Manomètre - Principe de fonctionnement et sélection

Manomètres - Leur fonctionnement

Manomètre

Figure 1 : Manomètre

Un manomètre mesure la pression d'un gaz ou d'un liquide dans un système. Il surveille la pression des fluides dans diverses applications, telles que l'automobile, l'aérospatiale, la médecine et les industries manufacturières. La mesure de la pression dans un système est essentielle pour garantir l'homogénéité d'un produit et constitue une mesure de sécurité en cas de fuites ou d'augmentation de la pression dans un système. Avant de spécifier un manomètre, il est important de comprendre les principes de base de la pression. Cet article explique comment fonctionnent les manomètres et comment les choisir pour une application donnée.

Table des matières

Principes de base de la pression et de la mesure de la pression

La pression est la quantité de force appliquée perpendiculairement à une surface par unité de surface. Dans un liquide ou un gaz stagnant, il s'agit de la force appliquée à la paroi du récipient en un point donné.

La pression statique (figure 2 étiquetée A) est uniforme dans toutes les directions. Cependant, un fluide en mouvement exerce une pression supplémentaire dans le sens de l'écoulement tout en ayant un impact négligeable sur les surfaces parallèles au sens de l'écoulement, comme le montre la figure 2. Cette pression supplémentaire est appelée pression dynamique (figure 2 étiquetée C). La pression totale d'un écoulement (également appelée pression de stagnation) est la somme des pressions statique et dynamique dans cet écoulement (figure 2 étiquetée D).

Un instrument mesure la pression totale de l'écoulement s'il est orienté dans le sens de l'écoulement. Les instruments présentés dans les sections suivantes sont conçus pour mesurer la pression statique dans un système. La pression est souvent mesurée sous trois formes : pression absolue, pression relative et pression différentielle. Lisez notre article sur les formes de pression pour plus de détails sur chaque type.

Pression statique vs pression totale ; pression statique (A et B), pression dynamique (C) et pression totale/de stagnation (D et E)

Figure 2 : Pression statique vs pression totale ; pression statique (A et B), pression dynamique (C) et pression totale/de stagnation (D et E)

Qu'est-ce qu'un manomètre ?

Un manomètre est un appareil qui mesure la pression (intensité) d'un fluide. Il se compose généralement d'un cadran ou d'un affichage numérique qui indique la pression, ainsi que d'un capteur qui mesure la pression et la convertit en un signal électrique qui peut être lu par l'affichage. La surveillance de la valeur de la pression d'un système hydraulique permet de contrôler la pression qui s'accumule dans le système. Un système hydraulique est conçu pour fonctionner dans une plage de pression déterminée. Il est donc essentiel de s'assurer que le manomètre est adapté à la plage de fonctionnement. Les manomètres se composent généralement d'un élément sensible à la pression (comme un tube de Bourdon ou un diaphragme) relié à un mécanisme de mesure et à un affichage tel qu'un cadran ou un affichage numérique. L'élément sensible à la pression se déforme sous la pression du gaz ou du liquide, et cette déformation est convertie en une mesure lisible par le mécanisme de mesure.

Symbole du manomètre

Figure 3 : Symbole du manomètre

Comment fonctionnent les manomètres analogiques ?

De nombreuses techniques ont été mises au point pour mesurer la pression dans un système, et parmi ces techniques, les jauges anéroïdes, également connues sous le nom de jauges mécaniques, sont la technologie la plus largement adoptée.

Les jauges anéroïdes mesurent la pression à l'aide d'un élément métallique sensible à la pression. Cet élément prend différentes formes, mais son principe de fonctionnement principal reste le même : il fléchit élastiquement sous l'effet d'une pression différentielle. La déformation de cet élément peut alors être mesurée et convertie en rotation d'un pointeur sur une échelle analogique. Les trois principaux types de manomètres anéroïdes sont le tube de Bourdon, le diaphragme et l'élément de capsule. Les jauges numériques sont plus précises que les jauges analogiques. Lisez notre article sur les manomètres numériques pour en savoir plus sur ce type de produit.

