Mesure de pression et débit

Qu‘ est –ce que la mesure? 

On entend par mesure l’expression d’une grandeur quelconque, elle s’exprime généralement par un nombre suivi d’un symbole : le nombre donne la valeur de la grandeur mesurée, le symbole sa nature. 

Une mesure : est à méthode directe lorsque la quantité à mesurer, est évaluée par comparaison avec une grandeur connue de même valeur. 

Une mesure est à méthode indirecte lorsque la variable est évaluée par comparaison avec une grandeur connue de nature différente, et que par l’intermédiaire d’une loi connue en revient à la valeur de la variable. 

Fonction d’un appareil de mesure

L’appareil peut remplir une ou plusieurs fonctions qui sont:

1.Indicateur : L’appareil est un indicateur lorsqu’il donne la mesure par l’intermédiaire d’une aiguille se déplaçant sur un cadran gradué, ou l’inverse (cadran mobile et index fixe).

2.Enregistreur : Cet appareil donne la mesure par inscription sur papier (Diagramme) portant les graduations et se déroulant en fonction d’une deuxième variable (généralement le temps).

3.Intégrateur : Cet appareil donne la somme des mesures instantanées. (Les compteurs à gag, à eau, à électrique).

4.Signalisation : Ce type d’appareil donne un signal sonore, lumineux ou autre…. lorsque la variable atteint une valeur critique déterminée à l’avance.

5.Régulateur : La mesure est utilisée pour commander un servo-mécanisme effectuant les corrections nécessaires pour maintenir la variable à une valeur stable choisie à l’avance. 

Constitution globale d’un appareil de mesure  

Élément primaire : C’est l’élément sensible capable de recueillir une énergie au sein de la variable à mesurée. 

Élément secondaire : Transforme en général l’énergie prise par l’élément primaire en un travail mécanique, ou un déplaçant. 

Élément final : Transforme en général la mesure en une indication exploitable.  

Mesure de la Pression.

La pression est une grandeur dérivée du système international. Elle est définie comme le quotient d’une force par une surface. La pression s’exerce perpendiculairement a la surface considérée

Différentes modes de pressions

Pression atmosphérique (ou barométrique):

Est la force exercée par l'atmosphère sur une unité de surface de la Terre. À un endroit précis, la force de pression est égale à la force exercée par une colonne d'air, de surface unitaire, partant du sol et allant jusqu'au sommet de l'atmosphère.

Pression relative :

Est la différence de pression par rapport à la pression atmosphérique. Elle est le plus souvent utilisée, car la plupart des capteurs, sont soumis à la pression atmosphérique.

Pression différentielle:

Est la différence entre deux pressions, dont l’une est prise comme référence. Une pression différentielle peut prendre une valeur négative.

Pression absolue:

Est la pression mesurée par rapport au vide parfait. La valeur mesurée sera toujours positive car la référence 0 est le vide. 

Appareils de mesure des pressions  

Manomètre basé sur la statique des fluides  

1. Manomètre à tube en U :  

La différence d’altitude h du liquide manométrique, entre les deux cotés d’un même tue en U, donne une mesure de la ΔP entre les deux extrémités du tue.

2. Baromètre de Torricelli (Mesure de la pression atmosphérique):  

C'est un tube en verre d'environ 90 cm de longueur, rempli de mercure, clos à une extrémité : la hauteur h fournie une mesure de la pression atmosphérique.

Manomètres à déformation de solide 

1- Le manomètre à tube de Bourdon: 

Le tube de Bourdon est brasé, soudé ou vissé avec le support de tube qui forme généralement une pièce complète avec le raccord. Par l'intermédiaire d'un trou dans le raccord, le fluide à mesurer passe à l'intérieur du tube. La partie mobile finale du tube se déplace lors de changement de pression (effet Bourdon).

Ce déplacement qui est proportionnel à la pression à mesurer, est transmis par l'intermédiaire du mouvement à l'aiguille et affiché sur le cadran en tant que valeur de pression.

Le système de mesure, le cadran et l'aiguille sont montés dans un boîtier.

2- Le manomètre à membrane  :

La membrane est tendue entre deux brides. Par un trou dans le raccord, le fluide à mesurer arrive dans la chambre de pression en dessous de la membrane.

La membrane se déplace sous l'effet de la pression. Le déplacement de la membrane est proportionnel à la pression mesurée et est transmis par l'intermédiaire du mouvement à l'aiguille et affiché sur le cadran en tant que valeur de pression.

