Débitmètre électromagnétique Wintec WTM (Corée du Sud) : Conception et Installation

Débitmètre électromagnétique Wintec Corée Série WTM : Conception et installation

Conception du débitmètre électromagnétique WTM1000 de type intégré comprenant le convertisseur, l'écran LCD, le détecteur, l'électrode et le revêtement.

Débitmètre électromagnétique WTM – Solution de mesure de débit stable pour l'eau, les eaux usées et les produits chimiques industriels

Dans les systèmes de traitement de l'eau, des eaux usées, des produits chimiques, des boues, des solutions alcalines, des acides ou dans les lignes de production industrielle, une mesure précise du débit est un facteur crucial pour contrôler le processus opérationnel. L'un des équipements couramment utilisés pour ces applications est le débitmètre électromagnétique.

Le débitmètre électromagnétique WTM est une gamme d'appareils de mesure de débit basée sur le principe de l'induction électromagnétique de Faraday. L'appareil est adapté aux fluides conducteurs, en particulier l'eau propre, les eaux usées, l'eau industrielle, les boues, l'eau de mer, les solutions chimiques, les solutions alcalines, les acides et les types de fluides ne contenant ni huile ni gaz.

Avec des modèles tels que WTM1000, WTM1100 et WTM1200, cette gamme de débitmètres électromagnétiques peut répondre à différents types d'installation, du type intégré sur site au type séparé pour les environnements difficiles, les températures élevées, les vibrations ou les emplacements difficiles d'accès.

1. Qu'est-ce qu'un débitmètre électromagnétique ?

Le débitmètre électromagnétique est un appareil qui mesure le débit de fluide en appliquant la loi de l'induction électromagnétique de Faraday. Lorsqu'un fluide conducteur traverse le champ magnétique dans le corps du capteur, une tension induite est générée. Cette tension est proportionnelle à la vitesse d'écoulement. Le convertisseur reçoit le signal de l'électrode, le traite et le convertit en un signal de débit pour l'afficher ou le transmettre au système de contrôle.

Le signal de sortie comprend généralement :

• Signal analogique 4–20mA

• Signal d'impulsion (pulse)

• Signal de communication RS232, RS422 ou RS485 en option

• Valeur du débit instantané

• Valeur de la vitesse d'écoulement

• Débit total cumulé

• Temps de fonctionnement

Le point le plus important lors de l'utilisation d'un débitmètre électromagnétique est que le fluide doit avoir une certaine conductivité électrique. Pour la série WTM, la conductivité minimale requise est de 5 µS/cm.

2. Conditions de travail appropriées pour le débitmètre électromagnétique

Le débitmètre électromagnétique n'est pas un appareil de mesure pour tous les types de fluides. Pour que l'appareil fonctionne de manière stable et fournisse des résultats précis, les conditions suivantes doivent être garanties :

• Le fluide à mesurer doit être un fluide conducteur.

• Le fluide doit avoir des propriétés relativement homogènes.

• La tuyauterie doit toujours être pleine de fluide pendant la mesure.

• Le fluide ne doit pas être un gaz, une vapeur ou une huile non conductrice.

• La conductivité électrique du fluide doit être supérieure à 5 µS/cm.

• Il ne faut pas laisser de bulles d'air s'accumuler dans le corps du capteur.

• L'emplacement d'installation doit limiter les vibrations, les chocs et les interférences électromagnétiques.

Dans des conditions appropriées, le débitmètre électromagnétique peut fonctionner de manière stable sur une longue période, avec une influence minimale de la pression, de la viscosité ou de la densité du fluide.

3. Applications du débitmètre électromagnétique WTM

La gamme de débitmètres électromagnétiques WTM peut être utilisée dans diverses industries. L'appareil est particulièrement adapté aux systèmes de mesure de fluides conducteurs tels que :

• Eau potable

• Eaux usées

• Eau industrielle

• Eau de mer

• Boues diluées

• Solutions acides

• Solutions alcalines

• Solutions chimiques corrosives

• Pâte à papier dans l'industrie papetière

• Systèmes de traitement de l'eau en usine

• Systèmes de dosage chimique

• Systèmes de surveillance du débit dans les stations de pompage

Cependant, le débitmètre électromagnétique ne convient pas à la mesure d'huiles, d'air comprimé, de vapeur ou de fluides non conducteurs.

