Développement et application du débitmètre massique Coriolis
2025/09/10
Résumé : Cet article passe brièvement en revue le processus de développement du débitmètre massique Coriolis, résume son état de développement et d'application et souligne ses tendances de développement.
Mesure directe du débit massique VS débitmètre volumétrique
La mesure du débit, de la température et de la pression constitue les trois principaux paramètres de mesure industrielle. Parmi eux, la mesure du débit est la plus complexe et requiert la plus grande précision. Économique, fiable et sûre, sa mesure joue un rôle important dans le processus de production. Il existe actuellement de nombreux types d'instruments de mesure du débit, tels que les débitmètres à engrenages ovales, les débitmètres à pression différentielle, les débitmètres électromagnétiques, les débitmètres à turbine et les débitmètres à ultrasons, tous appartenant à la catégorie des débitmètres volumétriques .
Mesure du débit volumétrique par débitmètre à engrenages ovales
Pourquoi les industries ont besoin de solutions de mesure directe du débit massique
Dans le domaine de la production industrielle, pour des raisons telles que le bilan matière, le bilan thermique, le stockage et la comptabilité économique, la mesure de la masse des fluides circulant est une préoccupation majeure. Bien qu'un débitmètre massique indirect puisse être composé d'un débitmètre volumétrique et d'un densimètre, sa structure est complexe et soumise aux variations de pression et de température, ce qui entraîne d'importantes erreurs de mesure. C'est pourquoi les techniciens en métrologie espèrent depuis longtemps développer un débitmètre massique capable de mesurer directement le débit massique des fluides dans les canalisations.
La mesure du débit massique Coriolis n'est pas affectée par la température, la pression et la viscosité
Précision des débitmètres Coriolis par rapport aux débitmètres électromagnétiques et à turbine
La précision du débitmètre à turbine n'est pas aussi bonne que celle du débitmètre massique à effet Coriolis
Comparés à d'autres technologies telles que les débitmètres électromagnétiques ou à turbine , les débitmètres Coriolis offrent une précision accrue et une mesure directe du débit massique. Le débitmètre massique Coriolis (ci-après dénommé débitmètre Coriolis) est un nouveau type de débitmètre massique développé par Micro Motion en 1977. Il repose sur le principe de la force de Coriolis proportionnelle au débit massique généré par un fluide dans un système rotatif en mouvement linéaire. Il permet de mesurer directement et précisément la masse du fluide et d'obtenir simultanément sa densité. C'est actuellement l'un des débitmètres dont le développement est le plus rapide. Après des années de développement, ce nouveau type de débitmètre massique a considérablement amélioré ses performances de mesure et est devenu un leader dans la mesure du débit. Article connexe : [ Débitmètre Coriolis vs Débitmètre magnétique ]
Principe de fonctionnement et formule du débitmètre massique à force de Coriolis
Le principe de fonctionnement d'un débitmètre Coriolis repose sur la force de Coriolis. Sur un disque tournant à une vitesse angulaire ω se trouve une masse m. Le point se déplace à une vitesse v, et en ce point, la particule subit une force d'inertie fictive.
Fonction Fc, sa taille est :
Fc=2mωv
Dans la formule : Fc est la force de Coriolis ; M est la masse de la particule mesurée ; ω est la vitesse angulaire ; V est la vitesse radiale dans un système rotatif ou oscillant.
Mesure des vibrations et du couple du débitmètre Coriolis à tube en U
La force Fc est la force de Coriolis, perpendiculaire au plan déterminé par ω et v. Prenons l'exemple d'un débitmètre massique à tube en U ordinaire : le tube vibre uniformément à une fréquence de 80 Hz sous l'action d'un circuit électronique. Du fait de la présence de la force de Coriolis, le fluide s'écoule en sens inverse de part et d'autre du tube en U, et la force de Coriolis qui en résulte agit en sens inverse sur la paroi du tube, comme illustré à la figure 1. Du fait de la force opposée agissant sur les tubes parallèles de part et d'autre, le tube en U est soumis à un couple M. Parallèlement à ses vibrations de haut en bas, le tube en U semble subir une torsion latérale alternée, comme illustré à la figure 2.
