Le débitmètre multivariable contribue au contrôle de la qualité

L'industrie alimentaire utilise des débitmètres pour mesurer avec précision les fluides (gaz, vapeurs, liquides) dans les tuyaux et dans les réservoirs de stockage et de dosage. Ces mesures constituent la base des suivis des processus, en vue de garantir des produits sûrs et de qualité, et moins de pertes de matières premières et de ressources. Les débitmètres multivariables mesurent aussi d'autres paramètres liés à la qualité (par exemple, la température, la pression, la conductivité) qui permettent d'accroître encore la précision des mesures.

Fonctions du débitmètre

Le dosage précis

Les débitmètres sont utilisés pour doser avec précision des matières premières avant de les mélanger selon la recette, ou lors du remplissage des produits finis.

Ils peuvent donc être utilisés à différents stades du processus afin d'avoir une meilleure compréhension et un meilleur contrôle.

En fonction des résultats de mesure qui sont envoyés au système de contrôle général, le processus peut être ajusté – automatiquement ou non – en contrôlant les vannes.

Le suivi de la consommation

En outre, les débitmètres sont de plus en plus utilisés pour surveiller la consommation et détecter d'éventuelles fuites au niveau des utilities – les eaux de refroidissement, les eaux usées, la vapeur, l'air comprimé, le CO₂, les fluides CIP...

Ils servent également à contrôler la quantité de matières premières livrées et de produits finis remplis, en tant qu'input ou de vérification pour la facturation.

Volume ou masse

Selon le produit et ses caractéristiques en termes de changement de pression et de température, on mesure soit le volume soit la masse par unité de temps. La valeur est ensuite exprimée en m³/h, l/min; ou en kg/h, kg/min, g/s...

Principes de fonctionnement

La mesure peut être effectuée sur base de différentes technologies, chacune ayant ses avantages, ses inconvénients et ses applications typiques. Dans ce qui suit, nous abordons les principes de fonctionnement les plus courants dans l'industrie alimentaire.

Électromagnétique

Le débitmètre type électromagnétique est de loin le plus fréquemment utilisé, avec une large gamme de diamètres (mm - m). Ils mesurent très précisément, n'ont pas de pièces mobiles sujettes à l'usure, fonctionnent dans les deux sens d'écoulement et ne provoquent pas de chute de pression (absence d'étranglement dans la canalisation).

Leur principe de mesure est basé sur la loi de Faraday, selon laquelle un conducteur génère une certaine tension lorsqu'il traverse un champ magnétique. La tension mesurée peut être convertie en vitesse (m/s), et en multipliant celle-ci par la surface de la section transversale (m²), on obtient le débit volumique (m³/s).

La condition sine qua non est que ce soit un liquide conducteur (eau, lait, sauces, produits chimiques...) qui entre en contact avec les électrodes de mesure. Même les liquides à faible conductivité (à partir de 5 µS/cm) peuvent être mesurés avec un débitmètre électromagnétique, de nos jours. En revanche, ce principe ne peut pas être utilisé pour l'huile, les gaz, la vapeur ou l'eau déminéralisée.

Une fonctionnalité supplémentaire est la mesure de la conductivité, qui est utile pour déterminer la concentration des liquides de NEP. Il y a aussi l'empty pipe detection, où les électrodes détectent si le tuyau est complètement plein ou non. C'est également utile dans le processus de NEP, pour s'assurer que toute la surface du tuyau est nettoyée.

Les débitmètres peuvent être utilisés pour des mesures quantitatives et qualitatives

Coriolis

Le principe du compteur Coriolis est basé sur l'effet Coriolis, établi par le scientifique du même nom. La fréquence de résonance du ou des rétrécissement(s) de tuyau (parallèle(s)) oscillant(s) varie en fonction du liquide ou du gaz qui les traverse. On peut alors déduire la vitesse et le débit volumique ou massique de ce fluide.

Cette technologie se distingue par sa très grande précision, ce qui rend ces compteurs idéaux pour les tâches de dosage ou de remplissage.

