Mesure_hydraulique

7/31/2019 Mesure_hydraulique

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Mesure hydraulique

Le 18 dcembre2007

Alex Bertholet

Laboratoire du Gnie Civil

Place du Levant n 1

1348 Louvain-la-Neuve

[email protected]

Mesurer cest savoir ?Mais encore faut-il

savoir mesurer


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Prsentation


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Mesurer

: La mesure est l'opration qui consiste donner une valeur une observation

ATTENTION :Mesurer cest perturber

La mesure est lune des bases importantes sur lesquelles repose la rechercheexprimentale. Une recherche de qualit ne peut se raliser sans un programmeexprimental reposant sur un dispositif de mesure adapt. Il est important dy

apporter lattention et le soin ncessaires, en utilisant la chane dacquisitionadquate

Mesurande :Grandeur physique (P, T, ...).

Mesurage :Toutes les oprations permettantl'obtention de la reprsentation de la valeur dunegrandeur physique.

Valeur reprsentant au mieux la mesurande (6MPa, 20C, 2 m/s,)Par abus de langage, on confond souvent mesurage(action) et mesure (rsultat de l'action).


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Prsentation


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Mesure potentiomtrique

Symbole du

potentiomtre

Un est un type de rsistance variable trois bornes, dont une est relie un curseur se dplaant sur une piste rsistante termine par les deux autres bornes.Ce systme permet de recueillir sur la borne relie au curseur, une tension en fonction de

la position dudit curseur et de la tension laquelle est soumise la rsistance.


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Capteur pizolectriqueLa est la proprit que possdentcertains corps (quartz) de se polariser lectriquement

sous l'action d'une contrainte mcanique etrciproquement de se dformer lorsqu'on leurapplique un champ lectrique. Les deux effets sontindissociables.

Capteur de force / PressionAcclromtreCapteur de dplacement ultrasoniqueDbitmtre ultrasoniqueCourantomtre ADVRadar


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Capteur lectromagntique

On considre un conducteur ab se dplaant dans un champ magntique

uniforme B . On peut alors crire :

Le principe de mesure dun capteur lectromagntique repose sur la loi dinduction de: Tout conducteur coupant les lignes dinductions dun champ magntique une

certaine vitesse est soumis une force lectromotrice. Et cest le lectriquement

conducteur qui reprsente le conducteur en dplacement.La tension est induite par le champ magntique et lamplitude obtenue est la vitesse dcoulement du liquide conducteur.


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Jauge de contrainte

La rsistance dun fil conducteur est dfinie par la loi dePouillet :

o Rest la rsistancelectrique

la rsistivit dumatriau

Lla longueur du fil

sla section du fil

s

L

R

=

Sous sa forme la plus simple, une jauge est constitue dun trs fin fil (2 microns) conducteur collsur un support. Cette feuille trs mince est arrange suivant la forme ci-dessous. Les brins de filconstituant la jauge tant principalement aligns suivant la direction de mesure, on peut admettre

que le fil subit les mmes dformations que la surface sur laquelle la jauge est colle.

s

s

L

L

R

R

+

=

L

LK

R

R =

o Kest appel le facteur de jauge


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Pont de WheatstoneLorsquun pont est constitu de 4 rsistances de valeurs gales et aliment par une sourcede tension (E) constante aux points C et D, on obtient par symtrie, une diffrence depotentiel nulle entre les points A et B. Si la rsistance R1 varie lgrement, ce dsquilibreest mesur par le galvanomtre (e0).

On ralise donc une mesure proportionnelle


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Capteur jauges de contraintesLe capteur jauges comprend donc un dispositif mcanique (corps dpreuve), destin provoquer, sous laction de la grandeur physique, la dformation de ladite pice.Des jauges colles sur ce corps dpreuve transforment ces dformations en variation de

rsistance. Les prcisions obtenues dans ce cas (0,01 %) sont considrablement suprieures celles que donnent les mesures de dformation.En ralisant un talonnage du capteur (comparaison entre la valeur vraie et la mesure lectrique),on peut dterminer les caractristiques de justesse, fidlit, rversibilit, retour zro.


