Manomètre - Comment il Fonctionne

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 les industries automobile, aérospatiale, médicale et manufacturière. La mesure de la pression dans un système est essentielle pour assurer la cohérence d'un produit et une mesure de sécurité pour être conscient des fuites ou de l'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 en choisir un pour une application.

Table des matières

Notions de base sur la pression et 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, c'est 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 applique une pression supplémentaire dans la direction de l'écoulement tout en ayant un impact négligeable sur les surfaces parallèles à la direction 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 de la pression statique et de la pression dynamique dans cet écoulement (figure 2 étiquetée D).

Un instrument mesure la pression totale du flux s'il est orienté dans le sens du flux. 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 manométrique 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& B), pression dynamique (C), et pression totale/de stagnation (D & E)

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

Qu'est-ce qu'un manomètre ?

Un manomètre est un appareil qui mesure la pression (l'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 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 donnée. 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 développées pour mesurer la pression dans un système, et parmi ces techniques, les jauges anéroïdes, également appelées jauges mécaniques, sont les plus largement adoptées.

Les manomètres anéroïdes mesurent la pression à l'aide d'un élément métallique sensible à la pression. Cet élément prend différentes formes, mais son principal principe de fonctionnement 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 la rotation d'un pointeur sur un écran à échelle analogique. Les trois principaux types de manomètres anéroïdes sont le tube de Bourdon, le diaphragme et l'élément de capsule. Les jauges numériques, par rapport aux jauges analogiques, sont plus précises. Lisez notre article sur les manomètres numériques pour en savoir plus sur ce type en détail.

Manomètre à tube Bourdon

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

Un tube de Bourdon mesure la pression manométrique (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 existent en plusieurs modèles 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 (abordée plus loin dans cet article) généralement 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 chimiques, HVAC, automobiles et aérospatiales utilisent des jauges à tube de Bourdon pour mesurer la pression.

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

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

Manomètre à diaphragme

Un manomètre à diaphragme utilise la déflexion d'une membrane flexible qui sépare deux environnements, comme le montre la figure 5. Un côté du diaphragme peut être exposé à l'atmosphère (dans ce cas, on mesure la pression manométrique), ou bien il peut être scellé contre le vide (dans ce cas, on mesure 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 qui, par le biais d'engrenages et de tringleries, peut le transformer en une mesure à cadran. 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 aux gaz corrosifs, aux liquides ou aux milieux très visqueux. La jauge est largement utilisée dans les secteurs de la chimie/pétrochimie, des centrales électriques, des mines, de l'onshore et de l'offshore, et des technologies environnementales. Le manomètre à membrane mesure les pressions entre 0 - 2,5 mbar (0 - 0,036 psi) et 0 - 25 bar (362,5 psi), avec une classe de précision généralement 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 un haut niveau de pureté est souhaité. Il convient également aux industries traitant des fluides corrosifs. Les industries telles que l'agroalimentaire, la pharmacie, la pétrochimie et l'exploitation minière utilisent des manomètres à diaphragme.

A gauche : Principe de fonctionnement du manomètre à diaphragme : lien (A), diaphragme (B), aiguille (C), et entrée de pression (D) A droite : Manomètre à diaphragme Gauche : Principe de fonctionnement du manomètre à membrane : lien (A), membrane (B), aiguille (C) et entrée de pression (D) Droite : Manomètre à diaphragme

Figure 5 : A gauche : Principe de fonctionnement du manomètre à diaphragme : lien (A), diaphragme (B), aiguille (C), et entrée de pression (D) Droit : Manomètre à diaphragme

Manomètre 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 jointes le long de leur bord extérieur, comme le montre la figure 6. L'un des diaphragmes a une ouverture au milieu qui laisse entrer les médias. 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 des mesures de pression précises dans des milieux gazeux. Ils sont les plus répandus parmi les systèmes pneumatiques basse pression, les vannes 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 0,6 mbar (0,001 et 0,009 psi) avec une classe de précision généralement comprise entre 0,1 et 2,5. Les manomètres à capsule sont utilisés pour mesurer les faibles pressions positives/négatives dans les 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 façon de résoudre ces problèmes.