Manomètre à tube Bourdon

Un tube de Bourdon est un tube fermé à paroi mince et aplatie qui prend la forme d'un C ou d'une hélice, comme le montre la figure 4. Lorsque la pression du fluide est appliquée à l'intérieur du tube, la section transversale ovale devient plus circulaire et redresse le tube. Le tube reprend sa forme lorsque la pression du fluide disparaît. La modification de la forme de ce tube crée un modèle de mouvement à l'extrémité libre du tube, qui est converti en une rotation de l'aiguille à l'aide de maillons et d'engrenages.

Un tube de Bourdon mesure la pression relative (par rapport à la pression atmosphérique). Le tube de Bourdon est le type de manomètre le plus couramment utilisé en raison de son excellente sensibilité, de sa linéarité et de sa précision. Lisez notre article sur les manomètres à tube de Bourdon pour plus de détails sur le principe de fonctionnement de l'appareil et les critères de sélection. Les jauges à tube de Bourdon se présentent sous différentes formes et spécialités pour répondre à diverses applications. La plage de pression des manomètres à tube de Bourdon varie de 0 - 0,6 bar (0 - 8,7 psi) à 0 - 1600 bar (0 - 23206 psi) avec une classe de précision (discutée plus loin dans cet article) typiquement comprise entre 0,1 et 4,0. Ils sont généralement fabriqués en acier inoxydable, en laiton ou en monel (alliage de nickel). Le manomètre à tube de Bourdon est le plus courant et est utilisé dans de nombreuses applications pour mesurer des pressions moyennes à élevées. Les industries de la chimie, du génie climatique, de l'automobile et de l'aérospatiale utilisent des jauges à tube de Bourdon pour mesurer la pression.

Tube de Bourdon (à gauche), schéma de fonctionnement du tube de Bourdon montrant la pression appliquée (A) et la force développée (B) (au milieu), et le cadran (à droite).

Figure 4 : Tube de Bourdon (à gauche), schéma de fonctionnement du tube de Bourdon montrant la pression appliquée (A) et la force développée (B) (au milieu), et le cadran (à droite).

Manomètre à membrane

Un manomètre à membrane utilise la déflexion d'une membrane souple qui sépare deux milieux, comme le montre la figure 5. L'une des faces de la membrane peut être exposée à l'atmosphère (on mesure alors la pression manométrique), ou elle peut être scellée contre un vide (on mesure alors la pression absolue). Le diaphragme est souvent métallique ou céramique, et peut être serré entre deux brides ou soudé. Au fur et à mesure que la pression augmente, elle fait fléchir le diaphragme, ce qui peut se traduire par une mesure au cadran par le biais d'engrenages et de tringleries. Lisez notre article sur les manomètres à membrane pour plus de détails sur le principe de fonctionnement et les critères de sélection de l'appareil. Les manomètres à membrane conviennent pour les gaz corrosifs, les liquides ou les fluides très visqueux. Cette jauge est largement utilisée dans les industries chimiques/pétrochimiques, les centrales électriques, l'exploitation minière, l'industrie onshore et offshore et les technologies de l'environnement. Les manomètres à membrane mesurent des pressions comprises entre 0 et 2,5 mbar (0 et 0,036 psi) et 0 et 25 bar (362,5 psi), avec une classe de précision typiquement comprise entre 0,6 et 2,5.

Les manomètres à membrane ont été utilisés avec succès par de nombreuses industries pour des applications de mesure de pression absolue et différentielle. Ils sont utilisés dans les applications où une grande pureté est souhaitée. Il convient également aux industries traitant des fluides corrosifs. Les industries telles que l'alimentation et les boissons, la pharmacie, la pétrochimie et l'exploitation minière utilisent des manomètres à membrane.

