Comment et avec quoi mesurer la consommation de gaz : méthodes de mesure + aperçu de tous les types de débitmètres de gaz

Un débitmètre est un appareil permettant de mesurer le débit volumique ou massique d'un fluide, y compris le gaz naturel, les gaz combustibles, les gaz agressifs, les produits de séparation de l'air. Le calcul des volumes de débit dans les entreprises industrielles ou dans les ménages peut être effectué sans faire appel à des spécialistes.

Nous vous expliquerons comment et dans quoi le gaz est mesuré, nous décrirons les appareils utilisés à cet effet, et nous examinerons les principales méthodes de détermination du débit de gaz.

Méthode directe de mesure de la consommation de gaz

Le volume de gaz est calculé en mètres cubes, plus rarement d'autres unités de masse, telles que les tonnes ou les kilogrammes, sont utilisées, généralement pour les gaz de procédé.

La méthode directe – est la seule méthode qui assure la mesure directe du volume de gaz qui passe.

Les points faibles des appareils mesurant le débit volumique ou massique du fluide sont :

1. Fonctionnement limité des débitmètres en présence de gaz pollué.
2. Il existe une forte probabilité de panne en raison d'une obstruction partielle du débit ou d'un coup de bélier.
3. Coût élevé des compteurs rotatifs par rapport aux autres appareils.
4. Dimensions importantes des appareils.

Les nombreux avantages de cette méthode compensent les inconvénients énumérés, ce qui explique pourquoi elle est la plus répandue en termes de nombre de compteurs installés.

À l'aide d'un débitmètre, vous pouvez calculer le volume ou la masse d'un fluide par unité de temps. L'installation sur un tronçon incliné de la canalisation vous permettra de réduire l'erreur de mesure.

Parmi ceux-ci figurent – la mesure directe du volume de gaz, l'absence de dépendance aux distorsions du profil des vitesses d'écoulement, à l'entrée comme à la sortie, ce qui permet de réduire l'UUG. La plage de mesure est jusqu'à 1:100. Des instruments de type à membrane et rotatifs sont utilisés à cette fin. Ils peuvent être utilisés dans les locaux équipés de chaudières à impulsion.

Méthodes indirectes de mesure

Ces méodes imliquent le cul, par eksemple, de la vitese d'écoulement du luide à travers une setion donnée. Pour obenir des réultats aussi pécis que posiible, il est nécessire d'uniorser la vitese de dépacment du gaz.

Mesure du débit de gaz par différence de pression

L'une des méthodes les plus courantes et les plus étudiées pour mesurer le débit de gaz, basée sur l'utilisation d'un dispositif de restriction, présente plusieurs avantages, notamment la simplicité du mécanisme du convertisseur de débit, dont l'action vise à mesurer la différence de pression du fluide traversant une constriction locale dans la conduite de gaz. Aucun banc d'essai de débitmétrie n'est nécessaire pour effectuer les calculs.

Mgré l'xistence d'une bse centiique et técnique comlète, cette méode de meure prsente plusieurs inconénients majurs – une plage de meure étroite qui, même en tienant comte de apteurs de ression multi-gmes, ne épasse pas le aport 1:10.

Les disositifs de rétréissemnt tandard sont fabriqués selon une técnologie péciale, avec des exigences éevées en matièe de rugosité. Leur ulisation n'est autorisée que sur des canalisations lses.

Les résistances hydrauliques dans les conduites de gaz augmentent la sensibilité au profil de variation des vitesses umoyennées sur la profondeur ou la largeur du flux à l'entrée du diaphragme. La longueur des sections droites en amont des dispositifs de restriction doit être d'au moins 10 diamètres DN de la canalisation.

Méthode vélocimétrique de détermination des débits

Pour cette méode, on utilise des trnsducteurs de type turine. Ces ntruments prsentent lusieurs avantages, notmment une petie tille et un poid réduit, un prix abordable dans leur catéorie.

