l’importance de la mesure de débit massique et la pertinence de la technologie Coriolis

Pourquoi la mesure du débit massique est importante dans les procédés industriels et quels avantages présentent les débitmètres et régulateurs Coriolis?

James Walton
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Pourquoi la mesure du débit massique est importante et quels avantages présentent les débitmètres et régulateurs Coriolis ?

Qu'il s'agisse d'un liquide ou d'un gaz, la mesure du débit est généralement un paramètre critique dans de nombreux procédés. Pour la plupart des opérations, il est essentiel d'être sûr que le bon fluide est au bon endroit au bon moment. Certaines applications critiques nécessitent que l'on puisse mesurer les débits avec précision afin de garantir la qualité des produits. La santé et la sécurité est un facteur à ne pas négliger lorsque l'on travaille avec des liquides et des gaz. Il est donc essentiel d'investir pour garantir que votre équipe opère dans un environnement sûr et productif. Le fait de mesurer le débit et la pression peut assurer la sécurité du procédé et du personnel.

Avec la plupart des débitmètres pour les gaz et les liquides, le débit est déterminé par inférence en mesurant la vitesse des fluides ou la variation de l'énergie cinétique.

D'autres facteurs ayant une influence sur le débit d'un liquide sont sa viscosité et sa densité, de même que la friction du liquide en contact avec la conduite.

Étant donné la grande diversité en matière de technologies de débitmètres disponibles sur le marché, il peut s'avérer difficile de choisir celle qui soit la plus adaptée à l'application visée.

Une question importante et à laquelle on ne pense peut-être pas toujours consiste à examiner ce que l'instrument est supposé faire et si ses capacités répondent à cette attente.

Mesure directe du débit

La mesure directe du débit massique est un développement important au sein de l'industrie car elle élimine les imprécisions dues aux propriétés physiques du fluide, dont - et non des moindres - la différence entre le débit massique et le débit volumique. Les variations de température et de pression n'ont pas d'influence sur la masse. Ce simple fait donne toute son importance à cette méthode de mesure de débit de fluide. En termes de précision, le débit volumique reste valide du moment que les conditions du procédé et que les conditions d'étalonnage de référence sont respectées. Les appareils de mesure volumétrique, tels que les débitmètres à bille et les débitmètres à turbine, sont incapables de distinguer les variations de température ou de pression.

Débit massique contre débit volumique

Débit massique contre débit volumique

Une des méthodes de mesure de débit massique utilise le phénomène de la force de Coriolis.

Le principe de mesure du débit Coriolis

Le principe de mesure du débit Coriolis est présent tout autour de nous dans le monde physique, par exemple dans la rotation de la terre et son effet sur les conditions météorologiques. Le principe de fonctionnement est basique mais très efficace.

Une énergie est appliquée sur un tube par une vibration fixe. Lorsqu'un fluide passe à l'intérieur de ce tube, l'impulsion du débit massique provoque une variation de la vibration du tube. Celle-ci fait osciller le tube, ce qui se traduit par un déphasage. Cette oscillation peut être mesurée et on en déduit une sortie linéaire proportionnelle au débit.

Ce principe mesure le débit massique indépendamment de la substance présente à l'intérieur du tube. Il peut donc être appliqué directement à n'importe quel fluide circulant dans le tube, que ce soit un liquide ou un gaz. De plus, en parallèle avec le déphasage de fréquence entre l'entrée et la sortie, il est également possible de mesurer la variation réelle de la fréquence naturelle. Cette variation de fréquence est directement proportionnelle à la densité du fluide – et on peut en déduire une sortie de signal supplémentaire. Il est intéressant de constater qu'en ayant mesuré à la fois le débit massique et la densité, il est possible d'en déduire le débit volumique.

Par rapport à d'autres principes, les débitmètres massiques Coriolis présentent des caractéristiques intéressantes :

  • Pas besoin de (ré)étalonnage du champ – mesure et régulation de débit indépendantes du fluide
  • Possibilité de mesurer le gaz et le liquide avec le même capteur
  • Capacité à mesurer un mélange indéfini ou variable
  • Paramètres multiples

Appliqué à un débitmètre massique, le principe de Coriolis a toute sa place dans la mesure et la régulation de fluides dans de nombreuses industries.

Débitmètres et régulateurs de débit Mini CORI-FLOW

Bronkhorst a conçu la série Mini CORI-FLOW, une gamme de débitmètres / régulateurs de débit massique Coriolis compacts et économiques pour mesurer et réguler de façon précise des débits de gaz et de liquide (ultra) faibles.

Ces débitmètres et régulateurs de débit offrent d'excellentes performances même en cas de modification des conditions de service : pression, température, densité, conductivité et viscosité. Découvrez la gamme.

Débitmètre coriolis mini-CORIFLOW

Débitmètre massique Coriolis Mini CORI-FLOW

Si vous souhaitez plus d'informations au sujet des débitmètres et régulateurs de débit massique Coriolis, contactez notre équipe.

