Principe de mesure du débit par ultrasons

Cette méthode est utilisée pour mesurer les liquides et les gaz et utilise le fait que la vitesse de propagation des ondes acoustiques dans un fluide est directement influencée par la vitesse de ce fluide. En termes simples, nager à contre-courant nécessite plus de force et de temps que nager dans le sens du courant. La mesure de débit par ultrasons utilisant l'effet de temps de transit est basée sur ce simple fait physique (cf. fig. 1).

Dans cette méthode, les capteurs fonctionnent par paires. Une paire de capteurs ou plus est montée sur la conduite, et ils émettent et reçoivent des impulsions ultrasoniques de manière alternative (indiquées par le signal t₁ et t₂ dans la figure ci-dessous). En l'absence de débit, le signal t₁ est similaire à t₂, c'est-à-dire sans délai de temps de transit. Mais lorsque le fluide se déplace, les ondes ultrasoniques demandent des longueurs de temps différentes (en fonction du débit) pour atteindre l'autre capteur. Il en résulte un temps de transit (t₂ - t₁). Si la distance entre les deux capteurs est connue, la différence de temps de transit mesurée est directement proportionnelle à la vitesse d'écoulement. Les deux capteurs sont raccordés à un transmetteur. Le transmetteur excite les capteurs pour qu'ils génèrent des ondes sonores et mesure le temps de transit de ces ondes qui se propagent d'un capteur à l'autre :

Un débitmètre Doppler utilise l'effet Doppler (parfois appelé le décalage Doppler) pour mesurer le débit. Ce phénomène de physique nous est familier dans notre vie quotidienne. Il implique la réflexion des ondes d'objets en mouvement. La fréquence sonore d'une sirène d'ambulance, par exemple, baisse nettement une fois qu'elle est passée. Ainsi, un décalage Doppler est une augmentation (ou une diminution) de la fréquence des ondes sonores à mesure que la distance entre la source sonore et le récepteur augmente ou diminue.

Les débitmètres Doppler fonctionnent uniquement si le fluide contient des particules, des bulles de gaz, etc. qui réfléchissent les ondes sonores émises. Un débitmètre Doppler nécessite un capteur qui agit comme transmetteur et récepteur. (Fig. 2).

À côté de la méthode Doppler et de celle du temps de transit, le débit peut également être mesuré à l'aide d'une méthode de corrélation croisée. Cette méthode mesure le débit en détectant le passage de la perturbation ou du profil d'écoulement dans le débit à un point de mesure et détecte combien de temps (temps de transit) cette perturbation met pour se déplacer vers le prochain point de mesure. La distance entre les deux points de mesure (Δx) est connue et le temps de trajet est mesuré. Ainsi, la vitesse d'écoulement et le débit volumique peuvent être calculés.

Cette méthode peut être utilisée pour les mesures avec des vitesses d'écoulement très élevées et/ou des teneurs élevées en bulles de gaz entraînées ou en particules. Elle implique un puissant traitement du signal et l'équipement pour effectuer les nombreux calculs nécessaires et les comparaisons des perturbations et/ou profils.