La mesure de débit est la quantification du mouvement massif de fluide. Le débit peut être mesuré en utilisant des dispositifs appelés débitmètres de différentes manières. Les types courants de débitmètres avec des applications industrielles sont énumérés ci-dessous : Type d'obstruction (pression différentielle ou zone variable) Inférentiel (type turbine) Électromagnétique Débitmètres à déplacement positif, qui accumulent un volume fixe de fluide et comptent ensuite le nombre de fois où ce volume est rempli pour mesurer le débit. Dynamique des fluides (détachement de vortex) Anémomètre Débitmètre à ultrasons Débitmètre massique (Force de Coriolis).
Les méthodes de mesure de débit autres que les débitmètres à déplacement positif reposent sur les forces produites par le flux en surmontant une constriction connue, pour calculer indirectement le débit. Le débit peut être mesuré en mesurant la vitesse du fluide sur une surface connue. Pour des débits très importants, des méthodes de traceur peuvent être utilisées pour déduire le débit à partir du changement de concentration d'un colorant ou d'un radioisotope.
Types et unités de mesure Le débit de gaz et de liquide peut être mesuré en quantités physiques de type débit volumétrique ou débit massique, avec des SI unités respectives telles que des mètres cubes par seconde ou des kilogrammes par seconde, respectivement. Ces mesures sont liées par la densité du matériau. La densité d'un liquide est presque indépendante des conditions. Ce n'est pas le cas pour les gaz, dont les densités dépendent largement de la pression, de la température et, dans une moindre mesure, de la composition.
Lorsque des gaz ou des liquides sont transférés pour leur contenu énergétique, comme dans la vente de gaz naturel, le débit peut également être exprimé en termes de débit énergétique, tel que gigajoule par heure ou BTU par jour. Le débit énergétique est le débit volumétrique multiplié par le contenu énergétique par unité de volume ou le débit massique multiplié par le contenu énergétique par unité de masse. Le débit énergétique est généralement dérivé du débit massique ou volumétrique par l'utilisation d'un ordinateur de débit.
Dans les contextes d'ingénierie, le volume du débit est généralement représenté par le symbole , et le débit massique, par le symbole .
Pour un fluide ayant une densité , les débits massique et volumétrique peuvent être liés par .
Gaz Les gaz sont compressibles et changent de volume lorsqu'ils sont mis sous pression, chauffés ou refroidis. Un volume de gaz sous un ensemble de conditions de pression et de température n'est pas équivalent au même gaz sous des conditions différentes. Les références seront faites au débit "réel" à travers un compteur et au débit "standard" ou "de base" à travers un compteur avec des unités telles que acm/h (mètres cubes réels par heure), sm3/sec (mètres cubes standard par seconde), kscm/h (mille mètres cubes standard par heure), LFM (pieds linéaires par minute), ou MMSCFD (millions de pieds cubes standard par jour).
Le débit massique de gaz peut être mesuré directement, indépendamment des effets de la pression et de la température, avec des débitmètres ultrasoniques, des débitmètres massiques thermiques, des débitmètres massiques Coriolis, ou des contrôleurs de débit massique.
Liquide Pour les liquides, diverses unités sont utilisées en fonction de l'application et de l'industrie, mais peuvent inclure des gallons (U.S. ou impérial) par minute, des litres par seconde, des litres par mètre carré par heure, des boisseaux par minute ou, en décrivant les débits des rivières, des cumecs (mètres cubes par seconde) ou des acres-pieds par jour. En océanographie, une unité courante pour mesurer le transport de volume (volume d'eau transporté par un courant, par exemple) est un sverdrup (Sv) équivalent à 106 m3/s.
Élément de débit primaire Un élément de débit primaire est un dispositif inséré dans le fluide en écoulement qui produit une propriété physique pouvant être liée avec précision au débit. Par exemple, une plaque d'orifice produit une chute de pression qui est une fonction du carré du débit volumétrique à travers l'orifice. Un élément de débit primaire de type vortex produit une série d'oscillations de pression. Généralement, la propriété physique générée par l'élément de débit primaire est plus pratique à mesurer que le débit lui-même. Les propriétés de l'élément de débit primaire et la fidélité de l'installation pratique aux hypothèses faites lors de l'étalonnage sont des facteurs critiques dans la précision de la mesure du débitBéla G. Lipták, Flow Measurement, CRC Press, 1993 page 88.
Débitmètres mécaniques Un débitmètre à déplacement positif peut être comparé à un seau et un chronomètre. Le chronomètre est démarré lorsque le débit commence et arrêté lorsque le seau atteint sa limite. Le volume divisé par le temps donne le débit. Pour des mesures continues, nous avons besoin d'un système de seaux se remplissant et se vidant continuellement pour diviser le débit sans le laisser sortir du tuyau. Ces déplacements volumiques formant et s'effondrant continuellement peuvent prendre la forme de pistons se déplaçant dans des cylindres, de dents d'engrenage s'accouplant contre la paroi interne d'un compteur ou à travers une cavité progressive créée par des engrenages ovales rotatifs ou une vis hélicoïdale.
Débitmètre à piston/rotatif Parce qu'ils sont utilisés pour la mesure domestique de l'eau, les débitmètres à piston, également appelés débitmètres à piston rotatif ou à déplacement semi-positif, sont les dispositifs de mesure de débit les plus courants au Royaume-Uni et sont utilisés pour presque toutes les tailles de compteurs allant jusqu'à et y compris ( in). Le débitmètre à piston fonctionne selon le principe d'un piston tournant dans une chambre de volume connu. Pour chaque rotation, une quantité d'eau passe à travers la chambre du piston. Grâce à un mécanisme d'engrenage et, parfois, à une transmission magnétique, un cadran à aiguille et un affichage de type odomètre sont avancés.
