Gauge de niveau d'eau de Bubbler : principe de fonctionnement, exigences d'installation

METRAVON Bubbler Courbe de niveau d'eau: principe de travail, exigences d'installation et applications hydrologiques

Un jaugeur de niveau d'eau à bulles est un système indirect de mesure du niveau hydrostatique largement utilisé dans les rivières, les réservoirs, les canaux, les systèmes d'irrigation, les étangs et d'autres applications hydrologiques.

Le capteur de pression et l'équipement électronique peuvent rester à terre ou à l'intérieur d'une station de surveillance, tandis que seul un tube à gaz et un orifice submergé sont exposés à l'eau. Cet arrangement facilite la protection, l'entretien et le remplacement des principaux composants électroniques.

Le système fournit de l'air ou un autre gaz approprié à un orifice fixé à une altitude connue sous la surface de l'eau. La pression nécessaire pour décharger le gaz à travers l'orifice submergé correspond étroitement à la pression hydrostatique au-dessus de l'orifice. Cette pression est convertie en profondeur d'eau, puis en élévation de surface.

1. Comment fonctionne un système de niveau d'eau Bubbler?

Approvisionnement en gaz

Une pompe, une source d'air comprimé ou une autre source de gaz convenable fournit du gaz à la conduite.

Orifice submergé

Le gaz s'écoule à travers les tubes jusqu'à un orifice fixé sous la surface de l'eau à une altitude connue.

Mesure de la pression

Plus l'eau est profonde au-dessus de l'orifice, plus la pression nécessaire pour décharger le gaz est élevée.

Conversion du niveau d'eau

La pression mesurée est convertie en profondeur d'eau et combinée à l'élévation connue de l'orifice.

2. Comment la pression est-elle convertie en profondeur d'eau?

Dans des conditions hydrostatiques idéales, la pression correspondant à la colonne d'eau au-dessus de l'orifice peut être exprimée comme suit:

P = ρgh

où:

• P= pression hydrostatique;

• ρ= densité de l'eau;

• g= accélération gravitationnelle locale;

• h= profondeur de l'eau au-dessus de l'orifice.

Par conséquent:

h = P / (ρg)

Si l'élévation fixe de l'orifice estZ₀, l'altitude de la surface de l'eau est:

Z = Z₀ + h

Si un capteur de pression absolue est utilisé, la pression atmosphérique doit également être prise en compte. Une jauge ou une mesure différentielle peut fournir plus directement la pression de la colonne d'eau par rapport à l'atmosphère.

Ingénierie Remarque :Les systèmes à bulles réelles peuvent inclure de petites pertes de pression causées par le débit de gaz, le frottement des tubes et la formation de bulles à l'orifice. Les installations à haute précision devraient suivre l'instrument et le numéro 39; s la compensation et la vérification sur le terrain plutôt que de supposer que la pression de la conduite est toujours exactement égale à la pression hydrostatique théorique.

3. Qu'est-ce qu'un Bubbler constant ?

Un bulleur à débit constant fournit continuellement du gaz à un débit bas et contrôlé. Lorsque le niveau d'eau change, la pression hydrostatique à l'orifice change, et la pression de gaz s'ajuste en conséquence.

Les principales caractéristiques sont les suivantes:

• Suivi continu du niveau d'eau;

• débit continu de gaz extérieur qui contribue à réduire l'entrée d'eau dans le tube;

• Qualité des stations hydrologiques fixes et surveillance à long terme des réservoirs ou des cours d'eau;

• Besoin d'un régulateur de débit stable et d'un système de gaz sans fuite.

4. Comment fonctionne un bubbler intermittent?

Certains systèmes à bulles de faible puissance restent en attente entre les mesures. Lorsqu'une lecture est nécessaire, la pompe démarre, pressurise et purifie le tube, rétablit la décharge normale de gaz à l'orifice submergé, puis enregistre la pression après la période de stabilisation requise.

L'instrument peut alors revenir en veille pour réduire la consommation moyenne d'énergie dans les centrales à piles ou solaires.

Il est donc plus précis de décrire ce processus commepressurisation intermittente, purge, stabilisation et mesureplutôt que simplement d'arrêter la pompe et d'attendre que tous les bouillonnements s'arrêtent. C'est-à-dire

5. Pourquoi la position de l'orifice est-elle critique?

L'orifice submergé est le point de référence physique du système. Tout changement dans son élévation crée une erreur de niveau d'eau correspondante.

L'orifice doit donc:

• être solidement fixés contre le courant, les débris flottants et les inondations;

• Avoir une élévation connue et documentée;

• Rester normalement en dessous du niveau minimal d'eau prévu;

• Éviter les endroits sujets à une grave enfouissement des sédiments;

• Éviter l'exposition directe au débit à grande vitesse lorsque c'est possible.

6. Pourquoi un débit rapide nécessite-t-il une attention particulière?

Un système à bulles est destiné à mesurerpression statique hydrostatique. Si l'eau en mouvement rapide agit directement sur un orifice exposé, la pression dynamique peut créer une erreur de mesure.