Débitmètres massiques Coriolis - articles connexes

Plasma à couplage inductif (ICP) pour analyse environnementale

Les techniques de plasma à couplage inductif (ICP-AES) sont utilisées pour retracer les métaux et autres éléments présents dans l'eau. Les débitmètres jouent un rôle important dans cet équipement.

Rob Ten Haaft
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Pour pouvoir mener une vie saine, il est souhaitable de connaître la nature et la teneur des éléments chimiques indésirables qui se trouvent dans notre environnement. Si une commune souhaite dépolluer un terrain dans le but de construire un nouveau quartier, il est bon de savoir si l'ancienne exploitation du site a laissé derrière elle des métaux lourds ou des substances nocives, comme l'arsenic. Les exploitants de sources d'eau potable, d'eau de surface ou d'eau de pêche doivent également connaître la qualité de leurs eaux afin de déterminer si elles sont conformes aux règles sanitaires et environnementales. De plus, pour garantir une bonne qualité de l'air, la teneur en oligo-éléments dans les particules en suspension dans l'air doit être limitée.

Par ailleurs, il existe d’autres domaines, en dehors du secteur de l'environnement, où il est pratique de pouvoir identifier et quantifier les éléments présents. Comme la concentration d’éléments métalliques dans les huiles moteur pour déterminer la vitesse à laquelle un moteur s'use ou la concentration d'engrais dans les terres agricoles pour déterminer s'il est nécessaire de poursuivre la fertilisation. Les débitmètres et régulateurs de débit ont leur rôle à jouer ici. En tant que spécialiste de l'industrie pour le marché de l'analyse, permettez-moi de vous décrire ces techniques.

Plasma à couplage inductif - spectrométrie d’émission atomique, ICP-AES

Nous venons de voir qu'il est important pour de nombreuses applications de connaître la quantité et le type d'éléments chimiques présents dans l'environnement. La technologie ICP-AES est une bonne technique d'analyse pour mesurer la nature et la concentration des éléments qui se trouvent dans les matières solides, les liquides ou les gaz. ICP-AES est l'acronyme de Inductively Coupled Plasma - Atomic Emission Spectrometry (Plasma à couplage inductif - Spectrométrie d’émission atomique). De par sa grande précision (ppb - parties par milliard), la technologie ICP-AES convient parfaitement à l'analyse des oligo-éléments, c'est-à-dire les éléments à très faible concentration. Cette technologie permet de déterminer la teneur en métaux (comme le mercure) et métalloïdes (comme l'arsenic) tout en analysant simultanément des dizaines d'autres éléments. Qu'est-ce qui se cache derrière cette technologie et en quoi la régulation et la mesure précise des gaz jouent-elles ici un rôle ?

L’alimentation contrôlée de l’argon par un régulateur de débit

Pour faire court : En tant que technique d'analyse élémentaires, la technologie ICP-AES utilise un plasma à couplage inductif (ICP) pour générer des ions et des atomes excités à partir des éléments présents dans l'échantillon à analyser dont le spectre caractéristique est mesuré par spectrométrie d'émission atomique (AES) quand ils retournent à leur état fondamental. L'intensité des raies du spectre offre une mesure directe de la concentration des éléments dans l'échantillon.

Les échantillons peuvent uniquement entrer dans l'équipement ICP-AES sous forme liquide. Ce n'est pas un problème pour l'eau mais c'en est un pour les échantillons du sol et autres matières solides. Vous libérez donc les éléments chimiques en dissolvant l'échantillon dans un acide puissant : de l'eau régale (mélange d'acide chlorhydrique et d'acide nitrique). Une pompe péristaltique aspire le liquide échantillon qui se trouve dans un récipient et le transporte dans le nébuliseur, où le liquide se transforme en aérosol ou spray. Pour contrôler avec précision la concentration du spray (et le diluer si besoin est), un débit d'argon est introduit dans le nébuliseur via un régulateur de débit. Le spray pénètre ensuite dans la chambre du réacteur, où il entre en collision avec le plasma qui se trouve déjà dans cette chambre.

Si vous passez un gaz avec suffisamment d'énergie, au milieu d’une bobine alimentée d’une tension électrique élevée, les électrons de certains atomes de gaz peuvent se libérer. Ainsi, en plus des particules de gaz d'origine, vous obtenez un mélange d'électrons négatifs et d'ions positifs. Ce « mélange gazeux ionisé » de particules chargées est appelé plasma. Le plasma est considéré comme le quatrième état d'un matériau, en plus des états solide, liquide et gazeux. Dans un équipement ICP, l'argon forme la base du plasma et ce gaz doit être alimenté avec précision grâce aux régulateurs de débit massique. Le plasma affiche une température très élevée d'environ 7 000 degrés Celsius. Comme la composition du plasma doit toujours être juste, le débit d'argon doit être précis et continu. Et pour protéger l’environnement extérieur de ces températures élevées, un gaz de refroidissement (argon) est projeté à l'extérieur du réacteur.

