Article de référence | Réf : R2010 v3

Systèmes de tranquillisation
Mesure et contrôle de niveaux - Introduction

Auteur(s) : Florestan OGHEARD

Relu et validé le 26 avr. 2021

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RÉSUMÉ

Cet article traite des fondamentaux de la mesure et du contrôle de niveau de liquides et de solides dans un contexte industriel. Les notions exposées en première et deuxième partie reprennent les définitions prérequises à une bonne mise en œuvre : niveau mesuré, hauteurs vraie et manométrique, interface, plan de référence, etc. Les parties suivantes décrivent les spécificités de la mesure de niveau relatives au produit (tranquillisation des liquides, particularités des solides en vrac), à la criticité de l'application (chaîne de mesure, fiabilité, sécurité) et à son adaptation aux conditions environnementales (températures extrêmes, agressions extérieures). Enfin, les dernières évolutions de la mesure de niveau, notamment en termes d'exploitation et de connectivité, sont présentées. 

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ABSTRACT

Level measurement and verification - Introduction

This article deals with the fundamentals of measuring and controlling the level of liquids and solids in an industrial context. The basic concepts exposed in the first and second part of this article use the definitions prerequisite for a good implementation: measured level, true height and gauge head, interface, reference plane, etc. The following sections describe the specifics of the level measurement relating to the stored product (tranquilization of liquids, particularities of bulk solids), the criticality of the application (measurement chain, reliability, safety) and its adaptation to environmental conditions (extreme temperatures, external aggressions). Finally, the latest developments in level measurement, in particular in terms of operation and connectivity, are presented.

Auteur(s)

  • Florestan OGHEARD : Chargé d’affaires référent technique - Centre technique des industries aérauliques et thermiques, Villeurbanne, France

INTRODUCTION

Rien ne semble plus banal qu’une mesure de niveau ! À côté des mesures de température, de pression et de débit, c’est une des quatre mesures fondamentales assumées par l’instrumentation industrielle. Cependant, la multiplicité des méthodes employées démontre que le niveau est, en réalité, un paramètre plus compliqué à maîtriser qu’il ne le paraît de prime abord. La complexité de la mesure de niveau est inhérente aux concepts mis en jeu. Que ce soit les différents mesurandes (niveau, hauteur vraie, hauteur manométrique), les spécificités relatives au produit stocké (tranquillisation des liquides, particularités des solides en vrac), la criticité de l’application (chaîne de mesure, fiabilité, sécurité) et son adaptation aux conditions environnementales (températures extrêmes, agressions extérieures), une multitude de paramètres est à prendre en compte afin d’optimiser le processus de mesure. Outre ces considérations purement techniques, la mesure de niveau peut également servir aux transactions commerciales lors de l’achat d’une quantité (volume ou masse) de produit stocké. Dans ce cas, les règles et normes de métrologie légales ajoutent des contraintes supplémentaires qu’il faudra considérer. La mise en œuvre d’une mesure de niveau doit ainsi répondre à diverses problématiques de sécurité, de rentabilité, ou de qualité des produits stockés. Omniprésente dans l’industrie, la mesure de niveau intervient dans un bon nombre d’applications, allant du contrôle (gestion d’automatismes, génie des procédés) à la détection de seuils (déclenchement d’alarmes) en passant par l’enregistrement de campagnes de mesures pour le suivi et l’analyse des systèmes (nappes phréatiques, barrages, rivières, réservoirs, consommation d’eau ou de carburant, etc). Les secteurs industriels les plus concernés par ces applications sont l’industrie chimique et pétrochimique, l’industrie agroalimentaire, pharmaceutique, ou encore le secteur de traitement de l’eau ou des industries en lien avec l’énergie et les matières premières.

Nota :

ce premier article introduit les généralités sur la mesure et le contrôle des niveaux, nécessaires à la compréhension des articles suivants :

  • « Mesure et contrôle de niveaux – Systèmes pour liquides ou solides » [R 2 011] ;

  • « Mesure et contrôle de niveaux – Systèmes propres aux liquides » [R 2 012] ;

  • « Mesure et contrôle de niveaux – Systèmes propres aux solides » [R 2 013] ;

  • « Comparatif des méthodes de mesure et de détection de niveaux » [R 2 014].

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KEYWORDS

measurement   |   level   |   height   |   location

VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v3-r2010


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3. Systèmes de tranquillisation

Des chicanes, des tôles perforées, ou encore des cloisonnements peuvent constituer une résistance hydraulique qui limite les mouvements de liquide ; c’est une solution indispensable, par exemple, dans les réservoirs embarqués soumis au roulis et au tangage.

Le tube de tranquillisation entoure une sonde, un capteur. Son but est autant de soustraire ce dernier aux ondulations rapides de la surface, que de le protéger contre de violents courants latéraux.

Une solution usuelle est constituée par la colonne de tranquillisation montée en parallèle sur un réservoir par l’intermédiaire de deux connexions. Ces dernières ont l’avantage d’induire un amortissement créé par leur résistance hydraulique (ou perte de charge) en série, mais aussi de permettre l’isolement de la colonne, appelée également, selon les usages, « cuve » ou « bouteille ». Cette solution, généralement satisfaisante, présente néanmoins un danger : si la résistance hydraulique d’une connexion (l’inférieure notamment) devient trop grande par suite de salissement, le déplacement de la colonne liquide dans la bouteille suit le mouvement dans le réservoir principal avec un certain déphasage. Pour cette raison, ce montage n’est pas à recommander dans le cas de liquides salissants ou déposants ; en outre, il exige des canalisations de fort diamètre et, si possible, des vannes d’isolement à passage direct, des vannes à boule, etc. Cela n’est pas toujours le cas avec les niveaux à glaces.

Pour qu’un système de tranquillisation installé sur interface liquide/liquide fonctionne correctement, compte tenu des variations de niveau prévisibles, les trois connexions de liaison doivent rester dans tous les cas noyées par leur fluide respectif (figure 2).

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ASCH (G.) -   Les capteurs en instrumentation.  -  8e édition. Dunod (2017).

  • (2) - GILLUM (D.R.) -   Industrial level, pressure, and density measurement.  -  ISA (1995).

  • (3) - LEWIS (J.) -   Solids Level Measurement and Detection Handbook.  -  Momentum Press (2012).

  • (4) - LITTLE (T.) -   Going the distance: Solids Level Measurement with Radar.  -  Momentum Press (2012).

  • (5) - CHO (C.H.) -   Measurement and Control of Liquid Level.  -  ISA (1982).

1 Sites Internet

Cours en ligne sur la mesure de niveau par technologie radar :

https://academy-online.krohne.com/elearning/fr/cours/mesure-de-niveau-radar/

Engineer’s Garage: level sensors :

https://www.engineersgarage.com/article_page/level-sensors/

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2 Normes et standards

ISO 2919 (2012), Radioprotection – Sources radioactives scellées – Exigences générales et classification

NF EN 13922 (2011), Citernes destinées au transport de matières dangereuses – Équipement de service pour citernes – Dispositifs limiteurs de remplissage pour carburants pétroliers liquides

Le catalogue des normes Iso et Afnor peut être consulté en ligne sur le site de l’Afnor : http://www.afnor.fr

DIN 7081 (1999), Pressure resistant oblong sight glasses of borosilicate glass without limitation in the range of low temperature

DIN 7080 (2005), Pressure...

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