PR FR. Sondes de niveau Mesure hydrostatique du niveau

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1 PR FR Sondes de niveau Mesure hydrostatique du niveau

2 JUMO Votre partenaire pour la mesure de niveau Nouveau développement profitant de nos effets de synergie dans une logique de réduction des coûts pour des applications universelles. Afin de satisfaire aux exigences industrielles, JUMO offre une large gamme de produits pour une chaîne de mesure complète. Notre programme comprend un grand nombre de capteurs pour acquérir les différentes grandeurs de mesure (comme par ex. la pression, la température, ph), un large spectre de convertisseurs de mesure, d indicateurs, de régulateurs. Nous vous offrons également un service aprèsvente particulièrement efficace. JUMO est depuis de nombreuses années à la pointe des technologies qui depuis plus de 30 ans servent de référence dans le domaine de la pression et de la mesure hydrostatique de niveau. Nous avons mis en place pour répondre aux exigences les plus sévères en matière de qualité plusieurs lignes de production parmi les plus modernes pour la fabrication de capteurs de pression. Tous nos instruments de mesure sont soumis à de nombreux tests et contrôle avant livraison. La pression hydrostatique, peut être mesurée avec des sondes de niveau traditionnelles qui offrent un grand nombre de possibilités. Vous trouverez les descriptions techniques précises des appareils sous les numéros d identification indiqués sur notre site internet 2

3 Sommaire «parce que le tout est plus grand que la somme des parties.» (Aristote) Chapitre I: Le premier chapitre est consacré aux bases de la mesure hydrostatique de niveau. Le principe de mesure utilisé y est mis en évidence. Informations générales Conditions d utilisation générales Mesure hydrostatique du niveau Capteur piézorésistif au silicium Capteur capacitif en céramique Chapitre II: Le second chapitre donne des indications avec des aperçus concernant les caractéristiques techniques ainsi que les applications pour le choix du produit approprié. Aperçu des sondes de niveau Instructions pour le choix de l instrument de mesure Instruction pour le choix de l'étendue de mesure Influence de la densité sur le niveau Raccordement au process Câble Instructions d utilisation Application : centrale au fil de l eau Chapitre III: Ce chapitre parachève le programme de livraison des sondes de mesure en y ajoutant les accessoires et les produits complémentaires. Accessoires Boîtier de raccordement avec élément de compensation de pression Vis de fermeture Fixation du câble Embout Application : cuve à mazout Choix de l instrument de mesure Visualisation du niveau et documentation de la valeur mesurée en tenant compte de la géométrie du réservoir Source: Studio photo Merz-Tricot Dauf /fotolia Stephen VanHorn/fotolia Eric Gevaert/fotolia zanfr/fotolia Alhazm Salemi/fotolia Torsten Rauhut/fotolia Harald Soehngen/fotolia Andrey Armyagov/fotolia Tyler Olson/fotolia Spectral-Design/fotolia fotoflash/fotolia RainerSturm/pixelio 3

4 Informations générales Conditions d utilisation générales Les sondes de niveau sont utilisées pour la mesure hydrostatique de niveau dans des réservoirs ouverts ou pour la détermination du niveau, par ex. des eaux de surface. S il s agit d une mesure de niveau sus-jacente dans des réservoirs fermés, celle-ci peut se faire à l aide de convertisseurs de pression différentielle comme le JUMO dtrans p20 DELTA (type ) ou JUMO MIDAS DP 10 (type ). Calcul : pression hydrostatique p = p 0 + ρ x g x h Accélération de la pesanteur : g = 9,81m/s 2 Cette formule s applique à des liquides statiques dans des citernes ou des eaux de surface. Mesure hydrostatique de niveau La pression hydrostatique c est la pression exercée au dessous de la surface d un liquide par le liquide situé au dessus quand le fluide est au repos. A l intérieur d une colonne de fluide se crée une pression due au poids de la masse du fluide. La pression hydrostatique est variable en fonction de la profondeur atteinte cette pression est alors de 1 bar (0.98 bar en eau douce) par tranche de 10 m sous l eau. La pression hydrostatique résulte avec la masse des conditions d équilibre des forces. Celle-ci met à contribution pour le calcul, la pression ambiante, la densité du liquide et la hauteur de remplissage. p 0 Fixation du câble Numéro d article Capteur piézorésistif au silicium Lorsque la sonde de niveau a atteint la profondeur d immersion souhaitée, une pression hydrostatique s exerce sur sa membrane de séparation en acier inoxydable. Celle-ci est transmise au capteur via l huile de remplissage par des ponts de mesure à résistance. La mobilité modifiée des électrodes de la structure de cristal au silicium provoque une variation de résistance mesurable (effet piézorésistif). Une électronique de compensation et d amplification définie convertit ce delta en signaux de sortie électriques qui sont de nouveau une mesure directe pour la hauteur de remplissage pour une densité de liquide connue. De petites dimensions, des pièces en contact avec le milieu de mesure en acier inoxydable ainsi qu un système sans volume mort font que cette sonde peut être utilisée dans de nombreuses applications. Capteur céramique capacitif Par analogie électrique, le principe de mesure du capteur capacitif, en céramique, correspond à un condensateur à lames avec deux plaques en céramique (AL 2 O 3 ), très résistantes et isolées l une de l autre. La variation de capacité est une mesure de la variation de pression, et donc du niveau. Les capteurs céramiques capacitifs offrent une excellente résistance à la corrosion et sont extrêmement résistants aux influences mécaniques. Tenue aux surpressions (rapport de 80). h p ρ JUMO MAERA S28 Type Pression ambiante : p 0 = 0 pour mesure de la pression relative Densité du liquide : ρ Hauteur de remplissage : h 4