Régulation de la nébulisation (spray)

Quand le spray qui contient les éléments chimiques à mesurer entre en collision avec le plasma, ces éléments sont convertis en plasma. Les éléments sont soumis à une telle quantité d'énergie qu'ils se trouvent dans un état excité. Mais ces éléments sont dans un état instable dans cet environnement et ils préfèrent retrouver leur état fondamental à un niveau d'énergie inférieur. Quand cette transition se produit, les éléments émettent un rayonnement qui leur est propre. Ce rayonnement est détecté par le spectromètre et son intensité mesurée est parfaitement proportionnelle à la teneur de l'élément en question dans l'échantillon. Étant donné que chaque élément est associé à une série de longueurs d'onde qui lui sont caractéristiques dans le rayonnement émis, cette technique permet d'identifier plusieurs éléments simultanément. Si vous disposez d'une gamme d'étalonnage pour les éléments en question ou si vous avez inclus un étalon interne dans le nébuliseur, vous pouvez également quantifier ces quantités.

Spectromètre, ICP-AES ou ICP-OES

Le spectromètre AES est une combinaison de miroirs, de prismes, de monochromateurs / polychromateurs et de détecteurs qui contrôlent et mesurent le rayonnement émis. Pour éviter toute perturbation - suite à l'absorption du rayonnement par des gaz contenant de l'oxygène, par exemple - l'environnement dans lequel se trouvent ces objets optiques est constamment purgé à l'azote. Ce débit de gaz n'a pas besoin d'être très précis mais il doit être reproductible. Pour ce faire, l'utilisation de régulateurs de débit est extrêmement importante. Par ailleurs : le terme ICP-AES (spectrométrie d'émission atomique) est parfois remplacé par ICP-OES (spectrométrie d'émission optique). Deux noms pour une seule et même technologie.

Chromatographie

ICP-MS

La technologie ICP-MS est une technique similaire d'analyse des éléments, si ce n'est que la détection n'est pas optique ici. Les particules chargées du plasma arrivent dans un spectromètre de masse (MS). Elles y sont séparées en fonction de leur rapport masse/charge et le rapport relatif de chacune de ces particules chargées est enregistré. La technologie ICP-AES se passe sous pression atmosphérique tandis que la technologie ICP-MS nécessite le vide. La limite de détection pour la technologie ICP-MS est inférieure à celle pour la technologie ICP-AES.

Les analyses environnementales n'étudient pas uniquement la quantité totale d'un élément dans l'échantillon mais également si l'élément est libre ou s'il fait partie d'un composé chimique. Par exemple : les composés inorganiques de l'arsenic sont beaucoup plus toxiques que les organiques. Vous pouvez utiliser les technologies ICP-AES et ICP-MS pour faire la distinction entre ces différentes formes d'éléments, ce que l'on appelle la « spéciation ». Pour ce faire, il est cependant nécessaire que les différentes formes soient séparées les unes des autres avant l'ICP par une chromatographie ionique (IC), par exemple. IC et ICP sont régulièrement combinés.

Débitmètres massiques et régulateurs de débit pour ICP-AES

Solution Manifold

Solution Manifold numérique

« Au début » de la technologie ICP, l'arrivée des gaz était contrôlée manuellement. Quand l'automatisation a fait son apparition dans ce domaine, la régulation des gaz a été concernée et les débitmètres massiques ont fait leur apparition. Les débitmètres massiques et les régulateurs de débit sont utilisés dans les équipements ICP-AES pour injecter les gaz inertes. Si vous maîtrisez la régulation du débit de gaz, la technique analytique est plus précise et plus stable, ce qui permet d'atteindre des limites de détection plus basses. Ce qui est déterminant compte tenu des exigences de qualité et d'environnement de plus en plus strictes.

Bronkhorst fournit de nombreux débitmètres pour le marché de l'analyse et compte plusieurs grands fabricants d'équipements d'analyse parmi ses clients. Bronkhorst conçoit d'ailleurs souvent des solutions spécifiques « manifolds » pour ses clients. Ces solutions intègrent de multiples fonctionnalités dans un module compact personnalisé. En effet, les instruments compacts et de faible encombrement sont de plus en plus importants pour les laboratoires dont l'espace de travail ne cesse de se réduire.

Lisez la note d'application « Controlled supply of gases in Inductively Coupled Plasma (ICP-AES) for environmental analysis ».

Si vous souhaitez en savoir plus sur les éléments traces ou l'ICP, contactez nos spécialistes.

Comment produire du graphène à grande échelle ?

Production évolutive de graphène à partir de la décomposition d'éthanol à l'aide d'une torche à plasma micro-ondes d'argon utilisant un système à vapeur de Bronkhorst

Gerhard BAUHUIS
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Le "Graphene Flagship" est un projet phare de la Commission Européenne dans le cadre du programme Technologies Futures et Emergentes. Le 3 avril 2020, elle a annoncé qu'elle était en transition vers la phase dite "Core 3", le quatrième cycle de financement de l'initiative de recherche d'1 milliard d'euros financée par la Commission Européenne. Au cours de cette phase de trois ans, le projet « Graphene Flagship » prévoit d'avancer bien plus loin vers la commercialisation du graphène et des matériaux en couches. Tout en gardant un œil sur la recherche fondamentale, le "Graphene Flagship Core 3" mettra l'accent sur la recherche innovante afin de faire passer les technologies basées sur le graphène à des niveaux plus matures pour sa production et son utilisation.

