partie 2_débit turbine

1Institut Algérien du pétrole

1ème Partie : Débitmètre à Turbine.

LES DÉBITMÈTRE 1ère Partie : A ORGANE DÉPRIMOGÈNE

2ème Partie : A TURBINE

École d’Ingénieurs de Boumerdès - Département d’InstrumentationMonographie sur

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

INSTITUT ALGERIEN DU PETROLE (IAP)

IAP

Année universitaire 2006-2007

Présenté par Présenté par :: M. FITAS MOUNIR M. FASLA AZEDDINE

Dirigé par Dirigé par :: M .Bouderbala


2 / 45 04/02/2007Institut Algérien du pétrole

• Généralités

• Théorie succincte

• Mesureurs

• Transducteurs

• Équipements récepteurs

• Caractéristiques fonctionnelles

• Installation

• Étalonnage

• Comparaison avec d’autres types de débitmètres

• Pour en savoir plus



Les débitmètres à rotor hélicoïdal sont utilisés à des fins industrielles et commerciales sur

quasiment tous les liquides dans des plages de température et de pression très étendues.

les compteurs à rotor hélicoïdal (ou à hélice) ont reçu des noms particuliers selon la nature

des liquides mesurés :

— compteur Woltmann pour l’eau ;

— compteur turbine dans l’industrie pétrolière,



Principe de fonctionnementLorsqu’un moulinet hélicoïdal est disposé dans l’axe d’une conduite où circule un liquide sous

pression (figure 1), son hélice tourne à une vitesse qui dépend directement du débit du

liquide. L’expérience montre que, sous certaines conditions et entre certaines limites qui

seront précisées plus loin , la vitesse angulaire de l’hélice est proportionnelle à la vitesse

moyenne d’écoulement du liquide, c’est-à-dire au débit-volume. On peut écrire :

q = k ω et avec q débit-volume instantané, V volume de liquide écoulé pendant

l’intervalle de temps (t 2 – t1), ω vitesse angulaire de l’hélice à l’instant t, k constante. Il est

donc possible de construire sur ce principe des débitmètres et des compteurs de volume pour

les liquides en circulation dans des conduites fermées.



Caractères communs à tous les appareils

Ces appareils se composent toujours des trois organes principaux suivants :

— un capteur (souvent appelé mesureur ) constitué essentiellement par un rotor à pales hélicoïdales placé à

l’intérieur d’un corps cylindrique parcouru par le liquide considéré ;

— un transducteur (souvent appelé sortie ou émetteur ) transformant la rotation du rotor en un signal

exploitable par l’indicateur ;

— un indicateur de débit (ou de volume écoulé ) du liquide en circulation



Mesure des débits variables

Dépend de nombreux facteurs :

— caractéristiques de construction des ailettes motrices (dimensions, angle, nombre) ;

— moment d’inertie du rotor et des autres pièces mobiles ;

— valeur du débit initial ;

— importance et rapidité des variations de débit ;

— masse volumique et, dans une moindre mesure, viscosité du liquide.

L’étude mathématique du phénomène est difficile, car il est régi par une équation différentielle

non linéaire, de la forme (en négligeant la viscosité et les frottements mécaniques) :

dω /dt = K1ρq2 – K2qω

avec : K1 et K2 étant des constantes pour un appareil donné.



Mesureurs

Il existe de nombreux modèles de mesureurs qui diffèrent selon le constructeur. Par ailleurs, l’importance du débit maximal, le mode de raccordement aux conduites, la nature du liquide à mesurer, les conditions de mesurage, etc., donnent lieu aussi à des différences de réalisation.

On peut toutefois distinguer les organes principaux suivants que tous les mesureurs possèdent :

— un corps tubulaire ;

— un rotor, coaxial au précédent ;

— des paliers ou coussinets pour supporter

l’arbre du rotor ; ainsi que, pour certains modèles :

— une chemise enveloppant le corps proprement dit ;

— des déflecteurs d’amont et d’aval.



Dispositions particulières

Différentes dispositions sont appliquées par divers constructeurs :

— pour réduire la poussée axiale exercée sur le rotor et diminuer ainsi les frottements sur les butées ;

— pour corriger l’influence de la viscosité sur la loi (2) liant vitesse du rotor et débit.

Ajustage des débitmètres et compteurs à turbine

À l’heure actuelle, tous les débitmètres et compteurs à turbine sont ajustés (opération réalisée en

usine ou laboratoire) d’une des deux manières suivantes :

— par action mécanique sur le mesureur ;

— par modification conventionnelle de la valeur du signal de sortie du mesureur.

