Mesure de la pression dans des milieux abrasifs avec la membrane Vulkollan®

Mesure de la pression dans des milieux abrasifs avec la membrane Vulkollan®

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Industry

Habituellement, les capteurs de pression sont disponibles en version inox ou titane. Ceux-ci permettent de couvrir toutes les applications de bancs d’essais et tous les travaux de surveillance. Cependant, lors d’une utilisation en milieu particulièrement abrasif, le capteur nécessite une protection supplémentaire: l’ajout d’une membrane Vulkollan® .

Avant de donner deux exemples d’applications, voici une courte présentation de la matière Vulkollan : Vulkollan® est la dénomination commerciale du caoutchouc d’uréthane de polyester, qui est une matière synthétique, ayant des propriétés élastiques, ainsi qu’une bonne résistance chimique et mécanique. La matière élastomère est employée sous différentes formes, telles que de la mousse, de la matière plastique souple cellulaire, ainsi que de la matière plastique massive. Tandis que les deux premières formes sont essentiellement employées pour la fabrication des oléoducs, la forme en matières plastiques massives est transformée en roues, rouleaux et revêtements. La plage de température de service se trouve alors entre -20 et +80 degrés Celsius.

Matière de contact : le béton

Une entreprise leader dans le domaine de travaux spéciaux de génie civil a contacté STS, à la recherche d’un capteur de pression pouvant être employé dans un milieu fluide et abrasif. Dans ce cas, il s’agissait concrètement de béton. Ils fabriquent des équipements hydrauliques, pour le forage et le remplissage de béton, afin d’obtenir des piliers.

Pour que ces piliers présentent une structure stable, un flux de béton en continue est inséré dans le forage grâce à une pompe. Le processus doit être interrompu lorsque le béton rentre en contact avec le tuyau de distribution.

Cela entraine une augmentation de la pression dans ce dernier détectée par le capteur STS.

Un capteur de pression en inox n’était pas envisageable, il aurait été endommagé par le béton.

Afin de pouvoir maîtriser ce défi, STS a proposé d’équiper un capteur à bride avec une membrane Vulkollan®. Avec cette protection, le capteur utilisé atteint une durée de vie d’un an, avec 5 pour cent d’erreur totale. La construction mécanique et les connexions électriques étaient de fabrication spéciale, néanmoins, un délai court de livraison a été assuré.

Mesure du niveau de remplissage dans des ballasts de cargos

Un fabricant de systèmes de contrôle pour bateaux s’adressa à STS, à la recherche d’une solution fiable pour la mesure du niveau d’eau dans des ballasts de cargos.

Les ballasts sont employés pour influencer la position du centre de masse d’un navire. Les cargos sont, par exemple, construits de manière à ce que la ligne de flottaison à pleine charge coïncide à la ligne de flottaison réelle. Cependant, lorsqu’ils naviguent sans charge, la coque remonte tellement que la proue se dresse en grande partie hors de l’eau. En raison du poids des machines, la coque se trouve basse, mais pas assez pour que les hélices soient  suffisamment immergées dans l’eau – dans ce cas, le bateau est alors non manœuvrable. Afin de résoudre ce problème, les ballasts sont remplis d’eau.

Les capteurs pour la surveillance du niveau de remplissage entrent non seulement en contact avec de l’eau salée (pour cela, des boîtiers en titane suffiraient), mais également avec du sable, des petits cailloux ou des coquillages. Afin d’optimiser, dans ce cas, la durée de vie du capteur, sa membrane a été recouverte d’un film Vulkollan®.

Figure 1 : Exemple d’un transmetteur de pression avec film Vulkollan®

À l’aide de Vulkollan®, les capteurs de pression ont pu être optimisés pour l’emploi dans des milieux abrasifs. Cependant, ceci n’est pas valable pour des matières explosives ou des acides. De plus, les utilisateurs doivent prendre en considération que la protection Vulkollan® dégrade la précision du capteur. Le comportement thermique devient également plus instable.

Pour cela, au cours de la recherche d’une solution de mesure de pression adaptée aux milieux abrasifs, il est indispensable de se faire conseiller par des experts.

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Pics de pression dans les systèmes hydrauliques: un risque pour les capteurs et autres équipements

Pics de pression dans les systèmes hydrauliques: un risque pour les capteurs et autres équipements

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Industry

Les pics de pression se produisent dans presque tous les pipelines de gaz et de liquides. Les pressions qui surviennent en quelques millisecondes peuvent dépasser la pression de surcharge des transducteurs de pression utilisés et les détruire.