Qu'est-ce que le graphène ?

Le graphène peut être classé en 3 types : le graphène monocouche, bicouche et multicouche.

  • Le graphène monocouche constitue la forme la plus pure et présente des propriétés particulières, qui en font un matériau attractif pour un grand nombre d'applications.
  • Les graphènes bi- et multicouche disposent pour leur part d'autres propriétés (moins qualitatives). Plus le nombre de couches augmente, moins il est coûteux à produire.

Dans ce post, je me limiterai au graphène monocouche car il reste la forme de ce matériau ayant à ce jour débouché sur les meilleurs résultats d'étude.

Le graphène est le premier matériau en 2D au monde, composé d'une unique couche d'atomes de carbone, tels qu'on en retrouve dans le diamant ou les pointes de crayon. Les atomes de carbone du graphène sont ordonnés en hexagones (structure en nid d'abeilles ou en treillis). Cette particularité confère au graphène monocouche les propriétés suivantes :

  • 200 fois plus solide que l'acier
  • 1 000 000 de fois plus fin qu'un cheveu humain
  • Le matériau le plus léger au monde (1 m² pèse environ 0,77 mg)
  • Souple
  • Transparent
  • Imperméable aux molécules d'eau
  • Une conductivité électrique et thermique particulièrement bonne

Le graphène peut également être combiné à d'autres matières, telles que des gaz et des métaux, afin de produire de nouveaux matériaux présentant les propriétés précitées, ou d'améliorer des matériaux existants.

Modelestructuregraphene

La production de graphène

À l'heure actuelle, on ne dispose encore d'aucune méthode pour produire du graphène à grande échelle, à un coût acceptable. Des études sont encore menées dans ce sens.

Le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PE-CVD)

Il existe différentes méthodes pour produire du graphène. L'une des plus connues, utilisée pour produire du graphène monocouche, est celle du dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PE-CVD).

Selon ce procédé, un mélange de gaz, dont au moins un est composé de carbone, est chauffé jusqu'à obtention de plasma. Des débitmètres massiques et régulateurs de débit massique sont utilisés au cours du processus de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) afin de doser les gaz et liquides nécessaires dans les bonnes proportions.

La méthode du PE-CVD permet, grâce au plasma, de déposer une couche de graphène sur un substrat de nickel ou de cuivre. L'étape de chauffe peut avoir lieu dans un espace sous vide. Il existe également des méthodes de productions CVD dites « vertes », où la matière est chauffée dans un environnement sous pression atmosphérique. En recourant au dépôt chimique en phase vapeur, on parvient à produire de plus grandes feuilles de graphène.

Certaines matières premières utilisées le sont à l'état liquide, de sorte qu'elles doivent premièrement être évaporées afin de pouvoir être intégrées au procédé de CVD sous forme gazeuse. Pour garantir le succès de la méthode de dépôt chimique en phase vapeur (assisté par plasma), ou PE-CVD, il est essentiel que le plasma soit composé dans les bonnes proportions et avec grande précision, à l'aide d'instruments de mesure de débit extrêmement précis. Une seule erreur dans le plasma peut faire apparaitre des défauts dans la feuille de graphène : ces impuretés dans la structure en 2D du graphène peuvent altérer les propriétés uniques du produit.

Production à grande échelle de graphène à partir de techniques recourant au plasma

Récemment, notre distributeur espagnol Iberfluid Instruments S.A. a participé à une étude de l'université de Cordoue portant sur les possibilités de production à grande échelle de graphène en recourant à une méthode de plasma sous pression atmosphérique. Dans le cadre de ce procédé, de l'éthanol est évaporé à l'aide du système d'évaporation de Bronkhorst, ou système CEM (Contrôle - Évaporation - Mélange), en vue de la formation de plasma.

Le recours au système d'évaporation permet d'évaporer directement les liquides et de créer ainsi le gaz nécessaire au plasma. Un système complet peut se composer d'un CEM avec un débitmètre pour liquide Bronkhorst (par ex. un débitmètre massique à effet Coriolis de la série mini CORI-FLOW) pour l'éthanol, un régulateur pour gaz (par ex. un régulateur de débit massique EL-FLOW) pour l'argon utilisé comme gaz vecteur, et une vanne couplée à un échangeur thermique.

Un système d'évaporation tel que le système CEM de Bronkhorst produit de bons résultats en termes de stabilité et de précision, débouchant sur un plasma fiable et à la clé, un graphène de meilleure qualité.

Système CEM Bronkhorst-Université de Cordoue

Le système CEM de Bronkhorst utilisé pour l'étude menée à l'université de Cordoue

Dans le document de recherche intitulé "Scalable graphene production from ethanol decomposition by microwave argon plasma torch", on peut lire pourquoi l'Université de Cordoue (ES) a fait le choix d'appliquer le système d'évaporation CEM de Bronkhorst dans un procédé de production de graphène par PE-CVD.

