Mesure de niveau d'alerte : comment choisir le détecteur adapté ?

5.1 Principe de mesure vibronique pour les liquides

Les détecteurs de niveau par vibrations, basés sur le principe de mesure vibronique, conviennent à une utilisation dans des liquides non collants et non sujets à dépôt. Ils peuvent être employés indépendamment de caractéristiques du liquide comme sa conductivité, sa densité, sa pression et sa température. De plus, ils sont insensibles à la formation de mousse et de bulles, mais aussi aux turbulences.

Le principe de mesure vibronique, aussi appelé principe du diapason, repose, comme son nom l'indique, sur le fonctionnement de base d'un diapason. À certaines fréquences, ceux-ci entrent en résonance et produisent des ondes caractéristiques. Les détecteurs de niveau par vibrations utilisent la fréquence de résonance comme référence pour la mesure du niveau d'alerte. Lorsque le diapason est recouvert par le liquide, la fréquence change. Ce changement permet de tirer des conclusions sur le niveau d'alerte. Cela explique pourquoi les extrémités d'un détecteur par vibrations ressemblent à un diapason.

Les détecteurs de niveau d'alerte vibroniques sont également disponibles en version avec revêtement, ce qui les rend compatibles avec des applications dans l'industrie chimique.

En fonction des applications, les commutateurs sont généralement posés sur la paroi extérieure des contenants, introduits directement dans les ouvertures adaptées ménagées dans les contenants, installés via une bride ou fixés sur des conduites.

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Fig. 2 : La tête de mesure d'un détecteur de niveau par vibrations ressemble à un diapason

Fig. 3 : Le fonctionnement d'un interrupteur à flotteur ne nécessite aucune alimentation électrique

5.2 Principe de mesure mécanique

Fondés sur le principe de mesure mécanique, les interrupteurs à flotteur sont adaptés à une utilisation dans les liquides conducteurs et non conducteurs. Ils sont aussi conçus pour les environnements ne permettant pas de recourir à des capteurs électroniques ou dans lesquels, par exemple, le pilotage direct de pompes ou de vannes joue un rôle important.

Ces détecteurs bon marché et en contact direct avec le fluide fonctionnent sans alimentation électrique et sont capables de mesurer le niveau d'un liquide grâce à des mouvements mécaniques ou à la poussée exercée sur le flotteur. Lorsqu'un certain niveau est atteint, l'interrupteur est activé et un signal est émis, ce qui permet d'allumer ou éteindre directement des actionneurs.

Les interrupteurs à flotteur sont composés de matériaux simples. Raison pour laquelle les limites de pression et de température préconisées par le fabricant ne doivent pas être dépassées. Il est par ailleurs important de ne pas solliciter trop abondamment la capacité de commutation de ce type de détecteur, afin de ne pas endommager le contact de commutation.

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5.3 Principe de mesure conductif

Si vous travaillez avec des liquides conducteurs, tels que l'eau, les acides ou les bases, vous avez la possibilité d'utiliser des détecteurs de niveau d'alerte fonctionnant par contact avec le fluide et reposant sur le principe de mesure conductive. Ce sont en plus des solutions financièrement avantageuses.

Ce type d'appareil possède un capteur dont les électrodes, plongées dans le liquide à surveiller, génèrent un courant alternatif. Toute variation de la résistance électrique entre les électrodes permet de déduire si le niveau d'alerte est atteint ou pas. Le contact du liquide conducteur sur les électrodes fait baisser la résistance électrique. Cette modification de l'intensité du courant alternatif déclenche un signal de commutation.

Pour assurer le fonctionnement correct du détecteur de niveau d'alerte conductif, il faut choisir un modèle adapté en tenant compte des limites de pression et de température.

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Fig. 4 : Construction d'un détecteur de niveau d'alerte conductif

Fig. 5 : Installation d'un détecteur capacitif pour mesurer le niveau d'alerte des liquides

5.4 Principe de mesure capacitif pour la détection du niveau d'alerte des liquides

Pour les relevés dans les liquides conducteurs et non conducteurs, vous pouvez opter pour des capteurs de niveau d'alerte capacitifs économiques.

Ceux-ci fonctionnent selon un principe capacitif : leurs électrodes, une sonde avec revêtement et une autre sans, forment un condensateur avec le contenant. La variation du niveau de liquide modifie la capacité du condensateur. Ce changement de capacité permet à son tour de tirer des conclusions quant au niveau d'alerte.

Pour éviter d'endommager le détecteur capacitif employé, il convient de le choisir en respectant les indications du fabricant en termes de limites de pression et de température.

Les détecteurs de niveau capacitifs sont également proposés en version spéciale avec une électrode supplémentaire, qui étend leur utilisation avec fluides collants.

