Comprendre et choisir les débitmètres adaptés à vos besoins

Les débitmètres doivent assurer des mesures précises et fiables. La résolution de ce type d’instrumentation est définie selon la nature du fluide, la technologie et le principe de mesure, ainsi que les facteurs extérieurs liés à l’environnement de l’application.  

Définition et fonctionnement 

Les débitmètres sont des instruments qui mesurent la quantité d’un fluide qui circule dans une canalisation par unité du temps. Ils mesurent le volume ou la masse du fluide, puis les valeurs obtenues sont converties en signaux électriques. Ces signaux sont ensuite transmis à une unité de traitement de données. Les débitmètres sont utilisés dans de nombreuses installations industrielles notamment sur les lignes de production agroalimentaires, pharmaceutiques ou chimiques. Un capteur de débit permet par exemple de détecter les défauts d’une installation pneumatique ou hydraulique. Il permet ainsi d'orienter le responsable de maintenance lors de la réparation des pannes ou la vérification de l'efficacité du système. Le fonctionnement et la composition des débitmètres dépendent de la technologie de détection utilisée. Vous trouverez plus de détails dans les paragraphes suivants.  

Principes de mesure 

Les fluides circulant dans les installations industrielles possèdent des propriétés très variées. Pour mesurer le débit de ces fluides, il est important de choisir le principe de mesure le mieux adapté. Faisons le point sur ces différents principes à notre disposition :  

• Le principe de la pression différentielle consiste à mesurer la différence entre deux pressions appliquées à la suite d’un rétrécissement dans la canalisation.
• Le principe de l’effet Vortex se base sur le phénomène de Karman. Il consiste à générer des tourbillons en plaçant un obstacle sur la trajectoire d'écoulement du fluide.
• Le principe d’ultrason consiste à émettre et recevoir des ondes ultrasoniques à une fréquence proportionnelle à la vitesse d'écoulement.
• Le principe de l’induction électromagnétique se base sur la génération d’un champ magnétique en fonction de la vitesse d'écoulement d’un fluide conducteur.
• Le principe de Coriolis se résume à maintenir en continu un tube en oscillation. Le passage d’un fluide à l’intérieur du tube modifiera la fréquence d’oscillation.

Paramètres de performance 

En fonction du domaine d’application, la pression et le débit nécessaires au fonctionnement d’une installation exigent une précision et une plage de mesure adaptée. Ces paramètres doivent coïncider avec la valeur de débit en question. Dans le domaine de la médecine ou de l'énergie, la résolution est un paramètre important. Elle correspond à la petite valeur de variation du débit mesuré par le capteur. La reproductibilité d’un débitmètre détermine sa capacité à relever les mêmes résultats tout le long de la période de mesure.  

Il existe plusieurs types de débitmètre disponibles sur le marché utilisant les principes évoqués précédemment :

• Le débitmètre à pression différentielle mesure le débit d’un liquide dans une canalisation en évaluant la différence de pression avant et après un effet de rétrécissement. Plus la pression est faible, plus le débit est important. Le principe de mesure utilise l’équation de Bernoulli qui définit que la chute de pression est proportionnelle au carré de débit.
• Le débitmètre électromagnétique mesure la vitesse de débit d’un liquide conducteur électriquement, l’eau par exemple. Le principe de fonctionnement repose sur la loi de Faraday et une mesure volumique. Le liquide se déplace dans une canalisation équipée de bobines qui créent un champ magnétique constant. Une tension électrique proportionnelle à la vitesse de déplacement du liquide est ainsi générée et permet une mesure volumique du débit.
• Le débitmètre Coriolis permet de mesurer le débit massique d’un fluide. Ce type de débitmètre est constitué d’une canalisation maintenue en vibration permanente grâce à une bobine excitatrice. Des capteurs mesurent les variations de l’oscillation produites selon la vitesse d’écoulement du fluide pour déterminer le débit massique. Ce type de débitmètre est reconnu par sa sensibilité et sa précision de mesure impressionnante.
• Le débitmètre vortex effectue les mesures de débit à l’aide d’un obstacle placé sur la trajectoire d'écoulement du fluide. Cela donne naissance à des turbulences du fluide et une alternance de pressions différentielles entraînant l’oscillation du signal au niveau d’un capteur électrique. Le débitmètre vortex convertit le signal produit en une valeur quantitative de débit. Il est caractérisé par sa précision et sa reproductibilité.
• Le débitmètre calométrique ou thermique utilise l’effet du changement de température produit par l’écoulement d’un fluide dans une canalisation. Il existe deux principes de fonctionnement. Le fonctionnement à échauffement continu qui consiste à comparer le changement de température d’un premier capteur avec un deuxième capteur chauffé en continu à une température de référence. L’écart entre les deux valeurs détermine le débit du fluide. Le fonctionnement à échauffement régulé quant à lui mesure la puissance d’échauffement nécessaire pour maintenir un écart constant entre les deux capteurs.
• Le débitmètre à ultrason mesure le déphasage des fréquences des ondes ultrasoniques en fonction de la vitesse d'écoulement de fluide. Ce débitmètre se caractérise par une précision exceptionnelle et une large plage de mesure.

On peut aussi mentionner les débitmètres à turbine, les débitmètres à engrenage, les débitmètres à piston et les débitmètres à flotteur, et tous les autres types de débitmètres à la disposition offrant des caractéristiques pour répondre à des besoins spécifiques.

Pour choisir le débitmètre approprié à votre installation, il faut considérer tout d’abord le fluide étudié, ses propriétés physiques et chimiques ainsi que l’environnement d’installation. Il faut aussi tenir compte de la conception de l’installation, les dimensions des canalisations, l'accessibilité, ainsi que les matériaux des éléments d’installation et de la pression à fournir à la sortie. Cela nous permet de déterminer la plage des valeurs de débit à mesurer qui sont : le débit normal, le débit minimal, le débit maximal, les dimensions des orifices de débitmètre, et la pression maximale appliquée. Pour les débitmètres alimentés électriquement, des informations supplémentaires sont à considérer comme la tension d’alimentation et les températures minimum et maximum de fonctionnement.

L’installation et l'entretien sont aussi les clés pour garantir un fonctionnement durable du débitmètre choisi et de l’installation en général. Les débitmètres sont installés et entretenus par du personnel habilité et qualifié, et en utilisant les manuels d’installation et d’entretien du constructeur.  

Installation correcte 

En suivant les instructions de montage dans les manuels et en utilisant des outils adaptés au montage, on peut installer correctement le débitmètre avec les canalisations de passage de fluide. Ce qui empêche l’apparition des défauts tels que les fuites ou l’endommagement du capteur lui-même.  

Calibration et vérification 

Les domaines d’application des débitmètres sont diversifiés et parfois très sophistiqués. Il existe les débitmètres installés dans les systèmes HVAC, dans les installations pétrolières, dans les systèmes de gestion d’eau, ou dans les appareils médicaux. Au fil du temps, le fonctionnement du débitmètre peut être altéré, ce qui affecte les résultats de mesure obtenus. Il est donc important d'étalonner les débitmètres et de les vérifier régulièrement et conformément aux normes internationales de métrologie.  

Maintenance préventive 

Une fois installé, la maintenance des débitmètres doit être intégrée au planning de la maintenance préventive élaboré par un responsable de maintenance. Les opérations de maintenance préventive et la fréquence de maintenance dépendent du type du débitmètre choisi.