Méthode de calcul de l'angle de torsion et de la différence de temps du débitmètre Coriolis
Le couple M est proportionnel à FC, et FC à mv. Par conséquent, la mesure de l'angle de torsion θ du tube en U et le calcul du couple M permettent d'obtenir la valeur du débit massique m. Compte tenu de la difficulté de mesurer précisément l'angle de torsion θ, la relation entre l'angle θ et la différence de temps Δ t entre les tubes droits parallèles passant par le point d'équilibre central aux deux extrémités du tube en U permet de mesurer l'angle θ et ainsi le débit massique.
Marché mondial des débitmètres Coriolis
Débitmètre Coriolis Micromotion de Rosemount
Les fabricants représentatifs de débitmètres Koch étrangers sont Rosemount et E+H, avec des parts de marché respectives de 65 % et 25 %. Bien que les débitmètres Coriolis n'aient fait leur apparition sur le marché qu'au début des années 1980, ils sont progressivement devenus le produit dominant des débitmètres, avec des indicateurs de performance technique et des niveaux d'intelligence en constante amélioration. Des experts reconnus affirment que le débitmètre Coriolis remplacera d'autres types de débitmètres massiques et certains débitmètres volumétriques comme technologie dominante pour la mesure du débit.
Taux de croissance du marché des débitmètres Coriolis et statistiques de vente 1991-2004
Les chiffres de vente le prouvent également : de nombreux débitmètres traditionnels connaissent une baisse significative de leur part de marché, tandis que seuls les débitmètres Koch affichent une croissance annuelle moyenne de 16 %. Selon les statistiques, la capacité installée mondiale estimée était de 110 000 à 130 000 unités en 1991. En 1995, les ventes mondiales de débitmètres se sont élevées à 3 milliards de dollars US, dont 235 millions de dollars US pour les débitmètres Coriolis, soit environ 8 %. Au cours des cinq dernières années, le chiffre d'affaires annuel moyen des différents débitmètres dans le monde a atteint 2,2 milliards de dollars US, dont 420 millions de dollars US pour les débitmètres Coriolis, soit 19 %, tandis que les autres types de débitmètres représentent moins de 8 %.
Tendances de la recherche sur l'automatisation industrielle et la technologie des débitmètres Coriolis
Cependant, avec la demande croissante de technologies automatisées de détection et de traitement de l'information dans la production industrielle, des paramètres et situations industriels impossibles à mesurer en raison de la complexité et de la difficulté des fluides imposent désormais des exigences de surveillance et de mesure du débit massique. C'est pourquoi des pays comme les États-Unis, l'Allemagne, le Royaume-Uni et le Japon mènent des recherches technologiques sur de nouveaux débitmètres Coriolis. Compte tenu des vastes perspectives de marché et des bénéfices élevés de ces nouveaux instruments, les pays ont investi massivement et sont impatients de saisir l'apogée de cette technologie.
État du développement du débitmètre Coriolis en Chine
La Chine a commencé relativement tard la recherche et l'application des débitmètres Coriolis. Depuis le milieu des années 1980, ces appareils sont intégrés à certains équipements importés. En 1992, environ 2 000 unités étaient déjà en service, principalement dans les industries pétrolière et chimique. Ces dernières années, grâce à une meilleure compréhension des débitmètres Coriolis, le nombre de débitmètres Coriolis installés en Chine a continué d'augmenter et leur champ d'application s'est élargi. Cependant, la grande majorité d'entre eux sont importés de l'étranger.
Les débitmètres Coriolis des séries SH-CMF et SH-CMD de silverinstruments.com bénéficient de près de 40 ans d'expérience en production. Nous visons l'excellence dans nos processus de production et, grâce à nos 40 ans d'expérience en applications, nos débitmètres de qualité sont reconnus pour leur stabilité et leur excellence dans divers secteurs. Pour certaines applications industrielles spécifiques, nous avons réalisé des avancées technologiques majeures, notamment pour les débitmètres Coriolis haute pression (1 000 bar), ultra-basse température (-260 °C), ultra-haute température (400 °C), et pour les débitmètres massiques à matériaux spéciaux comme le tantale et le titane. Le Monel et d'autres matériaux ont également réalisé des avancées technologiques majeures.
