Les débitmètres massiques thermiques

En quoi consiste la mesure de débit massique thermique ?

La mesure du débit massique thermique est une question de transfert de chaleur. Lorsqu'un gaz ou un liquide est en contact avec une surface chauffée, il absorbe la chaleur de la surface et l’emmagasine dans le fluide. Dans un sens, ce flux a un effet refroidissant sur la surface chauffée. Plus le débit est élevé, plus la surface chauffée est refroidie. En tenant compte de la quantité d'énergie (électrique) supplémentaire nécessaire pour maintenir la surface refroidie à sa température initiale, on peut déduire la quantité de chaleur absorbée par le liquide qui s'écoule le long de la surface.

Chaleur spécifique

Les mesures de débit massique thermique reposent sur les propriétés thermiques du fluide, telle que sa capacité thermique spécifique. Cette chaleur spécifique d'un liquide ou d'un gaz est une propriété intrinsèque de ce fluide et elle détermine l'augmentation de la température de ce fluide lorsqu'une certaine quantité d'énergie thermique est absorbée par le fluide. La masse du fluide est importante : 2 grammes de fluide peuvent absorber deux fois plus de chaleur qu’1 gramme du même fluide. 

Cela s'applique aux fluides statiques comme aux fluides en mouvement, donc pour les faibles débits de liquides ou de gaz. La mesure du débit massique thermique fait un usage assez simple de ce principe physique de base, qui relie la masse écoulée (en grammes par seconde) à la puissance appliquée (en joules de chaleur par seconde) avec la chaleur spécifique (en joules par gramme par degré Celsius) et la différence de température induite par la chaleur (en degrés Celsius) comme facteurs de proportionnalité.

Qu’est-ce que le débit massique ?

Cette relation directe entre les propriétés thermiques du fluide et sa masse présente l'avantage de mesurer un débit massique qui n'est pas influencé par les conditions variables de process telles que les changements de température ou de pression. Pour en savoir plus sur la relation entre le débit massique et le débit volumique. Dans de nombreux procédés de production et de R&D, tels que les réactions chimiques, la masse est la variable importante, et non le volume. 

Pourquoi un étalonnage est-il nécessaire ?

Le principe de mesure d'un débitmètre massique thermique est basé sur le transfert de chaleur et dépend de la densité et de la chaleur spécifique du fluide. C'est pourquoi les débitmètres massiques thermiques doivent être étalonnés pour un fluide spécifique.

3 types de capteurs pour les débitmètres massiques thermiques

Un débitmètre massique thermique utilise donc les propriétés thermiques d'un fluide pour mesurer (ou « détecter ») son débit massique. Comment cela fonctionne-t-il dans la pratique ? Nous distinguons trois principes de capteurs différents :
1. Capteur de débit massique thermique pour les gaz, utilisant le principe du by-pass, où seule une faible part du flux passe au travers du capteur.
2. Capteur de débit massique thermique pour les gaz, utilisant le principe en ligne (CTA), qui mesure directement dans le flux principal.
3. Capteur de débit massique thermique pour liquides, utilisant le principe en ligne (CTA/CPA).

Les débitmètres massiques thermiques basés sur la technologie MEMS

Il existe également des débitmètres massiques thermiques pour les gaz qui utilisent des capteurs à puce. La technologie MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) est incorporée dans l’instrument FLEXI-FLOW de Bronkhorst, où le flux de gaz traverse ces capteurs. Outre les débits massiques, les appareils FLEXI-FLOW peuvent également mesurer la température et la pression du gaz. Les appareils IQ+FLOW, très compacts et basés également sur la technologie MEMS sont à privilégier pour les montages avec un faible encombrement.

Débitmètre massique thermique ou régulateur de débit massique thermique

Un débitmètre massique thermique devient un régulateur de débit massique - pour réguler de manière précise et répétitive le débit massique des gaz ou des liquides - en ajoutant une vanne de régulation (intégrée ou déporté) au débitmètre. En savoir plus sur les régulateurs de débit massique.