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RÉSUMÉ
Cet article a pour objet de décrire les principaux instruments utilisés pour la mesure de vitesse d'un fluide à l'état liquide ou gazeux. Le principe de fonctionnement est détaillé, les différents types d'instruments sont présentés et les principales caractéristiques et limitations de fonctionnement exposées. Un tableau de synthèse permet de comparer les technologies, sur la base d'une problématique donnée. Les deux grandes méthodes d'étalonnage sont ensuite présentées.
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-
Isabelle CARÉ : Responsable du laboratoire d’Anémométrie du CETIAT (Centre Technique des Industries Aérauliques et Thermiques), laboratoire associé au LNE (Laboratoire national de métrologie et d’essais)
INTRODUCTION
La mesure de vitesse de fluide se retrouve aussi bien dans des applications industrielles qu’environnementales. Des instruments sont utilisés pour enregistrer les déplacements de fluide en conditions confinées, dans des conduites, ou en champ ouvert. D’autres instruments sont utilisés pour contrôler que la vitesse de fluide ne dépasse pas, par excès ou par défaut, un seuil critique de sécurité. Le choix de l’instrument doit donc être fait à bon escient d’autant plus que la mesure de vitesse est une opération délicate dans la mesure où l’introduction d’un instrument dans un écoulement engendre une perturbation pouvant conduire à une erreur dans l’estimation de la vitesse.
Les conditions de mesure peuvent ainsi être très variées. Pour des mesures dans des conduits par exemple, on rencontrera aisément des vitesses de l’ordre de 10 m.s−1 pour de l’air pouvant être pollué et à haute température dans des conduits de cheminées, propre dans des conduits de ventilation, voire contaminé en milieu nucléaire. Dans le cas de mesures en champ ouvert, on pourra rencontrer des vitesses très faibles, inférieures à 1 m.s−1 quand il s’agit de qualifier une ambiance de travail dans un bureau ou de contrôler un seuil critique dans une cabine de peinture ou au niveau d’une hotte d’extraction. On pourra également rencontrer des vitesses élevées, supérieures à 20 m.s−1 quand il s’agit de qualifier le champ aéraulique dans un champ éolien, le débit d’un cours d’eau ou la vitesse d’un avion.
Cet article présente le principe des principaux instruments permettant la mesure de la vitesse d’un fluide ainsi que leurs caractéristiques, incluant le domaine d’utilisation et les facteurs d’influence. Certaines technologies, comme les sondes de pression ou les anémomètres thermiques, sont relativement anciennes. Les sondes de pression sont les premiers instruments ayant permis de réaliser des mesures de vitesse d’un fluide. Les anémomètres thermiques ont permis les premières recherches sur les phénomènes de turbulence. D’autres technologies, telles que les anémomètres à ultrasons ou les vélocimètres Doppler Laser sont beaucoup plus récentes et ont bénéficié des progrès dans tous les domaines techniques. Les particularités de chaque type d’instrument permettent de répondre au mieux à chaque problématique industrielle.
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MOTS-CLÉS
VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 1980 par Francis DUPRIEZ
- Version archivée 2 de mars 2000 par Francis DUPRIEZ, Jean-Pierre FLODROPS
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Synthèse – Choix d’un anémomètre
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1. Différents principes de mesure d’une vitesse
1.1 Mesure de vitesse par sonde de pression
Une sonde de pression mesure une différence de pression à partir de laquelle le module de la vitesse d’un écoulement peut être déduit. Certains instruments permettent la mesure simultanée de la direction de l’écoulement.
HAUT DE PAGE1.1.1 Rappels de mécanique des fluides
Considérons un petit parallélépipède dxdydz dans un système de coordonnées lié au laboratoire, possédant une masse égale à l’unité, auquel on applique l’équation fondamentale de la dynamique (équation de Newton) :
Les forces agissant sur l’élément sont les forces de volume et les forces de pression. L’équation du mouvement du fluide (équation d’Euler) projeté sur la tangente à la trajectoire s’écrit alors :
avec :
- g :
- accélération de la pesanteur, seule force extérieure s’exerçant...
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Différents principes de mesure d’une vitesse
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PITOT (H.) - Description d’une machine pour mesurer la vitesse des eaux courantes et le sillage des vaisseaux - Histoire de l'Académie royale des sciences avec les mémoires de mathématique et de physique tirés des registres de cette Académie, p. 363-376 (1732).
-
(2) - BARKER (M.) - On the use of very small Pitot-tubes for measuring wind velocity - Roy. Soc. Proc, p. 435-445 (1022).
-
(3) - MACMILLAN (F.A.) - Viscous effects on Pitot tubes at low speeds - Journal of the Royal Aeronautical Society, vol. 58, p. 570-572 (1954).
-
(4) - LESTER (W.G.S.) - The flow past a Pitot tube at low Reynolds numbers - Aeronautical research council reports and memoranda, N° 3240 (1960).
-
(5) - GOLDSTEIN (S.) - A note on the measurement of total head and static pressure in a turbulent stream - Proc. R. Soc. Lond., p. 570-575 (1936).
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
ISO Mesure du débit des fluides dans les conduites fermées – Méthode d'exploration du champ des vitesses au moyen de tubes de Pitot doubles. - ISO 3966 - 2008
-
NF Mesure du débit des fluides dans les conduites fermées – Méthode d'exploration du champ des vitesses au moyen de tubes de Pitot doubles. - NF X 10-112 - 1977
-
ISO Météorologie – Anémomètres/thermomètres soniques – Méthodes d’essai d’acceptation pour les mesurages de la vitesse moyenne du vent. - ISO 16622 - 2002
ANNEXES
-
Alhborn
Sonde de pression, anémomètre à hélice, anémomètre thermique
Distributeur : http://www.wimesure.com
-
Dantec
Anémomètre thermique, anémomètre Doppler Laser
-
Davis Instruments
Anémomètre à hélice*, anémomètre à ultrasons**
Distributeur : http://www.davis-meteo.com
-
Dwyer
Anémomètre à hélice, anémomètre thermique
Distributeur : http://www.admi-france.fr
-
Envic
Anémomètre thermique
-
Friedrichs
Anémomètre à hélice*, anémomètre à ultrasons**
Distributeur : http://www.davis-meteo.com
-
Gill
Anémomètre à ultrasons**
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2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
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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