Si vous êtes un responsable des achats ou un ingénieur en mécanique, vous rencontrerez toujours un instrument nommé débitmètre, mais pas un expert en la matière. Le débitmètre est utilisé dans les centrales minières, pétrolières et gazières, chimiques et électriques. L'objectif principal du débitmètre est utilisé pour mesurer la quantité de matière circulant dans les canalisations, cela signifie calculer le débit d'une substance à travers une section d'écoulement spécifiée.
Voici tout ce que vous apprendrez dans ce guide :
- Qu'est-ce que la mesure de débit
- Quels sont les différents types de débitmètres
- Ce qui affecte le débitmètre
- Comment le débitmètre est-il mesuré
- Qu'est-ce que la mesure de débit
- Installation du débitmètre
- Pourquoi mesurons-nous le débit
- Quel type de débitmètre est le plus précis
Le débit sur un segment de débit spécifié est la principale mesure de mesure du débit. Afin de maximiser l'efficacité de la fabrication automatisée, la mesure du débit doit être intégrée à chaque organigramme de processus technique.
Chaque type a une méthode unique pour déterminer le débit d'un fluide. Le marché actuel propose cinq principaux types de débitmètres, notamment les débitmètres à pression différentielle, les débitmètres de vitesse, les débitmètres à déplacement positif, les débitmètres massiques et les débitmètres à canal ouvert.
Les débitmètres existants sont classés comme suit :
Les débitmètres sont basés sur des méthodes hydrodynamiques : pression différentielle variable, niveau variable, flux aérodynamique, méthode vortex, ainsi que d'autres.
Débitmètre avec objets à mouvement continu : vitesse, puissance, etc. ;
Les débitmètres sont basés sur divers phénomènes physiques : thermiques, électromagnétiques, acoustiques, optiques, etc.
Quels sont les deux types de débitmètres ?
Pour les débutants, nous catégorisons simplement d'abord deux types de débitmètres en fonction de l'état du milieu : gaz et fluide ou liquide. Les débitmètres de fluide ont 5 sous-catégories : débitmètre à pression différentielle, débitmètre à vitesse, débitmètre à déplacement positif, débitmètre à débit massique et débitmètre à canal ouvert.
Qu'est-ce qui affecte le débitmètre ?
Des variables telles que la température, la viscosité, la pression et la conductivité peuvent toutes avoir un impact sur la précision de types spécifiques de débitmètres. La qualité de l'eau peut également être un facteur dans la détermination de la conception du débitmètre. Connaître les propriétés du débit surveillé est la prochaine étape dans la sélection d'un débitmètre.
Quels sont les différents types de débitmètres ?
Dans le paragraphe précédent, nous avons appris qu'il existe 5 principaux types de débitmètres, et maintenant nous les introduisons un par un.
1. Débitmètres à pression différentielle
La plupart des débitmètres d'eau et de gaz utilisent la technologie de pression différentielle. L'expérience parle d'elle-même sous la forme de nombreuses apparitions. Qu'il s'agisse de gaz, de liquide ou de vapeur, le débitmètre à pression différentielle peut détecter le nombre de gaz, de vapeur ou de liquides qui se déplacent dans un système. Ils trouvent une utilité particulière dans les applications où des extrêmes de pression, de température ou de diamètre sont présents. Vous pouvez les trouver dans les industries pétrochimiques, du gaz naturel, des centrales électriques et chimiques.
Les types typiques de débitmètres à pression différentielle incluent :
Plaques à orifice
Les systèmes de débitmètre à plaque à orifice surveillent le changement de pression du débit de l'amont vers l'aval lorsque le débit est partiellement obstrué dans le tuyau.
Buses de débit
Une buse d'écoulement est une conception peu coûteuse et basique d'un compteur venturi. La buse est fixée entre les extrémités du tuyau de transport de matière. Un capteur de pression différentielle surveille les baisses de pression afin de calculer le débit.
Tubes Venturi
Les débitmètres Venturi surveillent le débit de liquide et mesurent le changement de pression causé par la section transversale d'écoulement d'un chemin d'écoulement.
Rotamètres
Les rotamètres sont des débitmètres variables qui mesurent la force de la gravité agissant sur un fluide en faisant tourner un flotteur qui se déplace verticalement à travers un tube conique. Ils sont fréquemment utilisés pour les mesures de liquides et de gaz. Les rotamètres sont simples, abordables, surveillent les faibles chutes de pression et ont une sortie linéaire et une grande variété de conditions.
