Technologie
Mesure par ultrasons pour l’eau et la chaleur
Ce qui se passe dans le tube de mesure d’un H2O et d’un DELTA III, pourquoi aucune pièce ne s’use et comment le débit et les températures deviennent de l’énergie.
Mesure de débit
Comment les ultrasons mesurent-ils le débit ?
Deux transducteurs à ultrasons sont placés dans le tube de mesure. Ils émettent à tour de rôle de brèves impulsions sonores, d’abord dans le sens de l’écoulement, puis à contre-courant. Des réflecteurs guident le son le long d’un trajet défini à travers l’eau. Helvatron utilise des réflecteurs autonettoyants afin que le trajet du son reste dégagé.
Une impulsion qui se propage dans le sens de l’écoulement arrive un peu plus tôt qu’une impulsion qui se propage à contre-courant. La différence entre les deux temps de transit est proportionnelle à la vitesse moyenne d’écoulement. Multipliée par la section du tube de mesure, elle donne le débit volumique ; intégrée dans le temps, elle donne le volume.
Les différences de temps de transit sont de l’ordre de la nanoseconde. Une section de mesure stable et une mesure du temps précise dans l’électronique sont donc indispensables.
Plusieurs canaux de mesure pour les grands diamètres
Pour les grands diamètres, le profil d’écoulement est moins uniforme. Le DELTA III utilise donc deux canaux à ultrasons à partir de DN50 et quatre à partir de DN350.
Énergie thermique
Comment le débit et les températures deviennent-ils de l’énergie thermique ?
Un compteur d’énergie thermique se compose d’un capteur de débit, d’une paire de sondes de température et d’un calculateur. Les sondes mesurent la température dans l’aller et dans le retour. Le calculateur détermine l’écart Δθ et le multiplie par le volume et par un coefficient thermique k.
Le coefficient thermique tient compte du fait que la masse volumique et la capacité thermique massique de l’eau varient avec la température. Les valeurs sont définies dans la norme EN 1434. C’est aussi pour cette raison que le calculateur doit savoir si le capteur de débit est installé sur l’aller ou sur le retour.
Chauffage et refroidissement
Si l’aller est plus chaud que le retour, l’installation fournit de la chaleur. Dans une installation d’eau glacée, c’est l’inverse. Le DELTA III reconnaît le signe de l’écart de température et compte la chaleur et le froid dans des registres séparés. La facturation reste ainsi correcte même pour les installations qui refroidissent en été et chauffent en hiver.
Pourquoi les sondes sont si importantes
Avec de faibles écarts de température, typiques de l’eau glacée, une erreur de mesure de quelques centièmes de kelvin a un effet important sur l’énergie calculée. Les compteurs d’énergie thermique selon EN 1434 utilisent donc des sondes appairées aux caractéristiques identiques. Le DELTA III fonctionne avec des sondes Pt500, Pt1000 ou Pt100 ; nous recommandons la Pt1000.
Q = ∫ V̇ · k(θF, θR) · (θF − θR) dt
- Q
- Énergie de chauffage ou de refroidissement, p. ex. en kWh, MWh, GJ
- V̇
- Débit volumique issu de la mesure par ultrasons
- k
- Coefficient thermique selon EN 1434, fonction des températures
- θF, θR
- Température aller et retour, Δθ leur écart
Un exemple chiffré figure dans l’animation DELTA III.
Avantages
Quels sont les avantages des ultrasons par rapport aux compteurs mécaniques ?
Aucune pièce mobile
Rien ne tourne dans le capteur de débit. Il n’y a pas de turbine qui s’use ou se bloque à faible débit.
Large plage de mesure
Le H2O atteint un rapport Q3/Q1 jusqu’à R800 en version à brides, le DELTA III un rapport qp/qi jusqu’à R250 : même les très faibles débits sont enregistrés.
Montage sans longueurs droites
H2O et DELTA III de DN15 à DN40.
Diagnostic intégré
Air dans la conduite, fuites, mauvais sens d’écoulement, défauts de sonde : le compteur les signale via son interface.
Réflecteurs autonettoyants
Le H2O et le DELTA III utilisent tous deux des réflecteurs autonettoyants. Dans le DELTA III, ils sont métalliques.
Valeurs numériques
Un enregistreur de données interne, des codes d’erreur et une interface de communication font du compteur un point de données des installations techniques du bâtiment.
Interfaces
Interface physique, protocole, technologie radio
Trois notions souvent confondues. Lors de la planification, il est utile de bien les distinguer.
- M-Bus
- Système de bus selon EN 13757, avec sa propre couche physique (ligne bifilaire alimentée par le maître) et son propre protocole.
- RS-485
- Uniquement l’interface physique : transmission différentielle sur une paire torsadée. Le protocole définit quelles données sont transmises.
- Modbus RTU
- Le protocole qu’utilisent les compteurs Helvatron sur RS-485 : le maître interroge, l’esclave répond.
- LoRa
- Radio dans la bande 868 MHz, avec appareils, passerelles, serveur réseau et application.
- NB-IoT
- Norme de réseau mobile dans des bandes sous licence. Les compteurs transmettent via le réseau d’un opérateur, sans passerelles propres.