Les mesures de débit d’un gaz ou d’un liquide servent à différents usages : considérations commerciales dans le cadre d’un contrat, processus de production, etc. Le débit (ou débit volumique) peut notamment être défini par la mesure de la pression.

Le débit volumique peut être mesuré à l’aide de différents instruments : les capteurs de débit à ultrasons, les capteurs de débit magnéto-inductifs et les capteurs qui fonctionnent selon la méthode de pression différentielle (notamment le diaphragme concentrique, la buse Venturi ou le tube de Pitot/Prandtl). Pour les capteurs utilisant la méthode de pression différentielle, l’équation de Bernoulli est utilisée pour l’analyse des valeurs mesurées :

Q = V/t = VmA

Q = débit volumique
Vm = vitesse médiane
t = temps
A = surface
V = volume

Prenons l’exemple d’une mesure de débit volumique à l’aide d’un diaphragme concentrique. En attachant le diaphragme à un tuyau, celui-ci se rétrécit en un point.

Illustration 1: Diaphragme concentrique

Avec un écoulement régulier, la même pression doit prévaloir à la fois avant et après le diaphragme concentrique :

p1 + ½ ρv12=p2+ ½ ρv22

p = pression
ρ = densité
v = vitesse

Cette hypothèse est basée sur l’équation de continuité, qui stipule que tout élément qui entre dans un tuyau finit par en ressortir :

v1A1 = v2A2
v = vitesse
A = surface

Illustration 2: Mesure de débit

Cependant, en conditions réelles les frictions entraînent une chute de pression :

p + ½ ρv2 + wR = constant

p = pression
ρ = densité
v = vitesse
wR = taux de force de friction par volume

Illustration 3: Chute de pression

Cette chute de pression est importante pour déterminer le débit volumique, mais l’effet de friction dépend toutefois de nombreux facteurs. Pour cette raison, nous utilisons une formule empirique basée sur des valeurs empiriques. Ainsi, le débit volumique résulte désormais de la source du différentiel de pression :

Q = 4000 αεd2√∆p/ρ

Q = débit volumique
α = coefficient de débit empirique
ε = facteur d’expansion
d = diamètre interne du diaphragme
∆p = différentiel de pression
ρ = densité

Pour faciliter l’usage de cette formule, les valeurs constantes du système de mesure et du fluide mesuré peuvent être résumées par la constante « c ». Par exemple, la mesure d’un fluide donne l’équation suivante :

Q = c √∆p