Transducteurs

La rotation du rotor constitue en fait l’information recherchée. Il faut recueillir celle-ci hors de

l’enveloppe du mesureur. Deux grands principes de transmission sont employés : la voie

mécanique et la voie électrique (ou électromagnétique).



Équipements récepteurs

Les transducteurs électriques produisent des signaux qui doivent être :

— amplifiés ;

— mis en forme ;

— mis à l’échelle et, facultativement, corrigés ;

— exprimés ou affichés en unités de mesure.

Remarques :— un préamplificateur permet la transmission de signaux à des distances supérieures à 100 m ;— il est expressément recommandé d’utiliser des câbles blindés pour la transmission des signaux électriques, quel que soit leur niveau d’amplification.

Amplification

La mise en place d’un préamplificateur à proximité ou à l’intérieur même du transducteur électrique

s’avère indispensable chaque fois qu’il y a risque de perte d’informations ou de perturbations parasites

par le milieu extérieur. Le recours à des bobinages induits à haute impédance ne permet pas de résoudre

tous les cas difficiles : un tel bobinage à haute impédance présente, en effet, l’inconvénient d’amplifier

naturellement non seulement les signaux produits par la turbine, mais aussi tous les parasites

électromagnétiques présents dans l’environnement immédiat du débitmètre à un niveau tel que le bruit

électromagnétique ainsi amplifié ne pourra pas forcément être gommé au moment de la mise en forme

des signaux de mesure.



Mise en forme

Afin d’être exploitables par un dispositif électronique numérique, les signaux, éventuellement

amplifiés, doivent être mis en forme. Ils acquièrent la forme de signaux carrés avec seulement

deux niveaux possibles : un niveau bas (zéro) et un niveau haut (un).

Remarques :

— la mise en forme peut être effectuée soit au niveau du transducteur, soit au niveau de l’unité

électronique de traitement ;

— les problèmes de fonctionnement liés à l’amplification et à la mise en forme des signaux provenant

d’un débitmètre se rencontrent, lorsqu’ils existent, à la première mise en service du débitmètre sur son

lieu d’utilisation et lors des opérations d’étalonnage (à ces occasions, il est souvent nécessaire de

modifier les montages électriques existants).



Mise à l’échelle. Correction

Pour être exploitables, les signaux de mesure doivent être mis à l’échelle, c’est-à-dire exprimés

dans des unités de mesure compatibles avec l’utilisation prévue du débitmètre (expression en

débits ou en volumes).

En outre, ils doivent être corrigés des erreurs de mesure lorsque, d’une part, ces dernières sont

connues et que, d’autre part, leurs valeurs sont incompatibles avec l’exactitude recherchée.



_ Mesure des volumes

La mise à l’échelle consiste en une multiplication (par un nombre décimal) des signaux de

mesure mis en forme disponibles à l’entrée de l’unité électronique de traitement, puis en

l’incrémentation d’une unité des registres internes dédiés à la fonction de comptage, chaque

fois que le volume mesuré a augmenté d’une unité de comptage (exemples : 1 L, 1 m3,...).

_ Correction

La correction des erreurs de mesure vise à adopter, à chaque multiplication, le nombre décimal

conduisant à minimiser les erreurs de comptage en tenant compte des conditions de fonctionnement

du débitmètre (débit) et éventuellement de la valeur de certains paramètres d’influence liés à la

nature ou aux conditions de manipulation du liquide mesuré (viscosité, pression, température).



_ Mesure des débits

La mesure des débits diffère de celle des volumes par le fait qu’il n’y a pas d’incrémentation des

signaux de mesure. L’information prise en compte par l’unité électronique de traitement n’est plus le

volume élémentaire attaché à chaque signal de mesure, mais le temps séparant chaque signal et par

conséquent leur fréquence d’arrivée à l’unité électronique. La mise à l’échelle et la correction relèvent

des mêmes principes que ceux évoqués ci-dessus, mais sans l’opération d’incrémentation.