2. Débitmètre de vitesse
La vitesse d'écoulement est mesurée avec des débitmètres de vitesse. Ils génèrent une lecture en surveillant la profondeur du débit et la vitesse moyenne de l'air, permettant aux ingénieurs de maintenir le débit approprié dans tout le cours d'eau. La plage des débitmètres à vitesse est supérieure à celle des débitmètres à pression différentielle. Il existe des tubes pilotes, des calorimétriques, des turbines et des débitmètres à vitesse électromagnétique.
Tube pilote
Utilisés dans les systèmes de ventilation et de CVC, les débitmètres à tube pilote mesurent la vitesse d'écoulement en convertissant l'énergie cinétique en énergie potentielle.
Débitmètres calorimétriques
Les débitmètres calorimétriques, également connus sous le nom de contrôleurs de débit thermique, déterminent la distinction entre le chauffage continu et contrôlé en utilisant les principes du transfert de chaleur. Le premier capteur surveille la température de l'élément chauffant, tandis que le second mesure la température du fluide.
Turbines
Les débitmètres à turbine sont utilisés avec des liquides propres et visqueux avec une précision de 0.5 % pour mesurer la vitesse de la turbine. Ils ont un rotor avec de nombreuses pales placées perpendiculairement au flux. La fréquence de sortie est une onde sinusoïdale ou une onde carrée. Des conditionneurs de signal peuvent y être installés, mais uniquement sur les catégories antidéflagrantes.
Débitmètres électromagnétiques
Les débitmètres électromagnétiques, parfois appelés débitmètres magnétiques, sont des appareils volumétriques qui utilisent la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique.
Débitmètres Vortex
Les débitmètres Vortex évaluent le débit en plaçant une barrière directement dans le canal d'écoulement, ce qui fait que les liquides ou les gaz contournent l'obstacle. L'écoulement autour de la barrière génère deux tourbillons symétriques du côté opposé, modifiant la pression de l'écoulement. Entre les tourbillons, un capteur de débit enregistre les fluctuations de pression.
Débitmètres à ultrasons
Les débitmètres à ultrasons calculent le volume de débit en mesurant la vitesse du fluide à l'aide d'ultrasons. Il existe deux types de débitmètres à ultrasons : en ligne et à pince. Les compteurs à ultrasons en ligne se composent de deux ensembles d'appareils à ultrasons orientés en opposition et placés dans le tuyau d'écoulement. Les dispositifs à pince utilisent les deux mêmes composants, mais aucun dispositif n'est placé dans le tuyau.
Débitmètres hydrauliques
Les débitmètres hydrauliques sont utilisés pour tester, diagnostiquer et entretenir les systèmes hydrauliques en mesurant le débit ou le volume d'un liquide dans un système hydraulique. Ils évaluent l'efficience et l'efficacité du système et résolvent les problèmes qui surviennent.
Débitmètres d'air
Les débitmètres d'air surveillent la pression et la vitesse de l'air. Ils conviennent pour obtenir des mesures rapides et cohérentes des systèmes de ventilation et pour la surveillance des processus.
3. Débitmètre à déplacement positif (débitmètres PD)
Les débitmètres volumétriques utilisent des rotors comme capteurs pour détecter le débit de liquide visqueux. En utilisant des aubes, des engrenages, des pistons ou des diaphragmes, le flux d'air est déplacé. La rotation des rotors est proportionnelle au volume de débit. Ils sont utilisés pour les mesures lorsqu'un tuyau droit n'est pas disponible ou en remplacement des compteurs à turbine et des capteurs à roue à aubes lorsque l'écoulement est trop turbulent.
4. Débitmètres massiques
Le débit volumétrique est calculé en divisant le débit massique par la densité du fluide à l'aide d'un débitmètre massique. Il utilise l'effet Coriolis, une force d'inertie qui agit sur des objets en mouvement à l'intérieur d'un point de référence donné. Le débitmètre massique thermique utilise deux capteurs pour surveiller la température, un capteur de chaleur actif pour mesurer la perte de chaleur dans le liquide et un débitmètre pour calculer le débit.
Les débitmètres massiques de gaz ou les débitmètres Coriolis sont basés sur la mécanique du mouvement et l'effet Coriolis. Lorsque le fluide pénètre dans un capteur, il est divisé, ce qui fait vibrer les tubes du capteur et produit une onde sinusoïdale. Le débit massique est déterminé par le délai entre les oscillations des deux tubes. Ils sont utilisés pour vérifier les fuites et mesurer les faibles débits.