4. Classification des WTM1000, WTM1100 et WTM1200

La gamme WTM peut être divisée en deux groupes principaux : la version compacte et la version séparée.

WTM1000 – Version compacte

Le WTM1000 est un type de débitmètre électromagnétique dont le convertisseur et le corps du capteur sont montés sur un seul et même appareil. Cette version est adaptée aux emplacements d'installation standard, aux environnements sans vibrations excessives, sans chaleur excessive et où l'opérateur peut effectuer une observation directe sur site.

Les avantages de la version compacte sont sa conception ergonomique, sa facilité d'installation, un câblage réduit et son adéquation à de nombreuses applications courantes.

WTM1100 et WTM1200 – Version séparée

Les WTM1100 et WTM1200 sont des versions séparées entre le capteur de mesure et l'afficheur/convertisseur. Cette version est adaptée aux emplacements soumis à des températures élevées, des vibrations fortes, des environnements sujets aux inondations, des zones difficiles d'accès ou là où il est nécessaire de placer l'écran d'affichage dans une position plus pratique pour l'opérateur.

Dans de nombreux systèmes industriels, la version séparée est souvent privilégiée lorsque les conditions d'installation sont complexes ou que l'emplacement de la tuyauterie n'est pas pratique pour l'observation.

5. Spécifications techniques principales du débitmètre électromagnétique WTM

La gamme WTM est conçue pour diverses tailles de tuyauterie et divers environnements de travail.

6. Comment choisir le diamètre d'un débitmètre électromagnétique

Le choix du diamètre approprié du débitmètre influence directement la précision, la durée de vie et la stabilité de l'équipement. En règle générale, le diamètre du débitmètre est choisi de manière à être identique à celui de la tuyauterie afin de réduire les pertes de charge.

Cependant, il ne faut pas se baser uniquement sur la taille de la tuyauterie. Il est nécessaire de vérifier également la vitesse réelle du fluide.

La plage de vitesse recommandée pour les débitmètres électromagnétiques se situe généralement entre 1 et 5 m/s. Il s'agit d'une zone de fonctionnement équilibrée entre la stabilité du signal et la perte de charge.

Si la vitesse est trop faible, le signal de mesure peut être faible et le rapport signal sur bruit plus élevé. Si la vitesse est trop élevée, la perte de charge et l'usure peuvent augmenter.

Cas des fluides abrasifs

Pour les fluides contenant des particules solides, des boues ou des composants susceptibles d'éroder le revêtement et les électrodes, il est conseillé de choisir une vitesse plus faible, comprise entre 1 et 3 m/s. Cela permet de prolonger la durée de vie du capteur et de réduire les risques de détérioration des matériaux en contact.

Cas des fluides sujets à l'encrassement ou à l'adhérence

Pour l'eau sale, les boues, les solutions contenant des particules solides ou les fluides sujets aux dépôts, il peut être nécessaire d'augmenter la vitesse d'écoulement au-delà de 3 m/s pour réduire le phénomène d'adhérence dans le tube de mesure. Dans certains cas, il est possible de choisir un diamètre inférieur d'une taille si la perte de charge reste dans les limites admissibles.

Cas des fluides à faible conductivité électrique

Pour les fluides à faible conductivité électrique, il est recommandé de réduire la vitesse afin de stabiliser le signal de mesure. De plus, il est nécessaire de vérifier soigneusement la conductivité réelle du fluide avant de choisir l'équipement.

7. Comment choisir le matériau de revêtement

Le matériau de revêtement est la couche en contact direct avec le fluide à l'intérieur du corps du débitmètre. Un mauvais choix de matériau de revêtement peut réduire la durée de vie de l'équipement, provoquer de la corrosion, des cloques, un décollement ou des erreurs de mesure.

Revêtement Teflon PTFE/ETFE

Le Teflon est adapté aux fluides hautement corrosifs, aux fluides sujets à l'adhérence ou aux fluides à haute perméabilité tels que le chlore, le fluor, l'acide nitrique et de nombreuses autres solutions chimiques.

Les avantages du Teflon sont sa surface lisse, sa bonne résistance à l'adhérence, sa excellente résistance chimique et sa capacité à fonctionner avec des fluides à haute température. La plage de température de référence est de -10°C à +160°C.