5 Aperçu des sondes de niveau + adapté inadapté Application Type Caractéristiques techniques Montage externe 1 Montage interne 1 ATEX Limiteur de tension intégré Sonde de température Pt100 (en option) Milieux agressifs (par ex. bains électrolytiques, acides) Milieu : eau de source, de puits ou eau de pluie 1 Milieu : eaux usées 1 Milieu : fuel 1 Milieu : eau de piscine chlore) (agent de désinfection chlore) Fiche technique Désignation JUMO MAERA S25 JUMO MAERA S26 JUMO MAERA F27 JUMO MAERA S28 JUMO dtrans p33 Etendue de mesure 0,25 à 1bar 0,25 à 6bar 0,05 à 1,6bar 0,25 à 25bar 0,25 à 600bar Température du milieu 0 à +50 C 0 à +50 C 20 à +60 C 0 à +50 C 40 à + 70 C Capteur Capteur piézorésistif Capteur piézorésistif Capteur céramique Capteur piézorésistif Capteur piézorésistif au silicium au silicium capacitif au silicium au silicium Précision ±0,3% ±0,2% (>2,5bar), ±0,2% ±0,2% (>2,5bar), ±0,5% Linéarité en % de la ±0,3% ( 2,5bar) ±0,3% ( 2,5bar) valeur de fin d E.M (FS) Précision totale à 20 C ±0,5% ±0,3% (>2,5bar), ±0,4% ±0,3% (>2,5bar), ±0,6% en % de la valeur de ±0,5% ( 2,5bar) ±0,5% ( 2,5bar) fin d E.M (FS) 2 Précision totale à ±1,0% ±0,8% ( 4,0bar), ±0,6% (>0,6bar), ±0,8% ( 4,0bar), ±1,0% (>0,4bar), 0 50 C en % de la ±1,1% (>0,6bar/ ±1,3% ( 0,6bar) ±1,1% (>0,6bar/ ±1,3% ( 0,4bar) valeur de fin d E.M ( 2,5bar), 2,5bar), (FS) 2 ±1,3% (=0,6bar), ±1,3% (=0,6bar), ±1,6% ( 0,4bar) ±1,6% ( 0,4bar) Signaux de sortie 4 à 20mA, 0 à 20mA (3 fils), 4 à 20mA 4 à 20mA 4 à 20mA (2 fils) 4 à 20mA (2 fils (2 fils), (2 fils) (2 fils) 0 à 10V (3 fils) oder 3 fils), 0,5 à 4,5V 0,5 à 4,5V (3 fils), (3 fils) 0 à 10V (3 fils), 1 à 5,0V (3 fils), 1 à 6,0V (3 fils) 1 Ces recommandations sont basées sur notre expérience mais peuvent toutefois diverger dans des cas particuliers. Nous restons à votre disposition pour des informations complémentaires ou pour d'autres applications. 2 Comprend : linéarité, hystérésis, reproductibilité, écart par rapport au début de l étendue de mesure (zéro) et amplitude de mesure 5

