Au cours de la dernière décennie, les débitmètres à ultrasons ont connu une transformation remarquable. Autrefois une technologie de niche, ils figurent désormais parmi les systèmes de mesure de débit à la croissance la plus rapide sur le marché.
Les premiers prototypes de cette technologie remontent aux années 1960. Fuji Electric a été le premier à développer des débitmètres à ultrasons avec le lancement de son premier modèle FLH en 1975.
Bien qu’ils soient disponibles sur le marché depuis plusieurs décennies, ce n’est que récemment que les débitmètres à ultrasons ont été largement acceptés.
Plusieurs raisons expliquent la popularité croissante des débitmètres à ultrasons. Les progrès en matière de traitement des signaux ont permis d’améliorer le filtrage du bruit, ce qui se traduit par une précision et une efficacité accrues en matière de mesure du débit.
Les améliorations apportées à la technologie de traitement des signaux ont permis une meilleure réduction du bruit, augmentant ainsi la précision des mesures de débit. Cette amélioration contribue à la popularité croissante des débitmètres à ultrasons et à leur adoption généralisée dans diverses industries.
Comparés aux débitmètres mécaniques, les débitmètres à ultrasons nécessitent un entretien minimal et la fiabilité est nettement supérieure. Les fournisseurs, comme Fuji Electric, ont également mis au point des produits adaptés à des industries et des applications spécifiques, notamment la capacité de mesurer non seulement les liquides, mais aussi la vapeur.
Ce développement ciblé de produits a contribué à révolutionner la mesure du débit et a fait des débitmètres à ultrasons un choix de plus en plus privilégié dans de nombreux secteurs et les entreprises du monde entier.
Pour bien comprendre le débitmètre ultrasonique à pince, il est essentiel de commencer par les principes sous-jacents des débitmètres ultrasoniques.
Le terme “ultrasonique” fait référence à la fréquence des ondes sonores utilisées par ces appareils, qui sont supérieures à 20 kHz et donc inaudibles à l’oreille humaine.
Les débitmètres à ultrasons mesurent le débit grâce à ces ondes sonores à haute fréquence, générées par des transducteurs qui utilisent des cristaux piézoélectriques pour convertir les signaux électriques en signaux sonores.
Il existe deux catégories principales de débitmètres à ultrasons : les débitmètres en ligne et les débitmètres à pince non intrusifs.
La distinction réside dans la manière dont les signaux d’ondes sonores sont transmis, reçus et traités pour mesurer le débit.
Les débitmètres en ligne comportent des transducteurs en contact direct avec le fluide de traitement, généralement montés sur une bobine préfabriquée de longueur standard pour garantir un angle correct et faciliter l’installation.
Les compteurs en ligne ont une histoire plus longue et tendent à offrir une plus grande précision en raison de l’absence de dégradation du signal causée par les parois des conduites, l’entartrage et les incohérences d’installation que l’on trouve dans les compteurs à pince.
Par conséquent, les débitmètres ultrasoniques en ligne sont souvent le choix préféré pour les applications transactionnelles. Le transfert transactionnel, également connu sous le nom de comptage fiscal, implique des applications de comptage de débit dans lesquelles la propriété du fluide mesuré est transférée d’une partie à l’autre (facturation).
Bien que ces applications ne représentent qu’une petite partie de tous les scénarios de mesure de débit par ultrasons, elles jouent un rôle crucial.
Contrairement aux compteurs en ligne, les compteurs non intrusifs à pince se fixent à l’extérieur de la canalisation, sans entrer en contact direct avec le fluide process.
Ces débitmètres ultrasoniques clamp-on ont fait l’objet d’avancées technologiques considérables, ce qui en fait le type de compteur qui connaît la croissance la plus rapide parmi les deux. En outre, les débitmètres ultrasoniques offrent des avantages exclusifs qui contribuent à leur popularité croissante.
Bien que tous les débitmètres à ultrasons utilisent des signaux d’ondes sonores, ils ne fonctionnent pas de la même manière.
Il existe deux principaux types de débitmètres à ultrasons à pince : les débitmètres à temps de transit et les débitmètres à effet Doppler, qui diffèrent par la transmission, la réception et le traitement des signaux d’ondes sonores.