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ConductivitLa conductivit lectrique [siemens/m] est l'inverse de la rsistivit.Elle correspond la conductance d'une portion de matriau de 1 m delongueur et de 1 m2 de section.

La mesure des conductivits se fait en courant alternatif (pour viterla polarisation des lectrodes), en mesurant la tension aux bornesd'une cellule plongeant dans la solution tudier et l'intensit ducourant qui y circule.


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Prsentation


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Prsentation


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Mesure de niveau deau


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WavoUn servomoteur entrane un tambour surlequel est enroul une chanette, son extrmitest accroche une nacelle quipe dune aiguillevibrante qui monte ou descend en fonction durapport cyclique de conductivit (Eau/Air). Le

servomoteur est coupl un potentiomtre derecopie permettant la dtermination de lahauteur deau.

Plage : 1000 mmPrcision : 0,1 mm

Linarit : 0,2 %

Fabricant : HWL Delft Hydraulics

Tambour

Servo-moteur

Potentiomtre


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Bed profiler

Plage : 1000 mmRsolution : 0,5 mm

Vitesse max : 0,5 m/sLinarit : 0,1 %Sortie : 0,05 V/cm

Inconvnient : Trane

Appareil destin la mesure en continu du lit de sdiment ou de lasurface deau. Il est constitu dune aiguille sondeuse et dunmcanisme de servo-maintien. La mesure de hauteur est reporte un potentiomtre de recopie.


Le principe de mesure est bas sur la diffrencede conductivit entre leau et le sdiment.


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Wave meter / bi fils

Rponse dynamique 15 Hz

Plage : 500 mmLinarit : 0,5 %Mesure intrusive

Fabricant : Laboratoire du Gnie Civil

Ce systme est constitu dun probe et dune unit deconversion permettant de transformer limmersion de latige en un signal +/-10 V.

Le principe de mesure est bas sur la variation deconductivit. Une lectrode de rfrence permet unecompensation de sensibilit (de 0,1 2 mS/cm).


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Capteur de pressionCest la diffrence de pression parrapport au vide.C'est la pression relle, dont on tient comptedans les calculs sur les gaz.Pour mesurer une pression absolue, il faut faire un videpouss dans une chambre dite de rfrence.

Il correspond thoriquement une pressionabsolue nulle. Il ne peut tre atteint, ni dpass.

C'est la diffrence de pression parrapport la pression atmosphrique. Elle est le plus souventutilise, car la plupart des capteurs sont soumis la pressionatmosphrique.

La pression atmosphrique moyenne au niveau de la mer, 15 C, est d'environ 1013 mbar. Elle peut varier, avec la pluieou le beau temps. Elle est fonction de l'altitude(hydrostatique).

C'est une diffrence entre deuxpressions, dont l'une peut servir de rfrence. Une pression

diffrentielle peut prendre une valeur ngative.

Vide


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Types de capteur de pressionCapteur jauges de contraintesCapteur pizo-rsistif/lectriqueCapteur inductifCapteur capacitif


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Capteur de Pression

PMP 2010 Relatif

LPM 9010 Diff

Fabricant : GE Druck

Une srie de quatorze capteurs de pression est disponible au laboratoire:-8 capteurs diffrentiels LPM 9010 de 70 mbar-1 capteur diffrentiel LPM910 de 10 mbar-3 capteurs relatifs PMP 2010 de 350 mbar-2 capteurs relatifs PMP 4030 de 70 mbar

Botier dalimentation

Tous ces capteurs sont quips dune lectronique intgre.Ils sont aliments en 12 volts via les botiers dalimentation (LGC)et fournissent une tension de sortie de 5Vdc pour le fond

dchelle. Les connecteurs de raccordement sont standardiss.Lair dans les conduites agit comme un filtre passe bas sur la mesure.Les capteurs diffrentiels sont quips dune purge.

Linarit : +/- 0,05 %Surpression : 400 %

Raccord : NPT


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Capteur ultrasoniqueL'metteur envoie un train d'ondes qui va se

rflchir sur l'objet dtecter et ensuite revenir la

source. Le temps mis (1 temps + 2 temps) pour

parcourir un aller-retour permet de dterminer la

distance de l'objet par rapport la source.L'metteur(quartz pizo-lectrique) envoie un traind'ondes et ensuite le capteur passe en mode

rception et attend le retour du signal.