Revêtement en caoutchouc dur

Le caoutchouc dur est adapté à l'eau propre, aux eaux usées, à l'eau industrielle, à l'eau de mer, aux boues et aux fluides abrasifs. Ce matériau présente une bonne résistance à l'abrasion et convient à de nombreuses applications de traitement de l'eau.

Cependant, le caoutchouc dur ne doit pas être utilisé pour certains solvants organiques, certains acides ou bases fortes. La plage de température de référence est de -10°C à +60°C.

8. Comment choisir le matériau des électrodes

Les électrodes sont les composants en contact direct avec le fluide pour capter le signal de tension induite. Bien que de petite taille, les électrodes jouent un rôle crucial dans la précision et la durabilité du débitmètre.

Lors du choix du matériau des électrodes, il est nécessaire de se baser sur les propriétés chimiques du fluide, la température, la résistance à la corrosion, la résistance à l'abrasion et l'expérience pratique d'utilisation.

Quelques matériaux d'électrodes courants :

En pratique, il ne faut pas choisir le matériau des électrodes uniquement sur la base du nom du produit chimique. Pour un même type de produit chimique, des variations de concentration, de température et d'impuretés peuvent modifier le taux de corrosion. Pour les applications chimiques critiques, il est recommandé de consulter le tableau de compatibilité des matériaux ou d'effectuer des tests réels avant de prendre une décision.

9. Exigences d'installation pour une mesure précise

Le débitmètre électromagnétique n'atteint une bonne précision que s'il est installé correctement. Les erreurs courantes telles qu'une conduite non remplie, la présence de bulles d'air, l'absence de longueurs droites, une mauvaise mise à la terre ou une installation à proximité de sources d'interférences peuvent provoquer des fluctuations du signal et augmenter les erreurs de mesure.

Conditions environnementales

Lors de l'installation, il convient d'éviter les emplacements soumis à des changements brusques de température, à des vibrations intenses, à des chocs, à des environnements hautement corrosifs ou aux zones présentant un risque d'accumulation d'eau dans le boîtier de raccordement. La température ambiante d'installation doit se situer dans les limites appropriées et l'humidité ne doit pas provoquer de condensation.

La conduite doit toujours être pleine

Il s'agit d'une condition très importante. Si la conduite n'est pas pleine, les électrodes ne sont pas en contact total avec le liquide, ce qui entraîne des mesures erronées ou instables. Pour les conduites susceptibles de contenir des bulles d'air, la conception doit empêcher ces bulles de rester piégées dans le corps du capteur.

Sens de l'écoulement

Le sens réel de l'écoulement doit correspondre à la flèche indiquant la direction sur le corps du capteur. Si l'écoulement est inversé par rapport à la configuration d'installation, il est nécessaire de vérifier le raccordement du signal ou la configuration de l'appareil.

Longueurs droites

Afin de réduire les perturbations causées par les turbulences ou une distribution de vitesse inégale, il est nécessaire de prévoir des longueurs droites en amont et en aval du débitmètre.

Pour l'eau propre et les eaux usées, il convient de garantir :

• En amont du débitmètre : au moins 5D

• En aval du débitmètre : au moins 3D

Pour les autres liquides, il convient de garantir :

• En amont du débitmètre : au moins 10D

• En aval du débitmètre : au moins 5D

Où D est le diamètre nominal du débitmètre.

Position des vannes

Les vannes doivent être installées en aval du débitmètre pour limiter les turbulences avant le capteur. Pour les systèmes nécessitant une maintenance fréquente, il est recommandé d'ajouter des vannes d'isolement et une ligne de dérivation (bypass) afin de pouvoir démonter, inspecter ou nettoyer l'appareil sans interrompre l'ensemble du système.

10. Précautions lors de l'installation du capteur et du convertisseur

Lors de l'installation du capteur sur la conduite, il faut s'assurer que le joint ne dépasse pas à l'intérieur du tube, car cela pourrait entraver l'écoulement et fausser la mesure. Le joint doit être adapté à la bride, au fluide et à la température de service.

Les boulons de bride doivent être serrés uniformément en croix, en plusieurs étapes, pour éviter de désaligner le capteur ou d'endommager le revêtement interne. Ne pas dépasser le couple de serrage recommandé par le fabricant.

Le convertisseur peut être monté au mur, sur un tube 2B ou sur panneau, selon les conditions réelles. Pour les versions déportées, le convertisseur doit être placé dans un endroit facile à observer, facile à manipuler et peu soumis aux vibrations.

