Chapitre 3 - Capteurs de Débit

LAABIDI Ramzi ISET Radès/L3GMEN
Chapitre 3 :
Capteurs de débit
I. Généralités
I.1. Le débit
Le débit, c'est la quantité de fluide qui s'écoule ou qui est fournie par unité de temps.
Exemple : Le débit d'un cours d'eau, d'une pompe...
Il existe deux types de débits, le débit massique et le débit volumique.
Le débit massique (qm) et le débit volumique (qv) sont liés par la relation :
qm =   qv
qm : débit massique en kg/s
qv : débit volumique en m3/s
 : masse volumique kg/m3
I.2. Régime laminaire et régime turbulent
La Viscosité : C'est la résistance d'un fluide à son écoulement uniforme et sans

turbulence. En fonction de la viscosité du fluide, la répartition de la vitesse du fluide
n'est pas la même sur toute la surface.
Influence de la viscosité sur la vitesse du fluide
Le régime laminaire d'un fluide s'effectue par glissement des couches de fluide les
unes sur les autres sans échange de particules entre elles, par opposition au régime
turbulent.
Capteurs de débit 1
Ecoulement laminaire ou turbulent
Le nombre de Reynolds (Re) permet de déterminer le type d'écoulement :
 v D
Re 

 : maase volumique du fluide (kg/m3)

v : vitesse d’écoulemntdu fluide (m/s)
D : diamètre de la conduite (m)
 : viscosité dynamique du fluide (Pa.s)
- Si Re < 2100 : régime d’écoulement laminaire.
- Si 2100 < Re < 3000 : régime transitoire.
- Si Re > 3000 : régime d’écoulement turbulent.
II. Débitmètres volumiques

II.1 Présentation
Pour un écoulement laminaire la connaissance de la vitesse du fluide et de la section
de la canalisation suffit pour déterminer le débit du fluide.
Lors de la mise en place de ces capteurs, on s'attachera à les placer dans des parties
droites de canalisation et à distance respectable (en général plusieurs fois le diamètre
de la canalisation) de dispositif générant des pertes de charges importantes (coude,
restriction, vannes, etc...).
2.2 Débitmètre à tube de Pitot
Tube de Pitot
Dans un tube de Pitot, la mesure des pressions statique et totale permet de connaître la
vitesse du fluide :
2  P
v

v : vitesse d’écoulement du fluide (m/s)
P : Ptotale – Pstatique (Pa)
 : masse volumique du fluide (kg/m3)
Le débit volumique peut être déterminer par la relation suivante : qv = v  S
qv : débit volumique (m3/s)
v : vitesse d’écoulement (m/s)
S : section de la conduite (m2)
II.3. Débitmètres à organe déprimogène
Les principaux organes déprimogènes sont :
Les différents organes déprimogène
Le diaphragmest l'organe déprimogène le plus utilisé.
Un resserrement de la conduite ou un changement de direction créent entre amont et

aval une différence de pression P liée au débit par une relation de la forme :
P
qv = k 

qv : débit volumique (m3/s)
P = P1 - P2 (Pa)
: masse volumique du fluide (kg/m3)
k : une constante fonction de l'organe.
Pour mesurer le débit à l'aide d'un organe déprimogène, on utilise un transmetteur de

pression différentielle.
Montage du transmetteur de pression différentielle
II.4 Rotamètre - Débitmètre à flotteur
Débitmètre à flotteur (rotamètre)
Un flotteur tiens en équilibre dans une canalisation conique.

La gamme de mesure va :
 de 0,5 litre/h à 200 000 litres/h pour les gaz ;
 de 0,2 litre/h à 20 000 litres/h pour les liquides.
La précision est de 3 à 10 % de l'étendue de la mesure. La température du fluide peut
approcher 400 °C sous 25 bars.
II.5 Débitmètre à coupelle, à hélice ou à turbine

II.5.1 Présentation
Débitmètre à turbine
Ce type d'anémomètre, désigné aussi comme moulinet, comprend un corps d'épreuve

formé d'un ensemble de coupelle ou d'une hélice qui est mise en rotation par le fluide
en mouvement. La vitesse de rotation est mesurée par un dispositif tachymètrique.
II.5.2 Montage de mesure
On utilise les capteurs classiques de vitesse de rotation :
 La dynamo-tachymètrique ;
 Le capteur optique ;
 Le capteur inductif.
 La dynamo-tachymètrique :
C'est une machine à courant continu qui fournit une tension proportionnelle à la
vitesse de rotation de son rotor. L'inconvénient de ce type de mesure est que la
dynamo-tachymètrique diminue la sensibilité de notre capteur.
 Le capteur optique et le capteur inductif :
On transforme la vitesse de rotation en une suite d'impulsions électriques dont la
fréquence est proportionnelle à cette vitesse. On utilise un procédé optique ou
inductif.
II.5.3 Domaine d'utilisation
Des précisions de l'ordre de 1 % peuvent être atteintes. Cependant, la réponse
peut être faussée par de fortes turbulences et par des variations de vitesses
importantes. Leur domaine d'utilisation est de 0,1 à 30 m/s pour les gaz et de 0,05 à
10 m/s pour les liquides.
II.6. Débitmètres ultrasoniques

