La mesure du débit détermine le débit ou la quantité totale d'un liquide, d'un gaz ou d'une vapeur se déplaçant dans un processus. La sélection du bon débitmètre nécessite plus que l’adaptation d’un instrument au diamètre nominal du tuyau. La variable de mesure requise, les propriétés du fluide, le débit minimum et maximum, la disposition de l'installation, la perte de pression, la définition de la précision, les conditions de maintenance et le coût total du cycle de vie doivent tous être évalués.
La règle de sélection pratique est simple : définissez d'abord ce qui doit être mesuré, puis éliminez les technologies qui ne peuvent pas gérer le fluide ou l'installation, et ensuite seulement comparez la taille, les performances, les rendements et le coût des compteurs. À l'étrangergamme de produits de débitmètres industrielsn'est utile qu'une fois que ces conditions de traitement ont été établies.
Réponse rapide :Utilisez un compteur magnétique pour de nombreux liquides conducteurs, une pince-sur un compteur à ultrasons lorsque le tuyau ne peut pas être coupé, un système à vortex ou à pression différentielle-pour de nombreuses applications de vapeur, un compteur de masse thermique pour les gaz propres appropriés, un compteur à turbine pour les liquides propres à faible-viscosité et un compteur volumétrique-pour de nombreux liquides visqueux propres. Ce sont des points de départ et non des sélections finales.
Qu’est-ce que la mesure du débit ?
La mesure du débit décrit la rapidité avec laquelle un fluide se déplace dans une section définie ou la quantité de fluide qui passe pendant une période spécifiée. Les usines industrielles utilisent ces informations pour le contrôle des processus, le dosage par lots, le dosage de produits chimiques, la surveillance de l'énergie, la protection des équipements, les rapports de production, l'allocation des services publics, la détection des fuites et le transfert commercial.
Un système de mesure complet peut inclure un capteur principal, un transmetteur, un affichage local, un totalisateur, une compensation de pression ou de température, un enregistreur de données et une connexion à une plate-forme PLC, DCS, BMS, EMS ou SCADA.
Le compteur physique n’est qu’un élément de la qualité des mesures. L'état du fluide, l'installation des canalisations, les données de configuration, la référence d'étalonnage et la mise à l'échelle du système de contrôle-peuvent tous affecter le résultat final. Le NIST étudie les principes de fonctionnement et les performances des débitmètres sous différents fluides, températures, pressions, débits et conditions d'installation grâce à sesprogrammes de métrologie des flux.
Que mesure un débitmètre ?
Débit volumétrique
Le débit volumétrique est le volume traversant le tuyau par unité de temps. Les unités courantes comprennent les mètres cubes par heure, les litres par minute, les gallons par minute et les pieds cubes par minute.
Pour un tuyau circulaire entièrement rempli :
Q = A × v
- Qest le débit volumétrique.
- Aest la zone interne du tuyau.
- vest la vitesse moyenne du fluide.
Les technologies basées sur la vitesse-, telles que les compteurs magnétiques, à ultrasons, à vortex et à turbine, utilisent une vitesse d'écoulement mesurée ou une réponse physique associée pour calculer le débit volumétrique. Le diamètre interne du tuyau doit donc être correct.
Débit massique
Le débit massique mesure la masse réelle transférée par unité de temps. Il est souvent plus utile que le volume lorsque la valeur du produit, la formulation, la combustion, le bilan matière ou les calculs énergétiques dépendent de la quantité de matière plutôt que de l'espace qu'elle occupe.
Le débit massique peut être lié au volume et à la densité :
ṁ = ρ × Q
- ṁest le débit massique.
- ρest la densité du fluide.
- Qest le débit volumétrique.
Les compteurs Coriolis mesurent directement le débit massique. D'autres systèmes peuvent calculer le débit massique à partir de données de débit volumétrique, de pression, de température, de densité ou de composition.
Vitesse d'écoulement
La vitesse décrit la vitesse à laquelle le fluide se déplace dans le tuyau. Ceci est important pour le dimensionnement du compteur, car une vitesse trop faible peut réduire la qualité du signal ou permettre aux solides de se déposer, tandis qu'une vitesse excessive peut augmenter la perte de pression, le bruit, l'érosion ou les vibrations.
Flux totalisé
Le débit instantané indique la vitesse à laquelle le fluide se déplace à l'heure actuelle. Le débit totalisé accumule la quantité mesurée au fil du temps.
La totalisation est généralement requise pour :
- Remplissage par lots
- Consommation d'eau
- Livraison de carburant
- Comptabilité énergétique
- Rapports de production
- Facturation des services publics
Débit de gaz réel et débit de gaz standard
Le volume du gaz change considérablement avec la pression et la température. Le débit volumétrique réel décrit le volume dans les conditions réelles de la conduite. Le débit standard convertit ce volume en une température et une pression de référence définies.
Une spécification de débit de gaz doit donc indiquer :
- Si la valeur est réelle ou standardisée
- La température de référence
- La pression de référence
- Si la pression est absolue ou manométrique
- La composition attendue du gaz
- Si le gaz est sec ou contient de l'humidité
Sans conditions de référence définies, deux instruments peuvent indiquer des valeurs volumétriques différentes même lorsque la même masse de gaz traverse le tuyau.