Afin d'être protégés contre des détériorations, le système de mesure, le cadran et l'aiguille sont montés dans un boîtier.

3- Le manomètre à capsule :

La capsule est montée sur le raccord soit directement soit par l'intermédiaire d'un tube métallique. Par un trou dans le raccord le fluide à mesurer passe à l'intérieur de la capsule.

Sous l'effet de la pression les demi-parties de la capsule se bombent. Ce déplacement proportionnel à la pression mesurée est transmis par l'intermédiaire du mouvement à l'aiguille et affiché sur le cadran en tant que valeur de pression.

Afin d'être protégés contre des détériorations, le système de mesure, le cadran et l'aiguille sont montés dans un boîtier. 

Mesures des Débits

Le transport des fluides industriel dans les conduites et les mesures de leurs débit sont nécessaires pour la plus part des opérations de la production et de la commercialisation. 

Pour assurer le transport et la distribution de ces fluides sans une grande perte, des appareils de mesure de débit sont nécessaires afin de minimiser ces pertes.

1. Mesure des débits : 

Les mesures de débit se classe en trois catégories : 

• les mesures de débits de fluides en conduite fermée ; 

• les mesures de débit d’eau à surface libre (chenal, conduit ouvert, rivière) ; 

• les mesures de débits solides. 

2. Le débit : 

Le débit est la quantité de matière ou de fluide, liquide ou gazeux, qui s’écoule par unité de temps. 

En pratique on distingue deux débits :

 2.1. Le débit volumique Qv : est le volume de fluide écoulé pendant l'unité de temps en (m3 /s), en mesurant la vitesse moyenne à travers une section connue : 

Qv = S . V

S : est la surface de section de la conduite en m². 

V : est la vitesse moyenne du fluide en m/s. 

2.2. Le débit massique Qm : 

est la masse defluide écoulée pendant l'unité de temps en (kg/s), on a la relation liant le débit massique au débit volumique : 

Qm = ρ . Qv 

ρ: est la masse volumique du fluide (kg/ m3 ). 

Pour l'eau douce, la masse volumique ρ = 1000 kg/m3 . 

Les liquides peuvent être considérés (à température constante) comme incompressibles, c'est à dire que leur volume ne dépend pas de la pression. 

3. Régimes d'écoulement dans une canalisation

a. Écoulement laminaire : les lignes de courant demeurent parallèles entre elles, les couches de fluide glissant les unes sur les autres sans se mélanger, par opposition au régime turbulent.

b. Écoulement turbulent : les lignes de courant ne gardent plus leur individualité, mais s'enchevêtrent avec l’échange de particules entre elles.

4. Facteurs influant sur l'écoulement des fluides dans les conduites 

Les principaux facteurs influant sur l'écoulement des fluides dans une conduite sont les suivants : 

1. Viscosité dynamique du fluide: C'est la résistance d'un fluide à son écoulement uniforme et sans turbulence. Elle augmente ou diminue en fonction des variations de température

2. Masse volumique du fluide: elle influe également sur le débit, car un fluide plus dense exige une charge supérieure pour maintenir le débit souhaité.

3. Vitesse du fluide : elle dépend de la charge qui force le fluide à traverser la conduite. Plus la charge est élevée, plus le débit de fluide est important et par conséquent, plus le volume d'écoulement est important

4. Frottement de la conduite : il réduit le débit du fluide dans les tuyaux et la vitesse du fluide est plus lente près des parois de la conduite qu'au centre. Il est donc considéré comme un facteur négatif.

5.Techniques de mesure du débit dans les conduites industrielles : 

Les débitmètres sont classés suivant des principes très divers, certains sont des appareils de laboratoire (à fil chaud, à laser, à effet Doppler) assurent les mesures de petit débit. 

Autres sont utilisés pour mesurer le débit dans les conduites industrielles. 

Les appareils mesurant le débit s’appellent débitmètres. Les appareils mesurant le volume de fluide (quelle que soit la durée) ou la masse écoulée s’appellent des compteurs. 

La plupart des débitmètres indiquent le volume écoulé par unité de temps, ce sont des débitmètres volumiques. 

Toutefois, dans certaines applications nécessitant la connaissance de l'énergie thermique d'un combustible, il est nécessaire de connaître le débit massique. On a recours alors à des débitmètres massiques.

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