Gauche : Principe de fonctionnement d'un manomètre à membrane : aiguille (A), entrée de pression (B), lien (C), et membrane (D) Droite : Principe de fonctionnement du manomètre à membrane : aiguille (A), entrée de pression (B), lien (C), et membrane (D) : Manomètre à membrane Gauche : Principe de fonctionnement du manomètre à membrane : aiguille (A), entrée de pression (B), lien (C), et membrane (D) Droite : Manomètre à membrane

Figure 5 : A gauche : Principe de fonctionnement d'un manomètre à membrane : aiguille (A), entrée de pression (B), lien (C) et membrane (D) : Manomètre à membrane

Jauge de pression de l'élément de la capsule

Les manomètres à capsule mesurent l'air et les gaz secs à basse pression. La jauge est constituée de deux membranes circulaires reliées par leur bord extérieur, comme le montre la figure 6. L'un des diaphragmes est doté d'une ouverture au milieu qui laisse pénétrer les fluides. L'expansion ou la contraction de la chambre due à la différence de pression entre les milieux extérieur et intérieur permet de mesurer la pression. Un manomètre à soufflet fonctionne de la même manière.

Les manomètres à capsule sont presque exclusivement utilisés pour mesurer avec précision la pression dans les milieux gazeux. Ils sont surtout présents dans les systèmes pneumatiques à basse pression, les soupapes de reniflard, la surveillance de la surpression, la surveillance des filtres et les pompes à vide. La plage de mesure de la plupart de ces jauges est généralement comprise entre 0,1 et 0,6mbar (0,001 - 0,009 psi) avec une classe de précision comprise entre 0,1 et 2,5. Les manomètres à capsule sont utilisés pour mesurer de faibles pressions positives/négatives dans des milieux gazeux. Bien que les manomètres à capsule ne nécessitent généralement que très peu d'entretien, des problèmes peuvent survenir en cours de route. Lisez notre article sur le dépannage des manomètres pour plus d'informations sur la manière de résoudre ces problèmes.

Manomètre à capsule (gauche) avec la chambre de pression (A), l'élément de capsule (B), la tige avec connecteur de pression (C), l'entrée de pression (D), le cadran (E), le mouvement (F), la fenêtre (G) et l'aiguille (H), et le manomètre à capsule (droite).

Figure 6:Manomètre à élément de capsule (gauche) avec la chambre de pression (A), l'élément de capsule (B), la tige avec le connecteur de pression (C), l'entrée de pression (D), le cadran (E), le mouvement (F), la fenêtre (G) et l'aiguille (H) et le manomètre à élément de capsule (droite)

Accessoires

Divers accessoires pouvant être utilisés avec les manomètres. Les plus courantes sont les suivantes :

  • Joints/joints d'étanchéité : Ils assurent une bonne étanchéité.
    • Plat : Le joint est plat et ne permet pas une rotation supplémentaire de l'affichage du manomètre.
    • Profil : Le joint est profilé et permet de tourner d'un demi-tour ou d'un tour complet l'affichage du manomètre afin de garantir une orientation correcte de l'installation. Les joints profilés peuvent être centrés extérieurement ou intérieurement.
  • Bouchons de sécurité : Un capuchon en caoutchouc est placé sur le manomètre afin d'accroître la durabilité et l'absorption des chocs.
  • Réducteurs : Si l'entrée du manomètre et la taille de la connexion de sortie sont différentes, un réducteur peut être utilisé. Il peut également être utile si le type de connexion est différent sur les deux (par exemple, BSPP et NPT).
  • Connecteurs enfichables : Les raccords enfichables permettent d'installer ou de désinstaller rapidement et facilement un tuyau sur le manomètre.
  • Les snubbers : Un amortisseur de pression atténue les effets des pics et des impulsions de pression, ce qui permet au manomètre de rester lisible et de prolonger sa durée de vie.