Expression des résultats

Les résultats de mesure peuvent être indiqués, imprimés, mémorisés ou même transmis à

distance par l’unité électronique de traitement. Les constructeurs de débitmètres peuvent fournir

les différents appareillages permettant d’assurer ces diverses fonctions. Les unités électroniques

de traitement peuvent être également prévues pour remplir des fonctions complémentaires,

augmentant ainsi le champ d’application des débitmètres à turbine ;

à titre d’exemples, on peut citer :



a) la somme des volumes et des débits mesurés par deux instruments montés en parallèle

et la comparaison de leurs écarts respectifs ; il est ainsi possible de déceler des

anomalies de répartition d’un liquide entre deux circuits identiques ou d’éventuels

défauts de fonctionnement des mesureurs ;

exemple d’application : le comptage des hydrocarbures dans les oléoducs ;

b) la différence des volumes et des débits mesurés par deux appareils montés en

circuit fermé ; exemple d’application : mesure de la consommation des brûleurs de fours

ou des moteurs Diesel ;



c) la conversion des débits et volumes dans les conditions de mesurage en débits et

volumes dans des conditions de référence ; à cet effet, on associe au débitmètre des

instruments de mesurage tels que : sonde thermométrique, sonde manométrique,

densimètre, ... ; exemples d’application : comptage des liquides cryogéniques, comptage

d’alcool pur ;

d) la mesure des quantités de chaleur ou de froid; dans ce cas l’unité électronique

effectue automatiquement la multiplication de la quantité du liquide traversant le

mesureur par la différence d’enthalpie correspondant à la différence des températures

mesurées respectivement par deux sondes thermométriques placées l’une sur la

canalisation d’alimentation et l’autre sur celle d’évacuation de l’installation considérée



e) la mesure des débits-masses et des masses de liquides en circulation dans une

installation ; à cette fin, on associe un densimètre en continu au débitmètre et à l’unité

électronique adéquate. Les résultats de mesurage fournis par de tels appareils peuvent

être exprimés en masse absolue (c’est-à-dire que l’on obtiendrait dans le vide) ou en

masse conventionnelle (c’est-à-dire comparable à celle que l’on obtiendrait avec un

instrument de pesage).



Caractéristiques fonctionnelles

Pression maximale

Sous l’effet de la pression, le corps des mesureurs peut se dilater, conduisant ainsi à une augmentation de la

section de passage et donc à un sous-comptage (la courbe d’erreur se déplace vers les valeurs négatives).

Pression minimale

La contraction de la veine liquide au droit du rotor provoque une augmentation de la vitesse et, de là, la

création de zones de basse pression. Il faut donc veiller à ce que la pression à l’aval du mesureur soit toujours

suffisante.

La norme ISO 2715 préconise :BP > 2ΔP+ 1,25pv avec BP pression absolue à l’aval du mesureur (à une

distance équivalente à quatre fois le diamètre de la conduite), ΔP chute de pression à travers le mesureur pour

le débit maximal de l’installation, pv pression de vapeur saturante du liquide à la température maximale de

fonctionnement.



a) Petits calibres : on construit des débitmètres de très faible diamètre ; de nombreux fabricants

commencent leurs séries à 12,5 mm, certains à 5 mm de diamètre. Le débit maximal correspondant

varie d’environ 150 à 500 dm3/ h. Il faut toutefois signaler que les performances métrologiques de

ces petits appareils sont inférieures à celles des autres , notamment l’étendue de mesure.

Débit maximal

Il dépend directement du diamètre du mesureur et de la perte de charge admise.



b) Gros calibres : les plus gros diamètres courants atteignent environ 660 mm et permettent des débits de

13 600 m3/ h. Les plus gros débitmètres installés sur l’oléoduc sud-européen ont un diamètre d’environ

400 mm et un débit nominal d’environ 5 000 m3/ h. Au-delà de ces diamètres, on installe sur les

conduites des débitmètres rétractables (dits aussi télescopiques ou à insertion), que plusieurs

constructeurs fournissent couramment. La figure 8 représente le principe d’un tel appareil. Son mesureur

se compose essentiellement d’une hélice de petit diamètre B fixée à l’extrémité d’une tige à crémaillère C.

Celle-ci peut être déplacée en translation, par le pignon d’un cabestan D, et arrêtée dans une position telle

que l’hélice soit située dans une partie (prédéterminée ou supposée telle) où la vitesse du liquide est égale

à la vitesse moyenne dans la section droite de la conduite. Une vanne G à ouverture totale permet de sortir

le mesureur sans qu’il soit nécessaire d’interrompre la circulation.



La précision de tels appareils est évidemment moindre que celle des débitmètres ordinaires.

Ils présentent cependant un grand intérêt si l’on a seulement besoin de mesures

comparatives, tout en offrant l’avantage de dégager complètement la conduite lorsque l’on

désire la nettoyer avec un racleur, comme on le fait, par exemple, pour les oléoducs.



