage de mesure requise en identifiant les débits minimaux et maximaux (massiques ou volumétriques) qui seront mesurés. Ensuite, la précision de mesure du débit obligatoire est déterminée. En général, la précision est spécifiée en pourcentage de la lecture réelle
(AR), en pourcentage de la plage calibrée (CS) ou en pourcentage des unités de pleine échelle (FS). Les exigences de précision doivent être indiquées séparément pour les débits minimum, normal et maximum. Si vous ne connaissez pas ces exigences, les performances de votre compteur risquent de ne pas être acceptables sur toute sa plage. Précision et
répétabilité Dans les
applications où les produits sont vendus ou achetés sur la base d'une lecture de compteur, la précision absolue est essentielle. Dans d'autres applications, la répétabilité peut être plus importante que la précision absolue. Il est donc conseillé de définir séparément les exigences de précision et de répétabilité de chaque application et de les indiquer dans les spécifications. Lorsque la précision d'un débitmètre est exprimée en % CS ou % FS, son erreur absolue augmente à mesure que le débit mesuré diminue. Si l'erreur du compteur est indiquée en % AR, l'erreur en termes absolus reste la même pour les
débits élevés ou bas. Comme la
pleine échelle (FS) est toujours une quantité plus importante que la plage calibrée (CS), un capteur avec une performance en % FS aura toujours une erreur plus importante qu'un capteur avec la même spécification en % CS. Par conséquent, afin de comparer équitablement toutes les offres, il est conseillé de convertir toutes les déclarations d'erreur indiquées dans les mêmes unités %
AR. Il est également recommandé à l'utilisateur de comparer les installations sur la base de l'erreur totale de la boucle. Par exemple, l'imprécision d'une plaque à orifice est exprimée en % AR, tandis que l'erreur de la cellule d/p associée est exprimée en % CS ou % FS. De même, l'imprécision d'un débitmètre Coriolis est la somme de deux erreurs, l'une exprimée en % AR, l'autre en % FS. L'imprécision totale est calculée en prenant la racine carrée de la somme des carrés des imprécisions des composants aux débits souhaités. Dans les spécifications techniques bien préparées des
débitmètres, toutes les déclarations de précision sont converties en unités % AR uniformes et ces exigences % AR sont spécifiées séparément pour les débits minimum, normal et maximum. Toutes les spécifications et offres relatives aux débitmètres doivent clairement indiquer à la fois la précision et la répétabilité du débitmètre aux débits minimum, normal et maximum. Le tableau 1 fournit des données sur la plage des nombres de Reynolds (Re ou RD) dans laquelle les différents modèles de débitmètres peuvent fonctionner. Pour choisir
le débitmètre approprié, l'une des premières étapes consiste à déterminer les nombres de Reynolds minimum et maximum pour l'application. Le RD maximal est obtenu en effectuant le calcul lors de la période où le débit et la densité sont à leur maximum et la viscosité à son minimum. À l'inverse, le RD minimal est obtenu en utilisant le débit et la densité minimaux et la viscosité
maximale. Si deux catégories de débitmètres différentes permettent d'obtenir des performances acceptables et que l'une d'elles ne comporte aucune pièce mobile, sélectionnez celle-ci. Les pièces mobiles sont une source potentielle de problèmes, non seulement pour les motifs d'usure, de lubrification et de sensibilité au revêtement, mais aussi parce qu'elles nécessitent des espaces libres qui introduisent parfois un « glissement » dans le débit mesuré. Même avec des débitmètres bien entretenus et calibrés, ce débit non
mesuré varie en fonction des changements de viscosité et de température du fluide. Les changements de température modifient également les dimensions internes du débitmètre et nécessitent une compensation. De plus, si l'on peut obtenir les mêmes performances à partir d'un débitmètre à débit complet et d'un capteur ponctuel, il est généralement conseillé d'utiliser le débitmètre. Comme les capteurs ponctuels ne prennent pas en compte le débit complet, ils ne fournissent des mesures précises que s'ils sont insérés à une profondeur où la vitesse d'écoulement correspond à la moyenne du profil de vitesse dans la conduite. Même si ce point est soigneusement déterminé au moment de l'étalonnage,