Mesure de débit dans des canaux-fermés et ouverts-
La plupart des débitmètres industriels sont conçus pour des conduites fermées qui restent complètement pleines et fonctionnent sous pression. Les systèmes à canal ouvert-ont une surface liquide libre et nécessitent une approche de mesure différente.
Le débit en canal ouvert-est souvent déterminé en mesurant le niveau de liquide en amont d'une structure hydraulique telle qu'un déversoir ou un canal et en convertissant ce niveau en débit. La géométrie, les conditions d'approche en amont, la submersion en aval, l'emplacement du capteur de niveau et l'entretien du canal affectent tous la précision. L'Environmental Protection Agency des États-Unis fournit des conseils surmesure du débit aux points de rejet des eaux usées.
N'appliquez pas les hypothèses de canalisations fermées-aux égouts, canaux de drainage, canaux ou déversoirs partiellement remplis. Un débitmètre de liquide-monté sur un tuyau et un -niveau de canal ouvert-au-système de débit résolvent différents problèmes de mesure.
Matrice de sélection rapide du débitmètre
| État du processus | Technologies à présélectionner | Exclusions ou contrôles importants |
|---|---|---|
| Un débit massique ou une densité directe est requis | Coriolis | Vérifiez la perte de pression, la taille de la conduite, les vibrations, l'entraînement des gaz, les contraintes d'installation et le coût. |
| Eau conductrice, eaux usées, produits chimiques ou boues | Électromagnétique | Exclure les liquides, les gaz et la vapeur non conducteurs ; vérifier l'état complet du tuyau-, la mise à la terre, le revêtement et les électrodes |
| Le tuyau ne peut pas être coupé ou le processus ne peut pas être arrêté | Pince-sur ultrasons | Vérifiez le matériau du tuyau, le revêtement, l'épaisseur de la paroi, le chemin acoustique, les bulles, les solides et le tuyau droit. |
| Service utilitaire de vapeur ou d’usine propre | Vortex ou pression différentielle | Vérifiez les performances de faible-débit, l'état de la vapeur, les vibrations, la compensation et la perte de pression permanente. |
| Air comprimé propre ou gaz industriel | Masse thermique, vortex, pression différentielle ou ultrasons | Vérifiez la composition du gaz, l'humidité, la pression, les rapports réels-par rapport-standard et le profil d'installation. |
| Liquide propre à faible-viscosité avec une réponse rapide | Turbine | Excluez les fluides sales et examinez l'usure des roulements, le changement de viscosité, la filtration et les tuyaux droits. |
| Liquide visqueux propre ou faible débit de liquide | Déplacement positif ou compteur à engrenages | Vérifiez les particules, la perte de pression, la lubrification, la compatibilité des matériaux et la maintenance des-pièces mobiles. |
| Indication locale simple sans alimentation externe | Compteur de-zone variable | Vérifiez l'orientation de montage, la pression nominale, la précision de la lecture et les exigences-de sortie à distance. |
Principaux types de débitmètres et comment ils fonctionnent
Débitmètres à ultrasons
Undébitmètre à ultrasonsutilise des signaux acoustiques pour déterminer la vitesse du fluide. Les instruments de temps de transit-comparent le temps de trajet des signaux se déplaçant avec et contre le flux. Les instruments Doppler mesurent le décalage de fréquence des signaux réfléchis par les particules en suspension ou les bulles de gaz.
La technologie du temps de transit-convient normalement aux fluides capables de transmettre un signal acoustique stable. La technologie Doppler nécessite suffisamment de réflecteurs et ne doit pas être considérée comme un remplacement direct de la mesure du temps de transit-.
Les systèmes à ultrasons peuvent être :
- Fixez- :Les capteurs sont installés à l’extérieur de la canalisation sans pénétrer dans le procédé.
- Insertion:Les capteurs pénètrent dans la canalisation via les raccords process.
- En ligne :Le chemin acoustique est intégré dans un corps de compteur dédié.
- Chemin unique-ou chemins multiples :Des chemins supplémentaires peuvent fournir plus d’informations sur le profil de vitesse.
La mesure par ultrasons est intéressante pour les gros tuyaux, l'eau glacée, les enquêtes temporaires, les audits énergétiques et les projets de rénovation. Ses performances dépendent des dimensions précises des tuyaux, de l'espacement correct des transducteurs, d'un couplage approprié, de conditions de fluide stables et d'un profil d'écoulement représentatif.
La précision des compteurs publiés n’est pas la seule considération. Les données sur les canalisations, la position du capteur, la qualité du signal, l’état des murs, le revêtement, les bulles et la température peuvent tous influencer les performances de l’installation. Une explication plus ciblée est disponible dans le guide pourprécision du débitmètre à ultrasons.
Débitmètres électromagnétiques
Undébitmètre électromagnétique, également appelé débitmètre magnétique ou magmètre, applique un champ magnétique à travers un tube de mesure isolé. Un liquide conducteur se déplaçant à travers le champ génère une tension proportionnelle à la vitesse.