Débitmètre cryogénique pour la mesure du GNL (silverinstruments.com)
Les débitmètres massiques de gaz de petite taille sont largement installés en Chine, principalement dans les équipements expérimentaux de petite et moyenne taille, les dispositifs d'analyse et de détection en ligne et la production de semi-conducteurs dans les industries chimique et pétrochimique. Les débitmètres massiques de gaz de grande taille sont principalement utilisés pour mesurer le gaz naturel et le gaz de houille. Bien que leur nombre soit limité, les perspectives sont prometteuses. Ces dernières années, le développement des débitmètres massiques de gaz de petite et moyenne taille en Chine a été rapide. En 1999, par exemple, 2 785 unités ont été installées en Chine, dont 2 150 unités produites localement (principalement par des fabricants tels que l'Institut de recherche chimique de Pékin du ministère de l'Industrie chimique, Jianzhong Instrument Factory et Shengye Company), et des instruments importés, principalement de sociétés comme Brooks UN. En raison des limitations des appareils d'étalonnage, il existe actuellement très peu de fabricants de débitmètres massiques de gaz de grand diamètre en Chine, mais silverinstruments.com propose des débitmètres massiques à effet Coriolis de 12 pouces maximum, capables de mesurer un débit d'environ 918 lb/s.
Débitmètre Coriolis 12 pouces de silverinstruments.com
Défis de développement et croissance du marché des débitmètres massiques liquides chinois
En raison de la grande complexité technique et de la longue durée de vie, les débitmètres massiques pour liquides progressent relativement lentement. Bien que de nombreux instituts de recherche et universités aient développé ce produit, le nombre de fabricants est extrêmement limité et la production est faible (notamment l'Institut de recherche chimique de Pékin du ministère de l'Industrie chimique et l'usine d'instruments de Taihang au Shanxi, etc.). La demande augmente cependant d'année en année.
Croissance des ventes de débitmètres Coriolis Micro Motion en Chine de 1992 à 2004
Selon les données de la société Micro Motion (MM) aux États-Unis, les ventes totales de l'entreprise en Chine s'élevaient à 600 unités en 1992, pour un volume de ventes de 1 000 unités la même année. En 1997, le nombre de débitmètres Coriolis installés était d'environ 3 500 à 4 500 unités, et en 2004, il avait atteint 7 500 unités. Ces instruments sont largement utilisés dans la mesure et le contrôle des usines pétrochimiques, chimiques, de matériaux de construction, de verre et des fours industriels.
Comparaison des performances des débitmètres Coriolis chinois et internationaux
Bien que la production de débitmètres massiques pour liquides soit très complexe, nous avons réalisé des avancées technologiques majeures. Une comparaison d'échantillons réalisée en 2004 par le Département national de métrologie sur les produits des sociétés MM, E+H et l'Institut de recherche chimique de Pékin du ministère de l'Industrie chimique a montré que les indicateurs techniques et les performances des trois produits étaient globalement équivalents.
Certains débitmètres Coriolis de fabricants chinois ont des performances élevées en tant que marque internationale.
Applications du débitmètre massique Coriolis dans de nombreux secteurs
En raison de sa grande précision, de sa résistance à l'usure, de sa large plage de mesure moyenne et de sa mesure multiparamètre, les débitmètres massiques Coriolis ont été largement utilisés dans des industries telles que le pétrole, la chimie, l'aérospatiale, l'énergie, la fabrication du papier, l'alimentation et les produits pharmaceutiques.
Mesure de la boue TiO2 dans l'industrie papetière à l'aide de débitmètres Coriolis
Débitmètre Coriolis pour la mesure des boues
Le TiO2, utilisé pour ajuster l'opacité et la blancheur du papier de pointe dans la fabrication du papier, est un matériau très coûteux. Il est ajouté sous forme de suspension aqueuse et son débit est généralement mesuré par un débitmètre électromagnétique. De nombreux facteurs peuvent modifier la teneur en poudre de TiO2 dans les canalisations, et les opérateurs doivent ajouter une quantité excessive de TiO2 pour respecter les exigences minimales de blancheur et d'opacité du papier. L'utilisation d'un débitmètre Coriolis permet de résoudre le problème du contrôle de la teneur en TiO2, garantissant ainsi la qualité du produit sans gaspillage de matière et améliorant les avantages économiques.
