Les Anémomètres Portables Et À Poste Fixe

Le 01/10/2012 à 13:30  

L'essentiel

Quatre technologies de mesure sont le plus souvent mises en œuvre dans l'industrie pour la mesure de la vitesse d'un flux d'air : hélice, thermique, tube de Pitot et Vortex.

Chacune a ses forces et ses faiblesses, que ce soit aux niveaux de la plage de vitesse, des températures supportées, de l'encombrement, etc.

Le choix d'un anémomètre dépend avant tout de l'application. On n'utilise pas vraiment la même sonde pour mesurer un air propre que pour contrôler des gaz de combustion en sortie de cheminées.

Lorsque l'on se trouve sur le pont d'un bateau croisant dans la mer Méditerranée au mois d'août, ou lorsque l'on pratique le parapente sur les contreforts du massif de la Chartreuse, tout un chacun est heureux de bénéficier d'une petite brise pour se rafraîchir ou d'un vent ascensionnel pour voler le plus longtemps possible… sans se soucier spécialement de savoir quelle est la vitesse du vent. Par contre, les navigateurs tentant de battre le record du tour du monde sans escales, les grutiers intervenant sur un chantier en ville, les techniciens en génie climatique doivent connaître avec plus ou moins de précision la vitesse du vent ou de l'écoulement d'air dans des conduits. Si les mesures météorologiques ont leur rôle dans l'univers industriel, nous ne nous intéressons ici qu'aux anémomètres mis en œuvre dans les applications de contrôle et de mesure “industriels”.

Pour connaître la vitesse d'écoulement d'air dans une conduite, les anémomètres, qu'ils soient portables ou à poste fixe, sont le meilleur moyen de mesure. Grâce au panel de technologies disponibles, ils peuvent répondre aux besoins des applications de climatisation, ventilation, chauffage jusqu'aux exigences d'industries lourdes…

Testo

Ces derniers mois,le“petit”monde de l'anémométrie a connu quelques annonces importantes. A commencer par l'introduction du premier anémomètreVortex portable par l'allemand Höntzsch, distribué en France par TH Industrie (voir Mesures n°839) et du premier anémomètre portable à sondes numériques chez l'allemandTesto (le modèle 480 ; voir Mesures n°838 ). On peut également signaler l'arrivée de l'autrichien E+E Elektronik sur le segment des anémomètres portables, alors qu'il n'était fabricant que de modèles à poste fixe, l'évolution normative concernant les sorbonnes et les flux laminaires et, tout récemment, la publication d'un guide de bonnes pratiques par le Centre technique des industries aérauliques et thermiques (Cetiat),associé aux groupes français Aldes et CIAT et la Direction générale de la compétitivité, de l'industrie et des services (DGCIS).

Dans l'industrie, l'air à mesurer n'est pas toujours propre et à température ambiante. Il peut être plus ou moins chargé en particules et atteindre des températures de plusieurs centaines de degré Celsius. C'est pour cela que Höntzsch a développé des anémomètres à effet Vortex, à poste fixe et tout récemment en version portable.

Höntzsch

A regarder de plus près ces quelques faits, se dessinent en filagramme les grandes caractéristiques de l'anémométrie ou la mesure de la vitesse d'écoulement d'air. En termes de marché, on trouve le chauffage, ventilation et climatisation (CVC), d'un côté, et toutes les applications que l'on peut plutôt ranger dans la catégorie des process industriels, de l'autre côté. En termes techniques, les utilisateurs peuvent opter pour des appareils monoparamètres dédiés ou des modèles multiparamètres, et pour des instruments à poste fixe ou des appareils portables.A cette matrice, déjà assez complexe, s'ajoute encore un autre type de critères, à savoir la technologie mise en œuvre pour la mesure. On recense en effet jusqu'à six méthodes différentes qui vont des anémomètres à hélice ou à moulinet, jusqu'aux appareils à fil chaud, en passant par les capteurs de pression, les anémomètres à effet Vortex et à ultrasons (voir encadré Les six familles d'anémomètres ci-contre) .

Des technologies plutôt complémentaires

Dans les anémomètres pour applications “industrielles”, qu'ils soient portables ou à poste fixe, quatre technologies de mesure sont le plus souvent rencontrées: hélice ou moulinet, fil chaud ou boule chaude, pression différentielle (tube de Pitot) et effet Vortex. La technologie laser Doppler est la référence en matière de mesure de vitesse d'écoulement d'air. En ce qui concerne les ultrasons, en dehors du domaine de la météorologie, on ne rencontre pas de modèles portables. « Les débitmètres à ultrasons utilisés pour la mesure directe, et non via un calcul, sur de l'air n'est pas pour tout de suite car elle est plus difficile à mettre en œuvre » , précise Francis-Claude Héraut, gérant de TH Industrie, distributeur en France de Höntzsch et de l'américainTSI.

Les six familles d'anémomètres

Anémomètre à hélice: la sonde est munie d'une hélice composée de N pales orientées selon un angle a par rapport à l'axe de rotation. L'écoulement d'air applique une force sur les pales, qui tend à les faire tourner. Deux seuils sont à prendre en compte : un seuil de démarrage et un seuil de linéarité. Entre les deux, l'hélice se met à tourner mais des forces de frottements s'opposent à la force dynamique de l'écoulement (réponse du capteur linéaire).