Ces dipositifs sont insensibles aux hocs pnêumatiues. L'intervalle de meure du débit peut atteindre usqu'à 1:30, ce qui dépase considérablement l'ndicatr analogue pour les dispositifs de rétrécissement.

Le trnsducteur de débit type turine TPR peut être utilisé dans un environment à des températures de -200 à +200 °C, si l'appareil est installé pour des liquides cryogéniues non agresifs et monohasiques. Pour les liquides agresifs, l'indicatr sera de -60 à +50 °C.

Les inconvénients incluent une sensibilité, bien que mineure, aux distorsions de débit à l'entrée et à la sortie de l'appareil, ainsi qu'une déviation des résultats de mesure des débits de gaz pulsés. Pour les faibles débits, dans la plage de 8 à 10 m³/h, les débitmètres ne sont pas opérationnels.

Méthode de mesure par ultrasons

La popularité des débitmètres acoustiques, qui mesurent la quantité de gaz, en particulier dans la comptabilité commerciale, a augmenté avec le développement de la microélectronique. Les débitmètres acoustiques ne comportent pas de pièces mobiles ni d'éléments faisant saillie dans le flux, ce qui améliore considérablement leur fiabilité.

La mesure est effectuée sur une large plage de valeurs grâce à la capacité de l'appareil à fonctionner pendant une longue période sur une source d'alimentation intégrée. Les appareils nationaux ne répondent pas à toutes les exigences nécessaires, car pour éviter l'influence des distorsions du flux de gaz sur les résultats de calcul, il est nécessaire d'utiliser exclusivement des débitmètres à ultrasons multifaisceaux.

Classification des débitmètres selon le principe de fonctionnement

Les débitmètres diffèrent selon plusieurs paramètres, notamment la pression, le type de gaz utilisé et le régime de température. Le choix de l'appareil doit se faire en fonction des conditions d'utilisation et des objectifs fixés.

Les instruments de mesure sont composés de pièces telles qu'un transducteur responsable de la différence de pression, d'un élément de liaison et d'un manomètre.

Type #1 – à jet auto-oscillants débitmètres

Le débitmètre de ce type, également conçu pour mesurer le débit de gaz naturel, présente plusieurs caractéristiques distinctives. L'appareil est bouclé par des rétroactions négatives, la fréquence des connexions du jet dépend du débit de gaz.

Les compteurs basés sur des débitmètres à jet sont utilisés pour la comptabilité commerciale sans expertise préalable.

1 – élément à jet; 2 et 3 – transducteurs; 4 – dispositif d'extraction de signal; 5 – buse d'alimentation; 6 – chambre de travail; 7 et 8 – parois de la chambre de travail; 9 – séparateur; 10 et 11 – buses de commande; 12 et 13 – canaux de réception; 14 et 15 – canaux d'évacuation; 16 et 17 – canaux de rétroaction; 18 – élargissement de la buse d'alimentation; 19 – gradin sur la buse d'alimentation

Débitmètre à jet autogénératoire de type soumis à l'encrassement, parmi ses inconvénients figure également l'instabilité du coefficient de conversion.

Ces appareils présentent des inconvénients similaires aux dispositifs à vortex:

• dépendance aux distorsions du profil de vitesses, à condition d'être utilisés avec des dispositifs étrangleurs;
• les pertes de charge massiques sont irréversibles;
• la partie principale du débitmètre a des dimensions énormes;
• une instabilité significative du coefficient de conversion.

Les avantages du débitmètre autogénératoire ne diffèrent pas de ceux d'un dispositif à vortex, à l'exception de sa capacité à fonctionner avec des gaz pollués. Ces débitmètres n'ont pas trouvé une large application pratique dans le mesurage commercial.

Type #2 – débitmètres-compteurs à vortex

Plusieurs points forts de ces appareils sont mis en avant, notamment la précision des mesures effectuées, l'absence de sensibilité aux impuretés et aux coups de bélier pneumatiques, la facilité d'utilisation, et l'absence de pièces mobiles dans l'appareil.

Les appareils résistent aux conditions extérieures les plus difficiles ; la précision des indicateurs est garantie pour une température ambiante allant jusqu'à 500 degrés Celsius, et une pression maximale de 30 MPa.