5. Débitmètres à canal ouvert
Les débitmètres numériques sont tous les appareils dotés d'un affichage numérique qui mesurent le débit. Les fournisseurs d'électricité utilisent un compteur numérique standard pour surveiller le flux d'énergie vers votre maison et pour transmettre vos statistiques d'utilisation à la compagnie d'électricité, qui utilise les informations pour vous facturer.
Autres types de débitmètres
Les boues, l'eau et d'autres fluides en conduite fermée sont mesurés à l'aide de débitmètres d'eau. Les litres ou les mètres cubes sont utilisés pour exprimer le débit.
Les débitmètres de carburant comptent le volume de liquide déplacé. L'utilisateur peut voir sur un affichage mécanique ou numérique la quantité de carburant qui a été transférée lors d'une transaction.
Les débitmètres de pointe évaluent la capacité pulmonaire et sont utilisés pour traiter les problèmes respiratoires. En respirant dans l'embout buccal, qui enregistre le volume d'air aspiré par minute en litres, le gadget portable et peu coûteux évalue la capacité pulmonaire.
Un opérateur peut voir un liquide passer dans une canalisation grâce à des indicateurs de débit. Ils font partie d'un processus industriel qui nécessite une vue intérieure instantanée du flux dans un tuyau et sont parfois appelés indicateurs de flux visuels. La masse ou la vitesse du flux n'est pas calculée ou mesurée par des indicateurs de débit. Ils sont le type de débitmètre le plus basique et n'ont pas de composants mobiles, ils sont souvent appelés indicateurs à vue.
Comment le débitmètre est-il mesuré ?
Différents types de compteurs ont des principes de fonctionnement différents, alors apprenons comment chaque type de débitmètre est mesuré.
1. Principe du débitmètre/orifice à pression différentielle
Le débit est déterminé dans un dispositif de chute de pression différentielle en mesurant la chute de pression sur les blocages insérés dans le flux. Le débitmètre à pression différentielle est basé sur l'équation de Bernoulli, qui stipule que les chutes de pression et le signal mesuré par la suite sont des fonctions de la vitesse d'écoulement au carré.
DP(△P) = ρv2 / 2 (1)
où
DP(△P) = Pression différentielle (Pa, psi)
ρ = densité du fluide (kg/m3, limaces/pi3)
v = vitesse d'écoulement (m/s, in/s)
Notez qu'il est courant d'utiliser "tête" au lieu de "pression"
h = DP / γ (2)
où
h = Tête (m, po)
γ = poids spécifique (N/m3, lb/ft3)
2. Principe du débitmètre à niveau variable
Un liquide est continuellement pompé dans le récipient tout en s'écoulant simultanément par un trou dans le fond ou une paroi latérale. Les débitmètres à niveau variable sont basés sur la relation entre le débit et la hauteur du niveau dans la cuve. Le transformateur principal est un récipient avec une ouverture de zone S. Le niveau de liquide dans la hauteur du récipient est ce qui est mesuré, et le débit, qui est le coefficient de débit, est déterminé à partir de la relation 
et est indépendant de la densité du liquide.
Les débitmètres à fente, qui sont de minuscules déversoirs dans la paroi d'un récipient dans lequel un liquide est délivré en continu, sont fréquemment utilisés pour mesurer le débit de liquide dans des canaux ouverts (plateaux). La hauteur du niveau de liquide au-dessus du bord inférieur de la fente détermine le débit. Un débitmètre de ce type a les caractéristiques suivantes, qui sont déterminées par la forme de la section de la fente : Le débit 
pour une fente rectangulaire de largeur b1 et de hauteur b2, des profils b1(b2) ont été conçus sur lesquels ils sont appliqués et une relation linéaire 
est établi.
3. Principe du débitmètre rotamètre
Le transformateur primaire des débitmètres carénés absorbe la pression dynamique du flux et se déplace sous son action d'une valeur proportionnelle au débit. Les plus courants sont les débitmètres différentiels à pression constante, dans lesquels un corps profilé glisse verticalement et le poids du corps produit une contre-force.