Double sens d’écoulement

Il est parfois nécessaire d’utiliser indifféremment un débitmètre pour faire des mesures dans les deux sens

d’écoulement du liquide. L’appareil destiné à cet usage doit être conçu spécialement. Il doit en particulier :

— présenter une parfaite symétrie de construction ;

— être étalonné pour chacun des sens de rotation de son rotor ;

— comporter deux indicateurs, un pour chaque sens, commutés par un dispositif asservi au sens

d’écoulement ;

— être installé de manière symétrique.

Perte de charge maximale

La perte de charge occasionnée par les appareils de cette famille est toujours assez faible. Elle atteint en

général 0,2 à 0,5 bar au débit maximal avec l’eau ; pour un même appareil, elle varie sensiblement de façon

proportionnelle à la masse volumique du liquide et au carré du débit.



Exactitude et étendue de mesure

Les débitmètres à turbine sont, en général, très précis et permettent d’obtenir assez couramment une limite

d’exactitude de 1 %, 0,5 % ou même de 0,25 % sur la valeur mesurée. L’étendue de mesure est limitée,

aux faibles débits, par l’inertie du rotor du mesureur et, aux forts débits, par la résistance à l’usure de ses

paliers. Métrologiquement, elle se définit par les débits minimal et maximal entre lesquels le coefficient de

proportionnalité de la vitesse du rotor au débit, après éventuelle correction par l’unité électronique du

traitement, ne s’écarte, en plus ou en moins, de sa valeur moyenne que d’une petite quantité relative au

plus égale aux limites d’exactitude choisies. L’étendue de mesure constitue un critère de qualité.

Elle est évidemment d’autant plus grande que les limites d’exactitude sont plus écartées. Certains

constructeurs font figurer sur leurs catalogues plusieurs étendues de mesure qui, pour un même appareil,

correspondent à des valeurs différentes de cet écart.



Fidélité et écart de linéarité

La fidélité peut s’exprimer pour les bons appareils par une valeur maximale de 0,1 % de la valeur

mesurée sur toute l’étendue de mesure.

Résolution

Cette notion s’applique aux informations accessibles en sortie de l’unité électronique de traitement. Pour

les informations de débit, les horloges internes ont une précision telle que les valeurs disponibles peuvent

être fournies avec une résolution quasi illimitée. Pour les volumes, la résolution des informations

disponibles est métrologiquement limitée par le volume de liquide correspondant à une impulsion de

mesurage produite par le mesureur.



Temps de réponse

La mesure précise des débits rapidement variables est difficile avec les débitmètres à turbine. Elle

nécessite l’emploi d’une chaîne de mesure présentant un faible temps de réponse. Outre le moment

d’inertie du rotor, les facteurs suivants interviennent dans le temps de réponse total :

— nombre d’impulsions émises par tour ;

— constante de temps de l’unité électronique de traitement ;

— fréquence de lecture des valeurs de mesure fournies par l’unité électronique de traitement.

Il en résulte que tout instrument affiche avec un léger retard, souvent négligeable, la valeur exacte du

débit, lorsque celui-ci est variable. la constante de temps figurant dans certaines notices ne caractérise

que le mesureur proprement dit et pour une variation de 50 % du débit maximal. Les autres facteurs

intervenant dans le temps de réponse total doivent donc, si besoin, être demandés aux constructeurs.



Température

L’emploi d’un appareil pour mesurer le débit (ou le volume écoulé) d’un liquide dont la température est

très différente de celle à laquelle il a été étalonné entraîne une certaine erreur qui dépend de la nature du

matériau constituant le corps du débitmètre. Une correction doit donc être apportée, si l’écart de

température est important, en appliquant aux informations de débit (ou de volume) le facteur de correction

ci-après, qui représente la dilatation du mesureur : 1 + 3a (Tm – Te ) avec Tm (oC) température du

mesurage (c’est-à-dire celle du liquide mesuré), Te (oC) température d’étalonnage, a coefficient de

dilatation linéaire du matériau constituant la partie interne du mesureur :

• 28 × 10–6 K–1 pour les alliages d’aluminium,

• 18 × 10–6 K–1 pour l’acier inoxydable.

C’est ainsi qu’il est admis que des débitmètres étalonnés à 20 C° peuvent être utilisés soit pour des

produits réchauffés (80 à 120 C°), soit pour des liquides cryogéniques (exemple : oxygène liquide dont la

température d’ébullition est – 183 C° à la pression atmosphérique), avec le facteur de correction ci-

dessus.