Emplacement stable

Choisissez un emplacement représentatif avec un niveau d'eau relativement stable et une réduction des perturbations du débit lorsque c'est possible.

Arrangement de pression statique

Les canaux à grande vitesse peuvent nécessiter une configuration d'orifice à pression statique appropriée.

Éviter le bias de pression dynamique

Une ouverture exposée faisant face ou s'opposant au débit peut produire des erreurs de pression de vitesse positives ou négatives.

7. Pourquoi la canalisation de gaz devrait-elle glisser continuellement vers l'orifice?

Dans la mesure du possible, les tubes à gaz doivent maintenir une pente descendante continue depuis la station de l'instrument vers l'orifice submergé. L'objectif est principalement d'éviter les points faibles où le condensat ou l'eau peuvent s'accumuler.

L'eau accumulée peut:

• Augmenter la perte de pression;

• provoquer des lectures instables ou de niveau élevé;

• Congeler et bloquer la ligne par temps froid;

• Restreindre le débit de gaz;

• Augmenter la charge de la pompe.

L'itinéraire devrait donc éviter les tronçons ascendants inutiles.

8. Le tube à gaz et le produit de protection sont-ils les mêmes?

Pas du tout.

Il n'est donc pas approprié de préciser que le tube de mesure lui-même doit toujours être galvanisé ou en acier inoxydable. Le tube à gaz et son conduit de protection sont souvent des composants séparés.

9. La canalisation peut-elle être enterrée?

Oui. Selon les conditions du site, la ligne peut être enterrée, acheminée par conduit ou fixée le long d'une structure stable.

Parmi les considérations importantes, mentionnons :

• Éviter le tassement du sol qui tire ou écrase le tube;

• Prévenir l'eau stagnante à long terme à l'intérieur du conduit de protection;

• Éviter les virages aigus et les tubes aplatis;

• maintenir l'accès aux fins d'inspection ou de remplacement;

• Protéger la route des véhicules, des travaux de construction et des animaux.

10. Comment le blocage des sédiments est-il évité?

Les sites des rivières et des réservoirs peuvent contenir de la boue, des algues, de la croissance biologique et des sédiments fins. Si l'orifice submergé est bloqué, la pression de la ligne peut augmenter et provoquer des valeurs de niveau incorrectes.

Les mesures possibles sont les suivantes:

• éviter les zones de sédimentation évidentes;

• l'utilisation d'un orifice approprié ou d'une chambre à bulles;

• Inspection périodique de l'orifice;

• utilisation de fonctions de purge à débit élevé ou à haute pression lorsqu'elles sont supportées;

• Déplacement de l'orifice en cas d'enfouissement persistant des sédiments.

11. Que faut - il considérer dans les conditions de congélation?

Les installations à climat froid devraient tenir compte non seulement de la glace de surface, mais aussi du condensat à l'intérieur du tube de gaz.

La glace à l'intérieur de la ligne peut causer :

• le blocage des tubes;

• Pression de conduite anormalement élevée;

• augmentation de la charge de la pompe;

• Défaut de décharger les bulles normalement.

La pente de la conduite, la sécheresse des gaz, l'emplacement de l'orifice et la protection contre le gel devraient donc être envisagés pour les sites à basse température.

12. Comment le système devrait-il être protégé pendant les inondations?

L'équipement électronique principal peut être placé au-dessus du niveau d'inondation prévu ou autrement protégé, mais les tuyaux sous-marins, l'orifice et la structure de fixation restent exposés à une vitesse élevée, aux débris, aux sédiments et à l'érosion des rives.

L'installation devrait envisager:

• Localisation de la station au-dessus du niveau d'inondation prévu ou protection équivalente;

• Protection mécanique des voies critiques de tubulure;

• Fixation forte de l'orifice submergé;

• éviter les banques instables ou facilement érodées;

• Vérification de l'indice de référence et de l'élévation de l'orifice après des inondations importantes, le cas échéant.

13. Un système Bubbler nécessite-t-il une compensation de pression atmosphérique?

Cela dépend de la méthode de détection de la pression. Un capteur de pression de jauge fait directement référence à la pression atmosphérique locale.

Si un capteur de pression absolue est utilisé, la pression atmosphérique doit normalement être mesurée ou compensée de façon à pouvoir déterminer la pression réelle de la colonne d'eau.

Certains systèmes à bulles mesurent à la fois la pression atmosphérique et la pression de la ligne à bulles et calculent la différence.

14. Quels sont les principaux avantages de la mesure du niveau Bubbler?

L'électronique reste sèche

Le capteur de pression, la pompe et l'enregistreur peuvent rester dans la station plutôt que sous l'eau.

Entretien pratique

Les principaux composants électroniques peuvent être entretenus sans récupérer un capteur électronique submergé.

Convient pour l'hydrologie à long terme

Les systèmes Bubbler peuvent s'intégrer aux enregistreurs, aux RTU et à la télémétrie pour les stations de surveillance permanentes.