Parmi ceux-ci figurent les débitmètres Rotameters, ainsi que les débitmètres flottants et à piston (vanne à tiroir). Les rotamètres sont fabriqués sous la forme d'un tuyau en verre conique vertical (conicité, 0.001-0.01), divergent vers le haut sur lequel les graduations sont créées, un flotteur se déplace à l'intérieur du tuyau avec des nervures inclinées sur son bord supérieur.
Le flotteur monte et tourne en réponse au flux, garantissant que le flotteur est centré au centre du flux. La hauteur z de la portance du flotteur détermine le débit volumique du liquide. 
Il est proportionnel à la taille de l'espace circulaire Sc(z) entre les parois de la conduite et le flotteur et dépend des paramètres du flotteur (volume Vf, section médiane Sf = (/4)df2 et densité du matériau du flotteur (f) .
Dans des paramètres de mesure spécifiques
, la relation Sc(z) est pratiquement linéaire pour de petits angles de cône de tuyau. Où A est déterminé par un étalonnage initial Les débitmètres à flotteur fonctionnent de la même manière. Sous l'action d'une tête dynamique, le piston d'un débitmètre à piston se déplace dans une douille avec des fenêtres spécialement formées à travers lesquelles le liquide s'écoule à un débit 
.
4. Principe du débitmètre Vortex
La fréquence des fluctuations de pression ou de vitesse qui se produisent dans le flux transversal à travers un corps (cylindre, prisme, plaque) est calculée et dépend du débit dans les débitmètres vortex. Le nombre de Strouhal Sr = du-1f relie la fréquence f à la vitesse moyenne de rationalisation u et à la taille du corps d. Le débit pour une section de passage S = (π/4)D2 est déterminé par la relation
Sr = const assure la proportionnalité entre et f, qui est atteint lorsque le cylindre est profilé sur la plage 104 ≤ Ro ≤ 2 × 105 (Ro = ωd/u est le nombre de Rossby). Cela garantit que le débit observé a une large plage
.
Toutefois, 
est contrainte par les circonstances de formation soutenue de tourbillons (par exemple, eau u > 0.2 m/s). En règle générale, des transformateurs primaires avec des valeurs d/D entre 0.15 et 0.2 sont utilisés (D est le diamètre du pipeline). Les pulsations de pression sont converties en un signal électrique à l'aide de capteurs de pression piézo-céramiques. L'erreur de mesure du débit est estimée à 0.5-1.5 %.
5. Principe du débitmètre à turbine
Les débitmètres tachymétriques ont un élément rotatif dont la vitesse de mesure est proportionnelle au débit volumique.
Les débitmètres en forme de turbine miniature ont trouvé de nombreuses applications, la vitesse de rotation de la turbine étant déterminée par la mesure par le fréquencemètre du nombre d'impulsions électriques par unité de temps. Les débitmètres à turbine sont construits soit comme une petite turbine axiale (débitmètre à turbine avec rotation dans le sens de l'écoulement) avec des pales d'hélice à angle d'hélice variable, soit comme une petite turbine tangente (débitmètre à turbine avec rotation normale au sens de l'écoulement) avec des pales plates placées radialement . En tant qu'élément mobile des débitmètres à bille, une bille est déplacée autour du circuit par l'écoulement tourbillonnaire à l'aide d'un guide à hélice.
Les débitmètres de puissance mesurent la valeur d'un paramètre qui décrit comment une force agit sur le débit, l'impact de la force étant proportionnel au débit massique. La force augmente la vitesse du flux. Les débitmètres sont divisés en trois catégories en fonction du type d'accélération : les débitmètres turbo, les débitmètres Coriolis et les débitmètres gyroscopiques.
- Les débitmètres turbo-power utilisent soit une vis sans fin stationnaire, soit une action externe (comme un rotor avec un moteur électrique) pour faire tourbillonner le débit.
- Les débitmètres Coriolis subissent une accélération de Coriolis en raison de la force.
- Débitmètres gyroscopiques qui mesurent le moment gyroscopique.
Le couple sur l'arbre rotatif est surveillé et inversement proportionnel au débit massique dans le débitmètre représenté dans le débitmètre Turbo-power.
