Les types de débitmètres industriels sont groupés selon le principe physique qu'ils utilisent pour déduire le débit, et chaque principe convient mieux à un fluide, à un budget de perte de pression et à une classe de précision. Choisir la mauvaise technologie pour un fluide est l'une des erreurs d'instrumentation les plus courantes (et les plus coûteuses) sur le plancher d'une usine, donc la sélection doit commencer par le fluide, pas par le catalogue.
Les débitmètres à pression différentielle (DP) déduisent le débit en rétrécissant la canalisation et en mesurant la chute de pression à travers la restriction. Comme la pression différentielle augmente avec le carré du débit, le signal de débit est proportionnel à la racine carrée de la DP mesurée, ce qui réduit la plage de réglage aux faibles débits.
Les deux nécessitent de longs tronçons de tuyauterie droits en amont (l'ISO 5167 préconise jusqu'à 30 diamètres de tuyau ou plus selon le rapport bêta et les raccords en amont) pour garder un profil de vitesse prévisible. Ils fonctionnent bien sur des liquides propres, des gaz et de la vapeur lorsque qu'une perte de pression permanente modérée est acceptable et que le fluide n'obstrue pas les lignes de prise.
Un débitmètre Coriolis met en vibration un ou deux tubes et mesure la très légère déviation de torsion que la force de Coriolis induit lorsque le fluide les traverse. Cette déviation est directement proportionnelle au débit massique, de sorte que le débitmètre affiche le débit massique et la densité sans nécessiter de compensation séparée de la température ou de la pression. La précision typique est de 0,1 à 0,5 % de la lecture, 0,1 % étant courant en service liquide et 0,05 % disponible sur des conceptions haut de gamme, parmi les meilleures de toutes les technologies de débit, ce qui explique pourquoi les débitmètres Coriolis sont la référence pour le transfert de propriété (custody transfer) et le dosage de fluides de grande valeur. Les compromis sont un coût, une taille et un poids plus élevés pour les grandes dimensions de tuyauterie, et une sensibilité aux gaz entraînés.
Les débitmètres magnétiques (mag) appliquent la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique : un liquide conducteur se déplaçant dans un champ magnétique génère une tension proportionnelle à sa vitesse. Ils n'ont aucune obstruction dans le passage d'écoulement, donc la perte de pression est négligeable, et ils gèrent bien les boues et liquides sales. Le hic est que le fluide doit être électriquement conducteur, typiquement au moins 5 microsiemens par centimètre pour les conceptions standard (certaines conceptions spécialisées fonctionnent jusqu'à environ 1 microsiemens par centimètre ou moins). Les débitmètres magnétiques ne peuvent pas mesurer les hydrocarbures, l'eau déionisée ou la plupart des gaz pour cette raison.
Un débitmètre à vortex place un obstacle trapu (bluff body) dans l'écoulement et compte la fréquence d'arrachement des vortex qui se détachent derrière lui. Le nombre de Strouhal, le rapport sans dimension liant la fréquence d'arrachement à la vitesse, reste essentiellement constant sur une large plage de nombres de Reynolds pour un obstacle bien conçu, ce qui rend la relation fréquence–vitesse linéaire. En dessous d'environ 10 000 en nombre de Reynolds, l'arrachement des vortex devient irrégulier et le débitmètre perd sa linéarité, ce qui fixe la coupure aux faibles débits. Les débitmètres à vortex fonctionnent sur liquides, gaz et vapeur sans pièces mobiles sujettes à l'usure, mais ils sont inadaptés aux très faibles débits ou aux fluides visqueux à faible nombre de Reynolds.