Si l'appareil n'est pas utilisé pendant une longue période, il est nécessaire de vérifier l'étanchéité du couvercle des bornes, du presse-étoupe et des conduits de câblage afin d'éviter toute pénétration d'humidité. L'appareil doit également être inspecté périodiquement, au moins une fois par an.

11. Remarques sur le raccordement électrique et des signaux

La mise à la terre est un élément crucial pour les débitmètres électromagnétiques. Une bonne mise à la terre permet un fonctionnement stable de l'appareil, réduit les interférences et garantit la sécurité du système.

Pour l'alimentation, les conducteurs utilisent généralement une section d'environ 0,75–2,0 mm². Si un raccordement de terre séparé est nécessaire, la résistance de terre doit être inférieure à 100Ω et la section du câble de terre doit être choisie conformément aux normes d'installation en vigueur.

Pour les débitmètres à montage séparé, le signal provenant du capteur vers le convertisseur est très faible ; par conséquent, le câble de signal doit être aussi court que possible. La longueur maximale recommandée est de 30 m. Il est déconseillé de faire passer le câble de signal à proximité de moteurs, de variateurs de fréquence, de contacteurs, d'armoires électriques de puissance ou de toute source générant des interférences électromagnétiques. S'il est impératif de passer à proximité d'une zone perturbée, il convient d'utiliser des conduits métalliques mis à la terre pour protéger le câble de signal.

Les sorties courantes incluent :

• 4–20mA pour transmettre le signal de débit vers un automate (PLC), une IHM ou un enregistreur de données

• Sortie impulsionnelle (Pulse output) pour transmettre un signal d'impulsion vers un compteur ou un système de totalisation de débit

• RS232, RS422 ou RS485 pour la transmission de données numériques

• Signal d'état ou d'alarme selon la configuration

12. Fonctions de réglage importantes

Le débitmètre électromagnétique WTM dispose de nombreuses fonctions facilitant l'exploitation et l'étalonnage sur site.

Affichage du débit instantané

L'écran affiche le débit instantané, la vitesse du fluide, le débit total cumulé et le temps de fonctionnement. Ce sont les paramètres de base permettant à l'opérateur de surveiller l'état du système.

Détection de conduite vide

La fonction "Empty Pipe" permet de détecter lorsque le niveau de liquide dans le corps du capteur est inférieur à la position des électrodes. Si la conduite n'est pas pleine, l'appareil peut émettre une alarme pour éviter une lecture erronée du débit.

Auto Zero

Auto Zero est une fonction d'étalonnage automatique du point zéro. Lorsque la conduite est pleine de liquide et que l'écoulement est totalement arrêté, l'opérateur peut activer cette fonction pour ramener la valeur du débit instantané à 0, ce qui permet de réduire l'erreur de fond.

Réglage de l'étendue (span) 4–20mA

Cette fonction est utilisée pour définir la plage de mesure correspondant au signal analogique 4–20mA. En général, cette valeur est pré-réglée par le fabricant en fonction de la taille du débitmètre, mais dans certains cas, elle peut être ajustée selon les conditions réelles d'exploitation.

Réglage de la sortie impulsionnelle (pulse output)

La sortie impulsionnelle est utilisée lorsqu'une connexion à un compteur de débit externe est nécessaire. L'utilisateur peut configurer le taux d'impulsion et la largeur d'impulsion en fonction du compteur. La largeur d'impulsion peut être ajustée entre 10 et 200 ms, selon la capacité de réception de l'appareil externe.

High cut off et Low cut off

Le "High cut off" permet de limiter l'affichage lorsque la vitesse dépasse la valeur réglée, réduisant ainsi l'influence des interférences ou des fluctuations anormales. Le "Low cut off" permet de ramener le débit à 0 lorsque la vitesse est inférieure au seuil réglé, ce qui est généralement utilisé pour éliminer les signaux parasites dans la plage de très faible débit.

Amortissement

L'amortissement permet de lisser le signal d'affichage et de sortie. Cette fonction est particulièrement utile lorsque le débit fluctue en raison de pompes, de vannes ou de bruit de processus. Plus l'amortissement est élevé, plus le signal est stable, mais la vitesse de réponse sera plus lente.

13. Problèmes courants et procédures de vérification

Pendant le fonctionnement, le débitmètre électromagnétique peut rencontrer certains problèmes tels que des fluctuations de signal, une absence d'affichage ou une instabilité du point zéro. Voici les causes fréquentes.