Domaines d'application du graphène

Au vu des propriétés uniques du graphène, des études sont actuellement menées dans de nombreux domaines d'application différents, en particulier pour les graphènes mono- et bicouche. À l'heure actuelle, il semblerait que le graphène monocouche offre les meilleurs résultats. La recherche se penche également sur le potentiel de flocons, de petites particules de graphène pouvant être mélangées à d'autres matériaux tels que des polymères, en vue d'en améliorer les propriétés. Les qualités particulières du graphène monocouche ouvrent dans tous les cas la voie à de nombreuses applications possibles, dans divers secteurs industriels, dont voici quelques exemples :

  1. Épuration d'eau : Les scientifiques étudient actuellement la confection d'un système de filtration avancé à base d'oxyde de graphène qui permettrait de purifier l'eau souillée pour la rendre potable.

  2. Secteur médical : Étant donné que le graphène n'est pas toxique pour le corps, on analyse les possibilités de l'utiliser pour le transport de substances médicamenteuses dans le corps humain, en fixant le médicament au graphène. Le graphène présente en outre la propriété de prévenir la formation de bactéries, ce qui permettrait de l'utiliser comme matériau de revêtement d'implants.

  3. Secteur énergétique : Grâce à une superficie étendue et à son excellente conduction électrique, le graphène pourrait être utilisé à des fins de stockage d'énergie. L'objectif est de créer des batteries en graphène beaucoup plus compactes, à la capacité accrue et entièrement chargées en l'espace de quelques secondes.

  4. Industrie textile : Le graphène pourrait être utilisé pour intégrer des éléments électroniques dans les textiles, tels que des capteurs efficaces, performants et extrêmement précis. Du reste, le graphène pourrait permettre la confection de revêtements de protection anticorrosion et d'encres conductrices.

  5. Industrie des semiconducteurs : Grâce à la bonne conduction électrique et thermique du graphène, ce matériau offre de nouvelles possibilités pour accroître la vitesse de fonctionnement et la capacité des puces (d'ordinateurs et de smartphones).

Domaines d'applications du graphène-industrie textile

Domaine d'application du graphène : industrie textile

Nous continuons de suivre de près les développements concernant le graphène et ne manquerons pas de vous tenir informés sur le sujet !

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Série d'articles de blog : Comment traiter les faibles débits de liquide ? Partie 5/5

Quelle influence les conditions ambiantes, tels que les tuyaux et les vibrations, peuvent-elles avoir sur votre débitmètre ? Bronkhorst, spécialiste des solutions pour les faibles débits de liquide, partage des conseils pour optimiser votre procédé.

Bart de Jong
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5ème partie - Comment gérer les conditions externes ?

Dans le monde de la régulation et de la mesure de débits, nous faisons une distinction entre « faibles débits » et « forts débits ». Mais qu’est-ce que cela signifie réellement ? Bronkhorst fournit des débitmètres et des régulateurs dans la gamme « faible débit ». Savez-vous ce que signifie « faible débit » ? Dans notre série d’articles, nous expliquons la différence et partageons nos conseils et nos astuces sur les installations à faible débit de liquide. Dans cette dernière partie de notre série d’articles, vous en apprendrez plus sur l’influence des conditions ambiantes sur les instruments.

Quelle influence les conditions ambiantes peuvent-elles avoir sur votre débitmètre ?

Les débitmètres Bronkhorst mentionnés dans les précédents articles de la série, qui sont capables de mesurer des (ultra) faibles débits, y sont très sensibles. Cela implique que même les perturbations les plus infimes du procédé d’un client ou des conditions ambiantes peuvent être perceptibles. Toute perturbation éventuellement déjà présente dans le procédé est désormais vue par le capteur, grâce aux mesures beaucoup plus précises de ces débitmètres très sensibles. Un client peut alors réagir en se disant que « quelque chose ne va pas avec ce débitmètre ! » Mais n’oubliez pas que nos outils ne sont que des transmetteurs d’information ! Et utilisez plutôt les informations de cette série d’articles de blog pour optimiser votre propre procédé. Vérifiez les éléments externes tels que les tuyaux qui en amont et en aval du débitmètre, l’influence de tout équipement vibrant dans l’environnement ou l’éventuelle présence de particules solides dans le liquide.

Pour mettre ce qui précède en pratique : lors du choix d’un régulateur de débit ou d’un débitmètre massique Coriolis, une pression amont relativement élevée sera nécessaire pour compenser la chute de pression (perte de charge) relativement élevée de l’appareil, ce qui est globalement le cas lorsque les instruments Coriolis fonctionnent dans leur plage de débit nominale. Toutefois, pour les instruments Coriolis ayant une large gamme de mesure (jusqu’à 1 % de la pleine échelle), la perte de charge dans la partie inférieure de l’échelle est généralement négligeable et comparable à celle des débitmètres thermiques.