Les débitmètres à temps de transit utilisent une paire de transducteurs qui agissent à la fois comme émetteurs et récepteurs des signaux d’ondes sonores. La vitesse des ondes sonores dans un fluide est plus rapide lorsqu’elles se déplacent vers l’aval et plus lente lorsqu’elles se déplacent vers l’amont.
En mesurant la différence de temps entre ces scénarios, le compteur peut calculer la vitesse du fluide et, par la suite, le débit volumétrique. Lorsqu’il est associé à la densité connue du fluide, le débit massique peut également être déterminé.
Les débitmètres à ultrasons à temps de transit sont plus polyvalents, capables de mesurer des liquides et de la vapeur, mais ils ne fonctionnent généralement qu’avec un seul type de fluide à la fois. Ils nécessitent des liquides contenant un minimum de particules solides ou de bulles entraînées afin d’éviter toute interférence avec le signal des ondes sonores.
En revanche, les débitmètres Doppler mesurent le décalage de fréquence du signal sonore, qui est proportionnel à la vitesse du fluide.
Ces débitmètres s’appuient sur la présence de particules solides ou de bulles d’air dans le flux d’écoulement pour dévier les signaux d’ondes sonores vers le débitmètre.
Par conséquent, les compteurs Doppler sont limités aux liquides contenant des particules solides ou des bulles d’air, tels que les liquides sales ou aérés et les boues.
Les compteurs d’énergie thermique, également appelés compteurs de BTU, mesurent l’énergie des systèmes de chauffage et de refroidissement hydroniques à l’aide de capteurs de débit volumétrique, de capteurs de température et d’un calculateur de débit.
Avec l’importance croissante des réglementations environnementales et des incitations financières, la mesure de l’énergie thermique devient de plus en plus cruciale pour optimiser les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation dans les systèmes énergétiques urbains et les installations commerciales.
Les compteurs d’énergie thermique à ultrasons à pince sont idéaux pour la modernisation des anciens systèmes, car ils éliminent la nécessité de modifier la tuyauterie, ce qui est coûteux et prend du temps.
Pour que les compteurs de liquide ultrasons à temps de transit fonctionnent avec précision, il est essentiel que le liquide contienne un minimum de particules solides ou de bulles d’air entraînées. En effet, celles-ci peuvent perturber le signal de l’onde sonore et compromettre la précision de la mesure.
Jusqu’à présent, nous nous sommes concentrés sur les débitmètres clamp-on à montage fixe, qui sont installés à un seul endroit, souvent avec le boîtier électronique monté sur un mur ou un tuyau.
Cependant, la conception du transducteur à pince se prête exceptionnellement bien aux solutions de mesure de débit portables. En combinant des transducteurs à pince avec des dispositifs électroniques portatifs, il est possible de développer des débitmètres ultrasoniques portables.
Ces appareils portables sont généralement équipés d’une électronique portable, de transducteurs, de fixations et de tous les accessoires nécessaires dans une mallette de transport compacte.
Les débitmètres portables offrent des applications uniques que les débitmètres à montage fixe ne peuvent pas réaliser, comme le contrôle ponctuel, la vérification de la précision d’autres débitmètres et le remplacement temporaire de débitmètres à montage fixe.
Le contrôle ponctuel consiste à prendre des mesures de débit temporaires en l’absence de compteur fixe, souvent lors d’études de débit sur l’ensemble d’un système. Ces études aident les utilisateurs à comprendre les débits dans l’ensemble du système, à établir des débits de référence et à identifier les fuites ou les blocages.
Les compteurs portables peuvent également être utilisés pour vérifier la précision d’un autre débitmètre, en particulier s’il affiche des relevés inhabituels ou erratiques. Cette vérification permet de déterminer s’il s’agit d’un problème lié au processus ou au compteur lui-même.
Dans certains cas, les installations de traitement nécessitent un étalonnage périodique de leur instrumentation, ce qui peut impliquer le retrait d’un débitmètre pour étalonnage dans une installation accréditée. Pendant cette période, un débitmètre portable peut servir de substitut temporaire jusqu’à ce que le compteur fixe soit réinstallé.
Le débitmètre portable de Fuji Electric offre diverses options de sortie de signal, telles que la sortie analogique, permettant une intégration transparente avec les systèmes de contrôle.
En utilisant à la fois des débitmètres non-intrusifs à ultrasons fixes et portables, les opérateurs peuvent maximiser la visibilité du processus tout en minimisant les coûts d’équipement.
