Débitmètres thermiques : Schémas de type capacité thermique

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 convection

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2. Schémas de type capacité thermique

Les dispositions concernant respectivement le circuit fluide, les éléments chauffants et les détecteurs de température sont variées. On a schématisé ici un écoulement en conduit tubulaire rectiligne, bien que d’autres formes soient utilisées, en particulier des conduits en U. Les éléments chauffants et les détecteurs sont disposés à l’extérieur du conduit, en bon contact thermique avec lui (en variante, ils font partie intégrante du conduit, figure 4 c).

Le conduit a un faible diamètre (quelques millimètres), une faible épaisseur de paroi (quelques dixièmes de millimètre) adaptée à la pression d’utilisation, une longueur de quelques centimètres. L’écoulement est laminaire.

Le conduit est disposé dans une enceinte protectrice isotherme E dont la température est proche de la température ambiante. En variante, cette enceinte est thermostatée. Les extrémités du conduit sont thermiquement solidaires de l’enceinte : l’équilibre de température nécessaire entre le fluide et les parois (cf. § 1.1 ) entraîne la quasi-identité des températures du fluide entrant et sortant avec celle de l’enceinte : le fluide est localement échauffé dans le conduit, mais il est ramené à la température ambiante en sortie.

La disposition en conduit rectiligne avec éléments actifs extérieurs présente les avantages suivants :

simplicité, robustesse, facilité de nettoyage ;
faible perte de charge ;
tenue et adaptation simple à la pression ;
tenue à la corrosion, adaptation de la nature du conduit.

L’ordre de grandeur du débit maximal est de 10 à 1 000 g/h.

L’écart de température est de 1 à 10 C.

2.1 Refroidissement simple

Un élément chauffant alimenté sous puissance constante provoque une...

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