6 Instructions pour le choix de l instrument de mesure Instruction pour le choix de l étendue de mesure L étendue de mesure pression relative dépend de la colonne de liquide à mesurer ainsi que de la densité et de la température du liquide Influence de la densité sur le niveau La densité du liquide dépend de la température. Cette dépendance est représentée dans des tableaux. Il en ressort que la densité de l eau a une valeur de 999,964 kg/m 3 à 5 C, après un échauffement à 30 C cette valeur tombe à 995,645 kg/m 3. L exactitude de la mesure du niveau et par conséquent sur le niveau de remplissage dépend de la densité qui fluctue en fonction en fonction de la température. Exemple Une citerne d eau de pluie cylindrique remplie d une eau à 10 C présente une hauteur de 2,20m. Le trop-plein intégré se situe à 2,00m et équivaut ainsi à la colonne de liquide max. Le diagramme ci-contre montre le rapport entre température et densité à l aide du liquide eau. Avec une température de l eau à 10 C la densité de l eau est de 999,699 kg/m 3. La pression hydrostatique max. qui agit sur la membrane de séparation se définit comme suit : p = p 0 + ρ x g x h Si l on tient compte de la pression relative p 0 = 0 on obtient : p = ρ x g x h p = 999,699kg/m 3 x 9,81m/s 2 x 2m p = 19614kg/(m x s 2 ) = 19614Pa = 196,14mbar Pour une utilisation dans une citerne d eau de pluie, nous vous conseillons la sonde de niveau MAERA S25 avec gaine de protection en polyéthylène. Avec une pression hydrostatique de max. 196,14 mbar, l étendue de mesure standard 250 mbar peut être utilisée. Densité dépendant de la température (kg/m 3 ) Exemple l eau Densité (kg/m 3 ) Densité dépendant de la température (kg/m 3 ) Température ( C) Densité sans air (kg/m 3 ) Remplissage à 100 mbar en tenant compte de la densité dépendant de la température Exemple l eau Température ( C) Niveau de remplissage (cm) Densité dépendant de la température (kg/m 3 ) Niveau de remplissage (cm) 6

7 Instructions pour le choix de l instrument de mesure Raccord de process Le système de raccordement au process doit être choisi d après le liquide et le fond de la sonde. Un raccord fermé protège la membrane d éventuels dommages, par contre un système ouvert est préconisé pour des milieux pollués, visqueux ou en cas de risque de dépôt. Il est possible d utiliser un raccord de process avec raccord femelle pour fixer la sonde de niveau au fond de la cuve. Système fermé Système ouvert Câble Hormis JUMO MAERA S25 (type ) et le câble EX PE, tous les câbles peuvent être livrés avec toutes les sondes de niveau. La compensation de pression est réalisée à l aide d un tuyau de compensation de pression intégré en polyamide qui doit être exempt d humidité. + adapté inadapté Uniquement pour JUMO dtrans p33 Type Type Gén. Désignation du câble PE-EX PUR PE C-PE Références de commande JUMO Plage de température permanente 1 40 à +70 C 40 à +70 C 40 à +70 C 40 à +70 C Résistance aux UV suiv. DIN ISO suiv. DIN ISO Eaux usées Eau de puits, eau souterraine Application Eaux usées domestiques, matières fécales Eau de piscine Agent de désinfection : chlore Eau salée Gazole Mazout (base lignite et pétrole) Huile minérale (liquide d essai IRM902) Fioul lourd Graisses Fluide caloporteur et lubrifiant Liquides industriels avec acides et bases Biéthanol Ethanol ET85 Carburants (liquide d essai IRM903) Une limitation peut être nécessaire indépendamment du milieu, 2 jusqu à 30 C, 3 jusqu à 70 C, 4 jusqu à 100 C 7

8 Instructions d utilisation Comme décrit dans «Instructions pour le choix de l instrument de mesure» la densité fluctue en fonction de la température et influe sur le choix de l étendue de mesure et par conséquent sur le niveau mesuré. Exemple La pression hydrostatique dans une cuve qui agit sur la sonde de niveau a une pression relative de 100 mbar. La cuve remplie d eau froide à 5 C a une densité de ρ = 999,964kg/m³. Calcul de la pression hydrostatique : p = p 0 + ρ x g x h Si l on convertit la formule suivant h, le niveau et en tenant compte de la pression relative (p 0 = 0) on obtient l équation suivante : JUMO di 308 Indicateur numérique, alimentation 2 fils intégrée pour sondes de niveau, interface RS, 10 paires de valeurs mesurées, fonction mathématique (2 canaux, en option) Type h = p/(ρ x g) Après intégration de la conformité Si : 100mbar = 10000Pa = 10000kg/(m x s 2 ) on obtient pour le niveau h : h = 10000kg/(m x s 2 )/(999,964kg /m 3 x 9,81m/s 2 ) h = 1,01m = 101,94cm Si l on considère que la température de l eau est montée à 30 C et que par conséquent la densité est de 995,645kg/m³ le niveau est de 102,38 cm. La différence, l influence de la température est de 0,89 cm. Pour prendre en compte approximativement cette influence, on peut par ex. utiliser un indicateur numérique JUMO di 308 (type ) avec deux fonctions nommées canaux mathématiques. Un canal peut servir à déterminer la densité dépendant de la température à l aide d une fonction quadratique. La température peut être enregistrée via une sonde de température intégrée comme dans la JUMO MAERA F27 et la JUMO MAERA S28 ou une sonde de température externe. Le second canal calcule la hauteur de remplissage en tenant compte du résultat du canal 1. Une linéarisation spécifique est également possible lorsque l on connaît les paires de valeurs ; celle-ci interpole un graphique contenant les valeurs d affichage pour déterminer le niveau de remplissage. JUMO MAERA F27 avec sonde de température Pt100 en option Type JUMO MAERA S28 avec sonde de température Pt100 en option Type Vous trouverez les descriptions techniques sous les numéros indiqués sous 8