Une stratégie courante consiste à utiliser des compteurs fixes pour les mesures critiques et des compteurs portables pour les mesures temporaires, afin de couvrir tous les angles morts potentiels.
En outre, Fuji Electric propose des programmes de location de débitmètres ultrasoniques portables pour les besoins temporaires.
De nombreux professionnels de l’industrie utilisent une combinaison de débitmètres à pince ultrasonique fixes et portables pour optimiser le contrôle des processus et maintenir la rentabilité des investissements.
Ces derniers temps, les progrès de la visualisation de l’électricité en vue de réaliser des économies d’énergie ont joué un rôle crucial dans la réduction des émissions de gaz à effet de serre.
Toutefois, les efforts d’économie d’énergie dans l’utilisation de la vapeur ont pris du retard en raison des difficultés liées à la visualisation des pertes de vapeur.
Pour résoudre ce problème, il était nécessaire de disposer d’un débitmètre ultrasonique à pince pour la vapeur qui permette d’identifier les pertes de vapeur sans couper les tuyaux.
Alors que les débitmètres à pince ont été utilisés pour les mesures de liquides, il a été difficile de développer des produits pour la vapeur en raison de son coefficient de transmission ultrasonique extrêmement faible à partir des conduites.
En recourant à des technologies de réduction du bruit, à l’utilisation d’ondes de Lamb, aussi appelées ondes ultrasonores, et à un traitement avancé des signaux, Fuji Electric a lancé avec succès en 2019 le premier débitmètre au monde capable de mesurer la vapeur saturée à basse pression.
Le débitmètre à ultrasons Fuji Electric pour la vapeur FSJ utilise des capteurs de température ou de pression pour mesurer l’énergie thermique dans les applications de vapeur saturée.
Grâce à leur large gamme d’options de communication, les débitmètres de la série FSJ permettent une intégration facile dans les systèmes d’automatisation des bâtiments.
Bien que la technologie des débitmètres ultrasoniques à pince offre de nombreux avantages, il est essentiel de prendre en compte l’application envisagée pour déterminer si elle est adaptée.
Comme toute technologie de mesure de débit, les débitmètres ultrasoniques à pince présentent un ensemble unique d’avantages et d’inconvénients.
L’adoption de la mesure de débit par ultrasons à pince devrait s’étendre, car les avantages l’emportent sur les limitations pour une gamme croissante d’applications de mesure de débit. Si cette technologie est actuellement répandue dans certaines industries, elle est appelée à s’étendre à d’autres secteurs.
Les débitmètres ultrasoniques à pince offrent de nombreux avantages aux opérateurs de procédés qui cherchent à mesurer les débits de liquide et de vapeur dans une grande variété de tailles de conduites et de matériaux.
L’installation non invasive élimine le besoin de modifications coûteuses des conduites ou d’une maintenance régulière, tout en fournissant des relevés précis sans dérive des mesures au fil du temps.
En outre, les débitmètres ultrasoniques portables à pince présentent des applications uniques que les débitmètres à montage fixe ne peuvent pas réaliser, comme le contrôle sur place et la vérification de la précision d’un autre débitmètre.
Grâce à leur polyvalence et aux économies qu’ils permettent de réaliser, il est facile de comprendre pourquoi de nombreux professionnels de l’industrie utilisent à la fois des débitmètres à ultrasons à montage fixe et des débitmètres à ultrasons portables à pince pour optimiser leurs processus.
Lorsqu’il s’agit d’optimiser la visibilité des processus et de réduire les coûts, les débitmètres ultrasoniques à pince offrent un ensemble unique d’avantages.
Avec une installation non intrusive ne nécessitant aucune modification de la tuyauterie ni aucun besoin de maintenance, ces appareils sont très polyvalents dans des applications telles que les systèmes énergétiques urbains, les installations industrielles, la fabrication de produits pharmaceutiques, les installations de traitement de l’eau, les opérations pétrolières et gazières, la transformation agroalimentaire, la production chimique, les systèmes CVC et les vérifications ponctuelles pour les études de débit.
Les modèles de débitmètres portables sont susceptibles de servir de point d’entrée pour de nombreux utilisateurs, étant donné l’absence d’autres options de mesure de débit portables commercialement viables.
En fin de compte, la sélection de tout instrument de procédé, y compris les débitmètres, dépend des exigences spécifiques de l’application et de la détermination de la technologie la plus appropriée pour répondre à ces besoins.