Matériel sous-marin simple

La partie immergée peut rester mécaniquement simple et peut être maintenue par purge.

15. Quelles sont les limites des systèmes Bubbler?

• Une pompe ou une source de gaz comprimé est nécessaire;

• Les fuites de gaz peuvent causer des erreurs de mesure;

• Le condensat, le gel ou le blocage peuvent affecter les performances;

• Le mouvement de l'orifice crée une erreur de niveau direct;

• La pression dynamique à écoulement rapide peut affecter un orifice exposé;

• Des inspections et des purges périodiques peuvent être nécessaires.

Pour les surfaces en eau libre accessibles, la mesure du niveau radar ou les émetteurs hydrostatiques submersibles peuvent également être évalués en fonction des conditions du site.

16. Comment un système Bubbler est-il intégré à la surveillance à distance?

Selon le système, les interfaces communes comprennent:

• 4-20 mA;

• RS485/Modbus RTU;

• SDI-12;

• Autres interfaces de données hydrologiques.

Un enregistreur de données ou RTU peut alors transmettre les données de niveau d'eau par 4G, LoRaWAN, Ethernet, ou un autre réseau de télémétrie à SCADA, une plate-forme hydrologique, ou une base de données utilisateur.

17. Paramètres techniques typiques

Les valeurs suivantes sontréférence générale de sélection industrielle et hydrologiqueet ne sont pas une spécification universelle pour chaque modèle METRAVON.

FAQ: Mesure du niveau d'eau de Bubbler

Q1 : L'instrument mesure-t-il directement la pression ou le niveau d'eau?

R: Le capteur de pression mesure directement la pression de la conduite de gaz. L'instrument convertit ensuite cette pression en profondeur et en niveau d'eau.

Q2: La pression de conduite est-elle toujours exactement égale à la pression hydrostatique théorique?

R: Pas parfaitement. Le frottement des tuyaux, le débit de gaz et la formation de bulles peuvent créer de petits composants de pression supplémentaires.

Q3: Pourquoi un système à flux constant continue-t-il de produire des bulles?

R : Un débit de gaz extérieur contrôlé permet à la pression de la conduite de suivre la tête hydrostatique tout en empêchant l'eau d'entrer dans le tube.

Q4: Est-ce qu'un bulleur intermittent attend simplement que le bouillonnement s'arrête complètement?

R: Pas nécessairement. Systèmes typiques pressuriser et purger la ligne puis mesurer dans un état stable défini selon la logique de contrôle de l'instrument.

Q5: Pourquoi la pente du tube devrait-elle continuer vers le bas?

R: Principalement pour empêcher le condensat de collecter en points bas et de créer une pression ou un blocage supplémentaires.

Q6 : Que faire si les sédiments bloquent l'orifice?

R : Le nettoyage, le nettoyage ou la réinstallation peuvent être nécessaires. La sédimentation persistante signifie que l'emplacement de l'installation doit être réévalué.

Q7: La vitesse de la rivière peut-elle influer sur la mesure?

R : Oui. Un débit élevé agissant directement sur l'orifice peut créer une erreur de pression dynamique. Un emplacement ou une structure représentant une pression statique doit être utilisé.

Q8: Est-ce qu'un bulleur est adapté aux stations solaires?

R : Oui, mais le panneau solaire et la batterie doivent être dimensionnés pour le courant de démarrage de la pompe, l'intervalle d'échantillonnage, l'enregistreur de données et l'équipement de communication.

Q9: Quelle est la différence entre un bulleur et un transmetteur de niveau de pression submersible?

R : Un capteur submersible place le capteur de pression sous l'eau. Un bulleur maintient le capteur de pression et l'électronique à terre et mesure indirectement le niveau d'eau à travers une conduite de gaz.

Q10: De quelles informations METRAVON a-t-il besoin pour la sélection des bulleurs?

R: Veuillez indiquer le niveau d'eau minimal et maximal, la variation totale, l'emplacement de l'orifice proposé, la vitesse de la rivière, les conditions de sédiments, la longueur des tubes, la température ambiante minimale, l'alimentation électrique, l'intervalle d'échantillonnage, l'interface de communication et les exigences de protection contre les inondations.

Conclusion

Un manomètre à bulles mesure la pression de gaz nécessaire pour surmonter la pression hydrostatique à un orifice de référence submergé. Cette pression est convertie en profondeur de l'eau et combinée à l'élévation connue de l'orifice pour déterminer le niveau de l'eau.

La précision à long terme dépend non seulement du capteur de pression, mais aussi deélévation stable de l'orifice, conditions de pression statique, étanchéité des conduites de gaz, pente continue vers le bas, contrôle des sédiments, protection contre le gel et installation résistante aux inondations.

Les systèmes à bulles METRAVON peuvent être configurés en fonction de la plage de niveau d'eau, de la longueur des tubes, de l'alimentation électrique, de la fréquence d'échantillonnage et des exigences de communication. L'installation d'orifices corrects et l'intégrité à long terme des voies gazeuses sont essentielles pour une surveillance hydrologique fiable.