Les débitmètres ultrasoniques utilisent des ondes sonores plutôt qu'une obstruction, ce qui rend possibles des versions à pince sans découper la conduite. Il existe deux principes distincts, et ils ne sont pas interchangeables :
| Type | Principe | Exigence sur le fluide |
|---|---|---|
| Temps de transit | Mesure la différence de temps de parcours entre les impulsions ultrasoniques amont et aval | Liquide ou gaz propre monophasé sans bulles ni particules significatives |
| Doppler | Mesure le décalage de fréquence du son réfléchi par des particules ou des bulles | Nécessite des solides en suspension ou des bulles de gaz pour réfléchir le signal ; adapté aux boues et aux eaux usées |
Utiliser un débitmètre à temps de transit sur un fluide sale, ou un débitmètre Doppler sur un fluide propre, est une mauvaise application courante qui produit des relevés peu fiables quel que soit la qualité de l'installation. Les deux types sont couramment disponibles en versions à pince, non invasives. Les débitmètres ultrasoniques à pince sont aussi un moyen pratique de vérifier ponctuellement le débit lors d'une investigation de cavitation sans couper la conduite.
Un débitmètre à turbine utilise la vitesse du fluide pour faire tourner un rotor ; la vitesse du rotor est proportionnelle au débit volumique. Dans des conditions propres et de faible viscosité, les débitmètres à turbine atteignent une précision d'environ 0,5 % de la lecture. Les performances se dégradent dès que la viscosité dépasse environ 5 à 10 centistokes, car la traînée visqueuse sur les paliers du rotor rompt la relation simple vitesse–débit. L'usure des paliers due à un fonctionnement continu à haut débit ou à la présence de solides en suspension augmente progressivement le frottement de démarrage, déplace le facteur d'étalonnage et élève le débit minimal mesurable, de sorte que les débitmètres à turbine nécessitent un fluide propre et un véritable intervalle de maintenance pour conserver leur précision nominale.
Comme liste de départ : utiliser Coriolis pour une mesure massique haute précision ou le transfert de propriété, magnétique pour les liquides conducteurs et les boues lorsque l'absence de perte de pression est importante, vortex pour les services vapeur et gaz polyvalents sans pièces mobiles, ultrasonique temps de transit pour les fluides propres lorsque l'on préfère une installation non invasive à pince, ultrasonique Doppler pour les fluides sales ou aérés, turbine pour les liquides propres à faible viscosité nécessitant une bonne précision à coût modéré, et DP (orifice ou Venturi) lorsque le coût d'installation prime sur la plage de réglage et qu'une perte de pression permanente est tolérable.
La précision du débit n'est qu'une partie de l'équation. Un débitmètre dérivant hors étalonnage, un disque d'orifice érodé ou un débitmètre magnétique encrassé par un dépôt sont autant de conditions qui coûtent silencieusement à une usine en TRS (OEE) bien avant que qui que ce soit ne le remarque à l'écran de contrôle. Fabrico lit l'état des machines et le TRS directement depuis la ligne et génère automatiquement un ordre de travail dès qu'une perte est détectée, attrapant des modes de défaillance que les capteurs seuls manquent, conçu et hébergé dans l'UE avec résidence des données dans l'UE et certifications ISO 27001, 20000-1 et 9001. Réservez une démo Fabrico.
Les débitmètres à pression différentielle, Coriolis, magnétiques, à vortex et ultrasoniques n'ont pas de pièces mobiles dans le flux. Les débitmètres à turbine sont la principale exception, reposant sur un rotor tournant.
Non. Les débitmètres magnétiques exigent un fluide conducteur, typiquement au moins quelques microsiemens par centimètre, et la plupart des hydrocarbures ne satisfont pas ce seuil, donc les débitmètres magnétiques ne peuvent pas les mesurer.
Un disque d'orifice crée une restriction abrupte dont l'écoulement ne peut pas se rétablir en douceur, perdant environ 50 à 80 % de la pression différentielle de façon permanente. Le cône convergent–divergent d'un tube Venturi permet à l'écoulement de récupérer la majeure partie de sa pression, avec seulement environ 10 à 20 % perdus définitivement.
Les débitmètres Coriolis sont le choix courant pour le transfert de propriété car ils mesurent directement le débit massique, avec une précision typique de 0,1 à 0,5 % de la lecture et sans besoin de compensation séparée de la pression ou de la température.
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