Nouvelles technologies de flux avec fonctionnalité sensorielle intégrée

Partout dans le monde, les clients aspirent à simplifier et à intégrer toujours davantage leurs procédés de débit de gaz, de liquide ou de vapeur. Ils privilégient par ailleurs des supports compacts, robustes et fiables, capables même d’intégrer plusieurs types de capteurs.

Dans ce post, je vais vous présenter en avant-première la « boîte à outils » actuellement en développement chez Bronkhorst. À cet égard, vous avez déjà pu découvrir l’un de ses composants, à savoir le microcapteur de débit massique Coriolis, dans un article précédent de notre blog, intitulé « Miniaturisation à l'extrême : micro-capteur de débit massique Coriolis ».

Pourquoi développer une boîte à outils de prochaine génération ?

Nos clients nous font part au quotidien de leurs exigences en matière de miniaturisation et de la nécessité de pouvoir contrôler un ensemble de différents paramètres pour répondre aux besoins exigeants de leurs clients. Parmi ces clients, on retrouve l’industrie des sciences de la vie, les fabricants de dispositifs analytiques, mais également les activités qui nécessitent de mesurer les niveaux de concentration de gaz en ligne.

Technologie fondée sur les MEMS

Ce type de demandes nous ont amenés à explorer un niveau supérieur en matière de développement de capteurs, de sorte que ceux-ci puissent in fine répondre aux futurs besoins de nos clients. Ce développement d’un nouveau genre intègre une technologie fondée sur les microsystèmes électromécaniques (Micro-electromechanical Systems – MEMS), qui offrent la possibilité de mesurer bien plus que le débit d’un système personnalisé pouvant être doté d’un ou d’une combinaison de capteurs.

Exemple de paramètres susceptibles d’être déterminés par la combinaison de plusieurs paramètres

Par exemple, une propriété physique mesurée peut être utilisée pour identifier le type de fluide, si cette propriété est unique pour ledit fluide. Autre possibilité, si le fluide en question est constitué du mélange de 2 gaz, une propriété peut être utilisée pour analyser la fraction de ce mélange binaire.

D’autres paramètres auxquels on pourrait songer sont la teneur en sucre d’un fluide, communément appelée le degré Brix, ou encore la capacité thermique pour mesurer des mélanges huile/eau.

Bref, ces nouveaux concepts sont en cours de développement et se destinent à apporter un support à nos clients pour leur permettre de résoudre les prochains défis technologiques.

Puce à paramètres multiples

À titre d’exemple, dans le cadre d’un programme de recherche sur la réduction de l’empreinte carbone, mis sur pied avec plusieurs partenaires, Bronkhorst a reçu une demande de projet pour mesurer des propriétés physiques du gaz. Les propriétés en question étaient les suivantes :

capacité thermique (cp)
densité (ρ)
conductivité thermique (λ)
viscosité (η)

Pour analyser ces propriétés, il a fallu utiliser plusieurs capteurs individuels comme un capteur Coriolis, un capteur thermique, un capteur de pression et un capteur de densité. Ensuite, afin de prouver que combiner plusieurs capteurs en association avec l’électronique pouvait répondre aux besoins des clients, nous avons développé un modèle de démonstration. Ce modèle contenait des produits disponibles dans le commerce, et nous les avons intégrés sur un seul système.

modèle de démonstration

Les enseignements tirés du modèle de démonstration ont permis à l’équipe du projet de voir les perspectives de développement avec les puces à paramètres multiples.

S’agissant des performances d’un capteur, la stabilité constitue un aspect important, surtout lorsque plusieurs capteurs sont utilisés en association pour dégager des informations sur le fluide au sein du système. La puce développée et réalisée par Bronkhorst montre qu’il est possible de mesurer la viscosité en combinaison avec le débit massique, la densité et la pression différentielle.

À partir du modèle de démonstration ci-dessus, nous avons tenté de déterminer si la viscosité d’un fluide pouvait être mesurée de façon précise sur de longues périodes, indépendamment des variations de température de la pièce. Mesurer la viscosité peut s’avérer d’un intérêt particulier pour certaines applications, notamment dans le cas du gaz naturel qui présente une forte corrélation entre la viscosité et le pouvoir calorifique. Vous trouverez ci-après les résultats pour une période d’essai de 84 heures. On peut lire sur l’histogramme que toutes les valeurs mesurées pour la viscosité oscillent dans une fourchette de 0,5 %.

La prochaine étape consistera à combiner les mêmes fonctionnalités sur une empreinte beaucoup plus petite. Le concept ci-dessous présente les possibilités de combiner la mesure des paramètres requis au niveau de la puce.

Les résultats pour une période d’essai de 84 heures

Exemple d'état futur : combinaison de paramètres au niveau de la puce

Solutions de débit Bronkhorst®

Bronkhorst est déjà capable aujourd’hui de contribuer à développer et à fournir des solutions de débit 100 % personnalisables et capables de répondre aux besoins des clients pour tous les constructeurs de machines du monde en quête d’une simplification et d’une intégration accrue de leurs procédés de débit de gaz, de liquides ou de vapeurs.

Pour obtenir de plus amples informations sur nos futurs concepts de boîtes à outils, n’hésitez pas à contacter notre agence [email protected]

Les résultats de ce processus de co-création ont déjà été abordés dans des articles antérieurs :

Miniaturisation à l’extrême : microcapteur de débit massique Coriolis. Le développement d’un instrument à effet Coriolis fondé sur les MEMS, le régulateur de débit massique Coriolis faible débit le plus petit au monde.

Bronkhorst et l’avenir : énergie solaire, énergie propre. Une collaboration entre les ingénieurs de Tempress et de Bronkhorst destinée à concevoir un sous-système adapté consacré à la génération de la vapeur chimique nécessaire au processus de dopage par diffusion.

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