Les compteurs magnétiques sont largement utilisés pour l'eau conductrice, les eaux usées, les acides, les alcalis, les boues, l'eau de refroidissement et de nombreux liquides de traitement. Le tube de mesure ouvert ne présente aucune obstruction en rotation et produit normalement peu de perte de pression permanente.
Ils doivent être exclus lorsque le milieu est un gaz, de la vapeur ou un liquide non conducteur. La sélection doit également tenir compte :
- Conductivité liquide minimale
- Conditions de conduite-complète
- Mise à la terre électrique ou électrodes de référence
- Compatibilité du revêtement et de l'électrode
- Abrasion des matières en suspension
- Dépôts de revêtement, de calamine ou d’électrode
- Détection de canal-vide
- Vitesse nécessaire pour limiter la sédimentation
Débitmètres Vortex
A débitmètre vortexplace un corps bluff dans le flux. Des vortex alternés se forment en aval et leur fréquence de chute est liée à la vitesse du fluide.
Les compteurs à vortex sont des candidats courants pour la vapeur, les gaz propres, l'air comprimé et les liquides propres. Ils ne contiennent pas de rotor en rotation, mais le corps bluff crée une obstruction et une perte de pression permanente.
La sélection doit examiner :
- Nombre de Reynolds minimum et plage de faible-débit utilisable
- Vibrations des tuyaux
- Flux pulsé
- Vapeur saturée ou surchauffée
- Vapeur humide et condensat
- Compensation de pression et de température
- Perturbations en amont
Un débitmètre vortex dimensionné uniquement pour la demande maximale de vapeur peut perdre un signal stable lors d'un fonctionnement à faible-charge. Les débits de vapeur normaux et minimum sont souvent plus importants que la capacité mécanique maximale.
Débitmètres massiques thermiques
A débitmètre massique thermiquemesure la chaleur transférée d’un élément de détection chauffé à un gaz en mouvement. La réponse à la perte de chaleur-est liée au débit massique du gaz.
Les compteurs de masse thermique sont fréquemment utilisés pour l'air comprimé, l'azote, le biogaz, l'air d'aération, le gaz de combustion et la distribution de gaz. Ils peuvent fournir une indication directe du débit massique-sans calcul séparé de pression et de température lorsque les hypothèses de gaz et d'étalonnage restent valides.
Les limites importantes incluent :
- Modifications de la composition du gaz
- Gaz humide ou condensation
- Contamination du capteur
- Profondeur d'insertion incorrecte
- Distorsion du profil de flux-
- Différences entre le gaz d'étalonnage et le gaz de procédé
Le ministère américain de l'Énergie discute de la mesure et de la surveillance dans le cadre de l'amélioration des performances des systèmes d'air comprimé-industriels dans son rapport.Guide de référence sur l'air comprimé.
Débitmètres à turbine
A débitmètre à turbineplace un rotor aubagé dans le flux d'écoulement. La vitesse du rotor est convertie en un signal de fréquence ou d'impulsion lié au débit.
Les compteurs à turbine peuvent fournir une réponse rapide et une bonne répétabilité pour les liquides propres et à faible-viscosité. Ils conviennent moins aux fluides sales, aux grosses particules, à la viscosité instable ou aux applications où l'usure des roulements ne peut être tolérée.
Vérifiez la filtration, la lubrification, les matériaux du rotor, l'état des roulements, la vitesse minimale, le tuyau droit et l'effet de la viscosité sur le facteur du compteur. La relation entre la viscosité et le comportement de l'instrument est expliquée plus en détail dans cet aperçu deviscosité du liquide et performances du débitmètre.
Débitmètres volumétriques et à engrenages
Les compteurs volumétriques-séparent le liquide en volumes mesurés à plusieurs reprises. Engrenages ovales-et autresdébitmètres à engrenagesutiliser des éléments internes mobiles pour générer une sortie volumétrique.
Ils sont souvent sélectionnés pour les huiles, carburants, résines, sirops, lubrifiants et autres liquides visqueux propres, en particulier lorsque les performances à faible débit- sont importantes.
Ils doivent être examinés attentivement pour détecter les solides, la cristallisation, la perte de pression, l'usure mécanique, la lubrification et le nettoyage. Un fluide qui recouvre ou bloque les éléments de mesure peut provoquer une dérive ou un blocage complet.
Différentiel-Mesure du débit de pression
Les systèmes de débit à pression différentielle-utilisent un élément principal tel qu'une plaque à orifice, un tube Venturi, une buse, un compteur à coin ou un tube de Pitot de moyenne. La restriction modifie la vitesse et crée une différence de pression mesurée par untransmetteur de pression différentielle.
Les différents éléments primaires ne doivent pas être traités comme identiques. Ils diffèrent par la perte de pression, la longueur d'installation, la tolérance à la contamination, le coût, le délai de préparation et les exigences de maintenance.