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

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

Accessoires

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

  • 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 pour garantir une orientation correcte de l'installation. Les joints de profil peuvent être centrés à l'extérieur ou à l'intérieur.
  • Capuchons de sécurité : Un capuchon en caoutchouc à placer sur le manomètre pour renforcer la durabilité et l'absorption des chocs.
  • Réducteurs : Si la taille de l'entrée du manomètre et celle du raccord de sortie sont différentes, un réducteur peut être utilisé. Il peut également être utile si le type de connexion est différent sur les deux (c'est-à-dire BSPP et NPT).
  • Connecteurs à enfoncer : Les connecteurs Push-on permettent d'installer ou de désinstaller rapidement et facilement un tuyau au manomètre.
  • Les snubbers : Un amortisseur de pression atténue les effets des pics de pression et des impulsions, permettant au manomètre de rester lisible et de prolonger sa durée de vie.

Critères de sélection

Les manomètres existent en plusieurs modèles, chacun d'entre eux servant des applications et 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 dispositifs. Les manomètres sont également utilisés pour diverses applications, comme les manomètres de filtre de piscine, les manomètres de vide, les manomètres de compresseur et les manomètres d'eau. Lisez nos conseils de sélection pour les manomètres pour en savoir plus sur tous les facteurs nécessaires pour prendre une décision sur 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 leurs équivalents en Pascals.

Pascal (Pa ou N/m2)
1 Bar = 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

Tableau 1 : Unités courantes utilisées dans les manomètres

Plages de pression

La norme européenne EN 837 fournit des procédures normalisées, des exigences de conception, des guides d'essai et 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, depuis les manomètres de pression d'eau à basse pression jusqu'aux manomètres de pression hydraulique à haute pression qui sont souvent équipés de tampons. L'unité de pression préférée est le bar, et les tableaux 2-6 donnent des détails sur les plages de pression les plus couramment utilisées. Veuillez noter qu'il est nécessaire de limiter la pression normale de fonctionnement du manomètre à 25 - 75% de l'échelle. Si le processus implique des pulsations, la pression manométrique maximale de fonctionnement ne doit pas dépasser 50 % de la plage pleine échelle.

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

Tableau 2 : Plages de pression (en bar)

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

Tableau 3 : Plages de pression (en mbar)

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.

-0.6 - 0 -1 - 0

Tableau 4 : Plages de vide (en bar)

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

Tableau 5 : Plages de vide (en mbar)

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

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

dimension nominale

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

Précision du manomètre

Les classes de précision (KL) déterminent la marge d'erreur maximale autorisée pour chaque manomètre en termes de pourcentage de la lecture maximale de l'échelle. Par exemple, un manomètre avec une lecture maximale de 10 bar et une classe de précision 4 peut s'écarter de la pression réelle de 4% ( 0,4 bar). Un autre exemple est une jauge qui a une échelle 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 d'une précision excessivement élevée augmente le coût d'achat, d'étalonnage et de maintenance de ce manomètre.

Classe de précision Limites de l'erreur tolérée (pourcentage de la plage de mesure)
0.1 0.1%
0.25 0.25%
0.6 0.6%
1 1%
1.6 1.6%
2.5 2.5%
4 4%

Tableau 7 : Classe de précision des manomètres

Matériaux

Étant donné que les manomètres utilisent différents éléments pour mesurer la pression, il est important de tenir compte de la compatibilité chimique des matériaux pour choisir le bon manomètre. Veuillez consulter le tableau de compatibilité chimique.

Types de montage et de connexion

  • Raccordement fileté standard : Ce type de jauge est simplement vissé dans un filetage disponible. L'étanchéité des filetages est assurée par un joint de compression pour les filetages coniques et par un joint torique pour les filetages parallèles.
  • Manomètre intégré : Le montage de ce manomètre est assuré 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, à des fins de sécurité, un manomètre doit être choisi avec une gamme 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 éclatement de composants sous pression ne blessera personne à l'avant de la balance.

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

Dans le cas de pressions à pulsation rapide, comme les jauges placées par des pompes à mouvement alternatif, une restriction d'orifice est généralement utilisée pour égaliser les fluctuations de pression et fournir une lecture moyenne. Cela augmente la durée de vie de la jauge en évitant une usure inutile des engrenages de la jauge. L'usure est normale pour les jauges au fil du temps. Lisez notre article sur l'entretien et le dépannage des manomètres pour en savoir plus.

FAQs

A quoi sert un manomètre industriel ?

Il mesure la pression d'un gaz ou d'un liquide dans un environnement industriel. Le dispositif 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 se composent 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 de gaz naturel ?

Un manomètre pour gaz naturel mesure la pression du gaz naturel et la détection des fuites. Il est généralement fabriqué en laiton ou en acier inoxydable.