Les pics de pression – à savoir des pressions très élevées apparaissant pendant un bref intervalle de temps – ne se remarquent habituellement que lorsque le mal est déjà fait. Ils sont le résultat d’augmentations de pression et également d’autres phénomènes physiques (cavitation, effet microdiesel) qui se produisent partout où des liquides ou des gaz sont transportés par des tuyaux. Cependant, les pics de pression sont moins importants parmi les gaz en raison de leur haute compressibilité et ne représentent donc que rarement un danger. Dans le contexte des conduites d’eau, le terme « coup de bélier » est souvent utilisé. Ce terme désigne un changement de pression dynamique du liquide. Par exemple, quand une vanne se ferme rapidement, le flux d’eau s’arrête instantanément. Cela provoque une onde de pression qui traverse le liquide dans la direction contraire du flux à la vitesse du son et qui est ensuite renvoyée. Il se produit une violente augmentation de pression en quelques millisecondes, ce qui peut endommager les capteurs de pression et autres équipements (dégâts aux raccords et colliers de serrage ainsi qu’aux pompes et à leur socle, etc.). Toutefois, comme ce sont les dispositifs de mesure qui sont affectés en premier lieu, c’est sur eux que nous allons nous concentrer dans les lignes suivantes. Ces dégâts peuvent apparaître sous forme de petite « rupture » ou de déformation (voir Figures 1 et 2).

Figure 1: «Rupture» due à une montée de pression

Figure 2: Déformations dues à des pics de pression

Si la pression agissant sur le transducteur de pression dépasse la pression de surcharge, celui-ci subira des dégâts irréversibles. Il y a deux scénarios possibles dans ce cas: Aussi paradoxal que cela puisse paraître, la destruction complète de l’instrument de mesure en raison du pic de pression est la moindre des conséquences. En effet, les utilisateurs remarquent immédiatement le dommage dans ce cas. Si le capteur est simplement déformé en raison d’un pic de pression, il continuera à fonctionner, mais ne fournira que des mesures inexactes. Les conséquences financières sont disproportionnellement supérieures à celles d’un capteur totalement détruit.

Comment prévenir les dégâts causés par les pics de pression

La méthode miracle pour éviter des dommages provoqués par des pics de pression réside dans l’intégration d’amortisseurs d’impulsions ou d’anti coup de bélier. D’autres moyens, comme l’utilisation de vannes, ne conduiraient pas à des résultats satisfaisants parce qu’ils sont trop lents à réagir aux pics de pression, qui en réalité ne durent que quelques millisecondes.

Le but d’un anti coup de bélier est d’amortir les pics de pression de sorte qu’ils ne dépassent plus la pression de surcharge des transducteurs de pression et ne les endommagent pas. À cette fin, il est placé dans le conduit de pression devant la cellule du capteur. En conséquence, les pics de pression n’atteindront plus directement la membrane sans être observés, puisqu’ils doivent d’abord passer par l’anti coup de bélier proprement dit :

Figure 3: Conduit de pression avec étrangleur de pression

En raison de leur très bonne protection contre les pics de pression, l’utilisation d’anti coup de bélier reste la meilleure option. Mais cette variante présente ses inconvénients. Elle peut entraîner un blocage du conduit de pression en raison de la calcification et de dépôts, en particulier dans les fluides avec des particules solides et en suspension. Cela ralentit le signal de mesure. Si ce système est utilisé dans des applications importantes, une maintenance supplémentaire doit être effectuée.

Une protection supplémentaire contre les pics de pression peut être obtenue à l’aide d’une résistance à la surpression plus élevée, contrairement à la version standard. Le choix dépend donc de l’application particulière : si des relevés de haute précision sont requis, ceux-ci ne peuvent plus être réalisés dans certaines circonstances de très haute résistance à la surpression par rapport à la plage de mesure.

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Mesure de la densité dans les débitmètres à gaz

Mesure de la densité dans les débitmètres à gaz

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Oil & Gas

La consommation de gaz est calculée par des compteurs à gaz qui mesurent le volume écoulé. Étant donné que la densité du gaz, et par-là même son volume, dépendent de la pression et de la température, la quantité mesurée peut varier en fonction de la pression ou de la température qui prévaut à un moment donné. Le volume de gaz, qui dépend de la pression et de la température, peut être décrit par la formule suivante : P x V/T = Constante (où P est la pression, V le volume et T la température).

