Principes

Sommaire
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Présentation

1 - Principes

1.1 - Mesure du débit de capacité thermique
1.2 - Mesure par convection
1.3 - Mesure du temps de transfert ou temps de vol. Méthode impulsionnelle

2 - Schémas de type capacité thermique

2.1 - Refroidissement simple
2.2 - Chauffage asservi
2.3 - Microdébitmètre symétrique

3 - Schémas de type convection

3.1 - Refroidissement simple
3.2 - Convection et chauffage asservi
3.3 - Convection. Autres dispositions

4 - Adaptateurs de débit

4.1 - Principe
4.2 - Adaptateurs linéaires pour débit compris entre 0,01 et 1 200 kg/h

Figure 8 - Adaptateur linéaire Figure 9 - Adaptateur dynamique
4.3 - Adaptateurs dynamiques pour débit élevé (débit nominal > 50 kg/h)

Bibliographie & annexes

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Auteur(s)

Jean-Louis DAUDON : Directeur technique de SETARAM

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INTRODUCTION

Les débitmètres thermiques servent à la mesure des débits de fluides. Ils s’appliquent aux gaz et aux liquides ; l’utilisation des produits pulvérulents est signalée (Thermal Instrument Co).

Il ne faut pas les confondre avec les instruments qui mesurent des débits de quantité de chaleur, utilisés en technique de chauffage (« compteurs d’énergie »).

Les débitmètres thermiques mettent en œuvre une ou plusieurs sources de chaleur, généralement d’origine électrique, et un ou plusieurs détecteurs de température. Le débit de fluide est déduit des variations de puissance thermique ou des variations de température provoquées par l’écoulement.

La littérature correspondante est abondante et reflète la variété des schémas possibles. Cela oblige à distinguer les principes physiques fondamentaux et les schémas théoriques mettant en œuvre ces principes.

Les réalisations industrielles reposent principalement sur :

le microdébitmètre symétrique, utilisé pour les gaz seulement ; c’est l’appareil le plus répandu, sans doute aussi le plus simple et le plus précis ; il est caractérisé par une large dynamique de mesure (rapport du débit maximal au seuil détectable) et par son indépendance vis-à-vis de la pression : indication du débit absolu ou massique pour un gaz déterminé ;
le débitmètre asservi à mesure de capacité thermique, principalement appliqué aux liquides ;
le débitmètre asservi convectif, pour les forts débits gazeux ; sa précision est modérée.

Les débitmètres thermiques ne comportent pas de pièces mobiles : ils sont robustes et fiables. Ils supportent bien les variations brusques de pression, les dépassements ou les inversions de débit ; ils couvrent un large domaine de pression. Ils indiquent le débit absolu, indépendamment de la pression.

Leur précision est variable selon les réalisations.

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Version archivée 1 de oct. 1983 par Jacques MERCIER

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-r2270

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Schémas de type capacité thermique

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1. Principes

Trois principes physiques sont exploités :

le débit de capacité thermique ;
la mesure par convection ;
la mesure du temps de transfert (ou « temps de vol ») : méthode impulsionnelle.

1.1 Mesure du débit de capacité thermique

Le débit est déduit de la puissance thermique nécessaire pour augmenter la température du fluide en écoulement d’une faible valeur prédéterminée (quelques degrés) ; on peut réciproquement exploiter la variation de température du fluide lorsqu’il reçoit une puissance fixe :

W = MC_pδT

( 1 )

avec :

W: puissance thermique mise en œuvre
M: débit-masse mesuré
C_p: capacité thermique massique du fluide à pression constante
δT: élévation de température du fluide.

Ce principe ne s’applique que si toute la masse du fluide est uniformément chauffée et se trouve en équilibre avec les détecteurs thermiques. Pratiquement, cela n’est réalisable que pour de faibles débits : quelques grammes ou dizaines (centaines) de grammes par heure.

Ces appareils sont donc toujours constitués d’un capteur sensible de faible débit nominal − le débitmètre proprement dit − associé à un répartiteur mettant en œuvre le débit total considéré sans limitation théorique de domaine utile : de quelques grammes à quelques dizaines de kilogrammes par heure 4.3 .

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