il est peu probable qu'il reste inchangé, car les profils de vitesse varient en fonction du débit, de la viscosité, de la température et d'autres facteurs. Si toutes les autres considérations sont identiques, mais qu'une conception offre une perte de pression moindre, il est conseillé de choisir cette conception. Cela s'explique en partie par le fait que la perte de pression devra être compensée par des coûts d'exploitation plus élevés de la pompe ou du compresseur pendant toute la durée de vie de l'installation. Une autre raison est que toute restriction dans le circuit
d'écoulement entraîne une chute de pression, et que tout point de restriction dans la conduite devient un site potentiel d'accumulation de matière, d'obstruction ou de cavitation. Unités de masse ou volumétriques Avant de spécifier un débitmètre, il est également conseillé de déterminer si les informations de débit seront plus utiles si elles sont présentées en unités de masse ou volumétriques. Lors de la mesure du débit de matériaux compressibles, le débit volumétrique n'est pas très significatif,
sauf si la densité (et
parfois aussi la viscosité) est constante. Lorsque la vitesse (débit volumétrique) de liquides incompressibles est mesurée, la présence de bulles en suspension peut entraîner des erreurs. Il est donc nécessaire d'éliminer l'air et les gaz avant que le fluide n'atteigne le débitmètre. Dans d'autres capteurs de vitesse, les revêtements de tuyaux peuvent poser des problèmes (ultrasons), ou le débitmètre peut cesser de fonctionner si le nombre de Reynolds est trop bas (dans les débitmètres à vortex, un RD > 20 000 est requis). Compte tenu de ces considérations, il convient de garder à l'esprit les débitmètres de masse, qui sont insensibles aux variations de densité, de pression et de viscosité et ne sont pas affectés par les changements du nombre de Reynolds.
Les différents canaux qui permettent de mesurer le débit dans des tuyaux partiellement remplis et qui peuvent laisser passer de gros solides flottants ou sédimentables sont également sous-utilisés dans l'industrie chimique. Entretien d'un débitmètre Un certain nombre de facteurs influencent les exigences d'entretien et la durée de vie des débitmètres. Le facteur principal est bien sûr le
choix de l'instrument adapté
à l'application particulière. Des appareils mal choisis causeront inévitablement des problèmes à court terme. Les débitmètres sans pièces mobiles nécessitent généralement moins d'attention que les appareils avec pièces mobiles. Mais tous les débitmètres finissent par nécessiter un certain entretien. Les éléments primaires des débitmètres à pression différentielle nécessitent de nombreuses canalisations, vannes et raccords lorsqu'ils sont connectés
à leurs éléments secondaires, de sorte que l'entretien peut être une tâche récurrente dans ce type d'installations. Les conduites d'impulsion peuvent se boucher ou se corroder et doivent être nettoyées ou remplacées. De plus, un emplacement inapproprié de l'élément secondaire peut entraîner des erreurs de mesure. Le déplacement de l'élément peut être coûteux. Les débitmètres comportant des pièces mobiles nécessitent une inspection
interne périodique, en particulier si le liquide mesuré est sale ou visqueux. L'installation de filtres en amont de ces appareils permet de réduire l'encrassement et l'usure. Les instruments sans obstruction, tels que les débitmètres à ultrasons ou électromagnétiques, peuvent présenter des problèmes au niveau des composants électroniques de leur élément secondaire. Les capteurs de pression associés aux éléments secondaires doivent être supprimés et inspectés périodiquement. Les applications
où des dépôts peuvent se former constituent également un problème potentiel pour les instruments sans obstruction, tels que les appareils magnétiques ou ultrasoniques. Si le dépôt est isolant, le fonctionnement des débitmètres magnétiques sera finalement perturbé si les électrodes sont isolées du liquide. Cette situation peut être évitée par un nettoyage périodique. Avec les débitmètres ultrasoniques, les angles de réfraction peuvent changer et l'énergie sonore absorbée par le dépôt peut rendre l'appareil inopérant.
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