Critères de sélection

Les manomètres se présentent sous différentes formes, chacune répondant à des applications et à des industries spécifiques. Plusieurs facteurs tels que la précision, la taille du cadran, l'environnement, le milieu et la plage de pression de fonctionnement influencent la sélection de ces appareils. Les manomètres sont également utilisés pour diverses applications, telles que les manomètres de filtre de piscine, les manomètres de vide, les manomètres de compresseur et les manomètres de pression d'eau. Lisez nos conseils de sélection pour les manomètres afin d'en savoir plus sur tous les facteurs nécessaires à la prise de décision concernant un manomètre.

Unités de pression

Les manomètres sont disponibles dans une variété d'unités d'affichage. Le tableau 1 décrit les unités couramment utilisées dans les manomètres, ainsi que leur conversion en leur équivalent en Pascals.

Tableau 1 : Unités courantes utilisées dans les manomètres

Pascal (Pa ou N/m2)
1 Barre = 105
1 à (kg/cm2 ou kgf/cm2 ou atmosphère technique) = 9.80 665 × 104
1 atm (atmosphère standard) = 1.01 325 × 105 = 760 Torr
1 Torr (mmHg ou millimètre de mercure) = 1.333 224 × 102
1 cmH2O(cmWc ou centimètre d'eau) = 98.0665 = 10 mmH2O
1 mmH2O(mmWc ou Millimètre d'eau) = 9.80 665
1 lbf/in2 (Psi) = 6.8 948 × 103 = 16 ozf/in2
1 oz/in2 (oz/in2) = 4.30 922 × 102
1 inHg (pouce de mercure) = 3.37 685 × 103

Plages de pression

La norme européenne EN 837 fournit des procédures normalisées, des exigences de conception, des tests et des guides d'installation pour les manomètres couramment utilisés. Les normes EN 837-1 et EN 837-3 fournissent des informations sur la conception des cadrans à échelles concentriques. Les manomètres peuvent fonctionner avec une grande variété de gammes, des manomètres à basse pression d'eau aux manomètres hydrauliques à haute pression qui sont souvent équipés d'amortisseurs. L'unité de pression préférée est le bar, et les tableaux 2 à 6 donnent des détails sur les plages de pression les plus couramment utilisées. Veuillez noter qu'il est nécessaire de limiter la pression de fonctionnement normale du manomètre à 25 - 75 % de l'échelle. Si le processus comporte des pulsations, la pression manométrique maximale de fonctionnement ne doit pas dépasser 50 % de la plage de pleine échelle.

Plages de pression en bar

Tableau 2 : Plages de pression (en bar)

0 - 0.6 0 -1 0 -1.6 0 - 2.5 0 - 4
0 - 6 0-10 0 -16 0 - 25 0 - 40
0 - 60 0 - 100 0 -160 0 - 250 0 - 400
0 - 600 0 -1000 0 -1600

Plages de pression en mbar

Tableau 3 : Plages de pression (en mbar)

0 - 1 0 - 1.6 0 - 2.5 0 - 4 0 - 6
0 - 10 0 - 16 0 - 25 0 - 40 0 - 60
0 - 100 0 - 160 0 - 250 0 - 400 0 - 600

Plages de vide en bar

Dans les manomètres à vide, l'aiguille tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre lorsque le vide augmente.

Tableau 4 : Plages de vide (en bar)

-0.6 - 0 -1 - 0

Plages de vide en mbar

Tableau 5 : Plages de vide (en mbar)

-1 - 0 -1.6 - 0 -2.5 - 0 -4 - 0 -6 - 0
-10 - 0 -16 - 0 -25 - 0 -40 - 0 -60 - 0
-100 - 0 -160 - 0 -250 - 0 -400 - 0 -600 - 0

Plages de pression et de vide combinées en bar

Tableau 6 : Plages de pression et de vide combinées en bar

-1 - 0.6 -1 - 1.5 -1 - 3 -1 - 5
-1 - 9 -1 - 15 -1 - 24

dimension nominale

La taille nominale (NS) d'une jauge est le diamètre de la jauge. Les dimensions nominales des jauges selon la norme EN 837 sont les suivantes : 40, 50, 63, 80, 100, 160 et 250 mm