Les systèmes DP peuvent mesurer des liquides, des gaz et de la vapeur, mais le système complet peut également nécessiter :
- Compensation de pression et de température
- Tuyauterie à impulsion ou joints déportés
- Orientation correcte du robinet
- Pots à condensats pour vapeur
- Données de densité
- Extraction de racine-carrée
- Inspection des lignes d'impulsion bloquées ou qui fuient
Coriolis et compteurs à-zone variable
Les compteurs Coriolis utilisent des tubes de mesure vibrants et détectent la différence de phase produite lorsque la masse circule à travers la structure oscillante. Ce sont de bons candidats lorsqu'un débit massique direct, une densité, un dosage par lots ou une répétabilité élevée sont requis, mais la perte de pression, l'entraînement de gaz, les vibrations, la contrainte des canalisations, la taille, le poids et le coût doivent être évalués.
Les compteurs à surface variable-utilisent un flotteur dans un tube conique. Ils fournissent une indication locale simple et peuvent ne nécessiter aucune alimentation externe, mais ils offrent moins d'automatisation et ont normalement des exigences d'orientation et de lecture plus restrictives.
Comment choisir le bon débitmètre ?
Étape 1 : Définir l'objectif de mesure
Commencez par la raison commerciale ou de processus pour laquelle vous mesurez le flux. Un compteur utilisé pour les tendances générales n'a pas besoin des mêmes performances, traçabilité, redondance ou plan de vérification qu'un compteur utilisé pour le transfert de propriété ou la formulation.
Les objectifs communs comprennent :
- Contrôle des processus
- Remplissage par lots
- Dosage chimique
- Surveillance des services publics
- Equilibrage énergétique
- Détection de fuite
- Protection des équipements
- Rapports réglementaires
- Transfert commercial
Décidez également si la sortie requise est le débit massique, le volume réel, le volume standard, la vitesse, l'énergie thermique ou le total accumulé.
Étape 2 : Caractériser le fluide
Documentez le milieu de traitement réel plutôt que d'utiliser une description générale telle que « eau » ou « gaz ».
- Condition liquide, gazeuse, vapeur, boue ou multiphasique
- Densité et changement de densité attendu
- Viscosité à température minimale et maximale
- Conductivité électrique
- Composition chimique
- Corrosivité
- Concentration de solides et taille des particules
- Gaz ou bulles entraînés
- Humidité ou condensation
- Revêtement, détartrage, polymérisation ou cristallisation
- Propriétés hygiéniques, toxiques ou dangereuses
Une technologie doit être retirée de la liste restreinte dès que le fluide viole une exigence fondamentale de mesure. Par exemple, un compteur magnétique ne devrait pas être pris en considération pour une huile non conductrice, et un compteur à turbine standard ne devrait pas être pris en considération pour une boue abrasive.
Étape 3 : Établir l’enveloppe de flux complète
Enregistrez le débit continu minimum, normal et maximum. Incluez également le démarrage, l’arrêt, le nettoyage, le rinçage, le flux inversé, la demande saisonnière et l’expansion future.
Ne sélectionnez pas un compteur uniquement parce que son débit maximum publié dépasse le maximum du processus. Le point de fonctionnement normal et les performances de faible-débit déterminent si le compteur fournira des lectures utiles pendant la majeure partie de sa durée de vie.
Étape 4 : Dimensionner le compteur en fonction du débit, et non du diamètre du tuyau uniquement
La conduite de procédé et le débitmètre n'ont pas toujours besoin du même diamètre nominal. Une taille de compteur réduite peut améliorer la vitesse et les performances de faible-débit, mais les réducteurs peuvent ajouter une perte de pression et modifier le profil d'écoulement.
Exemple de dimensionnement illustratif :Considérons une conduite d'eau nominale de 300 mm avec un diamètre interne supposé de 0,30 m.
- À 60 m³/h, la vitesse approximative est de 0,24 m/s.
- À 180 m³/h, la vitesse approximative est de 0,71 m/s.
- À 300 m³/h, la vitesse approximative est de 1,18 m/s.
Ces chiffres ne sélectionnent pas le compteur par eux-mêmes. Ils montrent pourquoi les débits minimum, normal et maximum doivent être convertis en vitesse et vérifiés par rapport à la plage de fonctionnement spécifiée de la technologie choisie.
Avant d’approuver une taille de compteur, demandez :
- Plage de débit utilisable pour la taille sélectionnée
- Précision sur toute la plage requise
- Courbe de perte de pression-
- Limites de vitesse recommandées
- Comportement de coupure de-débit faible
- Conditions de processus maximales autorisées
Étape 5 : Comparez correctement les définitions de précision
La précision exprimée en pourcentage de la lecture n'est pas équivalente à la précision exprimée en pourcentage de la pleine échelle.
Comparaison illustrative :
- Un compteur spécifié à ±0,5 % de la lecture a une contribution d'erreur de ±0,05 unités lorsque la lecture est de 10 unités.
- Un compteur spécifié à ±0,5 % d'une pleine échelle de 100 unités a une contribution d'erreur de ±0,5 unités pour la même lecture de 10 unités.
La deuxième valeur est égale à 5 % de la valeur de faible débit-même si les deux fiches techniques affichent "0,5 %". La stabilité du zéro, les termes d'erreur fixes, la plage d'étalonnage et les effets d'installation doivent également être examinés.