9 Application : centrale hydroélectrique au fil de l eau Application De nos jours, des centrales au fil de l eau sont utilisées pour exploiter de grandes quantités d eau avec une faible hauteur de chute d eau comme par ex. les rivières. Avec ce système, la rivière est endiguée et l eau qui s écoule avec une faible hauteur de chute est dirigée vers une turbine (par ex. une turbine Kaplan). La turbine, pièce principale de l installation est mise en rotation par le débit de l eau qui la traverse. Certaines turbines ressemblent aux anciennes roues à aubes et conviennent particulièrement pour des installations devant fonctionner avec des variations importantes de débit. Des turbines peuvent être à axe vertical ou à axe horizontal (sur les fleuves ayant un fort débit et une faible chute). La turbine est protégée par un dégrilleur (installation de prétraitement permettant de retenir les matières en suspension) placé en amont. La différence de niveau avant et après la grille de retenue est une caractéristique pour le degré de pollution qui peut être utilisée pour le pilotage du processus de nettoyage. Le degré d encrassement de la grille est élevé lorsque le niveau de l eau d amont baisse lentement derrière la grille de retenue. Après nettoyage, le niveau de l eau en amont est à nouveau égal à celui en aval de la grille de retenue. L énergie cinétique du courant d eau est transformée en énergie mécanique par une turbine puis en énergie électrique par un alternateur. Lieux d utilisation Commande de la grille de retenue niveau du bief en amont de la grille niveau du bief d aval après la grille Centrale hydroélectrique au fil de l eau niveau du bief d amont niveau du bief d aval JUMO MAERA S28 Pegelmesssonde Typ Solution La devise «un pour tous, tous pour un» correspond parfaitement à la sonde de niveau JUMO MAERA S28. Les hauteurs de niveau peuvent être enregistrés avec une précision de 0,2 % de la valeur de fin d étendue de mesure. Elle peut être montée à l extérieur grâce à sa structure robuste et le choix des matériaux, il faudra toutefois songer à utiliser un tuyau de protection de la sonde à cause des influences extérieures. Un limiteur de tension intégré protège la sonde de niveau de tout impact de la foudre. Vous trouverez les descriptions techniques sous les numéros indiqués sous 9

10 Accessoires Boîtier de raccordement avec compensation de pression Le boîtier de raccordement sert à l installation sûre du câble de la sonde. L extrémité du tuyau d équilibrage de la pression est ainsi protégée de dépôts et de condensats (IP65). Le raccordement en aval de ce boîtier peut être réalisé à l aide d un câble sans tuyau d équilibrage de pression. Bouchon d obturation Le câble devrait passer et être fixé à l aide d un bouchon d obturation lorsqu il s agit de réservoirs fermés ou de puits avec tête de forage. Accessoire de fixation du câble La sonde est plongée dans le liquide à l aide du câble. Avec la fixation raccordée il faut veiller à ce que le câble ne soit pas déformé. L accessoire de fixation de câble compatible avec une plage de serrage comprise entre 5,5 et 10,5 mm et une charge de traction de 2,5 kn permet d empêcher toute déformation du câble. Il existe une exécution galvanisée à chaud ainsi qu une autre en acier inoxydable composée de mâchoires de serrage et d attaches en polyamide renforcés en fibres de verre. Embout de tuyau L embout de tuyau s utilise avec la sonde de niveau JUMO MAERA S25. Sur cette sonde de niveau, on a choisi une solution dont le coût est optimisé, à savoir un câble standard recouvert d une gaine de protection. L embout empêche que la gaine de protection qui sert de compensation de pression soit par ex. écrasée quand celle-ci traverse un mur. L embout de tuyau peut par ex. être amené par un passe-câble mural dans une maçonnerie, par un raccord coulissant/raccord olive dans un réservoir et par des presse-étoupes dans une armoire de commande. JUMO MAERA S25 Type JUMO MAERA S26 Type Boîtier de raccordement avec compensation de pression Numéro d article : Fixation de câble Numéro d article : Vis de fermeture Numéro d article : JUMO MAERA F27 Type JUMO MAERA S28 Type JUMO dtrans p33 Type

