Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Mesures et Contrôle R 2 011 − 1 Contrôle de niveaux Systèmes pour liquides ou solides par Michel RICHARD Ingénieur de l’École nationale supérieure de céramique industrielle ans un premier article [R 2 010], les notions de base nécessaires à la compréhension des méthodes de mesure des niveaux ont été présentées. Certaines méthodes peuvent s’appliquer à la mesure de niveaux de liquides aussi bien que de solides. Elles sont présentées ici. Par la suite, les méthodes particulières aux niveaux liquides seront introduites dans l’article [R 2 012], puis celles qui ne s’appliquent qu’aux niveaux de solides dans l’article [R 2 013]. Enﬁn, l’article [R 2 014] comprend des tableaux comparatifs des techniques pré- sentées dans les quatre autres articles. Ils constituent un outil de choix pour sélectionner la ou les méthodes les plus appropriées pour chaque cas particulier. La documentation « Pour en savoir plus » [Doc. R 2 015] contient un tableau très complet des fabricants et constructeurs d’appareils de mesure et de détection. 1. Systèmes élémentaires à manipulation manuelle.......................... R 2 011 - 2 2. Systèmes de mesure par pesage ......................................................... — 3 3. Systèmes à radio-isotopes .................................................................... — 3 4. Systèmes à effet optique....................................................................... — 10 5. Systèmes de mesure par capacité électrique.................................. — 13 6. Systèmes de mesure par ondes sonores ou ultrasonores............ — 17 7. Systèmes à micro-ondes........................................................................ — 21 8. Détecteurs à lames vibrantes............................................................... — 23 9. Systèmes à palpeur ................................................................................. — 23 10. Systèmes de mesure par conductivité ou résistivité électrique — 24 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. R 2 015 D CONTRÔLE DE NIVEAUX _________________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. R 2 011 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Mesures et Contrôle 1. Systèmes élémentaires à manipulation manuelle Il s’agit des instruments suivants : jauges, piges, toises, règles sabres, rubans. Le prototype en est la jauge de niveau d’huile du carter d’un moteur, munie des deux traits : niveau haut et niveau bas. Les jauges industrielles, de fabrication parfois rudimentaire, sont à peine plus compliquées. Une règle rigide graduée est plongée dans le liquide jusqu’à une butée ﬁxe, le fond du réservoir dans le cas le plus élémentaire, et la hauteur géométrique du liquide est lue sur une graduation, in situ si cela est possible, sinon en retirant la règle et en repérant la hauteur mouillée. Pour les récipients hauts, une variante plus aisée à manipuler consiste en un ruban lesté enroulé sur un tambour et que l’on déploie. Les jauges rigides sont surtout utilisées sur des liquides, mais leur principe reste applicable pour toiser le niveau de produits pul- vérulents ou granuleux dans des silos et trémies. 1.1 Plein et creux Il existe deux méthodes, selon que le plan de référence se situe au-dessous ou au-dessus de la surface du liquide. Dans le premier cas, on mesure le plein, dans l’autre le creux. Comme il a été indi- qué, le fond du réservoir sert souvent de butée inférieure, à moins que l’on afﬁne la précision grâce à une plaque de touche sur laquelle viendra se poser l’extrémité de la jauge. Une face de bride d’une tubulure verticale surmontant le toit peut servir de butée haute en cas de mesure de creux. 1.2 Précision La précision des mesures manuelles est au mieux celle d’une mesure de longueur effectuée à l’aide d’une règle ou ruban gradué dit de précision ﬁne, c’est-à-dire qu’elle peut être très bonne (pour ﬁxer les idées, de l’ordre du 1/10 mm) et même servir à étalonner d’autres systèmes de mesurage. Cependant, plusieurs facteurs per- turbateurs doivent être dominés. I La butée, immergée ou non, doit se trouver positionnée avec au moins la précision recherchée. I Il en est de même de la qualité du contact jauge-butée qui requiert planéité, horizontalité, absence de dépôt et de salissure. I Il est nécessaire de prendre en considération des phénomènes de dilatation simple ou différentielle entraînés par les variations de la température ambiante ou de la température du liquide contrôlé. La perturbation inclut la dilatation de la jupe et du toit du réservoir (qui déplace la butée haute), celle du matériau de la jauge, ainsi que la différence entre le coefﬁcient de dilatation volumique du liquide et celui du réservoir. On doit tenir compte aussi des différences de température entre la masse du produit et la