Types d'instruments de mesure de niveau : principes de fonctionnement, caractéristiques et guide de sélection

La mesure de niveau est largement utilisée dans les procédés chimiques, le traitement de l'eau, la production d'aliments et de boissons, l'industrie pharmaceutique, la gestion de l'eau en milieu agricole, l'exploitation minière, les systèmes de stockage ainsi que dans l'automatisation industrielle. Différentes technologies de mesure sont nécessaires en fonction du milieu, de la structure du réservoir, de la température, de la pression et de l'environnement d'installation.

Les technologies couramment utilisées incluent la mesure de niveau par méthode hydrostatique, par ultrasons, par flotteur, par radar, par admittance RF et par capacité. Aucune technologie ne convient à toutes les applications ; la sélection doit donc tenir compte des conditions du procédé, de la plage de mesure, des exigences d'installation, de la sortie de signal et des besoins de maintenance.

1. Mesure de niveau par méthode hydrostatique

La mesure de niveau par méthode hydrostatique détermine le niveau d'un liquide à partir de la pression générée par la colonne de liquide.Lorsque la densité du liquide reste relativement stable, l'augmentation de la hauteur du liquide entraîne une augmentation correspondante de la pression hydrostatique.

Principe de mesure simple :

— Adapté à la mesure continue du niveau de liquide.

— Applications typiques :

— Réservoirs d'eau, réservoirs, puits et systèmes de stockage industriels.

Stabilité du processus :

— La mousse, la vapeur et la turbulence en surface n'affectent pas directement la mesure de pression.

— Intégration du système :

— Les modèles industriels peuvent fournir des signaux de sortie de type 4-20mA ou RS485.

La mesure hydrostatique est influencée par la densité du liquide. Si la densité varie considérablement en fonction de la température, de la concentration ou de la composition du procédé, Le niveau calculé peut également se déplacer. Pour les réservoirs fermés sous pression, une compensation de la pression en phase gazeuse ou une mesure de pression différentielle peuvent être nécessaires.

: Mesure de niveau par ultrasons.

Les émetteurs de niveau à ultrasons sont généralement des instruments sans contact. Le capteur émet un impulsions ultrasonore vers la surface du liquide ou du solide et mesure le temps de propagation du signal réfléchi. La distance mesurée est ensuite convertie en niveau en fonction de la hauteur de référence d'installation.

Mesure sans contact

Le capteur ne reste généralement pas en contact direct avec le fluide de procédé.

Applications pour liquides et certains solides

Adaptée aux réservoirs, bassins, systèmes d'eaux usées, canaux ouverts et à certains solides en vrac.

Installation relativement simple

Idéal pour les applications en pression atmosphérique dans des conditions d'air stables.

Intégration d'automatisation

Peut être connectée à des automates logiques programmables (PLC), des unités de traitement de données (RTU), des enregistreurs de données et des systèmes de surveillance à distance.

En effet, les signaux ultrasonores se propagent à travers l'espace gazeux situé au-dessus du processus, Les variations de température, la vapeur, la mousse, un flux d'air intense, la poussière, la turbulence de surface ainsi que les obstructions internes peuvent compromettre la stabilité des mesures.

3. Mesure du niveau à flotteur

Les instruments de mesure de niveau utilisent le principe de flottabilité pour suivre les variations du niveau du liquide. À mesure que le liquide monte ou descend, le flotteur se déplace en conséquence, et sa position est convertie en un signal de niveau par couplage magnétique. liaison mécanique, interrupteurs à lamelles ou autres méthodes de détection.

Principe mécanique direct

Couramment utilisé pour les applications classiques de niveau de liquide.

Indépendant de la constante diélectrique

Convient pour de nombreux liquides standards.

Mesure ponctuelle ou continue

Peut être utilisé pour des interrupteurs de niveau ou pour une indication continue du niveau.

Étant donné que le flotteur est en contact direct avec le milieu, la viscosité, la corrosion et les particules solides, La cristallisation, les dépôts et l'espace de déplacement disponible doivent être pris en compte. Des fluides à haute viscosité ou susceptibles de provoquer un encrassement peuvent limiter le déplacement du flotteur.

– Mesure de niveau par radar ;

– Les émetteurs de niveau à radar utilisent des ondes électromagnétiques à haute fréquence pour une mesure de niveau sans contact. L'antenne émet un signal radar vers la surface du processus, et le signal réfléchi est analysé afin de déterminer le niveau réel de liquide ou de solide.

Mesure sans contact

Convient aussi bien aux liquides qu'aux solides en vrac.

: adapté à des conditions plus exigeantes.