Installation

Le mesureur peut être monté indifféremment à axe horizontal ou vertical (de préférence avec écoulement

ascendant), exception faite pour les gros calibres qui doivent toujours être installés horizontalement.

Afin d’assurer l’exactitude des mesures, il est nécessaire de suivre certaines règles de pose :

— la conduite d’alimentation doit être lisse intérieurement, rectiligne et exempte d’organes tels que :

vanne, coude, partie non cylindrique, susceptibles de perturber l’écoulement ;

— le sens d’écoulement indiqué sur l’enveloppe doit être respecté;

— le diamètre nominal doit être le même que celui de la canalisation.

Exceptionnellement il peut être nécessaire d’employer un appareil de plus petit diamètre, pour bénéficier

d’une augmentation de l’exactitude. Dans ce cas, le raccordement doit être effectué au moyen

d’éléments coniques disposés à distance suffisante du mesureur (10 à 15 D en amont, 5 à 7 D en aval) ;



— il y a lieu de prévoir des dispositifs de tranquillisation destinés à s’affranchir des perturbations

d’écoulement du liquide et qui sont constitués par la combinaison d’un tranquilliseur disposé

immédiatement en amont du débitmètre et de canalisations droites disposées en amont du tranquilliseur

et en aval du débitmètre. Un tranquilliseur est généralement constitué par un ensemble de tubes, de

cloisons longitudinales ou d’autres éléments disposés longitudinalement dans une tuyauterie droite ; il

peut être aussi constitué par une série de panneaux perforés ou d’écrans en toile métallique, mais ces

systèmes conduisent à une chute de pression plus importante que les systèmes précédents. Les

canalisations droites disposées en amont ont pour mission de supprimer ou d’atténuer l’éventuelle

rotation imprimée au liquide par les irrégularités du circuit hydraulique. La canalisation droite disposée en

aval a pour but d’éviter que le mouvement du rotor ne soit influencé par les ondes de choc dues aux

irrégularités hydrauliques se trouvant après le mesureur. Les brides et leurs joints doivent être alignés à

l’intérieur de la tuyauterie et les joints ne doivent pas rétrécir le courant liquide ; les brides du débitmètre

doivent être marquées pour assurer l’alignement du tranquilliseur et du débitmètre après assemblage ;



— la conduite doit être nettoyée sur toute sa longueur en amont du mesureur, avant montage de celui-ci ;

des vannes peuvent faciliter l’entretien de l’appareil ;

— lorsque le débit est réglé par une vanne, celle-ci doit toujours être située en aval, afin d’éviter tout

dégagement de gaz et toute cavitation dans l’appareil ; lors de la mise en service, il risquerait même d’être

mû par de l’air, de tourner à très grande vitesse et ses paliers pourraient en souffrir ;

— la liaison entre émetteur et récepteur doit être assurée par un câble blindé bipolaire sous gaine

isolante. Certains appareils sont munis de prises de courant normalisées, ce qui facilite les raccordements.

Le type antidéflagrant s’impose pour les installations où circulent des hydrocarbures ;

— l’installation doit être protégée, si nécessaire, par un filtre capable de retenir les particules abrasives ou

autres pouvant bloquer le mécanisme du mesureur ou provoquer son usure prématurée ;



— l’installation doit être réalisée de manière à éviter tout passage d’air, de vapeur ou de gaz dans le

débitmètre en plaçant, si nécessaire, un dispositif de dégazage en amont du débitmètre. Un tel dispositif

est installé aussi près que possible du compteur, comme cela résulte des bonnes pratiques, mais cependant

pas trop près pour ne pas provoquer de remous ou conduire à un profil non uniforme des vitesses à l’entrée

du débitmètre ; les vapeurs doivent être évacuées de façon inoffensive. Si cet éloignement minimal ne peut

pas être respecté (pour des raisons d’encombrement), il y a lieu de prévoir impérativement un dispositif de

raccordement à un moyen d’étalonnage, afin de connaître les caractéristiques métrologiques du débitmètre

dans ses conditions réelles d’emploi ;



— lorsque l’installation comporte une conduite de by-pass du débitmètre, celle-ci doit être munie d’une

vanne dont l’étanchéité doit être sûre.