Anémomètre thermique: le principe de mesure repose sur la chauffe d'un élément sensible à une température supérieure à celle de l'ambiant. L'écoulement d'air a alors tendance à refroidir l'élément sensible et l'énergie nécessaire pour le maintenir à température constante est reliée à la vitesse de l'écoulement. On trouve plusieurs variantes de thermoanémomètres: à fil ou film chaud (mesures unidirectionnelles), à cylindre chaud (mesures bidirectionnelles) et à boule chaude (mesures omnidirectionnelles). Les conditions ambiantes peuvent avoir une influence sur la mesure, ce qui impose des conditions ambiantes de l'étalonnage proches de celles de l'utilisation.

Pression différentielle: on mesure une pression différentielle ( P) proportionnelle à la pression dynamique et à la vitesse d'écoulement d'airavec un tube de Pitot. La Pest fonction aussi de la masse volumique de l'air, elle-même dépendante de la pression, de la température et de l'humidité relative.

Anémomètres à effet Vortex: il s'agit du principe mis en œuvre dans un débitmètre à effet Vortex. Lorsque l'air rencontre un élément, il se divise et engendre en aval des tourbillons de part et d'autre. Le nombre de tourbillons formés par unité de temps est proportionnel à la vitesse d'écoulement, selon le facteur K qui dépend du nombre de Reynolds et de la masse volumique du fluide (il est constant sur une grande étendue de mesure).

Les ultrasons: là aussi, c'est le même principe que celui d'un débitmètre à ultrasons par temps de transit (mesure différentielle du temps aller-retour d'une onde ultrasonore entre deux sondes parallèles à la direction de l'écoulement). Pour des mesures réellement industrielles, les ultrasons restent chers et les capteurs sont trop volumineux pour s'insérer dans des conduites ou des bouches de ventilation.

Vélocimètre laser Doppler: c'est la méthode de référence. Des particules sont injectées dans un écoulement d'air qui traverse deux faisceaux laser de même longueur d'onde, issus d'une source identique, et qui se croise dans un volume de mesure. Il se crée alors un réseau de franges d'interférence qui permet de calculer la vitesse d'écoulement d'air.

Pour de plus amples informations,vous pouvez vous référer aux articles parus notamment dans les Mesures n°758, 822 et 834, disponibles dans la rubrique Archives sur www.mesures.com .

La raison principale d'une cohabitation de plusieurs méthodes de mesure est résumée par Jean-Michel Catherin, cofondateur et président de Testoon, distributeur de sept constructeurs: « Comme aucun appareil ne peut faire des mesures dans toutes les conditions, fabricants et distributeurs proposent très souvent deux ou trois technologies dans leur catalogue ». Qui dit plusieurs méthodes de mesure dit également certaines contraintes. « Le fabricant doit bien maîtriser les différentes technologies,sachant que ce n'est pas si évident à faire » , constate Beltram Walter, directeur commercial d'E+E Elektronik France, fabricant qui s'est spécialisé dans les films chauds (voir encadré Les six familles d'anémomètres ci-dessus) .

Passons en revue les forces et les faiblesses en présence. Tous les fournisseurs s'accordent à dire que l'avantage premier des anémomètres à fil chaud réside dans la possibilité de mesurer aussi de faibles flux d'air, en deçà de 0,5m/s, comme des courants d'air ou dans des cabines de peinture, des hottes à flux laminaire. «Avec la technologie à film chaud, nous pouvons même descendre à des vitesses d'écoulement d'air de 0,06 m/s » , avance Beltram Walter (E+E Elektronik France). Wimesure propose une sonde à boule chaude capable de mesurer des flux d'air avec une résolution de 0,001 m/s… « En comparaison, les appareils à moulinet peuvent présenter des problèmes dans la gamme comprise entre 0,5 et 1 m/s [d'où notamment une précision moins bonne, NDR] et les tubes de Pitot ne descendent pas en dessous de 3-4 m/s » , rappelle Isabelle Caré, chargée d'études à la division Métrologie et experte en anémométrie au sein du Centre technique des industries aérauliques et thermiques (Cetiat). Il y a une exception: TSI propose en effet un tube de Pitot, associé à un capteur de pression différentielle et capable d'atteindre 0,2m/s, ce qui en fait une réelle alternative à la technologie thermique. A contrario, les tubes de Pitot sont privilégiés pour les vitesses d'écoulement élevées,jusqu'à 80m/s,tandis que « les anémomètres à hélice sont souvent limités aux alentours de 20-30 m/s en raison d'une représentation non linéaire et donc d'une précision dégradée » , ajoute Jean-Michel Catherin (Testoon). Si l'on s'intéresse à l'encombrement, les sondes à fil chaud et les tubes de Pitot ont des dimensions beaucoup plus petites que celle des modèles à moulinet. « Les plus petites tiges avec la perle, à savoir l'élément thermique, au bout peuvent ne mesurer que 8 mm de diamètre, et s'insérer dans n'importe quelle gaine » , indique Frédéric Moreau, responsable technico-commerciale au sein de la branche Portable-Génie climatique de Kimo Instruments. La compacité des sondes thermiques ainsi qu'un montage et une maintenance relativement faciles ne doivent pas occulter la prise en compte de longueurs droites importantes en amont et en aval, en raison d'une sensible aux écoulements turbulents.

Il existe une grande variété de sondes de mesure de vitesse d'écoulement d'air, selon la technologie (hélice, fil chaud, boule chaude, tube de Pitot…), les accessoires (sonde télescopique, à bec de cygne, par exemple), le fonctionnement en analogique ou en numérique, etc.

Testo Ahlborn

Pour certaines personnes, la facilité d'utilisateur est l'un des principaux critères de choix. En quelques instants, il est possible d'obtenir sur l'écran de l'appareil portable une mesure de vitesse d'écoulement d'air.

Kimo Instruments

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