Bien que les mesures faites avec un débitmètre Coriolis soient beaucoup plus précises qu’avec un débitmètre thermique, une forte pression amont d’un volume sous pression va causer la dissolution d’une plus grande quantité de gaz dans le liquide. La libération de ce gaz dissous sous forme de bulles lors de la détente à une pression inférieure dans le procédé entraîne une instabilité. Cette série d’articles sur les faibles débits est destinée à vous sensibiliser à tout ce que vous pouvez faire pour améliorer la configuration de votre procédé, chaque méthode ayant ses propres avantages, ses inconvénients et ses effets induits.

Quels tuyaux dois-je choisir ?

Choisissez le plus petit tuyau possible. En minimisant la longueur et le diamètre du tuyau d’alimentation de liquide entre le débitmètre et le procédé, le temps nécessaire au remplissage et au renouvellement sera aussi court que possible. La chute de pression sur les débitmètres massiques Coriolis est beaucoup plus importante que sur les débitmètres thermiques parce que le capillaire de ces derniers est environ 20 fois plus court et que son diamètre est plus large. Trouvez la solution optimale entre la perte de charge et le plus petit volume intérieur de tuyau possible. Pour les faibles débits jusqu'à 100 g/h, il est recommandé d’utiliser un tuyau d’un diamètre extérieur de 1/16 pouce (~ 1,6 mm). Pour les débits supérieurs, nous recommandons des tuyaux de 1/8 pouce (~ 3,2 mm) afin de limiter la perte de charge. Essayez d’utiliser aussi peu que possible des raccords, coudes ou connecteurs en T, car ils risquent de provoquer une accumulation de bulles d’air et une instabilité du débit. Si nécessaire, utilisez des raccords de petit volume.

conduites

Le choix de tuyaux rigides (en acier inoxydable, par exemple) ou souples dépend principalement de la pression d’utilisation. Il est rare que des tuyaux souples soient utilisés à haute pression. Pour les débits inférieurs à 2 g/h, l’utilisation de tuyaux rigides est fortement recommandée parce qu’elle permet de prévenir les changements de volume interne et perturber la mesure. Pour les débitmètres avec capillaires en hastelloy, nous recommandons d’utiliser des tuyaux en hastelloy. Du polyétheréthercétone, ou PEEK, est de préférence appliqué pour les liquides agressifs qui attaquent l’acier inoxydable.

Se prémunir des coups de bélier en évitant les changements soudains de diamètres des tuyaux

Le coup de bélier est un phénomène qui nécessite une attention particulière. Vous le connaissez déjà de par vos toilettes ou votre lave-vaisselle à la maison : il s’agit du choc hydraulique qui se produit lorsqu’un liquide en mouvement est soudainement forcé à s’arrêter ou à changer de direction. Il en résulte alors des variations de pression nettement supérieures aux valeurs de pression (statique) pour lesquelles un système a généralement été dimensionné.

Préservez-vous des coups de bélier en évitant les changements soudains de diamètre d’un tuyau à l’autre, en installant un petit amortisseur de pulsations (lorsqu’une colonne de gaz isolée avec une membrane a un effet d'amortissement), en augmentant progressivement une pression appliquée ou en évitant de faire fonctionner une pompe alors qu’une vanne est fermée.

Comment gérer les vibrations ?

Les vibrations d’une pompe ou d’un autre équipement environnant peuvent avoir un impact négatif sur les performances des débitmètres massiques Coriolis. En effet, le principe de fonctionnement des instruments Coriolis repose sur les vibrations. Il convient donc de s’assurer que les pompes et autres machines environnantes vibrent à des fréquences différentes de celle du débitmètre Coriolis. Afin d’empêcher ces vibrations extérieures d’atteindre le débitmètre Coriolis, vous pouvez utiliser un tuyau en PEEK (légèrement flexible), ou le débitmètre/régulateur de débit peut être dissocié mécaniquement en faisant faire une boucle au tuyau rigide (« lyre en cor de chasse »). Pour les instruments Coriolis, Bronkhorst dispose de blocs massiques de 2 kg et 4 kg avec amortisseurs de vibrations, des éléments tampons supplémentaires pour absorber les vibrations.

bloc massique mini-coriflow

Bloc massique pour débitmètres Coriolis

Lisez notre article : Que faire en cas de vibrations lors de l'utilisation de débitmètres massiques Coriolis

Et concernant l’étalonnage ?

Nous vous recommandons d’étalonner les débitmètres thermiques tels que les appareils μ-FLOW et LIQUI-FLOW une fois par an. Pour les appareils Coriolis comme le mini CORI-FLOW ML120, aucun étalonnage n’est nécessaire, car leur principe de mesure est moins sensible au vieillissement. Dans certains secteurs (automobile, pharmacie et alimentation, par exemple), un étalonnage régulier est toutefois exigé par la législation ou par la normalisation. Dans ces secteurs, il est d’une importance vitale que les appareils de mesure indiquent des valeurs exactes. À des fins d’étalonnage, il peut être utile d’appliquer des tuyaux flexibles transparents, en Téflon, par exemple, afin de pouvoir détecter visuellement toute bulle de gaz présente dans le liquide d’étalonnage.