Débitmètre à engrenages ovales
Un débitmètre à engrenages ovales est un débitmètre à déplacement positif qui utilise deux ou plusieurs engrenages oblongs configurés pour tourner à angle droit l'un par rapport à l'autre, formant une forme en T. Un tel compteur a deux côtés, qui peuvent être appelés A et B. Aucun fluide ne passe par le centre du compteur, où les dents des deux engrenages s'engrènent toujours. D'un côté du compteur (A), les dents des engrenages ferment le passage du fluide parce que l'engrenage allongé du côté A pénètre dans la chambre de mesure, tandis que de l'autre côté du compteur (B), une cavité retient un volume fixe de fluide dans une chambre de mesure. Lorsque le fluide pousse les engrenages, il les fait tourner, permettant au fluide dans la chambre de mesure du côté B de se déverser dans le port de sortie. Pendant ce temps, le fluide entrant dans le port d'entrée sera dirigé vers la chambre de mesure du côté A, qui est maintenant ouverte. Les dents du côté B vont maintenant fermer le passage du fluide entrant du côté B. Ce cycle se poursuit à mesure que les engrenages tournent et que le fluide est mesuré à travers des chambres de mesure alternées. Des aimants permanents dans les engrenages rotatifs peuvent transmettre un signal à un interrupteur à lame souple électrique ou à un transducteur de courant pour la mesure du débit. Bien que des performances élevées soient revendiquées, ils ne sont généralement pas aussi précis que le design à palette coulissante.
Débitmètre à engrenages Les débitmètres à engrenages diffèrent des débitmètres à engrenages ovales en ce que les chambres de mesure sont constituées des espaces entre les dents des engrenages. Ces ouvertures divisent le flux de fluide et, à mesure que les engrenages tournent à partir du port d'entrée, la paroi intérieure du compteur ferme la chambre pour retenir la quantité fixe de fluide. Le port de sortie est situé dans la zone où les engrenages se rejoignent. Le fluide est forcé de sortir du compteur lorsque les dents des engrenages s'engrènent et réduisent les poches disponibles à un volume presque nul.
Engrenage hélicoïdal Les débitmètres à engrenages hélicoïdaux tirent leur nom de la forme de leurs engrenages ou rotors. Ces rotors ressemblent à la forme d'une hélice, qui est une structure en forme de spirale. À mesure que le fluide traverse le compteur, il entre dans les compartiments des rotors, faisant tourner les rotors. La longueur du rotor est suffisante pour que l'entrée et la sortie soient toujours séparées l'une de l'autre, bloquant ainsi un flux libre de liquide. Les rotors hélicoïdaux accouplés créent une cavité progressive qui s'ouvre pour admettre le fluide, se scelle et s'ouvre ensuite vers le côté aval pour libérer le fluide. Cela se produit de manière continue et le débit est calculé à partir de la vitesse de rotation.
Débitmètre à disque nutant C'est le système de mesure le plus couramment utilisé pour mesurer l'alimentation en eau des maisons. Le fluide, le plus souvent de l'eau, entre d'un côté du compteur et frappe le disque nutant, qui est monté de manière excentrique. Le disque doit alors "osciller" ou nuter autour de l'axe vertical, car le bas et le haut du disque restent en contact avec la chambre de montage. Une cloison sépare les chambres d'entrée et de sortie. À mesure que le disque nutant, il donne une indication directe du volume du liquide qui a traversé le compteur, car le débit volumétrique est indiqué par un agencement de roues dentées et d'enregistreurs, qui est connecté au disque. Il est fiable pour des mesures de débit dans une précision de 1 %.
Débitmètre à turbine Le débitmètre à turbine (mieux décrit comme une turbine axiale) traduit l'action mécanique de la turbine tournant dans le flux de liquide autour d'un axe en un débit lisible par l'utilisateur (gpm, lpm, etc.). La turbine a tendance à faire circuler tout le flux autour d'elle.
La roue de la turbine est placée dans le chemin d'un flux de fluide. Le fluide en écoulement frappe les pales de la turbine, appliquant une force à la surface des pales et mettant le rotor en mouvement. Lorsqu'une vitesse de rotation constante est atteinte, la vitesse est proportionnelle à la vitesse du fluide.
Les débitmètres à turbine sont utilisés pour la mesure du débit de gaz naturel et de liquide. Les compteurs à turbine sont moins précis que les compteurs à déplacement et à jet à faible débit, mais l'élément de mesure n'occupe pas ou ne restreint pas sévèrement tout le chemin du flux. La direction du flux est généralement droite à travers le compteur, permettant des débits plus élevés et moins de perte de pression que les compteurs de type à déplacement. Ils sont le compteur de choix pour les grands utilisateurs commerciaux, la protection contre les incendies et en tant que compteurs principaux pour le système de distribution d'eau. Des filtres sont généralement nécessaires pour être installés devant le compteur afin de protéger l'élément de mesure contre le gravier ou autres débris qui pourraient entrer dans le système de distribution d'eau. Les compteurs à turbine sont généralement disponibles pour des tailles de tuyaux de 4 à (–12 in) ou plus. Les corps des compteurs à turbine sont souvent en bronze, en fonte ou en fonte ductile. Les éléments internes de la turbine peuvent être en plastique ou en alliages métalliques non corrosifs. Ils sont précis dans des conditions de travail normales mais sont grandement affectés par le profil du flux et les conditions du fluide.