Capteurs de débit

première partie (1/4) : généralités

notion de débit			un peu de mécaflu
les capteurs volumiques			une grande famille
les capteurs massiques			moins nombreux
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Nous allons traiter dans le même ensemble les capteurs de débit et ceux de vitesse des fluides car ce sont des grandeurs voisines et l'on détermine souvent l'une à partir de l'autre, mais auparavant nous allons préciser quelques notions de mécanique des fluides qu'il s'agisse de fluides gazeux ou liquides.

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notion de débit

On détermine le plus souvent le débit volumique c'est à dire le volume de fluide qui s'écoule par unité de temps dans la canalisation considérée, tandis que le débit massique exprime la masse de fluide écoulé pendant cette même unité de temps. Ainsi Q_m =Q_v si l'on appelle la masse volumique du fluide.

Précisons que si, à température constante, les liquides peuvent être considérés comme incompressibles et donc de volume indépendant de la pression, il n'en est pas de même pour les fluides à l'état gazeux. Ainsi, pour un gaz un débitmètre volumique ne donnera une indication significative que si l'on connait simultanément la température et la pression, alors que pour un liquide seule la température sera utile et qu'en outre elle pourra varier légèrement sans que la plupart du temps cela affecte de manière significative la précision de la mesure. Il serait souvent préférable de mesurer le débit massique, mais c'est plus difficile.

Une autre difficulté provient de ce que l'on appelle les pertes de charge, c'est à dire la diminution de la pression le long d'une canalisation qui varie avec le débit, la section et la nature du fluide.

Enfin le régime d'écoulement dans la canalisation devra lui aussi être considéré lors du choix d'un type de capteur. On distingue un écoulement dit laminaire dans lequel les lignes de courant restent parallèles entre elles et l'écoulement turbulent dans lequel elles s'enchevêtrent. Dans le premier cas les pertes de charge sont proportionnelle à la vitesse de l'écoulement tandis que dans le second elles varient comme le carré de la vitesse. On caractérisera généralement un écoulement par un nombre sans dimension, dit nombre de Reynolds, R=VD/n = rVD/µ où V est la vitesse de l'écoulement, D le diamètre de la canalisation, n la viscosité cinématique du fluide (en m2/s) et µ la viscosité dynamique (en poise). On admet dans une canalisation circulaire que l'écoulement est laminaire pour R<2000 et turbulent si R>2000.

Bien sûr, outre les éléments précités, les frottements du fluide sur la canalisation vont avoir une importance, donc plus une canalisation sera de grand diamètre et de surface lisse et moins il y aura de frottement et donc d'influence sur le débit. Ceci va évidemment avoir des conséquences sur la conception et le choix des capteurs (cf notion de finesse). L'idéal serait évidemment un capteur n'apportant aucune perturbation au débit c'est à dire un capteur totalement externe à la canalisation, malheureusement ainsi qu'on va le voir il y a peu de cas où l'on réussit cet exploit et la plupart des principes de capteurs vont impliquer la présence dans la canalisation d'un dispositif qui va plus ou moins modifier l'écoulement.

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capteurs de débit volumique

Ce sont les plus nombreux. On va distinguer des capteurs mesurant la vitesse du fluide, des capteurs exploitant la pression différentielle entre deux points d'une canalisation, d'autres basés sur l'effet Vortex...et dans chacune de ces catégories on rencontrera plusieurs principes possibles.

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capteurs de débit massique

On rencontrera essentiellement des capteurs thermiques et des capteurs exploitant l'effet Coriolis.

Dans le chapitre suivant nous allons présenter quelques capteurs de débit volumique.