L'International Society of Automation établit une distinction utile entreprécision, répétabilité et dimensionnement du débitmètre.
Étape 6 : Vérifiez l'installation réelle
Inspectez l’emplacement d’installation avant de finaliser la technologie.
- Tuyau droit amont et aval
- Coudes, tés, réducteurs, pompes et vannes de régulation
- Si un tuyau de liquide reste complètement plein
- Vibrations des tuyaux
- Flux pulsé
- Longueur d'installation disponible
- Matériau du tuyau, revêtement, revêtement et épaisseur de paroi
- Accessibilité pour la maintenance
- Exposition extérieure, inondations et température ambiante
- Si l'arrêt et la coupe de tuyaux sont possibles
- Classification des zones dangereuses-
Les exigences en matière de conduites droites- dépendent du compteur et du type de perturbation en amont. Un numéro général ne doit pas remplacer les instructions du fabricant sélectionné. Voir la discussion desections de conduites droites amont et avallors de la planification de l'installation.
Étape 7 : Confirmer les matériaux, les résultats et la conformité
Tous les matériaux mouillés doivent être compatibles avec le fluide de traitement, les produits chimiques de nettoyage, la pression, la température et le niveau d'abrasion.
Revoir:
- Matériaux du corps du compteur et du capteur
- Matériaux de revêtement et d'électrode
- Joints et garnitures
- Bride ou raccord sanitaire
- Pression nominale
- Conditions de nettoyage et de stérilisation
- Protection contre la pénétration requise
- Approbation pour zones dangereuses-
- Exigences en matière de-eau potable, d'hygiène, marine ou de transfert de garde-
Confirmez le signal et l'interface de communication requis, y compris 4 à 20 mA, impulsion, fréquence, relais, HART, Modbus, enregistrement des données, affichage à distance et intégration du système de contrôle-.
Étape 8 : Comparez le coût du cycle de vie
Le prix d’achat ne représente qu’une partie du coût de la mesure du débit.
| Elément de coût | Questions à poser |
|---|---|
| Installation | Le tuyau doit-il être coupé, soudé, drainé, nettoyé ou arrêté ? |
| Perte de pression | Le compteur augmentera-t-il l’énergie de pompage ou de compression ? |
| Mise en service | Le compteur nécessite-t-il une configuration spécialisée, un conditionnement du débit ou une vérification sur le terrain ? |
| Entretien | Y a-t-il des pièces mobiles, des lignes d'impulsion, des électrodes, des éléments de détection ou des surfaces de couplage à inspecter ? |
| Étalonnage | Le compteur peut-il être retiré, comparé sur place ou vérifié électroniquement ? |
| Risque de processus | Quel est le coût d’un lot incorrect, d’un déséquilibre du service, d’un arrêt ou d’une perte de production ? |
| Durée de vie | Des pièces de rechange, une assistance technique et des unités de remplacement sont-elles disponibles ? |
Deux exemples de sélection de débitmètres fonctionnels
Exemple 1 : Rénovation à eau glacée DN300-sans arrêt
Conditions de processus :Une grande conduite d'eau-réfrigérée fonctionne déjà. L'installation nécessite une surveillance continue du débit et de l'énergie, mais ne peut pas drainer ou couper le tuyau pendant la production normale.
Liste initiale :Pince-sur la mesure du débit magnétique par ultrasons et en ligne.
Processus de décision :
- L'exigence d'absence d'arrêt- favorise une installation par ultrasons externe.
- L'ingénieur doit confirmer le matériau du tuyau, l'épaisseur de la paroi, le revêtement interne, l'état extérieur, la température du fluide et le tuyau droit disponible.
- Le fluide doit fournir un trajet acoustique -temps de transit utilisable sans bulles excessives.
- Si la mesure est utilisée pour le calcul d'énergie, les capteurs de température et la configuration du totalisateur doivent également être vérifiés.
- Si l'installation nécessite ultérieurement des performances de mesure permanentes plus élevées et que l'arrêt devient possible, un compteur magnétique en ligne peut être comparé.
Un point de départ approprié est unpince-sur le transmetteur de débit à ultrasons. La décision finale doit encore être étayée par une étude des signaux et une comparaison desmesure de débit ultrasonique et électromagnétique.
Exemple 2 : Eaux usées conductrices contenant des matières en suspension
Conditions de processus :Les eaux usées s'écoulent dans un tuyau entièrement fermé. Le liquide est conducteur et contient des matières en suspension. Le processus nécessite un débit volumétrique continu et une totalisation.
Liste initiale :Débitmètre électromagnétique, avec technologies ultrasoniques ou DP spécialisées sélectionnées, retenu uniquement si l'installation crée une raison spécifique.
Processus de décision :
- La conductivité prend en charge la mesure magnétique.
- L'alésage ouvert évite un rotor ou un passage mécanique étroit.
- Le tuyau doit rester plein à l’emplacement du compteur.
- Le revêtement doit tolérer l’exposition aux produits chimiques et à l’abrasion.
- Le matériau de l'électrode doit résister à la corrosion et au revêtement.
- La plage de vitesse doit limiter la sédimentation des solides sans créer une usure inacceptable.
