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Auteur(s)
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Claude GAILLEDREAU : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Chimie et de Physique de Bordeaux
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le marché du débitmètre industriel offre actuellement un grand nombre de types différents d’instruments qui, pour les principaux, peuvent être classés comme suit :
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débitmètres à pression différentielle (ou à orifice déprimogène), rotamètres ;
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déversoirs et chenaux ;
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débitmètres à turbine, compteurs ;
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débitmètres électromagnétiques, débitmètres à ultrasons ;
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débitmètres de type oscillant.
Chacun de ces types de débitmètres a son domaine d’application préférentiel en fonction du fluide, du besoin en étendue de mesure et en précision.
Les débitmètres à orifice déprimogène sont très largement utilisés dans l’industrie, tant pour les liquides que pour les gaz et vapeurs, propres ou légèrement chargés.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 1981 par Claude GAILLEDREAU
- Version archivée 3 de sept. 2008 par Claude GAILLEDREAU
- Version courante de oct. 2024 par Emmanuel THIBERT
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1. Principe de la mesure d’un débit par pression différentielle
L’écoulement d’un fluide à travers une constriction fut, dans son principe, exploité dès l’Antiquité : mesure du temps par sablier et clepsydre, « facturation » de l’eau distribuée par les aqueducs romains. La première analyse scientifique du débitmètre à pression différentielle ne remonte néanmoins qu’au début du 17e siècle, avec Castelli et Toricelli qui établirent que le débit dans un orifice est le produit de sa section par la vitesse d’écoulement du fluide, et qu’il varie comme la racine carrée de la chute de pression entre l’amont et l’aval. Bernouilli, un siècle plus tard, énonça le théorème qui décrit de façon rigoureuse ce phénomène, alors qu’Henri Pitot avait, quelques années auparavant, inventé une sonde permettant de mesurer de façon ponctuelle la vitesse d’écoulement d’un fluide. Venturi, un peu plus tard, avait décrit le premier instrument de mesure du débit dans une conduite. Avec l’ère industrielle, enfin, apparurent les premiers dispositifs standardisés : plaques à orifice aux États-Unis, au début du 20e siècle dans l’industrie du pétrole, tuyères normalisées vers 1930, en Allemagne [1].
La figure 1 schématise l’écoulement d’un fluide dans une conduite fermée cylindrique et de section constante, au passage d’un diaphragme sans épaisseur percé d’un orifice de section circulaire, centré. À débit constant, dans une conduite complètement remplie, chacune des sections droites 1, 2 et 3 est traversée en des temps égaux par des masses égales de matière ; la vitesse d’écoulement est donc, par exemple, plus élevée en 2 qu’en 1, de sorte que l’énergie cinétique du fluide s’accroît localement à la traversée de l’étranglement. L’évolution de la pression est également schématisée par le bargraph figuré au-dessus de la conduite. Il est à noter que ce n’est pas au droit de la constriction que la veine fluide active est la plus étroite mais un peu en aval, dans le plan dit « Vena Contracta » qui correspond à la section 2, figure 1.
La chute de pression statique à la traversée de la constriction entraîne une diminution...
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