Systèmes de contrôle de mélange de produits chimiques à deux composants avec débitmètres à double effet Coriolis
Mesure du débit de résine et de durcisseur
Dans l'industrie chimique, de nombreux procédés nécessitent un contrôle continu de deux composants mélangés selon un rapport fixe, comme le mélange de résine et de durcisseur. Deux débitmètres Coriolis sont intégrés au système de contrôle, et deux convertisseurs contrôlent les pompes de régulation de vitesse des deux composants. Ces convertisseurs sont équipés de régulateurs PID, et l'ensemble du système assure le contrôle du rapport des deux composants.
Débitmètres Coriolis dans la production de polypropylène avec catalyseurs solides
Lors de la production de polypropylène, les débitmètres à turbine ou volumétriques sont susceptibles d'être endommagés par l'utilisation de catalyseurs solides. Les solvants étant non conducteurs, les débitmètres électromagnétiques ne sont pas adaptés. Les additifs chauffés à 100-150 °C peuvent également former des dépôts sur les capteurs de pression différentielle en raison des variations de température, ce qui affecte la précision des mesures. Le débit des additifs affecte directement la qualité du produit. L'utilisation d'un débitmètre Coriolis n'est pas limitée par les différents facteurs mentionnés ci-dessus et permet des mesures précises.
Applications du débitmètre Coriolis dans la production de bière et de whisky
Débitmètre massique utilisé dans l'industrie des boissons alcoolisées
Dans le processus de production de la bière, le sucre et l'eau doivent être mélangés, et un débitmètre Coriolis est utilisé. La densité mesurée indique à l'opérateur le degré de dissolution du sucre. Une fois la densité mesurée stable, la dissolution est uniforme et le lot et la qualité peuvent être contrôlés efficacement. Ce débitmètre est utilisé pour contrôler le pourcentage d'amidon dans la production de whisky et d'autres boissons alcoolisées afin de réduire le temps de distillation, d'augmenter la production et d'améliorer l'efficacité de l'ensemble du processus de fabrication. Autres applications connexes du débitmètre Coriolis
Avantages et limites du débitmètre Coriolis dans les applications industrielles
Le principe du débitmètre Coriolis présente des avantages remarquables, tels qu'une grande précision et une large plage de mesure. Cependant, il présente également des inconvénients, tels qu'une perte de charge importante, des exigences élevées en matière de fabrication et d'installation, et une sensibilité aux vibrations externes. Au cours de la dernière décennie, le niveau technologique des débitmètres Coriolis a considérablement progressé et leurs applications se sont étendues. On peut s'attendre à un développement encore plus rapide du débitmètre Coriolis à l'avenir.
Tendances de développement futures de la technologie du débitmètre massique Coriolis
D'après l'état actuel de la recherche et de l'application du débitmètre Coriolis, sa principale direction de développement est :
Développement d'un débitmètre Coriolis de grand diamètre pour applications industrielles
Développement d'une nouvelle série de débitmètres massiques (grand diamètre). Afin d'élargir le champ d'application des instruments, diverses entreprises ont développé des produits de gros calibre, voire de très gros calibre, basés sur les modèles originaux de petite et moyenne taille, afin de répondre aux besoins des différents utilisateurs.
Débitmètres Coriolis multiparamètres : mesure du débit massique et de la densité
Développer une approche polyvalente pour une table unique. Le débitmètre Coriolis est principalement utilisé pour mesurer le débit massique des liquides, mais son principe lui permet également de mesurer leur masse volumique. Cet appareil permet également de mesurer le débit massique des gaz circulant sous haute pression en raison de leur masse volumique accrue. Le débitmètre Coriolis de silverinstruments.com permet de mesurer la masse volumique des liquides.
Analyse des erreurs de fabrication et d'installation des débitmètres Coriolis
Analyser l'impact et la relation numérique des erreurs de fabrication et d'installation sur les débitmètres Coriolis, afin d'assouplir les exigences de précision de fabrication et d'installation dans la plage admissible d'erreurs de mesure et de réduire la difficulté du processus de fabrication et d'installation.
Débitmètres Coriolis pour applications de fluides à faible densité et diphasiques
Développer davantage l'application du débitmètre Coriolis pour permettre la mesure du débit de gaz à faible densité et de fluides diphasiques gaz-liquide.
Plus d'informations sur le débitmètre Coriolis sur silverinstruments.com :