— il est vivement recommandé d’équiper l’installation d’un dispositif de raccordement à un moyen

d’étalonnage, lequel dispositif est placé en aval du débitmètre mais en amont des organes régulateurs

de pression ; la distance entre débitmètre et moyen d’étalonnage doit être courte et le diamètre des

tuyauteries les reliant doit être suffisamment important pour qu’il n’y ait pas de diminution notable du

débit pendant les opérations d’étalonnage ; la tuyauterie doit être telle que le volume de liquide qui

subsiste entre le débitmètre et le point d’entrée dans le dispositif d’étalonnage demeure constant durant

les étalonnages ;

— lorsque l’installation comporte une sonde de température, la mise en place d’un doigt de gant, à

proximité de la sonde, aux fins de contrôle à l’aide d’un thermomètre étalon est généralement

appréciée ;



La norme ISO 2715 propose des illustrations de tous ces principes d’installation ; nous en avons extrait :

— la figure 13 qui donne une base schématique pour la conception d’une installation de mesurage

faisant appel à un débitmètre à turbine et à ses accessoires annexes ;

— la figure 14 qui donne un exemple de dispositif de tranquillisation comprenant un tranquilliseur ;

— la figure 15 qui montre le risque d’erreur que peut causer une pression (ou contre-pression)

insuffisante en aval du mesureur (risque de cavitation).



Étalonnage

Les débitmètres et compteurs à turbine sont très souvent utilisés pour le mesurage de liquides de valeur

marchande élevée. On exige donc qu’ils possèdent les qualités métrologiques les meilleures et, en

conséquence, qu’ils soient étalonnés très soigneusement.

Ce dernier paramètre, qui dépend de l’instrument lui-même, a pour principal effet de dégrader petit à petit

son exactitude et, aux petits régimes, sa fidélité. Cette considération, applicable à coup sûr à tous les

instruments comportant des pièces mobiles, conduit à démontrer la nécessité du contrôle périodique.

Les résultats d’étalonnage sont influencés par de nombreux facteurs :

— la masse volumique, la viscosité et la température du liquide mesuré ;

— le débit ;

— l’usure mécanique.



Il est possible de renoncer à l’étalonnage au lieu d’installation et de le remplacer par un étalonnage en

station d’essais centralisée lorsque certaines conditions sont réunies sur la station d’essais :

— reproduction des débits de mesurage ;

— liquides d’essais identiques ou possédant des caractéristiques analogues, en particulier la viscosité

(les essais peuvent être réalisés à pression et température différentes de celles du lieu d’utilisation, si des

corrections adéquates de dilatation-contraction sont apportées aux indications du débitmètre au lieu

d’utilisation ;



— conditions d’installation en station identiques ou analogues à celles du lieu d’utilisation :

• le débitmètre doit être étalonné avec son tranquilliseur,

• les dispositifs de tranquillisation doivent être reproduits avec une fidélité suffisante pour que les résultats

d’étalonnage soient réputés utilisables au lieu d’utilisation avec un niveau d’exactitude donné ;

par exemple, une exactitude de 1 % exige la mise en œuvre de longueurs droites moins grandes qu’une

exactitude de 0,2 % ;

pour une exactitude encore meilleure (environ 0,1 %), certains utilisateurs complètent leurs exigences en

matière de dispositifs de tranquillisation par des exigences en matière de conditions d’alimentation ; par

exemple, on peut compléter une installation avec la mise en place d’un dispositif perturbateur type à forte

perte de charge détruisant les effets des irrégularités du circuit hydraulique. On mentionnera ci-après les

caractéristiques propres à certaines méthodes d’étalonnage.



Jauges

Elles permettent de déterminer les volumes de liquides effectivement mesurés, c’est-à-dire

séparés de l’air, des gaz ou des vapeurs qu’ils contenaient au cours du mesurage. Elles

présentent l’inconvénient d’être très délicates d’emploi avec les liquides chauds (température

supérieure à 60 C°) et les liquides visqueux (viscosité cinématique supérieure à 20 mm2/s).

Lors de leur utilisation, il convient de veiller à la bonne étanchéité de leur vanne de vidange.

Tubes étalons

Ils présentent l’avantage d’être insensibles à l’évaporation et à la viscosité (pas de mouillage) du

liquide, d’être dépourvus de vannes susceptibles de fuir, d’être utilisés dans des conditions

voisines des conditions d’utilisation des débitmètres, de pouvoir être pilotés à distance et de

minimiser les problèmes de remise en ligne des liquides mesurés. Par contre, les résultats

d’étalonnage sont perturbés par la présence d’air, de vapeurs ou de gaz dans le liquide mesuré.