Centre d'étalonnage Bronkhorst

Centre d'étalonnage Bronkhorst

Utilisez des filtres à particules pour éviter tout encrassement

Afin d’empêcher les tuyaux et capillaires de débitmètres de petit diamètre de s’encrasser, ou de prévenir les dommages des vannes de régulation piézoélectriques, il est recommandé d’intégrer en amont un ou plusieurs filtres à particules. Cette démarche est importante en cas d’utilisation de capteur à petit diamètre et de vannes de régulation pour les débits les plus faibles. Les pores du filtre doivent être au moins dix fois plus petits que le capillaire de mesure, orifice ou restriction de régulation dans le système et, en amont d’une vanne de commande piézoélectrique, la taille recommandée pour les pores est de 5 microns. Une grande surface de filtre peut compenser une perte de charge importante causée par la petite taille des pores.

Plus d'information sur les filtres de Bronkhorst

Vous souhaitez en savoir plus ?

Cet article est la dernière partie des 5 articles de blog de cette série. Consultez les parties précédentes :

Vous avez des questions concernant les faibles débits ? Contactez notre équipe.

Les débitmètres régulateurs massiques pour le contrôle qualité des appareils respiratoires

Bronkhorst contribue à mettre au point une technologie fiable avec l’utilisation des régulateurs de débit massique dans la réalisation d’un simulateur métabolique qui peut être utilisé pour étalonner des appareils de capacité respiratoire.

Johan van ‘t Leven
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En 2018, je me suis rendu dans les locaux d'une société spécialisée dans le développement et la conception de solutions d'appareillage médical. J’ai pu m’entretenir avec les deux directeurs Ivar Donker et Henk van Middendorp sur les activités de Relitech dans l’industrie médicale et de leur simulateur métabolique. Leur enthousiasme et leur dévouement à l’égard de leur travail m’ont amené à mieux comprendre leurs objectifs et l’importance d’une société comme Relitech.

Test exercice cardiopulmonaire

Simulateur métabolique : un contrôle de qualité pour les instruments de mesure de capacité respiratoire

Il existe de nombreux instruments de capacité respiratoire utilisés dans le mondes, tels que des appareils de spirométrie et d'ergospirométrie. Pour que ces instruments de mesure de capacité respiratoire continuent d’offrir des performances élevées, ils doivent être étalonnés afin de répondre aussi aux exigences des règlementations légales. Actuellement, le contrôle de qualité de tels dispositifs est limité en raison du fait que chaque capteur (O2, CO2 et débit) est calibré / étalonné séparément, sans tenir compte de l’interaction dynamique critique entre chacun des capteurs. Relitech a donc imaginé une solution de terrain pour ses clients en mettant au point ce simulateur métabolique.

Le simulateur métabolique est un dispositif complètement mobile, ce qui permet de le transporter facilement et de faire les tests sur site. Sur site, l'appareil mélange deux gaz purs, N2 et CO2, et génère des profils respiratoires en temps réel. Grâce à sa conception intelligente, différents profils respiratoires humains peuvent être simulés avec précision, ce qui permet d'obtenir des capnographes ressemblant étroitement à ceux réels des patients testés

Simulateur métabolique

L'utilisation de régulateur de débit massique thermique

Le simulateur produit un mélange massique d’azote pure et de dioxyde de carbone à l’aide de deux régulateurs de débit massique thermique Bronkhorst. Le mélange de ces deux gaz permet de reproduire des profils d’échange de gaz respiratoire en temps réel et quasiment identiques aux profils respiratoires humains. Il en résulte ce que l’on appelle des capnographes, lesquels ressemblent à ceux des athlètes, par exemple. Les valeurs de capnographe sont visibles sur l’écran d'affichage du simulateur métabolique. La valeur V’CO2 représente la quantité expirée de dioxyde de carbone, et la valeur V’O2 correspond à la quantité d’oxygène inspirée. BF est simplement l’abréviation pour « breathing frequency » (fréquence respiratoire).

« L’utilisation de régulateurs de débit massique n’a rien d'innovant pour moi », explique Van Middendorp. « Je participais déjà à la conception de systèmes de fonction pulmonaire bien avant de rejoindre Relitech en 2002 ».

« Lorsque nous avons commencé à développer le simulateur métabolique chez Relitech, nous étions à la recherche de régulateurs de débit massique compacts et extrêmement précis. C’est là que mon chemin a croisé celui de Bronkhorst. C’est en partie grâce à l’utilisation de ces régulateurs de débit thermiques compacts que nous sommes parvenus à mettre au point un modèle de simulateur d'encombrement réduit ».

Relitech, une technologie fiable

C’est avec passion et dévouement que Relitech met au point des technologies fiables en se concentrant sur les composants électroniques, les logiciels et les logiciels embarqués. Outre leur expertise en matière de technologie de mesure, leur principale compétence est dans le domaine médical, avec des applications telles que la mesure des capacités pulmonaires, l’anesthésie et l’hyperthermie. Pour ces produits et services, la société est certifiée ISO13485. En collaborant étroitement avec divers universités, instituts académiques, multinationales et petites entreprises, Relitech s’est constitué un large réseau de clients très diversifié.