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5.5 Principe de mesure optique

Pour les situations polyvalentes, dans lesquelles vous souhaitez mesurer avec ou sans contact les niveaux d'alerte de liquides conducteurs et non conducteurs, vous pouvez recourir aux détecteurs reposant sur un principe de mesure optique.

Les autres caractéristiques du liquide, comme sa température, sa pression, sa densité, sa conductivité ou sa permittivité diélectrique, sont sans importance car le principe de mesure optique est basé sur l'émission d'un faisceau lumineux et la détection du signal lumineux réfléchi et transmis. Le changement d'intensité lumineuse ou la lumière réfléchie est utilisé comme indicateur de mesure.

Les détecteurs optoélectroniques à contact avec le fluide interviennent directement dans les liquides. Cela peut se faire par intégration dans le contenant lui-même ou par l'intermédiaire de composants spéciaux ou de brides.

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Fig. 6 : Détecteur optoélectronique à contact avec le fluide

Fig. 7 : Les capteurs laser, sans contact, sont adaptés à la mesure du niveau des fluides corrosifs

Contrairement aux précédents, les capteurs de niveau optiques fonctionnent grâce à des faisceaux lumineux.

Ils n'entrent pas en contact avec le fluide et conviennent donc également aux relevés sur les liquides plus agressifs, comme l'acétone et les acides, mais aussi aux applications hygiéniques.

Ils sont en plus adaptés à la mesure du niveau d'alerte des liquides contenus dans des cuves exiguës ou des récipients aux formes particulières. Ils peuvent par ailleurs être apposés à n'importe quel endroit du couvercle du contenant ou de la paroi de la cuve.

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6. Procédés de mesure adaptés au niveau d'alerte des solides en vrac

Les solides en vrac présentent des caractéristiques aussi variées que les liquides. Ils peuvent, par exemple, avoir la forme de grains fins ou gros, de poudre, de poussière, être collants, humides, secs, abrasifs, à écoulement libre ou pas, et corrosifs.

Ici aussi la mesure de niveau d'alerte peut s'effectuer suivant différents principes, dont le choix dépend des caractéristiques du solide en vrac concerné.

Nous mettons en lumière dans ce chapitre trois principes de mesure très répandus.

Fig. 8 : Les solides en vrac peuvent prendre des formes très diverses

Fig. 9 : Pour les relevés dans les solides en vrac, la tête de mesure des détecteurs de niveau par vibrations peut aussi avoir la forme d'une tige

6.1 Principe de mesure vibronique pour la détection du niveau d'alerte des solides en vrac

Le procédé de mesure vibronique pour solides en vrac est comparable à celui pour les liquides. Cependant, la mesure de niveau par contact avec les matières en vrac utilise la variation d'amplitude des oscillations et non celle de leur fréquence. Ces changements sont convertis en signal de commutation.

En dépit de cette différence, les deux procédés présentent des fonctionnements fondamentalement similaires qui permettent d'obtenir une mesure fiable et précise. Là où les détecteurs de niveau vibroniques en forme de tige sont adaptés aux solides en vrac grossiers, les versions à diapason s'utilisent avec les matières poudreuses ou à granularité fine de faible densité.

Les turbulences, la mousse, les bulles et les propriétés physiques du fluide, comme sa conductivité, sa permittivité diélectrique, ses changements de densité, sa pression ou sa température, n'ont pas d'impact négatif sur les mesures.

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6.2 Principe de mesure électromécanique

Si vous souhaitez pouvoir mesurer le niveau de solides en vrac aux granularités et densités différentes, les détecteurs à palette ou lame rotative basés sur un principe mécanique sont tout indiqués. Avec cette technique de mesure, les propriétés électriques du fluide sont sans importance.

Dans le cas du procédé électromécanique, un niveau de remplissage déterminé produit un simple mouvement mécanique du capteur. Cela génère un signal électrique qui est utilisé pour détecter le niveau d'alerte.

En raison de la sollicitation mécanique des pièces mobiles, comme la palette rotative, ce procédé nécessite une maintenance régulière pour prévenir toute usure et donc tout dysfonctionnement.

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Fig. 10 : Simple et éprouvée : la mesure de niveau par détecteur à palette rotative

Fig. 11 : Installation par en dessous d'un détecteur capacitif pour la mesure du niveau d'alerte de matières en vrac

6.3 Principe de mesure capacitif pour solides en vrac

Le principe de base de la mesure capacitive du niveau d'alerte des liquides est transposable aux solides en vrac.

Les détecteurs de niveau capacitifs conviennent à toutes les matières en vrac, à partir du moment où la détection sur base de la variation de capacité tient bien compte de la permittivité diélectrique.

La différence vient du fait que la permittivité diélectrique du solide en vrac joue ici un rôle car elle a un impact sur les variations de capacité qui contribuent à la mesure du niveau. La permittivité diélectrique est à son tour déterminée, notamment, par la composition, la température et l'humidité de la matière.

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