Fabricant : Keyence


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Capteur laserLa mesure est base sur le principede la triangulation. La position de lalumire sur le capteur CCD (camra)varie en fonction du dplacement dela cible.

Problme : zone morte importante

Il existe galement des lasers utilisantle principe dinterfromtrie.

Fabricant : Keyence


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Tableau Rcapitulatif

Capteur de pression Prcis Tuyauterie

Capteur ultrasonique Compact / Robuste Sensible aux objets

Flottants / Mousse

Capteur laser Ponctuelle Zone morte

Bed profiler Surface / Fond Trane

Wave meter / Bi fils Rapidit Sdiment

Wavo Prcis Lent

Limnimtre Rfrence Plan deau


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Prsentation


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Les dbitmtresLe est habituellement mesur par dduction, en mesurant la moyenne travers une section connue. Le dbit mesur par cette mthode indirecte est le dbitvolumique Qv : Qv = S . V

est la surface de section de la conduite en m Attention la position dudbitmtre

est la vitesse moyenne du fluide en m/s le long de la conduite : coude/vanne

Autres types de mesures :

-Dversoir-Venturi / Diaphragme-Empotement


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Dbitmtre lectromagntique

Le laboratoiredispose de 6 dbitmtres EM2 x 50 mm 1 x 80 mm et 3 x 120 mm

Sortie 4-20 mA

Fabricant : Endress & Hauser / ABB


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Dbitmtre ultrasonique

Les sondes A et B sont la fois mettrices et rceptrices. Elles mettent alternativement l'une versl'autre. Le signal acoustique qui se propage dans le fluide est capt par la sonde oppose.Les temps de propagation Amont/Aval et Aval/Amont sont mesurs avec grande prcision(typiquement 0.2 ns). A partir de ces temps et de la position gomtrique des sondes, la vitessemoyenne sur le trajet acoustique peut tre calcule.

Fabricant : UltraFlux


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DbitmtreType Avantages Inconvnients

Electromagntique Prcis / immergeable Coteux / Intrusif

Ultrasonique Amovible Moins prcis

Vortex/diaphragme Simple

Linaire

Grande rangebilit

Pas pour faible vitesse

Coriolis Gaz / Produitalimentaire

Limit de petits

diamtres


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Prsentation


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Les courantomtres / Vlocimtre

-

-


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Courantomtre lectromagntique


Cet instrument bas sur la loi dinduction lectromagntique deFaraday, il permet une mesure du champ de vitesse bi-axial. Lasonde est raccorde un conditionneur programmable fournissantune tension proportionnelle la vitesse.

Gamme : 0-2,5 m/sPrcision : 0,01 m/sMesure 2D


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Tube de PitotIl est constitu de deux tubes couds concentriques dont les orifices, en communication avecle fluide dont on veut mesurer la vitesse, sont disposs de faon particulire.L'un, plac orthogonalement, une vitesse relative vgale la vitesse du fluide et unepression statique p

sgale la pression ambiante.

L'autre, plac dans le sens de l'coulement, a une vitesse relative nulle et une pression totalep

t, somme de la pression dynamiqueet de la pression statique.

La diffrence entre ces pressions donnela vitesse

v= vitesse

p= pression dans la conduite (ps est

la pression statique, ptest la

pression totale)= masse volumique du fluide


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Le micromoulinetLorsquune hlice est entrane par le courant, sa vitesseangulaire varie linairement avec la vitesse de lcoulement.Lorsque lhlice est en rotation, lanneau perfor qui lentouregnre des variations de conductivit aux bornes des deuxlectrodes fixes lextrmit de la perche de fixation.Lunit des conditionnements convertit la frquence en unetension proportionnelle.

Diamtre de lhlice : 15 mmVitesse : 0 1 m/sHauteur de la perche : 1,16 mTension de sortie : +/- 10 V



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ADV (Acoustic Doppler Velocimeter)La vlocimtrie effet est l'une des techniques les plusmodernes destines aux mesures de la vitesse moyenne et sesfluctuations dans un coulement de suspension de .Cette technique se rvle bien adapte l'tude d'une zone de

recirculation dans la mesure o elle permet, sans perturberl'coulement, d'obtenir le sens, le taux de fluctuation et le moduled'une composante de la vitesse. Le principe de mesure repose surl'effet Doppler, qui traduit la qui existe entre la d'un signal mis par une particule de fluide en mouvement et cellerecueillie par le rcepteur fixe.

