quatrième
partie (4/4) : capteurs massiques et vortex
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les
tourbillons |
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un
effet tordant |
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débitmètre
à effet vortex
Le principe est basé
sur le phénomène de génération de tourbillons,
appelé effet Karman. Lorsque le fluide rencontre un
corps non profilé, il se divise et engendre des tourbillons (le vortex),
de part et d'autre et en aval du corps non profilé. Le nombre de tourbillons
formés en aval par unité de temps est proportionnel au débit
moyen. Une vitesse précise d'écoulement du fluide sera donc
obtenue par le comptage des tourbillons à l'aide d'un capteur sensible
aux variations oscillatoires de pression, typiquement un capteur piézorésistif.
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| principe de
l'effet vortex |
capteur à
effet vortex |
On constate que la vitesse
du fluide = fréquence des tourbillons / facteur K
Le facteur K dépend du nombre de Reynolds, mais il est presque constant
sur une assez vaste plage de débit.
Ce type de capteur est
destiné aux liquides propres, gaz ou vapeur pour des débits
importants dans des canalisations comprises entre 12 et 500mm de diamètre.
La précision atteint environ 1%. Il entraîne évidemment
une perte de charge notable puisqu'il y a un obstacle dans la canalisation.
débitmètre
à effet Coriolis
L'ingénieur français Coriolis
a montré que tout corps pesant qui tombe à la surface de la Terre
ou dans l'atmosphère tend à dévier vers l'est dans l'hémisphère
nord, vers l'ouest dans l'hémisphère sud. Un corps qui se déplace
de façon rectiligne sur la surface d'un objet en rotation subit une force
perpendiculaire à la vitesse de déplacement- la force dite de
Coriolis - L'influence de la rotation de la terre est très faible, mais
on peut exacerber ce phénomène dans une structure originale qui
a conduit au débitmètre dit de Coriolis.
On va considérer dans un
système en rotation, la force qui agit perpendiculairement sur la masse
en mouvement dans le système, selon le vecteur vitesse relative et
sur l'axe de rotation du système. Pour une masse m se déplaçant
à une vitesse v, dans un système en rotation ayant lui-même
une vitesse angulaire a, la force de Coriolis vaut F = 2 m a v . Le débitmètre
de Coriolis utilise comme détecteur un tube sans obstacle que l'on
fait vibrer à sa fréquence de résonance au moyen d'un
bobinage placé à mi parcours du capteur. Lorsque des particules
de fluide se déplacent dans le tube elles vont provoquer des forces
de Coriolis qui agissent en sens opposés sur les deux moitiés
du tube : dans la première moitié du tube le fluide freine l'oscillation
tandis qu'il l'accélère dans la seconde moitié en restituant
l'énergie qu'il a acquise dans la première moitié. Il
en résulte une distorsion du tube ce qui se traduit par un retard de
phase entre l'entrée et la sortie que l'on va mesurer à l'aide
de capteurs inductifs. Ce décalage temporel entre les deux signaux
oscillatoires est proportionnel à la force de Coriolis et donc au débit
massique.
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un autre capteur coriolis |
Les débitmètres
de Coriolis sont employés très fréquemment dans l'industrie
agroalimentaire, les huileries en particulier mais aussi dans l'industrie
chimique pour les produits assez visqueux.