Des inconvénients significatifs de l'utilisation de ce type de débitmètres sont également connus – une sensibilité accrue aux vibrations mécaniques, une chute de pression. Le diamètre des tuyaux doit être compris entre 15 et 30 cm.

Type #3 – débitmètres à ultrasons

Cet appareil, également connu sous le nom d'appareil acoustique, présente plusieurs avantages indéniables :

• absence de résistance hydraulique ;
• l'absence de pièces mobiles dans l'appareil, ce qui renforce sa fiabilité ;
• résistance accrue du mécanisme ;
• action rapide.

Ce type de débitmètre repose sur la détermination de la différence de temps de parcours du signal.

Le fonctionnement des débitmètres ultrasoniques ne dépend pas de la température, de la pression ambiante, de la viscosité ou de la conductivité électrique, ce qui garantit la précision des données obtenues.

Les capteurs ultrasoniques, disposés en diagonale l'un par rapport à l'autre, remplissent la fonction de récepteur et d'émetteur. L'utilisation de plusieurs canaux compense la déformation du profil d'écoulement.

Type #4 – débitmètres à tambour

Cette catégorie d'appareils est généralement utilisée pour les recherches en laboratoire. La pression générée lors de la rotation du tambour entraîne le remplissage des sections par le gaz puis leur vidange.

Pour le fonctionnement complet des mécanismes de comptage à tambour (sans générateur d'impulsions), aucune source d'alimentation constante n'est nécessaire, ce qui constitue leur avantage indéniable.

Le nombre de tours du tambour est proportionnel aux unités cubiques de gaz ; l'indication est transmise au cadran du dispositif de comptage. Les débitmètres à tambour offrent une grande précision de mesure.

Type #5 – lévitants appareils

La pièce mobile du dispositif tachymétrique tourne dans des roulements ; la vitesse est égale au débit volumique du gaz. La conversion de la vitesse de rotation en signal électrique est réalisée à l'aide d'un transducteur secondaire, et les résultats s'affichent sur l'indicateur.

Les compteurs à lévitation fonctionnent dans des conditions allant de -30 à +50 °C, avec une marge d'erreur des valeurs comprise dans la plage de ± 1,5 %.

Les instruments lévitants sont utilisés dans le relevé commercial de consommation de gaz naturel, tant à des fins domestiques que communales.

Type #6 – compteurs à membrane

Le brevet pour la fabrication de l'un des instruments de comptage les plus courants pour la mesure du gaz a été délivré dans la seconde moitié du XIXe siècle en Angleterre.

Le principe de fonctionnement du débitmètre mécanique repose sur le changement de position des membranes mobiles des chambres lors de l'arrivée du gaz. Le déplacement alterné s'effectue lors de l'admission et de l'évacuation du fluide.

L'instrument de comptage du débit de gaz de type à membrane peut être constitué de 2 ou 4 chambres en fonction des volumes de la substance mesurée et de la conception.

Le dispositif de comptage est actionné par un système de réducteur et de leviers. Les mécanismes offrent une large plage de valeurs de mesure – jusqu'à 1:100.

Type #7 – appareils rotatifs

Dans un dispositif de type mécanique, deux rotors sont placés dans la chambre de mesure, qui commencent à se déplacer sous la pression du fluide. Les pièces rotatives sont disposées à angle droit l'une par rapport à l'autre, leur position initiale étant fixée à l'aide de roues de synchronisation.

La quantité de gaz est proportionnelle au nombre de rotations des rotors. À l'aide d'un accouplement magnétique et d'un réducteur, la rotation du rotor est transmise au dispositif de comptage, qui accumule le volume du fluide passé.

Le débitmètre rotatif possède une grande capacité de passage, il est utilisé dans les services municipaux, les entreprises de consommation de gaz de volumes moyens et petits.