Les tubes étalons possèdent trois grandes limites d’emploi :

— débit maximal ;

— débit minimal ;

— température maximale.



Étalons de débit secondaires

Le recours à des débitmètres élevés au rang d’étalons s’impose dans le cas de gros

appareils qu’il n’est pas possible d’étalonner à l’aide de jauges ou de tubes étalons. Cette

méthode donne des résultats satisfaisants lorsque les débitmètres étalons, utilisés à poste

fixe (exemple classique : sur un banc d’essais) et étalonnés sans démontage présentent une

exactitude compatible avec celle des résultats d’étalonnage recherchés.

Pesée

Le recours à un instrument de pesage s’impose dans le cas de liquides difficiles à manipuler ;

exemples : liquides cryogéniques, liquides corrosifs ou toxiques. Pour être efficace, la méthode

nécessite une bonne connaissance de la masse volumique du liquide dans les conditions de

mesurages (dans le débitmètre et au moment de la pesée) ; à ce sujet, l’emploi de tables

reconnues donnant la masse volumique en fonction de la température (et quelquefois de la

pression) est chose fréquente à cause de la difficulté de manutention des liquides mesurés.



Le tableau 1 compare les appareils à turbine avec d’autres technologies de mesurage des liquides.



Normalisation Normes internationalesInternational Organization for Standardization ISO

ISO 2715 1981 : Hydrocarbures liquides. Mesurage volumétrique au moyen de compteurs à turbine.ISO 3354 1988 : Mesure de débit d’eau propre dans les conduites fermées. Méthode d’exploration du champ des vitesses dans les conduites en charge et dans le cas d’un écoulement régulier, au moyen de moulinets.ISO 4006 1991 : Mesure du débit des fluides dans les conduites fermées. Vocabulaire et symboles. Édition bilingue.ISO 4064-1 1977 : Mesurage de débit d’eau dans les conduites fermées. Compteurs d’eau potable froide.Partie 1 : Spécifications.ISO 4064-2 1978 : Mesurage de débit d’eau dans les conduites fermées. Compteurs d’eau potable froide. Partie 2 : Conditions d’installation. Additif 1 : 1983 à l’ISO 4064-2 : 1978. Compteurs fonctionnant en parallèle et en groupe.ISO 4064-3 1983 : Mesurage de débit d’eau dans les conduites fermées. Compteurs d’eau potable froide. Partie 3 : Méthodes et matériels d’essais.ISO 5168 1978 : Mesure de débit des fluides. Calcul de l’erreur limite sur une mesure de débit.ISO 7066-1 1989 : Évaluation de l’incertitude dans l’étalonnage et l’utilisation des appareils de mesure du débit. Partie 1 : Relations d’étalonnages linéaires.ISO 7066-2 1988 Évaluation de l’incertitude dans l’étalonnage et l’utilisation des appareils de mesure du débit. Partie 2 : Relations d’étalonnages non linéaires.ISO 7145 1982 : Détermination du débit des fluides dans les conduites fermées de section circulaire. Méthode par mesure de la vitesse en un seul point.ISO 7194 1983 : Mesure de débit des fluides dans les conduites fermées. Mesure de débit dans les conduites circulaires dans le cas d’un écoulement giratoire ou dissymétrique par exploration du champ des vitesses au moyen de moulinets ou de tubes de Pitot doubles.ISO 7858-1 1985 : Mesurage de débit d’eau dans les conduites fermées. Compteurs d’eau potable froide. Compteurs combinés. Partie 1 : Spécifications.ISO 7858-2 1987 : Mesurage de débit d’eau dans les conduites fermées. Compteurs d’eau potable froide. Compteurs combinés. Partie 2 : Conditions d’installation.ISO 7278-1 1987 : Hydrocarbures liquides. Mesurage dynamique. Systèmes d’étalonnage des compteurs volumétriques. Partie 1 : Principes généraux.ISO 7278-2 1988 : Mesurage de débit d’eau dans les conduites fermées. Compteurs d’eau potable froide. Compteurs combinés. Partie 2 : Tubes étalons.ISO 7278-3 1986 : Mesurage de débit d’eau dans les conduites fermées. Compteurs d’eau potable froide. Compteurs combinés. Partie 3 : Techniques d’interpolation des impulsions.