- La mise à la terre et la détection des-tuyaux vides doivent être incluses dans la planification de l'installation.
La bonne réponse n’est pas simplement « utilisez un magmètre ». La taille du compteur, le revêtement, les électrodes, la mise à la terre, la vitesse d'écoulement et l'accès pour la maintenance doivent tous être spécifiés pour les eaux usées.
Sélection du débitmètre par application
| Application | Liste restreinte commune | Principaux facteurs de décision |
|---|---|---|
| Eau propre et eau réfrigérée | Magnétique ou ultrasonique | Conductivité, accès aux canalisations, perte de pression, arrêt, taille des canalisations et exigences de précision |
| Eaux usées et boues conductrices | Conceptions magnétiques, ultrasoniques spécialisées ou DP sélectionnées | Conductivité, solides, abrasion, revêtement, conduite complète et décantation |
| Vapeur | Vortex ou pression différentielle | Qualité de la vapeur, faible plage de débit-, compensation de pression et de température, vibrations et condensats |
| Air comprimé | Masse thermique, vortex, DP ou ultrasons | Composition du gaz, pression, humidité, conditions standard, taille des tuyaux et réduction requise |
| Carburant propre à faible-viscosité | Turbine, volumétrique, Coriolis ou ultrasonique | Stabilité de la viscosité, propreté, masse ou volume requis, perte de pression et précision commerciale |
| Huile visqueuse, résine ou sirop | Déplacement positif, engrenage ou Coriolis | Plage de viscosité, particules, échauffement, perte de pression, nettoyage et faible-débit requis |
| Dosage et mise en lots de produits chimiques | Coriolis, magnétique, volumétrique ou turbine | Masse ou volume requis, taille du lot, compatibilité chimique, temps de réponse et répétabilité |
| Transformation alimentaire et pharmaceutique | Coriolis hygiénique, magnétique, à turbine ou à déplacement positif | Drainabilité, nettoyabilité, état de surface, raccordements sanitaires, viscosité du produit et traçabilité |
Problèmes d'installation affectant la mesure du débit
Un compteur à spécifications élevées-peut néanmoins avoir des performances médiocres lorsque l'installation ne correspond pas au principe de mesure.
| Problème observé | Causes possibles | Vérifications recommandées |
|---|---|---|
| Lecture instable à débit nul | Vibrations, mouvement du gaz, bruit électrique, fuite d'une vanne, réglage du zéro incorrect ou fluide biphasé-. | Confirmez le véritable débit zéro, inspectez les vibrations, vérifiez la mise à la terre et examinez la procédure de zéro. |
| Faible signal ultrasonique | Données de tuyau incorrectes, mauvais couplage, espacement inapproprié des capteurs, revêtement interne, corrosion, bulles ou excès de solides | Vérifiez les dimensions des tuyaux, remontez les capteurs, inspectez le couplage, examinez la qualité du signal et testez un autre emplacement. |
| La sortie du compteur magnétique fluctue | Tuyau partiellement rempli, mauvaise mise à la terre, revêtement d'électrode, bulles de gaz ou conductivité instable | Vérifiez le remplissage des tuyaux, les bagues de mise à la terre, l'état des électrodes, l'orientation de l'installation et l'alarme de tuyau-vide. |
| Le compteur à vortex perd le signal à faible demande | Débit inférieur à la plage utilisable, vapeur humide, pulsation, vibration ou compteur surdimensionné | Comparez le faible débit réel avec la limite du compteur et examinez le dimensionnement, l'état de la vapeur et les vibrations. |
| Le compteur à turbine dérive progressivement | Usure des roulements, contamination, changement de viscosité, rotor endommagé ou filtration inadéquate | Inspectez les pièces mobiles, comparez le facteur du compteur, vérifiez la viscosité et examinez la filtration. |
| Le débit DP est supérieur ou inférieur à celui prévu | Ligne d'impulsion bloquée, fuite, extraction incorrecte de la racine carrée-, densité incorrecte, élément primaire endommagé ou connexions inversées | Inspectez les prises et les lignes d'impulsion, vérifiez la configuration du transmetteur et vérifiez les entrées de compensation. |
Précision, répétabilité, rendement et performances installées
Précision
La précision décrit la proximité d'une valeur de référence dans des conditions spécifiées. Vérifiez toujours si les spécifications sont basées sur une lecture, une pleine échelle, une étendue calibrée ou une formule combinée.
Répétabilité
La répétabilité décrit la cohérence avec laquelle un appareil de mesure produit le même résultat dans des conditions inchangées. Un compteur peut être hautement reproductible mais systématiquement décalé par rapport à la véritable référence.
Refuser
Le turndown est le rapport entre un débit mesurable maximum et minimum défini. Un refus important publié ne prouve pas que la précision requise sera maintenue au minimum du processus.
Précision installée
Les performances installées peuvent aller au-delà des spécifications de laboratoire du compteur. Selon le système, des effets supplémentaires peuvent provenir de :
- Dimensions des tuyaux
- Distorsion du profil de flux-
- Capteurs de pression et de température
- Données de densité ou de composition
- Conversion de signaux
- Mise à l'échelle de l'émetteur
- Référence d'étalonnage
- Répétabilité
- Conditions d’installation et environnementales
Pour une application critique, demandez l’incertitude attendue du système de mesure complet plutôt que de vous fier uniquement à la précision du capteur principal.