: généralement moins sensible aux variations de température, de pression ou de pression de vapeur que les mesures ultrasonores.

: absence de pièces mobiles mécaniques.

: adapté aux mesures continues sur de longues périodes.

: large gamme d'applications.

: utilisé dans les réservoirs, les silos, le traitement de l'eau, les procédés chimiques et les applications minières.

La réflexion radar est toujours influencée par la constante diélectrique et par la position d'installation. géométrie du réservoir et échos indésirables Les milieux à faible permittivité ou les récipients complexes peuvent nécessiter un choix rigoureux de la fréquence radar, de la conception de l'antenne et de sa position d'installation.

5. Mesure du niveau d'admittance RF

Les instruments de mesure du niveau d'admittance RF détectent les variations des caractéristiques électriques entre une sonde et le récipient. Ils utilisent généralement une sonde de contact et peuvent être appliqués sur des liquides, des boues, des poudres et des matériaux granulaires.

Supports de matériaux multiples

Convient aux liquides, aux boues, aux poudres et aux granulés.

Détection ponctuelle

Utilisé fréquemment pour les alarmes de niveau élevé et de niveau bas.

: applicable à certains milieux de revêtement.

: avec une conception appropriée, il peut supporter certaines conditions de revêtement ou d'accumulation.

: la mesure de l'admittance RF peut être influencée par les propriétés électriques du milieu. Revêtement de la sonde et géométrie d'installation. Les applications présentant des changements diélectriques importants ou un accumulé sévère doivent être calibrées et vérifiées dans des conditions de procédé réelles.

— 6. Mesure de niveau par capacité

Les instruments de mesure de niveau capacitifs détectent les variations de capacité lorsque un matériau pénètre dans la zone de détection située entre la sonde et l'électrode de référence. La constante diélectrique du milieu de processus influence directement la réponse capacitif.

Liquides et solides sélectionnés

Convient pour divers liquides, poudres et matériaux granulaires.

Structure compacte

Idéal pour petits récipients et installations disposant d'un espace limité.

Mesure continue ou ponctuelle

Peut être configuré pour la détection continue ou ponctuelle du niveau.

La mesure capacitive est sensible à la constante diélectrique et à la composition du produit. accumulation de la sonde, humidité et géométrie d'installation Des modifications importantes des propriétés du milieu peuvent nécessiter une recalibration.

7.Comparaison des technologies de mesure de niveau courantes :

– Technologie ;	– Type de mesure ;	– Milieu typique ;	– Principaux avantages ;	– Principales limitations ;
– Méthode hydrostatique ;	– Méthode à contact ;	– Méthode pour liquides ;	– Simple, stable et adaptée aux applications en eaux profondes ;	– Sensible à la densité du liquide ;
– Méthode ultrasonique ;	– Méthode sans contact ;	– Liquides et autres cas sélectionnésÉtats solides	Installation simple et absence de contact direct avec le procédé	Sensible à la mousse, aux vapeurs, à la température et au flux d'air
Élévation métallique	Contact	États liquides	Principe direct et indépendant de la constante diélectrique	Le mouvement mécanique peut être affecté par des dépôts ou une viscosité élevée
Radar	Sans contact	Liquides et solides	Convient aux conditions de procédé plus exigeantes	Nécessite la prise en compte de la constante diélectrique ainsi que des échos indésirables
Admittance RF	Contact :	– Liquides, boues, poudres et granulés ;	– Convient à de nombreux matériaux industriels et à la détection au niveau des points ;	– Sensible à l'accumulation de charge et aux propriétés électriques du milieu ;
– Type capacitif ;	– Type de contact ;	– Liquides et solides ;	– Installation compacte et flexible ;	– Sensible à la constante diélectrique et au revêtement de la sonde

8. Comment choisir une technologie de mesure de niveau :

— Réservoirs d'eau, réservoirs et puits ;

— Mesure hydrostatique, ultrasonique ou par radar peut être sélectionnée en fonction des conditions d'installation et du processus ;

— Systèmes de eaux usées et d'eaux traitées.

Il convient de prendre en compte la mousse, les boues, la corrosion ainsi que les matériaux flottants. Le radar peut être évalué dans des conditions plus difficiles.

Réservoirs de stockage industriels

Les mesures ultrasoniques, radariques ou hydrostatiques peuvent être utilisées pour des silos fonctionnant dans des conditions atmosphériques normales, tandis que pour des procédés opérant à température ou pression plus élevées, on peut avoir besoin de mesures radariques, radariques à ondes guidées ou de pression différentielle.

