Capteurs de débitmètres vortex

Les débitmètres vortex sont composés de différents éléments, dont le tube de mesure, le corps perturbateur, le capteur, le préamplificateur et l'électronique de mesure (voir fig. 1). Dans la plupart des compteurs sur le marché, les capteurs n'ont pas de pièces mobiles et, par conséquent, ils ne sont pas soumis à l'usure et ne nécessitent pas de maintenance.

Les deux corps de débitmètres vortex les plus courants sont ceux avec des brides et ceux sans. Ce dernier est connu sous le nom de type sandwich (wafer) et est conçu pour l'installation entre deux brides de tuyauterie. Certains de ces modèles ont une longueur totale standardisée de 65 mm (2,5"), ce qui leur permet de remplacer directement les orifices.

La gamme standard disponible sur le marché couvre les diamètres nominaux de DN 15 à 300 (1/2 à 12"), certaines versions allant jusqu'à DN 400 (16"). Les pressions nominales peuvent atteindre PN 250 (classe ANSI 1500). Les fréquences vortex des diamètres nominaux supérieurs à DN 300 (12") sont très faibles et un traitement de signal puissant est nécessaire pour obtenir un signal stable. Pour les applications de grand diamètre, les débitmètres vortex sont relativement chers par rapport à ceux à plaque à orifice. De nombreux fabricants proposent également des modèles pour des températures très basses ou très élevées (–200 à +450 °C / –330 à +842 °F).

Les appareils avec deux capteurs indépendants et électroniques constituent un cas particulier (fig. 1). Ce design est principalement utilisé dans les industries où la mesure de redondance est considérée comme importante.

Les tourbillons produits par le corps perturbateur créent des variations de pression locales dans le flux qui peuvent être mesurées par divers capteurs et convertis en signaux électriques. Les types de capteurs privilégiés par les différents fabricants varient largement et peuvent être des capteurs capacitifs, piézoélectriques, ultrasoniques, à thermistance, mécaniques, de pression et à jauge de contrainte. Dans la plupart des cas, le capteur est soit intégré dans le corps perturbateur, soit immédiatement derrière lui. La plupart des capteurs actuels mesurent le tourbillon de manière capacitive ou piézoélectrique.

Les capteurs DSC utilisés par Endress+Hauser ont un capteur en forme de palette qui se trouve derrière le corps perturbateur (fig. 2). Cette palette (a) transmet les variations de pression des tourbillons à une électrode centrale (c) qui forme des condensateurs C1 et C2 avec l'électrode extérieure (d). La variation de la largeur de l'écart produit une variation de capacité variable périodiquement qui est proportionnelle à la différence de pression vortex, qui est traitée par l'électronique de mesure. L'équilibrage mécanique du capteur rend ces systèmes de mesure insensibles aux vibrations des canalisations.

Les principaux avantages du capteur DSC sont :

• La résistance aux chocs thermiques, par exemple dans les applications cryogéniques (voir fig. 3) ou dans les systèmes à vapeur. Le capteur DSC en acier inoxydable n'a ni pièces mobiles ni composants très sensibles et est extrêmement robuste.
• La résistance aux coups de bélier, par ex. dans les systèmes à vapeur.
• L'insensibilité aux vibrations des conduites. La distance entre l'électrode centrale et les électrodes externes n'est pas impactée par les effets d'accélération causés par les vibrations. La palette du capteur et l'électrode centrale sont parfaitement équilibrées, de sorte que les forces d'accélération produites par les vibrations agissent toujours au centre de gravité du système de capteurs et, par conséquent, ne génèrent pas de signaux supplémentaires liés aux vibrations.
• Largement insensible aux corps étrangers, car le capteur DSC est monté librement dans le tube de mesure. Dans les pires conditions, les dépôts sur la palette du capteur elle-même peuvent entraîner une réduction marginale de la plage de mesure (réduction), mais n'ont pas d'impact sur la précision de la mesure.