Mesures et Instrumentations - Université Virtuelle de Tunis

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Mesures et Instrumentations
Mesure de Débit
Amor Gharsalli
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2AmorGHARSALLI
Université Virtuelle de Tunis
Mesure de Débit
I. NOTIONS DE BASE
1. Vitesse
C’est la distance parcourue par un fluide en écoulement par unité de temps. Elle est
exprimée généralement en m/s.
2. Débit volumique
C’est le volume de fluide traversant une section de passage connue par unité de
temps. Dans le S. I. Il est exprimé en m3/s : t
v
Qv∆
∆
=
3. Principe de mesure des débits
En général, la mesure d’un débit est déduite de la vitesse d’écoulement du fluide à
travers une section de passage connue.
Qv = V * S
Avec :
Qv : débit volumique en m3/s
V : vitesse du fluide en m/s
S : section de passage en m²
Par conséquent, les instruments destinés à la mesure d’un débit permettent de connaître
la vitesse.
II- LES DIFFERENTS TYPES DE DEBITMETRES
1. Débitmètres électromagnétiques ( D.E.M. )
1.1 Principe de fonctionnement (Fig.1)
Le principe est basé sur la loi d’induction électromagnétique de Faraday. Le fluide
qui traverse le débitmètre constitue un élément conducteur qui génère une tension induite par
le champ magnétique produit par deux bobines d’induction alimentées en courant alternatif.
Cette tension est linéairement proportionnelle à la vitesse du passage du fluide.
U = K* V * D * B
Avec :
U : tension induite ( Volt )
B : champs magnétique ( Torr )
D : diamètre de la conduite (m)
V : vitesse du fluide
K : constante du capteur.
S

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BDK U
V . . = 4 .
.
.
.
π
BK DU
SV
qV==
Figure IV.1 : Débitmètre électromagnétique
L’induction magnétique B ( 10-3 à 10-2 Torr ) est produite par deux bobines placées de
part et d’autre de la conduite de mesure. Celle-ci est réalisée en matériau amagnétique et elle
est revêtue sur sa surface intérieure d’une couche isolante. Le signal de tension induite est

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capté par deux électrodes en contact conductif avec le fluide, soit par système capacitif, sans
contact. Un convertisseur de mesure amplifie le signal et le transforme en un signal
conventionnel (4-20 mA).
1.2 Avantages
¾ La mesure ne dépend pas des caractéristiques physiques du fluides (pression ,
température, densité, viscosité, conductivité électrique, encrassement des
électrodes…) ce qui permet de mesurer les débits des liquides chargés en particules
solides de pulpes, de pâtes ou de boues dans presque tous les secteurs industriels. La
seule condition pour leur mise œuvre est que le produit à mesurer présente une
certaine conductivité électrique minimale de l'ordre de quelques S/cm;
¾ La mesure indépendante de la répartition des vitesses dans la canalisation (donc on
peut le placer en cas de coude, vanne …) ;
¾ Pas de perte de charge ;
¾ Absence de pièces mobiles ;
¾ Grande précision et répétabilité;
¾ Résistance à la corrosion.
2. Débitmètres mécaniques avec traduction électrique
2.1 Principe de fonctionnement
Un corps d’épreuve placé dans la conduite de mesure est mis soit en rotation (rotor de
turbine) soit en déplacement (flotteur de rotamètre, palette) sous l’effet de la vitesse du fluide.
Un capteur approprié, tachymètrique dans le premier cas, de position dans le second cas,
délivre un signal électrique qui est proportionnel au débit.
2.2. Débitmètre à turbine (Fig.2)
L’écoulement du fluide entraîne la mise en rotation d’une turbine placée dans l’axe de
la conduite de mesure. Sa vitesse de rotation qui est mesurée par un tachymètre, est
proportionnelle à la vitesse d’écoulement du fluide. La vitesse de rotation de la turbine peut
être mesurée par l’intermédiaire d’un capteur inductif. Le passage de chaque pale devant le
capteur influe sur le champ magnétique, la variation de flux dans la bobine réceptrice
engendre une impulsion à chaque passage. Le nombre d’impulsion par unités de temps
(fréquence) est proportionnel au débit instantané :

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K
f
qV.6003 =
Avec :
qv : débit (m3/h)
f : impulsion par seconde (fréquence)
K : coefficient d’étalonnage.
Figure IV.2 : Débitmètre à turbine
2.3. Rotamètre (Fig.3)
Un rotamètre est constitué d’un petit flotteur placé dans une conduite verticale conique.
Le flotteur est en équilibre sous l’action des forces suivantes :
- poussée d’Archimède : ρ . V .g
- poids du flotteur : ρo . V .g = M .g
- force de traînée : ρ . So .Cx .U² / 2
avec :
g : accélération de la pesanteur
ρ : masse volumique du fluide
ρo : masse volumique du flotteur
V : volume du flotteur
Cx : coefficient de traînée
M : masse du flotteur
U : vitesse du fluide
Condition d’équilibre :
ρ . V .g + ρ . So .Cx .U² / 2 = ρo . V .g
I prop. à f
Convertisseur f / I
f
V
Capteur