Types de débitmètres pour gaz

Zoom sur les différents types de débitmètres: laminaire à pression différentielle, thermique, à effet Coriolis, à ultrasons et à flotteur.

Il existe plusieurs façons de mesurer le débit. Nous présentons ici un bref aperçu de certaines de ces technologies afin de vous permettre de mieux comprendre le fonctionnement des débitmètres.

Débitmètres laminaires à pression différentielle

Les débitmètres laminaires à pression différentielle s’appuient sur la perte de charge créée dans un élément d’écoulement laminaire (en anglais LFE – laminar flow element), pour mesurer le débit massique d’un fluide. Cet élément d’écoulement laminaire permet de convertir un écoulement turbulent en écoulement laminaire en agissant comme une contrainte forçant ainsi l’écoulement à traverser un réseau de canaux minces parallèles. La diminution de la pression ou perte de charge induite dans le canal est alors mesurée à l’aide d’un capteur de pression différentielle. Du fait du régime laminaire et non turbulent de l’écoulement, il est alors possible de faire appel à la loi de Poiseuille afin de quantifier la relation entre la perte de charge et le débit volumique. Le débit volumique peut également être converti en débit massique en utilisant un facteur correcteur de la densité du gaz à une température et une pression données.

ALICAT Scientific propose toute une gamme de débitmètres massiques et de régulateurs de débit massique pour le débit de gaz, ainsi que des débitmètres et régulateurs de liquides, reposant sur la mesure de la pression différentielle dans un régime laminaire.

Dessin technique d’un élément d’écoulement laminaire ALICAT

Débitmètres thermiques

Comme son nom l’indique, le principe de fonctionnement d’un débitmètre thermique repose sur le réchauffement d’un fluide pour mesurer son débit. Les débitmètres thermiques fonctionnent généralement de deux façons. Le premier type mesure le puissance thermique nécessaire pour maintenir un différentiel de température constant au travers d’un élément réchauffé. Lors de l’écoulement du fluide, les particules entrent en contact avec l’élément et dissipent ou emportent avec elles la chaleur. L’augmentation du débit signifie plus de puissance thermique pour maintenir l’élément à une température fixe. Cette exigence en puissance thermique est donc proportionnelle au débit massique. Le second type de débitmètre thermique consiste à mesurer la température en deux points de chaque côté d’un élément ou «câble chaud». Lorsque le fluide s’écoule sur l’élément, il transporte la chaleur en aval, augmentant ainsi la température du capteur de température en aval et réduisant par conséquent la température du capteur en amont. Le changement de température est étroitement lié au débit massique du fluide.

Principe de fonctionnement du débitmètre massique thermique

Débitmètres à effet Coriolis

Le débitmètre à effet Coriolis utilise l’effet du même nom pour mesurer le débit massique d’un fluide. Le fluide circule à travers des tubes incurvés (en forme de U) simples ou doubles. Une vibration est appliquée au (x) tube(s). La force de Coriolis agit sur les particules du fluide de manière perpendiculaire à la vibration et à la direction de l’écoulement. Alors que le tube vibre vers le haut, le fluide en mouvement exerce une force sur le tube vers le bas. À l’inverse lorsque le tube vibre vers le bas, le fluide s’écoulant exerce une force sur le tube vers le haut. Ces forces opposées induisent un déphasage entre le tube et l’oscillation créée provoquant la torsion du tube, dont l’amplitude mesurée est directement liée au débit massique du fluide à travers le tube.

Débitmètres à ultrasons

Le débitmètre à ultrasons utilisent, comme son nom l’indique, les ultrasons pour mesurer le débit d’un fluide. Les débitmètres à effet Doppler envoient des ondes ultrasonores dans le fluide. Ces ondes sont réfléchies par des particules et des bulles présentent dans le fluide. La variation de fréquence entre l’onde transmise et l’onde reçue peut être utilisée pour mesurer la vitesse des particules et donc du fluide. Les débitmètres par mesure de différence des temps de transit mesurent le temps de parcours des ondes ultrasonores transmises et reçues d’amont/aval à aval/amont pour calculer la vitesse d’un fluide.

Principe de fonctionnement du débitmètre à ultrasons à effet Doppler

Principe de fonctionnement du débitmètre à ultrasons à temps de transit

Débitmètres à flotteur

Les débitmètres à flotteur ou aussi appelés rotamètres, utilisent un tube et un flotteur pour mesurer le débit. Lorsque le fluide traverse le tube, le flotteur monte. L’équilibre sera atteint lorsque la pression et la flottabilité du flotteur contrebalanceront la gravité. La position du flotteur (sa hauteur)  dans le tube est ensuite utilisée pour mesurer le débit selon une référence de mesure étalonnée.

Principe de fonctionnement du rotamètre