Tandis que la pression à laquelle le gaz circule dans les canalisations peut être facilement contrôlée et surveillée, ce n’est pas le cas de la température. Les différences qui en résultent sur la densité ont une influence sur la valeur de débit mesurée. Ce qui reste un facteur négligeable pour les consommateurs ordinaires dont la consommation reste faible devient un facteur de coût important pour les gros consommateurs.

La Directive sur les instruments de mesure (DIM), une réglementation de l’Union européenne portant sur les instruments de mesure, a été publiée pour établir une procédure d’homologation harmonisée au niveau de tous les États de l’UE et de certains autres pays. Les objectifs supplémentaires de cette directive incluent un test harmonisé, effectué une seule fois, pour l’homologation des instruments de mesure, ainsi qu’une réglementation harmonisée et transnationale de l’étalonnage initial. Avec ces réglementations transnationales spécifiques, la qualité des produits est encore améliorée, et des conditions équitables entre les concurrents sont garanties. Dix types d’instruments de mesure sont couverts par la DIM dans le domaine de la métrologie légale, les exigences portant sur les compteurs à gaz et les convertisseurs de volume sont énoncées dans l’annexe IM-002.

La pression et la température doivent être prises en compte lors du calcul des quantités exactes de gaz. Et cela nécessite que les compteurs à gaz soient équipés de capteurs appropriés. Plutôt que le volume, c’est la masse du gaz qui doit être indiquée, car il s’agit là d’une mesure plus précise au regard des fluctuations de densité. Pour déterminer des valeurs fiables, il est nécessaire de mesurer à la fois la pression et la température pour en déduire la densité.

Une précision élevée grâce à une compensation computationnelle

Il existe deux types de capteurs de pression et de température à fixer sur les compteurs à gaz. Dans la première variante, le transmetteur de pression est vissé sur le tuyau de distribution de gaz et raccordé au compteur par le biais d’un câble. Dans la deuxième variante, le capteur est au contraire installé directement dans l’appareil (l’exemple donné ci-dessous décrit la variante numéro deux).

Les plages de pression utilisées pour les compteurs à gaz sont généralement comprises entre 0,8 et 3,5 bars (valeurs absolues) et 2,5 et 10 bars (valeurs absolues). Les exigences en termes de précision sont énormes : il est demandé que la précision soit de l’ordre de 0,2 % de la valeur mesurée à des températures comprises entre -20 °C et 60 °C. Ce chiffre ne peut néanmoins pas être atteint avec des capteurs de pression conventionnels. Pour assurer ce haut niveau de précision, une compensation computationnelle doit être appliquée. Pour cette raison, STS fournit des transmetteurs de pression et de température dont le fonctionnement a non seulement été testé, mais dont le paramétrage a également été effectué (coefficients de compensation polynomiale).

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L’intégrité anti-fuite est synonyme de sécurité: Mesure de la pression des pipelines

L’intégrité anti-fuite est synonyme de sécurité: Mesure de la pression des pipelines

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Leak Testing

Sous nos pieds se trouve une vaste infrastructure aux nombreuses ramifications permettant à notre société de fonctionner. Des millions de kilomètres de pipelines transportent, des producteurs aux consommateurs, du gaz naturel, du biogaz, de l’eau douce et des eaux usées. Et tout particulièrement pour les produits les plus dangereux comme le gaz, la sécurité est primordiale. Des fuites dans les conduites peuvent conduire aussi bien à des pertes en ressources qu’à des pollutions environnementales. UNION Instruments a mis au point, avec les cellules de mesures de pression fabriquées par STS,  un kit de tests en pression qui simplifie la détection de fuites.

Le kit de test en pression PMS3000 de UNION Instruments GmbH a été développé pour mettre en œuvre toutes les étapes essentielles au contrôle des pipelines afin de repérer la présence de fuites éventuelles

Les champs d’application sont divers et variés:

  • Alimentation en gaz selon DVGW G469-(A) A2, B2, B3, C3 et D2
  • Alimentation en eau potable selon DVGW W400-2, Part 16
  • Technologie, industrie, technologie des procédés
  • Pipelines de chauffage local
  • Capteurs géothermiques
  • Conduites de câbles
  • Canalisation d’égouts

Figure 1: Kit de test de pression PMS3000
Source: UNION Instruments

À ce stade, nous allons nous concentrer sur la détection de fuites sur les pipelines d’alimentation en eau potable au moyen du processus dit de contraction (également appelé « test de pression de contraction »).