En plus du débit, elle permet de mesurer la température, la densité et la viscosité de manière bidirectionnelle. En outre, il est possible de déterminer la valeur Brix ou Plato des fluides, qui sont des paramètres de qualité importants dans l'industrie des boissons.

Les inconvénients sont les dimensions limitées et le prix de revient élevé, en raison de la complexité de la construction. De plus, ce compteur entraîne une perte de pression et de vitesse au point de mesure. On consomme donc de l'énergie pour combler cet écart. D'autre part, il n'est pas nécessaire d'avoir des sections de tuyau droites juste avant et après le dispositif de mesure, comme c'est généralement le cas avec les compteurs électromagnétiques.

Vortex

Les débitmètres à effet vortex contiennent un obstacle interne qui provoque des tourbillons. La fréquence de ces tourbillons est mesurée par un élément piézo, ce qui permet ensuite de déterminer la vitesse et le débit du fluide.

Il s'agit d'un compteur multivariable, qui peut également mesurer la pression et la température. Indépendamment des informations supplémentaires fournies, la combinaison en un seul appareil de mesure offre des avantages en termes de facilité d'utilisation, de gain de temps, de coûts et aussi de précision, car la marge d'erreur de chaque appareil séparé est ainsi réduite.

Cependant, du fait de leur conception spécifique, ces compteurs ne sont pas hygiéniques, ce qui signifie qu'ils ne sont pas utilisés pour des applications alimentaires directes.

En revanche, ils sont utilisés pour la vapeur, les gaz et les liquides non conducteurs, si bien qu'ils complètent parfaitement les  technologies mentionnées plus haut. Attention toutefois: ils ne peuvent pas être utilisés pour les liquides très visqueux car les tourbillons prévus ne se produiront pas. Les particules solides dans les liquides sont également à éviter car elles pourraient endommager l'obstacle.

Ces dispositifs de mesure sont moins précis, ont des dimensions limitées et ne peuvent être utilisés que dans un seul sens d'écoulement en raison de leur principe de fonctionnement. Une caractéristique utile avec la vapeur est qu'ils peuvent déterminer la fraction de vapeur sèche ou humide, qui indique son coefficient de transfert de chaleur. En outre, ces débitmètres remplissent également une fonction d'alarme contre les dommages éventuels causés par la vapeur humide.

Les appareils de mesure multivariables offrent des avantages en termes de facilité d'utilisation, de coût et de précision

Ultrasons

Ici, la mesure de débit est basée sur le temps de transit des ondes ultrasonores envoyées à travers le liquide ou le gaz. Le grand avantage de ces appareils de mesure est qu'ils peuvent être utilisés non seulement 'in line' mais aussi en mode 'clamp-on' (montés avec des pinces sur la canalisation). Ils peuvent ainsi être utilisés en déplacement, pour des contrôles sporadiques à différents points de mesure.

Il s'agit de solutions hygiéniques qui n'entrent pas en contact avec les flux de production. Néanmoins, ces appareils sont rarement utilisés dans l'industrie alimentaire, principalement en raison de leur plus faible précision et de leur coût plus élevé.

Pression différentielle

Avec ce dernier principe, la différence de pression est mesurée avant et après une obstruction, ce qui est directement lié à la vitesse. Comme les débitmètres à effet vortex, ces appareils de mesure sont principalement utilisés pour les utilities car ils ne peuvent pas être nettoyés aussi facilement en raison de l'élément qu'ils contiennent.

Digitalisation
La digitalisation a également envahi le domaine des techniques de mesure et de contrôle. Grâce à la connectivité (Industrial Internet of Things), les données de mesure sont disponibles à tout moment et en tout lieu, de même que les certificats, les informations sur les spare parts, etc. Cela offre également des possibilités pour le diagnostic et la vérification des appareils de mesure, avec un contrôle de l'électronique. Par conséquent, l'intervalle de calibrage peut être augmenté.

Avec la collaboration de Endress+Hauser, Krohne et Siemens