Incertitude d’étalonnage, de vérification et de mesure
Étalonnage
L'étalonnage compare le compteur avec une référence traçable dans des conditions définies et enregistre la relation entre les valeurs indiquées et de référence. Cela peut entraîner un ajustement, un facteur de correction, un nouveau facteur de compteur ou un certificat d'étalonnage.
Le NIST maintientnormes nationales de débit-de liquideset fournit des services d'étalonnage de débitmètres basés sur des références volumétriques et gravimétriques.
Pour la planification-au niveau du site, consultez les étapes pratiques impliquées dansétalonnage du débitmètre, y compris la méthode de référence, les conditions de processus, les points de test et les critères d'acceptation.
Vérification
La vérification vérifie si le compteur installé continue de fonctionner dans les conditions attendues. Il peut utiliser un compteur de référence portable, des-diagnostics intégrés, des contrôles électriques, des tests de zéro, un équilibre de processus ou une comparaison avec un autre instrument.
La vérification est utile pour la surveillance de l'état, mais elle n'est pas automatiquement équivalente à un étalonnage traçable en laboratoire.
Incertitude de mesure
L'incertitude de mesure combine les contributeurs significatifs qui affectent le résultat rapporté. Les contributeurs pertinents dépendent du modèle de mesure et peuvent inclure l'étalon de référence, la répétabilité, les propriétés du fluide, les dimensions des tuyaux, les conditions environnementales, la pression, la température, le traitement du signal et l'installation.
OIN 5168établit des principes généraux et des procédures pour évaluer l’incertitude d’un débit ou d’une quantité de fluide.
Qu’en est-il du flux multiphasique ?
L'écoulement multiphasique contient plus d'une phase, comme un gaz dans un liquide, un liquide dans un gaz, du pétrole et de l'eau, ou des solides transportés dans un liquide. Les compteurs monophasés-standards peuvent produire des résultats instables ou biaisés car la densité du fluide, le trajet acoustique, le profil de vitesse et la distribution de phase changent continuellement.
De petites quantités de gaz entraîné peuvent déjà affecter les mesures de Coriolis, ultrasoniques, magnétiques et DP de différentes manières. Les processus graves ou intentionnellement multiphasiques peuvent nécessiter des instruments spécialisés, des séparateurs, des mesures de fractions de phase-ou un étalonnage spécifique à l'application-.
Ne décrivez pas un compteur conventionnel comme étant adapté à un écoulement multiphasique sans définir :
- Les phases présentes
- Les fractions de phase attendues
- Régime d'écoulement
- Pression et température
- Sortie requise
- Incertitude acceptable
- Si le résultat doit être un débit total ou un débit de phase individuel
Erreurs courantes de sélection du débitmètre
| Erreur | Pourquoi ça échoue | Meilleure approche |
|---|---|---|
| Sélection par taille nominale de tuyau | Le diamètre du tuyau ne définit pas le débit minimum, normal ou maximum | Dimensionner le compteur à partir de l'enveloppe de débit complète et de la plage de vitesse |
| Utiliser uniquement le débit maximum | Le compteur peut être instable pendant une demande normale ou minimale | Vérifiez la précision et la qualité du signal à Qmin, Qnormal et Qmax |
| Acheter la plus grande précision de titre | La définition de précision peut ne pas correspondre à la plage de fonctionnement réelle | Comparez le pourcentage de lecture, les-termes à grande échelle, la stabilité nulle et les effets installés |
| Ignorer la perte de pression | Le compteur peut augmenter la consommation d'énergie ou réduire la capacité du processus | Demander une courbe de perte de pression-dans les conditions réelles du fluide et du débit. |
| Ignorer la variation du fluide | Les changements de viscosité, de densité, de conductivité, de composition ou d'humidité peuvent altérer les performances | Définir les propriétés minimales, normales et maximales du fluide |
| En supposant que toutes les dispositions d'installation sont équivalentes | Les coudes, les vannes, les pompes, les tuyaux partiellement remplis et les vibrations affectent différemment les technologies. | Consultez le schéma de tuyauterie réel et le manuel d'installation avant de commander |
| Traiter l’étalonnage et la vérification de la même manière | Un contrôle fonctionnel n'établit pas toujours une précision traçable | Définir les preuves, références, points de test et limites d'acceptation requis |
| Ignorer l'accès à la maintenance | Un compteur approprié peut devenir coûteux ou dangereux à inspecter | Inclure l'isolation, la suppression, le nettoyage, les diagnostics et l'accès aux-pièces de rechange dans la sélection |
Liste de contrôle de la demande de prix pour les débitmètres
Préparez les informations suivantes avant de demander à un fournisseur de sélectionner et de dimensionner un compteur :
- Nom et composition du fluide
- Condition liquide, gazeuse, vapeur, boue ou multiphasique
- Débit massique, débit volumétrique, vitesse, énergie ou sortie totalisée requis
- Débit minimum, normal et maximum
- Démarrage, rinçage, nettoyage ou flux inversé
- Pression de fonctionnement et de conception
- Température de fonctionnement et de conception
- Plage de densité et de viscosité
- Conductivité électrique le cas échéant
- Solides, particules, bulles, humidité ou tendance au revêtement
- Taille du tuyau, calendrier, matériau, revêtement et épaisseur de paroi
- Tuyau droit disponible et raccords à proximité
- Orientation de l'installation et état du-tuyau complet
- Précision, répétabilité, temps de réponse et taux de réponse requis
- Perte de pression permanente acceptable
- Exigences relatives aux-matériaux mouillés et aux connexions-de processus
- Alimentation, sorties, communications et affichage
- Homologations environnementales,-pour zones dangereuses, hygiéniques ou autres
- Exigences d’étalonnage, de traçabilité et de vérification
- Contraintes de coûts d'arrêt, de maintenance et de cycle de vie-
Les données complètes du processus permettent au fournisseur de recommander une technologie, une taille de compteur, des matériaux de capteur, une configuration de transmetteur, une méthode d'installation et un plan de vérification. Pour soumettre ces conditions à un examen technique, utilisez leFormulaire de demande de débitmètre.
