Principe de mesure de l'Anémométrie à Température Constante

Un capteur de débit massique thermique utilise les propriétés thermiques des gaz pour mesurer le débit massique. À cette fin, de la chaleur est introduite dans le gaz en circulation et le capteur (de température) mesure la quantité de chaleur absorbée par le gaz.

La méthode conventionnelle pour mesurer avec précision de faibles débits de gaz consiste à utiliser un débitmètre massique avec le principe de by-pass. Si l'on cherche un moyen de mesurer un faible débit de gaz ainsi que de liquides, moins sensible à l'humidité et aux pollutions, le principe de mesure à passage direct est préférable.

Principe de fonctionnement du CTA (Constant Temperature Anemometry)

Ce principe de mesure en ligne utilise l'anémométrie à température constante (CTA), que l’on appelle aussi « mesure directe du débit ». Et, comme son nom l'indique, « en ligne » signifie qu'il n'y a pas de dérivation.

Principe de fonctionnement du CTA (Constant Temperature Anemometry)

Loi de King et le principe de l'anémométrie à température constante

Le capteur de débit de gaz à anémométrie à température constante ou CTA se compose de deux sondes en acier inoxydable (« tiges métalliques ») qui sont positionnées dans le flux principal du gaz. Le gaz traverse ce canal et il est en contact avec ces sondes. La première sonde est un élément chauffant et la seconde est une sonde de température. Une différence de température constante (delta-T ou ΔT) se crée entre les sondes.

Quel que soit le débit massique réel, le CTA vise à maintenir ce différentiel de température (ΔT) entre les deux sondes de manière constante. L'énergie nécessaire pour maintenir cette différence de température constante est proportionnelle au débit massique du gaz et constitue donc une mesure du débit massique réel. Ce facteur de proportionnalité dépend des propriétés thermiques du gaz, principalement de sa conductivité thermique mais aussi sa chaleur spécifique et sa viscosité dynamique.

Plus le débit massique de gaz est élevé, plus il faut d'énergie pour maintenir le ΔT choisi. Le débit massique réel se calcule en mesurant la puissance variable nécessaire pour maintenir cette différence de température constante lorsque le gaz traverse le capteur.

Ce principe remonte à plus d'un siècle, lorsque le physicien canadien et inventeur de l'anémomètre à fil chaud, Louis Vessot King, a formulé la loi qui porte son nom (loi de King) et qui décrit la perte de chaleur d'un fil chaud due à l'écoulement de la masse d'un gaz ou d'un liquide.

Parmi les différentes techniques de mesure du débit, on utilise la mesure du débit massique thermique basée sur le principe de l'anémométrie à température constante (CTA) pour les gaz et les liquides. Les débitmètres massiques basés sur le principe CTA couvrent une large gamme d'applications de mesure et de contrôle dans presque tous les secteurs industriels.

Débitmètres massiques thermiques à passage direct Bronkhorst pour les gaz

Les régulateurs de débit avec ce type de capteur en ligne et un canal d'écoulement droit tels que les appareils MASS-STREAM ou MASS-VIEW sont particulièrement robustes et conviennent pour des gaz humides ou lorsqu'une précision moindre, mais une répétabilité et une robustesse élevées sont requises. Sans passage étroit susceptible d'être obstrué par des particules, ces instruments sont compatibles avec des gaz chargés.