6. Principe du débitmètre thermique
Les débitmètres thermiques sont basés sur le débit de la quantité de chaleur reçue par un liquide s'écoulant d'un réchauffeur. Un réchauffeur (généralement électrique) est injecté dans le flux sur la portion de canalisation, et sa puissance W est enregistrée, ainsi que la différence des températures de flux ΔT = Tout – Tin à l'amont et à l'aval. Le débit massique 
est donc proportionnel à la puissance de chauffe W à ΔT constant. Étant donné que le coefficient K est affecté par les pertes de chaleur dans l'environnement, la distribution non uniforme de la vitesse sur toute la section transversale du pipeline et d'autres facteurs, un étalonnage préliminaire a été effectué. Lorsque le débitmètre est soigneusement fabriqué et calibré, il peut fournir une mesure précise du débit de ± (0.3-0.5) % et peut être utilisé comme référence pour l'inspection et l'étalonnage d'autres débitmètres. La technique thermoanémométrique détermine la vitesse locale en mesurant la température d'un fil chaud ou d'un film chaud alimenté par un courant continu. A partir des relations existantes, cette vitesse locale peut alors être reliée à la vitesse moyenne.
7. Principe du débitmètre électromagnétique
Lors de la mesure du débit d'un liquide, les débitmètres électromagnétiques nécessitent généralement une conductance d'au moins 103 Ohm/m. Leur fonctionnement dépend de l'interaction du champ magnétique transversal et du liquide conducteur de courant en mouvement. Dans ce cas, l'induction magnétique du champ transversal B, le débit de liquide V et la distance D entre les électrodes contribuent tous à la force électromagnétique E qui est produite dans le liquide (situé le long de la normale à la fois au vecteur vitesse de le liquide et au vecteur de l'intensité du champ magnétique). D est le même que le diamètre intérieur du tuyau.
La source du courant (E) est indiquée par 
Les avantages du débitmètre électromagnétique incluent sa capacité à mesurer des liquides abrasifs, extrêmement visqueux et agressifs ainsi que son indépendance par rapport à la viscosité et à la densité du matériau, l'absence de perte de pression, la linéarité de l'échelle et la réponse à grande vitesse. Mais, il est incapable de mesurer les débits de gaz, les vapeurs, ou diélectriques.
Installation du débitmètre
La mesure du débit est une responsabilité continue pour chaque secteur, c'est pourquoi les débitmètres sont devenus si importants. Un débitmètre doit être correctement placé afin de fournir des données précises et fiables.
Voici quelques-unes des mesures les plus importantes à prendre lors de l'installation d'un débitmètre :
- Comprendre l'endroit où il sera installé.
- Il ne peut pas être installé dans des zones à fortes vibrations ou champs magnétiques.
- Comprendre la direction du flux.
- Éviter l'écoulement vers le bas dans les opérations liquides.
- Il doit être monté sur un tuyau droit.
- Vérifiez qu'il est totalement rempli de liquide.
- Inspectez les liquides et les conduites de gaz pour détecter la présence de vapeurs ou d'air et de gouttelettes, respectivement.
- Un filtre doit être installé en amont du compteur pour piéger les particules si cela est possible.
- Autoriser l'expansion du tuyau.
- Maintenir une ligne de dérivation au cas où une réparation serait nécessaire.
Pourquoi mesurons-nous le débit ?
Le volume de fluide qui traverse une certaine section transversale par unité de temps est défini comme le débit. Une mesure précise du débit avec un débitmètre approprié est essentielle pour garantir que les systèmes de contrôle des fluides fonctionnent de manière fluide, sûre et économique.
Quel type de débitmètre est le plus précis ?
On pense que les débitmètres les plus précis et reproductibles actuellement disponibles sont des débitmètres de très haute précision comme les débitmètres Coriolis. Lorsqu'une grande précision est essentielle pour maintenir un niveau continu de qualité, de sécurité et de rentabilité du produit, les débitmètres Coriolis sont le meilleur choix. coûte généralement plus cher que toute autre technologie de flux. Un débitmètre avec une précision de 5 %, beaucoup moins cher qu'un autre débitmètre avec une précision de 0.2 %, pourrait fournir des résultats suffisants pour que votre procédé fonctionne correctement et vous permette de réaliser d'importantes économies. Comprendre les exigences de précision précises pour votre application et les problèmes de précision par rapport au budget peut parfois être difficile. Vous pouvez obtenir l'assistance gratuite de nos ingénieurs commerciaux pour trouver la solution idéale pour votre application.
Réflexions finales
Le débitmètre n'est pas si compliqué. Vous avez juste besoin d'apprendre la terminologie de base, la catégorie et les principes de travail. Allez en profondeur et apprenez si vous aviez besoin de la sélection réelle ou utilisez l'application autant que vous, vous maîtriserez rapidement ou expert bientôt.
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