Foire aux questions
Q : Quel débitmètre est le meilleur pour l’eau ?
R : Les compteurs magnétiques sont de bons candidats pour l’eau conductrice dans les conduites pleines. Les compteurs à ultrasons sont souvent préférés pour les gros tuyaux, les enquêtes temporaires, les installations de rénovation et les applications où la coupe du tuyau n'est pas souhaitable. La décision dépend de la conductivité, de l'accès aux tuyaux, des bulles, des solides, de la perte de pression et de la précision requise.
Q : Quel débitmètre convient le mieux à la vapeur ?
R : Les systèmes à vortex et à-pression différentielle sont des choix courants. La sélection dépend de la vapeur saturée ou surchauffée, du faible débit de charge, du condensat, des vibrations, de la compensation de pression et de température, du tuyau droit et de la perte de pression.
Q : Quel compteur convient aux faibles débits ?
R : La réponse dépend du type de fluide. Les compteurs volumétriques-et les compteurs Coriolis sont souvent envisagés pour un faible débit de liquide, tandis que les compteurs massiques thermiques peuvent convenir pour un faible débit de gaz. Le compteur doit être dimensionné autour du débit minimum réel plutôt que du diamètre du tuyau de procédé.
Q : Un débitmètre peut-il mesurer à la fois les liquides et les gaz ?
R : Certaines conceptions Coriolis, ultrasons, vortex et pression différentielle-peuvent être configurées pour les liquides ou les gaz. Cela ne signifie pas qu'une configuration peut être déplacée entre les fluides sans nouveau dimensionnement, configuration et vérification.
Q : Quand dois-je utiliser une pince-sur un débitmètre à ultrasons ?
R : Utilisez-le comme candidat solide lorsque le processus ne peut pas être arrêté, que le tuyau ne peut pas être coupé, que la perte de pression doit être évitée, que la contamination doit être évitée ou qu'une mesure temporaire est requise. Confirmez les données de la canalisation, les conditions acoustiques, le profil d'écoulement et la qualité du signal avant de le traiter comme solution finale.
Q : À quelle fréquence un débitmètre doit-il être calibré ?
R : Il n’existe pas d’intervalle unique pour chaque application. L'intervalle doit refléter le risque du processus, les exigences réglementaires ou de qualité, la dérive historique, la gravité du fluide, l'historique de maintenance, les diagnostics de l'instrument et le coût d'une lecture incorrecte.
Q : Un débitmètre plus grand offre-t-il une plage utile plus large ?
R : Pas nécessairement. Un alésage plus grand réduit la vitesse au même débit et peut affaiblir les performances à faible-débit. La taille du compteur sélectionnée doit placer la plage de fonctionnement réelle à l'intérieur de l'enveloppe de performances utile.
Q : Quelle est la différence entre un capteur de débit et un transmetteur de débit ?
R : Le capteur répond à la condition physique du débit. Le transmetteur traite ce signal et fournit un affichage, une sortie analogique, une impulsion, une alarme, une communication numérique ou un résultat compensé. Certains produits combinent les deux fonctions dans un seul boîtier.
Conclusion
Une mesure de débit fiable commence par les exigences du processus plutôt que par le catalogue de produits. Définissez l'objectif de mesure, les propriétés du fluide, la plage de débit complète, le débit requis, les conditions d'installation, les matériaux, l'objectif de performance, le plan d'étalonnage et le coût du cycle de vie avant de sélectionner une technologie.
Utilisez ces conditions pour éliminer les technologies inappropriées et créer une liste restreinte. Comparez ensuite la taille du compteur, le comportement en faible-débit, la perte de pression, l'incertitude installée, les exigences de maintenance, les communications et l'assistance des fournisseurs. Le bon débitmètre n’est pas simplement l’instrument doté de la plus haute précision publiée. C'est l'instrument qui peut fournir des mesures stables, vérifiables et maintenables dans les conditions réelles du processus.