Le processus de contraction dans l’approvisionnement en eau potable

L’approvisionnement en eau potable est souvent réalisé au moyen de conduites en plastique. Si une pression de test élevée est appliquée, cela va entraîner une augmentation du volume. Cette dilatation va à son tour entraîner une chute de pression, qui rend la détection des fuites plus difficile. En outre, il est nécessaire de s’assurer que le pipeline à tester est suffisamment exempt d’air. La procédure de contraction spécialisée permet d’obtenir dans ce cas une évaluation correcte des fuites. Les normes de cette procédure sont énoncées dans la fiche de travail DVGW W400-2, Part 16.

Pour effectuer le processus de contraction conformément à W400-2, Part 16, en plus du kit de test de pression PMS3000, le kit de dépressurisation DAK2000 est également nécessaire, de sorte que le volume d’eau qui sera libéré soit enregistré de façon centralisée indépendamment du volume de sortie, puis relayé au kit PMS3000. C’est grâce à cette liaison directe que les opérations manuelles peuvent être réduites et que les erreurs de transmission peuvent être évitées. Pour mettre la conduite sous pression, une pompe est également nécessaire. À ce titre également, UNION Instruments propose diverses solutions compatibles avec le PMS3000.

Figure 2:  Processus de contraction selon W400-2, Part 16
Source :UNION instruments

Le processus de contraction (voir Fig. 2) est relativement complexe et se déroule en plusieurs phases. Le test de détection de fuite en tant que tel prend 3 à 4 heures. En utilisant le PMS3000, le processus est divisé en sept phases. Au cours de la première phase, la phase de relaxation, la pression de l’eau statique et les températures de la conduite sont mesurées. Ensuite commence la phase de pressurisation. À ce moment la pression de test est atteinte. Elle est environ quatre bars plus élevée que la pression de fonctionnement. Cette phase prend moins de 10 minutes. La vitesse de la montée en pression peut être observée avec le PMS3000, ce qui permet une évaluation initiale de l’absence d’air.

Une fois la pression de test atteinte, la phase de stabilisation de la pression commence. Ce maintient en pression est assurée par un re-pompage continu. Dans la phase de repos qui suit, la chute de pression, et par là même la réduction de pression, est observée sous la forme d’un pourcentage de la pression de test : Dans ce cas, la pression ne peut pas chuter de plus de 20 %.

Ensuite vient la réduction de pression visant à tester l’absence d’air. À ce moment, de l’eau est libérée, et l’on mesure le volume du débit, qui est relayé au PMS3000. Ce volume d’eau libérée doit s’accompagner d’une certaine chute de pression. Si ce n’est pas le cas, c’est qu’il y avait trop d’air présent dans le pipeline testé.

Une fois cette phase terminée, le test principal, d’une durée de 30 minutes, peut commencer. À ce stade, une pression est appliquée une fois encore à la canalisation. Si une chute de pression se produit à ce stade, le test principal sera alors étendu à 90 minutes. Durant ce laps de temps, la pression dans la canalisation ne peut pas baisser de plus de 0,25 bar. Dans le cas contraire il sera estimé que la canalisation fuit.

Le processus de test dans son intégralité est conservé sur la carte SD du kit de test de pression. Il sera disponible sous forme de rapport PDF et ne nécessite aucun autre logiciel d’évaluation de la part de l’utilisateur.

Pour ses mesures de pression, le PMS3000 est équipé d’un transducteur de pression piézorésistif STS. Comme ce kit de test de pression est utilisé dans de nombreuses applications, les exigences sont très élevées pour ces cellules de mesure. Elles doivent être capables de mesurer une plage de pression allant de quelques millibars jusqu’à 1000 bars (pour le test de détection des fuites sur les systèmes hydrauliques, par exemple), tout en offrant une très grande précision de mesure. Dans le cahier des charges communiqué à STS par UNION Instruments, on retrouve notamment une stabilité de 5 mbar sur des changements de température de l’air ambiant de 15 °K à des pressions de test allant de 20 à 25 bars. Pour plus d’informations sur l’intégration de cellules de mesure piézorésistives dans des applications existantes, veuillez vous reporter ici.

