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RÉSUMÉ
Cet article traite des fondamentaux de la mesure et du contrôle de niveau de liquides et de solides dans un contexte industriel. Les notions exposées en première et deuxième partie reprennent les définitions prérequises à une bonne mise en œuvre : niveau mesuré, hauteurs vraie et manométrique, interface, plan de référence, etc. Les parties suivantes décrivent les spécificités de la mesure de niveau relatives au produit (tranquillisation des liquides, particularités des solides en vrac), à la criticité de l'application (chaîne de mesure, fiabilité, sécurité) et à son adaptation aux conditions environnementales (températures extrêmes, agressions extérieures). Enfin, les dernières évolutions de la mesure de niveau, notamment en termes d'exploitation et de connectivité, sont présentées.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Florestan OGHEARD : Chargé d’affaires référent technique - Centre technique des industries aérauliques et thermiques, Villeurbanne, France
INTRODUCTION
Rien ne semble plus banal qu’une mesure de niveau ! À côté des mesures de température, de pression et de débit, c’est une des quatre mesures fondamentales assumées par l’instrumentation industrielle. Cependant, la multiplicité des méthodes employées démontre que le niveau est, en réalité, un paramètre plus compliqué à maîtriser qu’il ne le paraît de prime abord. La complexité de la mesure de niveau est inhérente aux concepts mis en jeu. Que ce soit les différents mesurandes (niveau, hauteur vraie, hauteur manométrique), les spécificités relatives au produit stocké (tranquillisation des liquides, particularités des solides en vrac), la criticité de l’application (chaîne de mesure, fiabilité, sécurité) et son adaptation aux conditions environnementales (températures extrêmes, agressions extérieures), une multitude de paramètres est à prendre en compte afin d’optimiser le processus de mesure. Outre ces considérations purement techniques, la mesure de niveau peut également servir aux transactions commerciales lors de l’achat d’une quantité (volume ou masse) de produit stocké. Dans ce cas, les règles et normes de métrologie légales ajoutent des contraintes supplémentaires qu’il faudra considérer. La mise en œuvre d’une mesure de niveau doit ainsi répondre à diverses problématiques de sécurité, de rentabilité, ou de qualité des produits stockés. Omniprésente dans l’industrie, la mesure de niveau intervient dans un bon nombre d’applications, allant du contrôle (gestion d’automatismes, génie des procédés) à la détection de seuils (déclenchement d’alarmes) en passant par l’enregistrement de campagnes de mesures pour le suivi et l’analyse des systèmes (nappes phréatiques, barrages, rivières, réservoirs, consommation d’eau ou de carburant, etc). Les secteurs industriels les plus concernés par ces applications sont l’industrie chimique et pétrochimique, l’industrie agroalimentaire, pharmaceutique, ou encore le secteur de traitement de l’eau ou des industries en lien avec l’énergie et les matières premières.
ce premier article introduit les généralités sur la mesure et le contrôle des niveaux, nécessaires à la compréhension des articles suivants :
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« Mesure et contrôle de niveaux – Systèmes pour liquides ou solides » [R 2 011] ;
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« Mesure et contrôle de niveaux – Systèmes propres aux liquides » [R 2 012] ;
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« Mesure et contrôle de niveaux – Systèmes propres aux solides » [R 2 013] ;
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« Comparatif des méthodes de mesure et de détection de niveaux » [R 2 014].
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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1993 par Michel RICHARD
- Version archivée 2 de mars 2003 par Michel RICHARD
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Systèmes de tranquillisation
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2. Définition d'un niveau liquide
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Plan de repérage : le repérage d’un niveau implique la présence d’un plan de référence, choisi d’ailleurs d’une manière purement conventionnelle. Ce pourrait être, par exemple, la base d’un réservoir, le niveau zéro du sol d’une usine ou encore le niveau dit « normal » d’un ballon, à partir duquel les fluctuations du niveau effectif du liquide seront appréciées.
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Liquide en équilibre statique : un niveau liquide ne peut être défini que s’il se trouve en parfait équilibre statique, avec une surface lisse semblable à un miroir.
En pratique, l’exactitude de la mesure de niveau doit tenir compte des fluctuations autour d’une valeur moyenne statistique, avec un écart type et une loi de distribution associée aux variations locales et globales du « plan » liquide. Usuellement, seule la mesure de ce niveau moyen possède un sens industriellement. Les perturbations à haute fréquence (vaguelettes) peuvent être éliminées par un filtre passe-bas ; il subsiste les balancements à basse fréquence, dans un grand réservoir par exemple.
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Liquide en mouvement : les liquides industriels sont le plus souvent soumis à toutes sortes d’agitations : mécaniques, pneumatiques, opérations de remplissage-vidange, convections provoquées par des transferts thermiques, etc. Les grandes masses sont susceptibles d’entrer en oscillations synchrones avec divers régimes d’exploitation. Les oscillations d’une masse liquide dans un tube en U, dans un réservoir, peuvent être assimilées à un système du second ordre, c’est-à-dire qu’apparaissent les notions classiques de fréquence d’excitation, de période naturelle, d’amplitude, de phase, d’amortissement. On peut réduire les oscillations par des systèmes de tranquillisation.
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Définition d'un niveau liquide
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ASCH (G.) - Les capteurs en instrumentation. - 8e édition. Dunod (2017).
-
(2) - GILLUM (D.R.) - Industrial level, pressure, and density measurement. - ISA (1995).
-
(3) - LEWIS (J.) - Solids Level Measurement and Detection Handbook. - Momentum Press (2012).
-
(4) - LITTLE (T.) - Going the distance: Solids Level Measurement with Radar. - Momentum Press (2012).
-
(5) - CHO (C.H.) - Measurement and Control of Liquid Level. - ISA (1982).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Mesure et contrôle de niveaux – Systèmes pour liquides ou solides
Cours en ligne sur la mesure de niveau par technologie radar :
https://academy-online.krohne.com/elearning/fr/cours/mesure-de-niveau-radar/
Engineer’s Garage: level sensors :
https://www.engineersgarage.com/article_page/level-sensors/
HAUT DE PAGE
ISO 2919 (2012), Radioprotection – Sources radioactives scellées – Exigences générales et classification
NF EN 13922 (2011), Citernes destinées au transport de matières dangereuses – Équipement de service pour citernes – Dispositifs limiteurs de remplissage pour carburants pétroliers liquides
Le catalogue des normes Iso et Afnor peut être consulté en ligne sur le site de l’Afnor : http://www.afnor.fr
DIN 7081 (1999), Pressure resistant oblong sight glasses of borosilicate glass without limitation in the range of low temperature
DIN 7080 (2005), Pressure...
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Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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