Fabricant :Sontek
http://www.sontek.com/pics/advmbmn.jpghttp://www.sontek.com/product/advm/advmx02.gif


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Prsentation


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Mesure des sdiments en

suspension

La sonde est constitue dune source de lumire etdun capteur optique, le tout est reli un systme

de gestion micro processeur. Le principe demesure est bas sur lamortissement de laradiation infrarouge gnr par les particules ensuspension traversant le capteur. Il permet dedterminer la concentration mais galement lataille des particules.

principe delumire diffuse 90.Gamme de mesure de 0,01 FTU 100 g/l, voire 300 g/l en fonctiondu milieu mesurer

Fabricant : LGC

les units, FTU (FormazineTurbidity Units) et NTU(Nephelometric Turbidity Units)sont numriquement identiques

destine mesurer la quantitde sel dissout dans leau. Cetinstrument permet dedterminer le nuage dedispersion lors dinjectionponctuelle


Fabricant : Endress + Hauser


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La chane de mesures

Phnomnephysique Capteur Conditionneur

Instrument(carte dacquisition)

Logiciel


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Types de capteursUn est un dispositif qui transforme l'tat d'une grandeur physique observeen une grandeur utilisable

Effet thermolectrique

Effet pizo-lectrique

Effet d'induction lectromagntique

Effet photo-lectrique

Effet Hall

Effet photovoltaque

Rsistif (Dplacement, temprature, luminosit)

Capacitif

Magntique


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Rles du ConditionneurSon rle principal est l du signal dlivr par le capteur pour lui donner unniveau compatible avec l'unit de visualisation ou d'utilisation. Cet tage intgregnralement l du capteur et un qui rduit les perturbationsprsentes sur le signal.

vb


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Les rglagesLe conditionneur (transmetteur) possde en gnral au moinsdeux paramtres de rglage ; le dcalage de zro et le gaindterminant l'tendue de mesure (FS)

Rglage de zro Rglage de gain(amplification)


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Les instrumentsFormatNombre dentre/sortie (A/D)

Vitesse de mesureRsolution

Oscilloscope Agilent

Multimtre scanner AgilentDaQPad USB NationalInstruments

Carte PCI NationalInstruments


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Circuit

Circuit dentre analogique dune carte srie M de National Instruments


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Les erreursL'erreur de est l'erreur globalersultant de toutes les causes pour chacun desrsultats de mesure pris isolment.

La fidlit est l'aptitude d'un

appareil de mesure donner desmesures exemptes d'erreursaccidentelles.Erreur de linarit

Erreur d hystrsis: Somme des erreurs

systmatique et alatoire dune chane de mesure
http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Precision_metrologique.pnghttp://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Precision_metrologique.png


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Partie logiciel

Acquimem Contact Pro

Acquisition rapide ( > 10 hz)Drivers National uniquement

Acquisition/pilotage lentDrivers multi instrument


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DfinitionsSensibilit: La sensibilit exprime la variation dusignal de sortie d'un appareil de mesure en fonctionde la variation du signal d'entre.

La rsolution est le plus petit cart entre

deux valeurs, tel que l'appareil en donne unemesure diffrente.

La prcision est laptitude dun instrument mesurer une valeur vraie.

C'est le domaine devariation possible de la grandeur mesurer. Elle estdfinie par une valeur minimale et une valeurmaximale (FS: full scale).

I: Indication donne parl'essaiG: Quantit de grandeur mesurer

Ensemble des oprations tablissant, dans les conditions spcifies, la relation entre lesvaleurs de la grandeur indique par un appareil de mesure ou un systme de mesure, ou les valeursreprsentes par une mesure matrialise ou par un matriau de rfrence, et les valeurs correspondantesde la grandeur ralise par les talons.

est laction qui consiste rgler linstrument de faon ce que le rsultat corresponde celledu calibre (calibration par rsistance shunt dun pont de jauge).


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Fin

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