Directeurs Relitech

Le rôle de Bronkhorst

Grâce à notre expertise en matière de débitmètres et de régulateurs massiques précis et fiables pour les liquides et les gaz, nous travaillons en étroite collaboration avec des entreprises du secteur de la haute technologie et avec des universités techniques pour développer des solutions qui vous aideront à optimiser la mesure et la régulation des fluides de votre procédé.

Découvrez les exemples d’application de contrôle de qualité pour les appareils respiratoires.

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Comment les compteurs / débitmètres massiques peuvent aider les hôpitaux dans la gestion des dépenses de gaz médicaux ?

Bronkhorst et son client ont réalisé une solution avec des régulateurs de débit massique qui a permis à l’hôpital de disposer d'un enregistrement continu des données en temps réel et d'une alarme à distance si l'alimentation en gaz passait en état de débit faible.

James Walton
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Dans le milieu médical, la pression sur les budgets et la responsabilité financière est de plus en plus forte, et le secteur a tendance à se pencher à nouveau sur la manière dont les ressources sont utilisées et dans quels domaines des économies peuvent être réalisées.

L'une des dépenses les plus importantes dans la plupart des établissements de santé est le coût d'achat ou de production des différents fluides médicaux nécessaires, tels que l'air médical, l'azote, l'oxygène et le protoxyde d’azote. Souvent, l'utilisation et la consommation de ces gaz ne sont ni mesurées ni contrôlées ou, lorsqu'elles le sont, il s'agit souvent d'une estimation sommaire, inexacte et enregistrée uniquement au stylo et sur du papier.

La plupart des hôpitaux se basent sur la vitesse de la dépressurisation des bouteilles (dans lesquelles le gaz est fourni) pour déterminer le débit et la quantité de gaz utilisé. Cette méthode pose bien sûr de nombreux problèmes, tels que :

  1. La quantité de molécules de gaz dans des bouteilles de taille différentes varient considérablement
  2. La consommation totale de gaz et les pics de consommation ne peuvent pas être déterminées avec précision
  3. Les fuites peuvent passer inaperçues
  4. Il est impossible de déterminer la consommation spécifique au point d'utilisation

Il est donc très difficile de gérer l'ensemble des coûts et d'affecter une facturation individualisée à chaque service et section.

Un de nos clients spécialisé dans la conception, l'installation et la maintenance de systèmes de gaz a été sollicité pour installer le réseau de gaz médicaux dans un nouvel hôpital. Une demande a été faite à Bronkhorst pour la fourniture de compteurs de gaz qui pourraient ensuite être reliés à un réseau de communication numérique relié au système de gestion technique du bâtiment GTB ou gestion technique centralisée GTC.

Compteur débitmètre massique gaz

Des compteurs / débitmètres massiques thermiques avec afficheur multifonctions intégré ont été proposés pour répondre aux exigences de précision et de fiabilité des exploitants. Grâce à la mesure directe du débit (technologie CTA - Constant Temperature Anemometry/ anémométrie à température constante), ces instruments de mesure du débit massique thermique offrent les avantages supplémentaires suivants : aucun risque de colmatage, aucune usure car il n'y a pas de pièces mobiles, une restriction minimale du flux de gaz et donc une très faible perte de charge, le tout basé sur le fait que le passage du gaz dans le corps de l'instrument se fait sur une manchette de section droite.

En plus d’un afficheur local intégré, une interface de sortie Modbus est aussi disponible pour assurer l'intégration avec le système de gestion techniques du bâtiment GTB / GTC. L'utilisateur final disposait ainsi d'un enregistrement continu des données en temps réel et d'une alarme à distance si l'alimentation en gaz passait en état de débit faible ou élevé pour un événement donné. Comme organe de sécurité, l'instrument donne 2 informations paramétrables : d’une part le comptage du débit consommé et d'autre part l’alarme sur seuils réglables de débit min/max.

L'installation des instruments de débit massique pour cette application hospitalière a apporté les avantages suivants au client :

1) Sur les réseaux primaires :

  • Facturation séparée pour les hôpitaux/cliniques/laboratoires partageant la même source de gaz médical
  • Suivi et acquisition de données sur la consommation instantanée et totalisée
  • Détection des fuites dans les conduites de gaz, les évents de sécurité et les sources de gaz médical en l’absence d’utilisation volontaire

2) Sur les réseaux secondaires :

  • Facturation indépendante de la consommation de gaz entre les départements des établissements de santé
  • Détection de la surconsommation
  • Suivi et acquisition de données sur la consommation
  • Détection des fuites dans les conduites de gaz

Depuis d’autres installations dans toute l’Europe ont suivi la tendance d’une responsabilisation accrue des exploitants en installant un débitmètre massique pour la livraison du gaz à l'arrivée, en obtenant un relevé du comptage total et en le croisant avec la facture de la livraison. Cela peut être utile en cas d'erreurs ou de fautes de frappe involontaires lors de l'établissement d'une facture de livraison en vrac.

  • Regardez notre vidéo qui montre le principe de fonctionnement de nos régulateurs de débit massique thermique de la série Mass-Stream

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