jupe du réservoir. Tous ces phénomènes, difﬁciles à appréhender, peuvent aussi induire des déformations dans la structure du réservoir. I La masse de liquide ou les variations de pression contribuent à la déformation du réservoir. I Le vieillissement peut provoquer un affaissement des formes. I Le liquide doit être parfaitement tranquille, exempt d’oscillations et de vagues. I La jauge qui repose sur le fond (ou sur la plaque de touche) doit présenter une grande rigidité pour résister au ﬂambage sous son propre poids ou sous l’inﬂuence de courants latéraux. I Elle doit être placée bien verticalement. I Son matériau doit être stable dans le temps (problèmes d’im- prégnation, de gonﬂement, etc.) et inerte vis-à-vis des milieux contrôlés. I Le ménisque de capillarité dû à la tension superﬁcielle introduit une erreur systématique avec un même liquide. I Les liquides volatils exigent une opération très rapide. 1.3 Graduation en hauteur et/ou en volume La graduation ﬁgurant sur la jauge de mesure est généralement exprimée en longueur, mais elle peut aussi tenir compte du facteur de forme du réservoir, c’est-à-dire indiquer directement le volume contenu. Une double graduation est possible. Quand une grande précision est requise, le barémage du réservoir est recommandé, à partir de volumes étalons ou en utilisant un compteur volumé- trique précis. L’inaltérabilité des graduations, d’autant plus ﬁnes que l’on recherche la meilleure résolution, pose le problème de la corrosion et du salissement, donc d’une bonne qualité d’entretien. La graduation peut être enduite de certains produits qui, accentuant le contraste au niveau de l’interface entre les parties sèche et mouillée, facilitent la lecture. 1.4 Manipulation Les jauges élémentaires sont peu chères à l’achat, mais exigent de la main-d’œuvre pour leur entretien et leur utilisation, notamment si les relevés doivent s’effectuer fréquemment. Les mesures sont portées sur un carnet et ne se prêtent guère à un trai- tement informatique sans saisie ultérieure. L’information n’est pas délivrée d’une manière continue. Tous ces inconvénients plaident pour des solutions plus modernes. 1.5 Jauges approuvées La direction régionale de l’industrie et de la recherche (DRIR) délivre des approbations pour des rubans de jauges manuelles en précision ﬁne, seuls reconnus pour l’étalonnage in situ mensuel des jauges à ﬂotteur asservi approuvées. En pratique, l’étalonnage primaire des rubans de ces jauges portatives s’effectue sur un banc de l’École des mines de Douai capable de mesurer des longueurs de 20 m. Les jaugeurs manuels sont usuellement de trois types : — les sabres destinés à la mesure des creux et comportant une barre transversale s’appuyant sur le bord du réservoir ou une butée haute (d’où le nom) ; — les règles graduées pour la mesure du plein ; — les rubans lestés. ________________________________________________________________________________________________________________ CONTRÔLE DE NIVEAUX Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Mesures et Contrôle R 2 011 − 3 2. Systèmes de mesure par pesage 2.1 Relation entre masse et niveau Il semble facile de placer un réservoir ou un silo sur une balance ou sur un pont-bascule pour obtenir une mesure de niveau. La mesure de masse résulte de l’intégration du produit de la hauteur par la masse volumique et correspond donc à une mesure de hauteur manométrique pour les liquides, le facteur de forme ou le barémage étant soigneusement pris en compte. S’il s’agit de solides en vrac dont la masse volumique apparente est très varia- ble dans l’espace et le temps (en raison de l’hygrométrie par exem- ple, des tassements, de voûtage, etc.), la relation entre niveau et masse devient suspecte et n’est possible que pour des produits coulant bien. Le plus souvent, le paramètre recherché est en réalité le poids, la masse ou, éventuellement, le volume du produit et l’exploitant ne s’intéresse au niveau que d’une manière accessoire, pour contrôler par exemple un suremplissage, qui gagnerait d’ailleurs à être détecté par d’autres moyens. Tous les appareils industriels de mesure de poids ou de masse (mécaniques, hydrauliques, électroniques) conviennent pour cette mesure et il est utile de se reporter aux articles sur le pesage [R 1 730] et [R 1 740] pour examiner les différentes technologies disponibles. 2.2 Montage des pesons S’agissant d’une mesure de niveau, la solution qui vient à l’esprit est l’installation de pesons sous les réservoirs ou silos. Ces appa- reils sont de dimensions réduites et restent donc assez faciles à placer sous les points d’appui, au moins en construction métal- lique. Même pour un réservoir ou un silo existant, il est parfois possible de les intercaler en soulevant le récipient avec des uploads/Industriel/ controle-de-niveaux-systemes-pour-liquides-ou-solides.pdf