Silos pour solides en vrac

La détection de niveau par radar, par ultrasons, par admittance RF ou par capacité peut être choisie en fonction de la présence de poussière, de la portée et des propriétés du matériau.

Vessels de petite taille et détection au niveau des points

Des interrupteurs à flottement, des interrupteurs capacitifs ou des interrupteurs de niveau d'admittance RF peuvent être adaptés.

9. Informations requises pour la sélection de l'instrument de niveau :

– Paramètre de sélection ;	– Informations de confirmation ;
– Milieu de processus	État physique : liquide, suspension, poudre ou granulés — Type de mesure :
	Mesure continue ou alarme à niveau de point
Plage de mesure	Niveaux minimum et maximum :
— Propriétés intermédiaires ;	— Densité, constante diélectrique, viscosité et caractère corrosif ;
— Température de procédé	Température de fonctionnement normale et maximale
; Pression de processus	; Conditions atmosphériques, sous pression positive ou sous vide
; Conditions environnementales	; vapeur, mousse, poussière, condensation et vibrations
; Méthode d'installation	; montage supérieur, montage latéral, montage sous-marin ou montage à bride
; Signal de sortie	; 4-20mA, RS485, relais ou autres sorties industrielles
; Intégration du système	; PLC,RTU, SCADA ou plateforme IoT :

– FAQ ;

– Q1 : Quelle technologie de mesure de niveau est adaptée à la mesure ordinaire du niveau d'eau ?

A1 : Les instruments hydrostatiques, ultrasoniques et radar peuvent tous être utilisés. Le choix final dépend de la plage de mesure, de l'installation et des conditions du procédé.

Q2 : Quelle est la différence principale entre la mesure de niveau par ultrasons et celle par radar ?

A2 : Les instruments ultrasoniques utilisent des ondes sonores, tandis que les instruments radar utilisent des ondes électromagnétiques. Le radar est généralement moins sensible aux variations de température, de pression et de pression de vapeur.

Q3 : La mesure du niveau hydrostatique est-elle influencée par la densité du liquide ?

A3 : Oui. Le niveau hydrostatique est calculé à partir de la pression exercée par la colonne de liquide ; par conséquent, des variations importantes de la densité peuvent influencer ce calcul.

Q4 : Les instruments de mesure de niveau par radar peuvent-ils mesurer des solides en vrac ?

A4 : Oui. Ces instruments sont largement utilisés, tant pour les liquides que pour les solides en vrac, dans les réservoirs et les silos.

Q5 : Pourquoi la constante diélectrique est-elle importante pour la mesure de niveau par effet capacitif ?

A5 : La mesure capacititive repose sur les variations de capacité induites par le milieu de processus ; la constante diélectrique influence donc directement la réponse.

Q6 : Quelle technologie convient à considérer en présence de mousse ?

A6 : La sélection dépend de l'épaisseur de la mousse et des conditions de procédé. Une mousse épaisse peut atténuer les échos ultrasonores ; il peut alors être nécessaire d'évaluer l'utilisation d'une mesure par radar ou par contact.

Q7 : Tous les instruments de niveau peuvent-ils se connecter à un PLC ?

A7 : Cela dépend de la configuration de sortie. Les instruments dotés de sorties 4-20mA, RS485 Modbus ou des relais peuvent généralement être intégrés à des PLC, des RTU ou des systèmes d'acquisition de données.

– Conclusion

Les instruments de niveau hydrostatiques, ultrasoniques, à flotteur, radar, à admittance RF et capacitifs reposent sur des principes de mesure distincts et sont adaptés à des conditions de procédé différentes. La mesure hydrostatique est adaptée aux liquides dont la densité est relativement stable. La mesure par ultrasons s'avère particulièrement utile pour de nombreuses applications impliquant des liquides ou certains solides, sans contact. Les instruments à flottaison offrent une solution mécanique directe pour les liquides ordinaires. Le radar est adapté aux conditions plus exigeantes en ce qui concerne les chars et les silos ; Les technologies à admittance RF ou capacitives sont couramment utilisées pour des mesures de contact spécifiques ainsi que pour la détection au niveau de points.

La sélection appropriée doit prendre en compte le milieu de processus, la plage de mesure, la température, la pression, la mousse, la vapeur, la poussière, les conditions d'installation, le signal de sortie ainsi que les exigences d'intégration du système. METRAVON Les produits de mesure de niveau peuvent être intégrés à PLC s, RTUs,SCADA Systèmes et plateformes d'Internet des objets industrielles destinés aux réservoirs de liquides, aux systèmes de traitement de l'eau, aux processus industriels ainsi qu'aux applications impliquant des matériaux solides en vrac.