Précision du manomètre

Les classes de précision (KL) déterminent la marge d'erreur maximale que chaque manomètre est autorisé à avoir en termes de pourcentage de la lecture maximale de l'échelle. Par exemple, un manomètre ayant une lecture maximale de 10 bars et une classe de précision 4 peut s'écarter de la pression réelle de 4 % (0,4 bar). Un autre exemple est celui d'une jauge dont l'échelle va de 0 à 100 bars avec une précision de 2 %. Cela signifie que la jauge est précise à 2 bars près sur toute sa plage. L'installation d'un manomètre de faible précision peut entraîner des mesures erronées, et l'utilisation d'un manomètre de précision excessivement élevée augmente le coût d'achat, d'étalonnage et d'entretien de ce manomètre.

Tableau 7 : Classe de précision des manomètres

Classe de précision Limites de l'erreur admissible (pourcentage de la portée)
0.1 0.1%
0.25 0.25%
0.6 0.6%
1 1%
1.6 1.6%
2.5 2.5%
4 4%

Matériaux

Comme les manomètres utilisent différents éléments pour mesurer la pression, il est important de tenir compte de la compatibilité chimique des matériaux lors du choix du bon manomètre. Veuillez vous référer au tableau de compatibilité chimique.

Types de montage et de connexion

  • Raccord fileté standard : Ce type de jauge est simplement vissé dans un filetage disponible. L'étanchéité des filetages est assurée par un joint à compression pour les filetages coniques et par un joint torique pour les filetages parallèles.
  • Manomètre intégré : Le montage de ce manomètre se fait par un filetage femelle.
  • Manomètre à bride : Ce type de montage est proposé à ceux qui souhaitent installer le manomètre sur une armoire de commande.

Sécurité et durée de vie

Selon la norme EN 837-2, pour des raisons de sécurité, un manomètre doit être choisi avec une plage telle que la pression maximale de service ne dépasse pas 75 % de la valeur maximale de l'échelle pour la pression constante ou 65 % de la valeur maximale de l'échelle pour la pression cyclique.

Lors de l'utilisation de fluides sous pression dangereux tels que l'oxygène, l'acétylène, les substances combustibles et les substances toxiques, il est nécessaire de choisir un manomètre doté de mesures de sécurité supplémentaires telles qu'un dispositif de purge à l'arrière. Ces mesures de sécurité garantissent que toute fuite ou tout éclatement de composants sous pression ne blessera personne à l'avant de la balance.

Le boîtier entier des jauges sujettes à des vibrations mécaniques constantes est souvent rempli d'huile ou de glycérine. C'est le cas des manomètres utilisés dans les nettoyeurs à haute pression.

Dans le cas de pressions pulsant rapidement, telles que les jauges placées par des pompes à piston, une restriction d'orifice est couramment utilisée pour égaliser les fluctuations de pression et fournir une lecture moyenne. Cela augmente la durée de vie de la jauge en évitant l'usure inutile des engrenages de la jauge. L'usure est normale pour les jauges au fil du temps. Pour en savoir plus, lisez notre article sur l'entretien et le dépannage des manomètres.

FAQ

Quelle est la fonction d'un manomètre industriel ?

Il mesure la pression d'un gaz ou d'un liquide dans un environnement industriel. L'appareil surveille et contrôle la pression des fluides dans une large gamme d'applications dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale, de la médecine et de la fabrication.

Comment fonctionnent les manomètres ?

Les manomètres sont constitués d'un élément sensible à la pression relié à un mécanisme de mesure et à un affichage tel qu'un cadran ou un affichage numérique. L'élément sensible à la pression se déforme sous la pression du gaz ou du liquide et cette déformation est convertie en une mesure lisible par le mécanisme de mesure.

Qu'est-ce qu'un manomètre pour le gaz naturel ?

Un manomètre pour gaz naturel permet de mesurer la pression du gaz naturel et de détecter les fuites. Il est généralement fabriqué en laiton ou en acier inoxydable.