II.5.1. Présentation
Débitmètre ultrasonique
Un émetteur ultrasonique émet des trains d'ondes. La mesure du temps mis par le
signal pour parcourir la distance L entre l'emetteur et le récepteur nous permet de
connaître la vitesse du fluide. Le temps mis par l'onde ultrasonore pour aller de
l'émetteur vers le récepteur est :
L
t
c  v  cos 
avec :
 t : temps en s ;
 c : vitesse de propagation du son dans le fluide en m/s ;
 v : vitesse du fluide en m/s ;
 : angle entre la direction d’écoulement du fluide et la direction définie par le
couple émetteur / récepteur.
II.5.2. Caractéristiques métrologiques
L'intérêt de ce dispositif est qu'il est intrusif ; l'ensemble du dispositif est à

l'extérieur de la canalisation. Il est donc insensible à l'agressivité du fluide et
n'entraîne aucune perte de charge. Il permet des mesures de débit compris entre
0,1 m3/h et 105 m3/h, selon le diamètre de la conduite qui peut être compris entre
quelques millimètres et plusieurs mètres. Ce débitmètre est utilisé par exemple pour
mesurer le débits des hydrocarbures.
II.6. Débitmètre électromagnétique
II.6.1. Présentation
Capteur de débit électromagnétique
L'induction magnétique, de l'ordre de 10-3 à 10-2 T, est produite par deux bobines
placées de part et d'autre de la conduite de mesure. La conduite est en matériaux
amagnétique et est revêtue sur sa surface intérieure d'une couche isolante. Deux
électrodes de mesure sont placées aux extrémités du diamètre perpendiculaire au
champs B. Les bobines sont alimentées par une tension alternative (30 Hz par
exemple), afin d'éviter une polarisation des électrodes.
II.6.2. Caractéristiques métrologiques

Les liquides doivent avoir une conductivité minimale de l'ordre de quelques S/cm
(l'eau potable a une conductivité comprise entre 200 et 1000 S/cm), pour que la
résistance interne du générateur soit inférieure à la résistance d'entrée de l'appareillage
électronique.
 acides, bases, pâtes, bouillies, pulpes ;
 eau potable, eaux usées,
II.6.3. Étendue de la mesure

L'étendue de mesure est fonction du diamètre de la conduite, la vitesse d'écoulement
pouvant varier de 1 à 10 m/s.

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Exemple : Le débit d'un cours d'eau, d'une pompe...

Il existe deux types de débits, le débit massique et le débit volumique.

qm : débit massique en kg/s

qv : débit volumique en m3/s

 : masse volumique kg/m3

I.2. Régime laminaire et régime turbulent

La Viscosité : C'est la résistance d'un fluide à son écoulement uniforme et sans

Influence de la viscosité sur la vitesse du fluide

Ecoulement laminaire ou turbulent

Le nombre de Reynolds (Re) permet de déterminer le type d'écoulement :

 : maase volumique du fluide (kg/m3)

II. Débitmètres volumiques

2.2 Débitmètre à tube de Pitot

Les différents organes déprimogène

Le diaphragmest l'organe déprimogène le plus utilisé.

Un resserrement de la conduite ou un changement de direction créent entre amont et

Pour mesurer le débit à l'aide d'un organe déprimogène, on utilise un transmetteur de

Montage du transmetteur de pression différentielle

II.4 Rotamètre - Débitmètre à flotteur

Débitmètre à flotteur (rotamètre)

Un flotteur tiens en équilibre dans une canalisation conique.

II.5 Débitmètre à coupelle, à hélice ou à turbine

Ce type d'anémomètre, désigné aussi comme moulinet, comprend un corps d'épreuve

II.6. Débitmètres ultrasoniques

II.5.2. Caractéristiques métrologiques

L'intérêt de ce dispositif est qu'il est intrusif ; l'ensemble du dispositif est à

II.6. Débitmètre électromagnétique

Capteur de débit électromagnétique

II.6.2. Caractéristiques métrologiques

II.6.3. Étendue de la mesure

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