Fluctuation du signal de débit

Lorsque le signal 4–20mA ou la valeur affichée fluctue fortement, il est nécessaire de vérifier les points suivants :

• La conduite est-elle entièrement remplie de liquide ?

• Y a-t-il des bulles d'air dans la conduite ?

• Le débitmètre est-il correctement mis à la terre ?

• Le liquide a-t-il une conductivité suffisante ?

• Y a-t-il des interférences électromagnétiques provenant de moteurs, de variateurs de fréquence ou d'armoires électriques à proximité ?

• L'emplacement d'installation dispose-t-il d'une longueur de conduite droite suffisante ?

• Y a-t-il des écoulements tourbillonnaires, des vibrations ou des vannes placées trop près de l'entrée ?

Si le liquide est une boue ou contient des particules solides, il convient de vérifier en outre le bruit de boue (slurry noise) et l'état d'encrassement des électrodes.

Absence d'affichage

Si l'écran ne s'affiche pas, vérifiez les points suivants :

• L'alimentation secteur est-elle correcte ?

• Le fusible est-il grillé ?

• Le câble d'alimentation est-il desserré ou mal branché ?

• Le boîtier de raccordement est-il humide ou a-t-il subi une infiltration d'eau ?

• L'écran LCD ou la carte d'alimentation sont-ils défectueux ?

• Le câble entre le capteur et le convertisseur est-il coupé ou en court-circuit ?

Instabilité du point zéro

Si l'appareil affiche un débit alors qu'il n'y a aucun écoulement, vérifiez les points suivants :

• La conduite est-elle réellement pleine de liquide ?

• Y a-t-il des bulles d'air fixées sur les électrodes ?

• La vanne fuit-elle, laissant passer un faible débit ?

• La mise à la terre est-elle efficace ?

• La conductivité du liquide est-elle trop faible ?

• Les électrodes sont-elles encrassées ?

• La zone d'installation est-elle proche d'une source d'interférences électromagnétiques ?

Dans de nombreux cas, le nettoyage des électrodes, la vérification de la mise à la terre et l'exécution d'un Auto Zero dans les conditions appropriées peuvent aider à rétablir la stabilité de l'appareil.

14. Quand choisir le débitmètre électromagnétique WTM ?

Le débitmètre électromagnétique WTM est le choix approprié lorsque le système nécessite la mesure de liquides conducteurs avec une grande stabilité, une faible perte de charge et une capacité de connexion à un système de contrôle automatisé.

L'équipement est particulièrement adapté pour :

• Les usines de traitement d'eau et d'eaux usées

• Les systèmes d'approvisionnement en eau industrielle

• Les usines chimiques

• Les usines de papier et de pâte à papier

• Les stations de pompage

• Les systèmes de dosage de produits chimiques

• Les lignes de production nécessitant une surveillance continue du débit

• Les systèmes nécessitant la transmission de signaux vers un automate (PLC), un système SCADA ou un enregistreur de données

Si l'environnement d'installation est standard, le modèle compact WTM1000 peut être choisi. Si l'emplacement d'installation présente des températures élevées, des vibrations, une difficulté d'observation ou nécessite de placer l'afficheur à distance du capteur, il est recommandé de choisir la version séparée WTM1100 ou WTM1200.

15. Conclusion

Le débitmètre électromagnétique WTM est une solution de mesure de débit efficace pour les applications industrielles impliquant l'eau, les eaux usées, les produits chimiques, les boues et divers fluides conducteurs. L'appareil fonctionne sur le principe de l'induction électromagnétique, sans pièces mobiles dans le flux, ce qui permet une mesure stable et une réduction des coûts de maintenance.

Pour garantir un fonctionnement précis et durable de l'équipement, l'utilisateur doit sélectionner correctement le diamètre, le matériau du revêtement, le matériau des électrodes, le type d'installation et respecter les exigences relatives aux longueurs droites, à la mise à la terre, à la protection contre les interférences et aux conditions de conduite pleine.

Pour les systèmes nécessitant la mesure du débit d'eau, d'eaux usées, de solutions chimiques ou de boues industrielles, les modèles WTM1000, WTM1100 et WTM1200 sont des options à considérer tant pour les applications de mesure locale que pour la transmission de signaux vers un système de contrôle centralisé.

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