Réglementation

Lorsque les débitmètres à turbine sont utilisés pour des opérations concernant la garantie publique, opérations commerciales ou fiscales essentiellement, mais aussi détermination de salaires, expertises judiciaires,répartition de marchandises, ils entrent dans le champ de la métrologie légale et, à ce titre, sont soumis à la réglementation de la sous-direction de la Métrologie les concernant :— Décret no 72-145 du 18 février 1972 ;— Arrêté du 12 mai 1972 ; pour ce qui concerne le mesurage des liquides autres que l’eau.__ Décret no 72-145 du 18 février 1972 réglementant la catégorie d’instrum nts de mesurage : ensembles de mesurage à compteur turbine destinés à déterminer le volume des liquides autres que l’eau.Ce décret (JO du 24 février 1972) apporte deux définitions :— un ensemble de mesurage à compteur turbine est constitué par une installation comportant un compteur turbine et les dispositifs nécessaires au bon fonctionnement et à l’utilisation de cette installation ;— un compteur turbine est un compteur dans lequel le liquide provoque la rotation d’un organe mobile à pales avec une vitesse proportionnelle au débit, permettant ainsi de mesurer le volume de liquide qui traverse le dispositif mesureur ; il comporte un dispositif indicateur gradué en unités légales de volume.— l’erreur maximale tolérée sur les volumes délivrés par un ensemble de mesurage à compteur turbine en service, dans les conditions usuelles d’emploi et dans les limites d’utilisation précisées par arrêtés ministériels (pris en application), est fixée, en plus et en moins, à :• 0,5 % de la quantité mesurée pour tout volume égal ou supérieur à deux fois la livraison minimale,• 1 % de la livraison minimale pour tout volume compris entre une fois et deux fois la livraison minimale.__Arrêté du 12 mai 1972relatif à la construction, la vérification et l’utilisation des ensembles de mesurage à compteur turbine destinés à déterminer le volume des liquides autres que l’eau. Ce texte a été publié au Journal Officiel du 28 mai 1972.



Dispositions générales

Tout ensemble de mesurage à compteur turbine doit être conforme à un modèle approuvé. Des décisions

d’approbation peuvent également porter sur des éléments constitutifs d’un ensemble de mesurage

(par exemple : un compteur ou encore un mesureur). Les essais effectués en vue de l’approbation d’un

modèle portent, en principe, sur trois exemplaires. Lorsqu’ils concernent un compteur turbine, ces essais

doivent, en principe, comporter un essai d’endurance de 300 h au débit maximal du compteur. Après cette

épreuve, la variation maximale de l’erreur du compteur ne doit pas excéder 0,3 % de la quantité mesurée. Les

décisions d’approbation relatives aux ensembles comportent en outre une description complète du montage :

mode d’alimentation, filtres, dispositif de dégazage, dispositifs de tranquillisation, organe de régulation, etc., et

fixent la valeur de la livraison minimale de ces ensembles de mesurage.



Construction

Les matériaux de construction doivent être adaptés à l’usage de destination pour ce qui est du liquide mesuré

(pression, température, agressivité, alimentarité) et de l’environnement (entre autres, les influences électriques et

électromagnétiques extérieures). Lorsque le dispositif indicateur recueille des signaux électriques émis par le

mesureur, les précautions nécessaires doivent être prises pour que tous ces signaux et eux seuls soient, avec

certitude, transmis au dispositif indicateur.

Vérification

La vérification des ensembles de mesurage peut être effectuée avec des jauges ou des tubes étalons ou tout

autre moyen adapté. Les capacités de ces moyens de vérification doivent être telles que l’indication des

compteurs vérifiés peut être appréciée avec une erreur inférieure ou égale à un dix-millième de leur capacité.

Utilisation

Dans le cas de mesurages de liquides présentant entre eux des écarts tels que les variations de l’erreur

dépassent la moitié des erreurs maximales tolérées des ensembles de mesurage en service, l’emploi de tels

ensembles est admis sous réserve de l’application de coefficients de correction établis pour différentes zones de

fonctionnement. L’établissement de ces coefficients est effectué sous le contrôle des autorités compétentes et en

présence des parties intéressées qui désirent assister aux opérations d’étalonnage.



Constructeurs. Distributeurs

Alma Instruments , Bopp et Reuther commercialisé par Métra ,

Cergydis , Endress + Hauser.Étoile International , Euro Air Instruments , Faure Herman ,

Foxboro , George Fischer.Kobold Instrumentation , Krohne , Mair Mesures ,

OTIC Fisher et Porter , Rosemount sarl.



Merci de votre attention

partie 2_débit turbine

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