Débitmètres Coriolis mesurent directement le débit massique, sans l'inférer à partir du débit volumique et d'une correction de densité séparée.
Ils exploitent l'effet Coriolis: le fluide circulant dans un tube vibrant génère une force qui tord le tube proportionnellement au débit massique, en faisant l'une des technologies de mesure de débit les plus précises disponibles, rapportant le débit massique, le débit volumique, la densité et, indirectement, la concentration à partir d'un seul capteur.
Un ou deux tubes sont mis en oscillation à leur fréquence de résonance naturelle par un actionneur électromagnétique. En l'absence d'écoulement, les deux moitiés vibrent symétriquement.
Dès que le fluide circule, la masse en mouvement entrant dans le tube doit accélérer, puis décélérer à la sortie, générant une force de Coriolis qui s'oppose au mouvement du tube du côté d'entrée et le renforce du côté de sortie, de sorte que la jambe de sortie devance la jambe d'entrée en phase.
Des capteurs de détection de phase de chaque côté mesurent cette différence de phase, qui est directement proportionnelle au débit massique, indépendamment de la viscosité, de la pression, de la température ou de la conductivité.
Aucune table de compensation n'est nécessaire pour une valeur de masse réelle, un avantage fondamental par rapport aux technologies volumiques comme un débitmètre à plaque d'orifice , qui nécessite des corrections de densité et de pression séparées pour inférer la masse.
Le même tube vibrant fournit également la densité du fluide: sa fréquence de résonance varie avec la masse de fluide qu'il contient, diminuant pour un fluide plus dense et augmentant pour un fluide plus léger.
Le suivi de ce décalage par rapport à une courbe étalonnée en usine permet au transmetteur d'afficher la densité en temps réel.
La combinaison de la densité et du débit massique donne le débit volumique sans capteur séparé, et permet des lectures de concentration inférées, comme le pourcentage de solides dans une boue ou la teneur en alcool dans un mélange, en utilisant des corrélations empiriques de densité.
Cela rend les débitmètres Coriolis attractifs pour le mélange, le dosage par lots et le transfert de propriété.
Les débitmètres Coriolis se trouvent parmi les technologies de mesure de débit les plus précises en usage industriel. La précision typique du débit massique va d'environ 0,1 % à 0,5 % de la lecture selon le modèle et la catégorie, sur un rapport de réglage pouvant atteindre 100:1, avec une répétabilité communément de 0,05 % à 0,1 % de la lecture. Parce que la mesure repose sur une force physique directe plutôt que sur une relation déduite, les performances sont en grande partie indépendantes des propriétés du fluide ou de la tuyauterie en amont, et aucune section droite amont ou aval n'est généralement nécessaire, ce qui simplifie l'installation sur des skids encombrés.
| Paramètre | Performances typiques des Coriolis | Remarques |
|---|---|---|
| Précision du débit massique | 0,1 % à 0,5 % de la lecture | Les liquides généralement meilleurs que les gaz |
| Précision de la densité | 0.0002 à 0.002 g/cm3 | Varie selon la catégorie du modèle |
| Rapport de réglage | Jusqu'à 100:1 | Large plage linéaire vs. compteurs à charge |
| Section droite requise | Non requise | Avantage majeur pour l'installation |
| Tailles de tuyauterie | DN1 à DN300+ | Les grandes tailles ajoutent perte de charge et coût |
| Normes pertinentes | ISO 10790, OIML R117, API MPMS Ch. 5.6 | Références de transfert de propriété : OIML/API |
La géométrie coudée ou en boucle du tube qui rend l'effet Coriolis mesurable ajoute également une perte de charge permanente, généralement plus élevée qu'un dispositif à passage droit tel qu'un robinet à boisseau sphérique en position complètement ouverte.
Les conceptions à tube droit réduisent cette pénalité et facilitent le nettoyage en service hygiénique, bien qu'elles aient historiquement sacrifié un peu de sensibilité par rapport aux conceptions à tube courbé, un écart que le traitement du signal moderne a réduit.
L'écoulement vertical ascendant est généralement préféré pour les liquides afin de permettre l'auto-vidange du tube. Le dimensionnement fait un compromis entre perte de charge et rapport de réglage, la même décision à laquelle les ingénieurs sont confrontés lors du calcul du coefficient Cv d'une vanne de régulation .
La principale faiblesse opérationnelle de la technologie Coriolis est sa sensibilité au gaz entraîné. Les bulles amortissent la vibration du tube et peuvent se découpler du liquide pendant l'oscillation, provoquant une sous-estimation du débit massique et déstabilisant la lecture de densité.
La plupart des transmetteurs incluent des diagnostics de gain d'entraînement et multiphasiques qui signalent un excès de gaz, permettant aux opérateurs de distinguer une véritable perturbation du procédé d'une panne instrumentale.
Les applications sujettes au flashing ou à la cavitation nécessitent une attention particulière à la pression de conduite et à l'implantation pour maintenir le débitmètre en charge.
Les débitmètres Coriolis coûtent généralement plus cher à l'achat que des plaques d'orifice ou des débitmètres électromagnétiques de taille de conduite équivalente.
Cette prime est souvent compensée au cours de la vie de l'actif en éliminant les transmetteurs séparés de densité et de pression, en supprimant les sections droites de tuyauterie et en allongeant les intervalles d'étalonnage puisque l'absence de pièces mobiles limite l'usure.
Pour les fluides de grande valeur ou le transfert de propriété, le coût total de possession favorise souvent les Coriolis.
Les débitmètres Coriolis se situent dans le segment haute précision et coût élevé de la famille des débitmètres. Les dispositifs à pression différentielle coûtent moins cher mais nécessitent une compensation de densité et offrent un rapport de réglage plus étroit.
Les débitmètres électromagnétiques ont une faible perte de charge mais ne fonctionnent que sur les liquides conducteurs et mesurent le volume, pas la masse. Les débitmètres ultrasoniques sont non intrusifs mais plus sensibles aux perturbations du profil d'écoulement.
Le choix dépend de la conductivité du fluide, de la précision requise, de la perte de charge et du budget. Dans une GMAO, les débitmètres Coriolis sont enregistrés comme actifs instrumentés avec leur propre calendrier d'étalonnage, suivant le gain d'entraînement et la tendance de densité pour détecter tôt l'encrassement ou l'intrusion de gaz.
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Non. Parce que la mesure repose sur une force directe appliquée au tube vibrant plutôt que sur une pression différentielle dépendante du profil d'écoulement, les débitmètres Coriolis n'ont généralement pas besoin des sections droites requises pour la précision des plaques d'orifice ou des turbines.
Oui, mais les performances sont généralement inférieures à celles obtenues sur liquides car le gaz a une densité massique bien plus faible, produisant une force de Coriolis plus petite pour un même débit volumique. Les fabricants publient des spécifications de précision spécifiques au service gaz.
Les bulles amortissent la vibration du tube et peuvent se découpler partiellement du liquide pendant l'oscillation, entraînant une sous-estimation du débit massique et un signal de densité instable. Les diagnostics de gain d'entraînement signalent cela comme une alerte de qualité des données plutôt que comme une véritable lecture de bas débit.
Pour les fluides de grande valeur, le transfert de propriété ou les applications nécessitant des données de densité et de concentration, oui, car le coût initial est souvent récupéré grâce à l'élimination d'instruments auxiliaires et à une maintenance moindre. Pour des fluides utilitaires de faible valeur et des budgets serrés, une plaque d'orifice peut rester plus économique.
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