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Débitmètre Coriolis : comment fonctionne-t-il ?

Comment la mesure précise des faibles débits de gaz et de liquides est-elle liée à la force de Coriolis ? Ce phénomène est largement reconnu dans le domaine de la météorologie. Voyons comment les débits les plus élevés et les plus faibles reposent sur le même principe.

  1. Qu'est-ce que la force de Coriolis ?
  2. Comment fonctionne un débitmètre Coriolis ?
  3. Débitmètre Coriolis vs débitmètre thermique
  4. Les défis à relever pour un débitmètre Coriolis
  5. Les applications pour lesquelles le débitmètre Coriolis est le meilleur choix
  6. Les débitmètres Coriolis de notre gamme

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Vidéo sur le fonctionnement d'un débitmètre Coriolis 


1. Qu’est-ce que la force de Coriolis ?

Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi le vent dans l’hémisphère nord souffle principalement dans une direction ouest/est en conditions dépressionnaires ? 

La réponse réside dans la rotation de la Terre sur son axe, principalement dans le sens est/ouest, et à une vitesse plus élevée à l’équateur qu’aux pôles. Cette rotation entraîne le vent et le force à souffler principalement d’ouest en est dans l’hémisphère nord. C’est le scientifique français Gaspard-Gustave de Coriolis qui a découvert que l’air en mouvement subit une force latérale et a donné son nom à la force de Coriolis. Le premier message à retenir est le suivant : la force de Coriolis explique la déviation de l’air en mouvement dans un système en rotation. En fait, la force de Coriolis est une force inertielle de la masse.


2. Comment fonctionne un débitmètre Coriolis ?

L’effet Coriolis est également utilisée pour une application plus « terre à terre » : la mesure du débit massique des gaz et des liquides. Dans ce cas, le fluide est amené à passer au travers d’un tube en vibration.

Dans le débitmètre à effet Coriolis, un élément permet à un petit tube de vibrer en permanence à une fréquence donnée. Deux capteurs placés le long du tube mesurent l’oscillation de ce tube dans le temps. Sans fluide circulant dans le tube, les deux capteurs mesurent la même vibration au même moment. Cependant, lorsqu’un gaz ou un liquide circule dans le tube, la masse de ce fluide impose une torsion supplémentaire au tube en raison de l’inertie du fluide. La différence entre les deux, appelée « déphasage » est une mesure directe du débit massique à travers le tube. Ce déphasage entre les deux capteurs est proportionnel au débit massique du fluide circulant dans le tube : un écart de phase plus important est le résultat d’un débit massique plus élevé.

Les débitmètres massiques basé sur l’effet Coriolis vont encore plus loin : ils mesurent la densité du fluide ! Alors que le déphasage est une mesure du débit massique, la fréquence de vibration (naturelle) est une mesure de la densité du fluide. La densité d'un fluide affecte la fréquence de vibration du tube : les fluides plus denses vibrent à une fréquence plus basse que les fluides moins denses. Cette fréquence de vibration est donc une mesure directe de la densité du liquide ou du gaz. Le débit massique et la densité sont mesurés indépendamment l’un de l’autre à l’aide du même dispositif, illustrant la polyvalence des débitmètres Coriolis.

Comment fonctionne un débitmètre Coriolis ?
Principe de fonctionnement du débitmètre Coriolis

3. Débitmètre Coriolis vs débitmètre thermique

Les débitmètres Coriolis permettent de mesurer directement les débits massiques. La mesure directe du débit massique élimine les imprécisions dues aux propriétés physiques des fluides. Les débitmètres thermiques, quant à eux, permettent de mesurer indirectement les débits massiques. 
En raison de la méthode de mesure, il existe des différences fondamentales entre les deux types d’appareils, ce qui a une influence remarquable sur le choix d’utilisation.

Un débitmètre massique thermique utilise la capacité thermique du fluide pour mesurer le débit massique. Avec une sonde de chauffe et un ou deux capteurs de température au cœur du dispositif, la puissance utilisée pour le chauffage (avec un capteur) ou la différence de température entre les deux capteurs est directement proportionnelle au débit massique du fluide. Les débitmètres massiques thermiques sont principalement utilisés pour les gaz.

Comme le principe de Coriolis mesure directement le débit massique, les débitmètres Coriolis peuvent être utilisés aussi bien pour les gaz que pour les liquides. 


4. Les défis à relever pour un débitmètre Coriolis

Avec les instruments Coriolis, le tube du capteur est mis en vibration par un actionneur. Dans le cas de vibrations externes ayant approximativement la même fréquence, cela pourrait interférer sur la mesure.

Le passage de trains à proximité, une climatisation ou d’autres machines dans le bâtiment lui-même, peuvent être des sources de vibrations externes. La première étape est de les identifier pour minimiser leurs effets. Cela peut se faire, par exemple, en déplaçant le débitmètre Coriolis vers un endroit moins vulnérable, en tournant l’instrument, en utilisant un bloc de lest (plus lourd), en l’isolant avec des amortisseurs et/ou de tubes flexibles.
 

Que faire en cas de vibrations ?

5. Les applications pour lesquelles le débitmètre Coriolis est le meilleur choix

Un débitmètre massique basé sur le principe de Coriolis est particulièrement adapté lorsque vous souhaitez mesurer le débit massique de mélanges de gaz ou de liquides variables ou inconnus ou pour mesurer des fluides supercritiques. En plus de mesurer directement les débits massiques, ce qui élimine les imprécisions dues aux propriétés physiques du fluide, ces appareils sont très précis et ont une grande répétabilité. Le débitmètre Coriolis est le meilleur débitmètre flexible, fiable et extrêmement précis.

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