11 Application : cuve à mazout JUMO LOGOSCREEN nt Enregistreur sans papier avec écran TFT, carte CompactFlash, USB, interfaces RS et ETHERNET, fonctions mathématiques (18 canaux en option) Type JUMO LOGOSCREEN 500 cf Enregistreur sans papier avec support de données, carte CompactFlash, et lifecycle management des données, interfaces RS et ETHERNET et fonctions mathématiques (6 canaux en option) Type JUMO di 308 Indicateur numérique, alimentation 2 fils intégrée pour sondes de niveau, interface RS, 10 paires de valeurs, fonction mathématique (2 canaux en option) Type JUMO AQUIS 500 AS Indicateur/Régulateur dans un boîtier pour montage en saillie IP67 avec compensation de pression, convertisseur de mesure en technique 2 fils intégré pour sondes de niveau, fonction linéarisation pour niveau de remplissage avec 20 paires de valeurs Type JUMO di 308 Indicateur numérique, alimentation 2 fils intégrée pour sondes de niveau, interface RS, 10 paires de valeurs, fonction mathématique (2 canaux en option) Type JUMO dtrans T02 Convertisseur de mesure programmable, 40 paires de valeurs Types / 21/22 Boîtier de raccordement avec compensation de pression Numéro d article : Vis de fermeture Numéro d article : Choix de l instrument de mesure La mesure hydrostatique dans une cuve à mazout fermée mais ventilée avec un accès au couvercle à l aide d une sonde de niveau est la solution idéale et la moins onéreuse. Nous vous recommandons tout particulièrement les sondes de niveau JUMO MAERA S26 (type ) avec un câble spécial en polyéthylène (C-PE) pour la plage de température comprise entre 0 C et +30 C. La sonde de niveau JUMO MAERA S25 (type ) avec gaine de protection en polyamide est une alternative pour d autres étendues de mesure, d autres longueurs de câble et de gaine. Visualisation du niveau de remplissage et documentation des valeurs mesurées en tenant compte de la forme de la cuve. La précision d indication souhaitée est un critère de sélection de la supervision et de l enregistreur. Une cuve cylindrique couchée avec un fond bombé présente une montée non linéaire du volume de remplissage. Pour une représentation et une documentation exacte, il est possible d envisager une linéarisation spécifique ou une fonction mathématique intégrée aux enregistreurs et indicateurs. Pour une linéarisation spécifique, le graphique d affichage est interpolé grâce au nombre de paires de valeurs, à l affectation d un signal de mesure à une valeur d indication. Il en résulte un nombre croissant de paires de valeurs toujours positives qui influencent la précision de représentation. Il est possible d élargir dans la pratique les paires de valeurs du fait qu un convertisseur de mesure programmable est branché devant l indicateur (variante de raccordement 5). Les appareils avec fonction mathématique offrent une variante conviviale et très précise pour la détermination du niveau. La linéarisation est calculée à l aide d une formule qui tient compte de la forme de la cuve. L indicateur numérique JUMO di 308 (type ) dispose, au choix, d une linéarisation spécifique ou de 2 canaux mathématiques et peut alimenter des sondes de niveau tout comme l indicateur/régulateur JUMO AQUIS 500 AS (type ) au moyen de 2 convertisseurs de mesure en technique 2 fils intégrés. Un indicateur à 5 digits peut représenter un volume de remplissage jusqu à 99,999. JUMO MAERA S26 Type Vous trouverez les descriptions techniques des indicateurs et des enregistreurs à l aide des numéros d identification indiqués sous 11

12 Mesure et régulation dans l'industrie alimentaire PR FR Mesure et régulation dans la branche pharmaceutique PR FR Mesure et régulation dans le domaine de la chimie PR FR Traitement des eaux et des eaux usées PR FR Mesure et régulation pour les brasseries et les malteries PR FR Mesure et régulation dans les laiteries PR FR /