Caractéristiques du système PMS3000, en bref :

  • Kit de test de pression robuste, étanche et prêt à l’utilisation sur le terrain
  • Imprimante intégrée pour l’impression des rapports
  • Écran tactile avec graphiques en couleurs
  • Carte mémoire SD de 32 Go, avec lecture mobile par USB
  • Divers connecteurs externes
  • Procédures de test des consignes de DVGW G469 (A) : 2010 et W400-2 : 2004 stockées sur le dispositif
  • Éventail complet de composants de connexion et de pompes de test pour la mise sous pression disponible
  • Transducteur piézorésistif STS intégré, avec une plage de pression de 100 mbar à 1000 bar (précision : ≤ ± 0,50 / 0,25 % FS)
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La mesure de la conductivité des eaux naturelles et autres liquides

La mesure de la conductivité des eaux naturelles et autres liquides

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Water

Plusieurs facteurs sont à prendre en compte lors de la mesure de la conductivité d’un liquide. Bien que les éléments à considérer varient selon la nature du liquide testé, l’un des principaux facteurs d’influence est la température du liquide.

La conductivité, exprimée en microsiemens (µS), indique la capacité d’une substance à conduire du courant électrique. La conductance électrique est l’inverse de la résistance électrique (ohms). Ainsi, plus la conductance est élevée plus la résistance est faible.

La conductivité des eaux naturelles

L’eau pure n’offre quasiment aucune conductance électrique (0,055 µS/cm pour l’eau pure, contre 500 µS/cm pour l’eau potable). L’eau devient conductrice par le biais de substances dissoutes, telles que les chlorures, les sulfates et autres substances. Ainsi, la pureté d’un plan d’eau peut être déterminée via une simple mesure de conductivité. Plus la conductivité est élevée, plus il y a de substances dissoutes dans l’eau. Les usages applicatifs de la mesure de la conductivité permettent par exemple d’évaluer le niveau de contamination des eaux souterraines dans les décharges et de surveiller les infiltrations d’eau salée dans les sources souterraines. Ces usages font de la conductivité un élément clé des technologies environnementales de dépistage et d’analyse des impuretés dans l’eau. Cependant, la conductivité n’est qu’un indicateur de pollution. La composition des substances présentes dans l’eau doit ensuite être analysée chimiquement, en particulier car les substances pouvant être dissoutes dans l’eau ne sont pas toutes conductrices (p. ex. les hormones et les fongicides).

Un autre usage applicatif de la mesure de la conductivité consiste à déterminer la direction et la vitesse d’écoulement de l’eau. Du sel est ajouté à l’eau afin d’augmenter sa conductivité, puis des mesures de conductance sont effectuées à des points spécifiques qui permettent de déterminer avec précision la vitesse et la direction d’écoulement.

Comme mentionné précédemment, la conductivité d’un liquide dépend fortement de sa température. Deux échantillons d’une même substance liquide peuvent donc produire différentes valeurs de conductance à différentes températures. Sans compensation de température, il est pratiquement impossible de comparer deux substances qui ne peuvent pas être examinées à la même température. Par conséquent, la mesure de la conductivité et la mesure de la température sont généralement effectuées en même temps. La compensation de température est ensuite utilisée pour calculer la conductance à une température de référence, qui est normalement définie à 25 °C.

La formule de compensation de température

La formule de compensation de température utilisée pour déterminer la conductivité d’un liquide à une température de référence dépend entièrement du liquide examiné. Pour les eaux naturelles, la fonction employée est la fonction non linéaire de la norme ISO/DIN 27888 relative à la qualité de l’eau.

Les fonctions linéaires sont utilisées pour les solutions salines, acides et alcalines. Pour calculer le pourcentage de variation de conductivité (K) par variation de température en degrés Celsius (∆T), nous utilisons la formule suivante :

α = (∆K(T)/∆T)/K(25°C)*100

∆K (T) = Variation de conductivité par rapport à la plage de température sélectionnée.

∆T = Variation de température par rapport à la plage de température sélectionnée.

K (25 °C) = Conductivité à 25 °C

Enfin, considérons un exemple de calcul permettant de déterminer la conductivité d’un détartrant rapide. Pour obtenir les chiffres nécessaires au calcul, trois mesures doivent être effectuées :

122.37 mS/cm à 20°C
133.10 mS/cm à 25°C
135.20 mS/cm à 26°C

∆K(T) = 135.20 mS/cm -122.37 mS/cm = 12.83 mS/cm
∆T = 26°C – 20°C = 6°C
K(25°C)= 133.10 mS/cm

α = ((135.20 – 122.37)/(26 – 20))/133.10*100 = 1.60 %/°C

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