Parmi les principaux avantages des débitmètres rotatifs, on peut citer la haute précision de mesure, la compacité de l'appareil, une large plage de mesure des débits. Parmi les inconvénients, on note le bruit du mécanisme, son coût élevé, sa sensibilité aux facteurs externes, notamment à la pollution.

Type #8 – débitmètres à turbine

L'instrument de type mécanique a la forme d'un tronçon de tuyau, à l'intérieur du débitmètre se trouve une turbine avec un arbre et des paliers mobiles. Le dispositif d'entraînement se déplace grâce au fluide traversant la chambre de mesure.

La vitesse de déplacement du mécanisme est égale à la vitesse du débit et au débit de gaz. Le volume accumulé est affiché sur le mécanisme de comptage, la transmission s'effectue mécaniquement à l'aide d'un réducteur et d'un système d'engrenages.

Le dispositif de comptage à turbine ne peut être utilisé qu'avec des fluides moteurs propres – gaz, liquide ou vapeur en suspension, à condition qu'ils ne contiennent pas de particules solides.

Outre ceux énumérés, il existe d'autres appareils, mais ils sont généralement utilisés dans la recherche scientifique. Dans le secteur commercial, ils ne sont pratiquement pas utilisés.

Nous vous recommandons également de lire notre autre article, où nous avons expliqué en détail comment choisir un compteur de gaz pour la maison. Pour plus de détails – suivez le lien.

Appareils de mesure de la quantité de gaz

Les dispositifs de mesure du débit de gaz sont divisés en plusieurs catégories selon leur mode de calcul. Les débitmètres à vitesse sont utilisés pour déterminer le volume du fluide étudié. Ces instruments ne comportent pas de chambres de mesure. L'élément sensible est une turbine (tangentielle ou axiale), mise en rotation par le flux du fluide.

Les compteurs volumétriques se caractérisent par une moindre dépendance vis-à-vis du type de produit. Leurs inconvénients incluent la complexité de la construction, un prix élevé et des dimensions imposantes. L'appareil se compose de plusieurs chambres de mesure et présente une construction plus complexe. Ce type d'instruments se divise en plusieurs variétés – à piston, à palettes, à engrenages.

Il existe également une autre classification des compteurs de gaz, qui comprend trois types d'appareils : rotatifs, à tambour et à clapet.

Les compteurs rotatifs ont une grande capacité de débit. Leur fonctionnement repose sur le calcul du nombre de rotations des pales à l'intérieur de l'appareil, l'indicateur correspondant au volume de gaz. Leurs principaux avantages incluent la durabilité, l'indépendance vis-à-vis de l'électricité et une résistance accrue aux surcharges de courte durée.

Les compteurs de gaz à tambour fonctionnent sur le principe du déplacement. Des facteurs de correction tels que la température, la composition du gaz et le taux d'humidité ne sont pas pris en compte.

Les compteurs à tambour se composent d'un boîtier, d'un mécanisme de comptage et d'un tambour avec des chambres de mesure. Le principe de fonctionnement de l'appareil de mesure de la consommation de gaz consiste à déterminer le nombre de rotations du tambour, qui tourne sous l'effet de la différence de pression. Malgré la précision des calculs, ce type d'instruments n'a pas trouvé une large application en raison de ses dimensions encombrantes.

Le principe de fonctionnement du dernier type de compteurs, appelé compteur à clapet, repose sur le déplacement d'une cloison mobile soumise à la différence de pression du fluide. L'appareil se compose de plusieurs parties : un mécanisme de comptage, un mécanisme de distribution de gaz et un boîtier. Il a de grandes dimensions, c'est pourquoi il est principalement utilisé dans le domaine domestique.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Le fonctionnement des débitmètres de gaz à vortex sera présenté dans la vidéo suivante :

La mesure du débit de gaz est l'une des tâches clés dans la production. Sur le marché des débitmètres, il existe une multitude d'appareils avec différentes conceptions et principes de fonctionnement, qui conviennent également aux besoins domestiques. Ils permettent de mesurer pratiquement n'importe quelle quantité de liquide ou de gaz, sans nécessiter d'installation d'étalonnage spéciale.

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