Bien choisir un manomètre

Manomètre portable de marque OMEGA

La question peut paraître triviale mais on peut trouver aussi bien des manomètres portables que des manomètres fixes, le choix se fera assez facilement entre les deux.

Les manomètres portables, souvent électroniques, permettent d’effectuer des mesures et contrôles ponctuels dans l’industrie ou en laboratoire. 

Les manomètres fixes, mécaniques ou électroniques, permettent le contrôle permanent de la pression dans les process industriels.

Manomètre numérique de marque WIKA

On peut séparer les manomètres en deux grands groupes : les manomètres avec indicateur analogique et les manomètres à affichage numérique.

Les manomètres analogiques
Bien que l’on puisse encore trouver des manomètres à colonne de liquide dans certaines applications, les manomètres analogiques utilisent généralement un procédé mécanique pour déplacer une aiguille sur un cadran sous l’effet de la pression.

Avantages :

• Ils ne nécessitent pas d’alimentation électrique, donc ils peuvent fonctionner en permanence sans batteries à remplacer ni alimentation électrique à installer.
• Leur construction est solide et prévue pour résister aux chocs et aux vibrations, on peut donc les utiliser dans de nombreux secteurs industriels, même en conditions sévères.
• Ils permettent une visualisation rapide de la pression. 

Inconvénients :

• Leur lecture est moins précise et soumise à erreurs (par exemple des erreurs de parallaxe).
• Leur mesure ne peut pas être exploitée dans le système de régulation du process.

Les manomètres numériques

Les manomètres numériques convertissent la pression en signal électrique et affichent la mesure sur un écran, ils embarquent donc un circuit électronique qui nécessite une source d’énergie.

Avantages :

• Ils offrent une lecture facile et précise des valeurs grâce à l’affichage numérique.
• Grâce à leur électronique, ils offrent plus de fonctions comme le choix de l’unité de mesure, la mise en mémoire des valeurs max, etc.
• Ils peuvent être équipés d’une sortie utilisable par un système de régulation de process.

Inconvénient :

• Ils nécessitent des batteries ou la présence d’une alimentation électrique.

Lorsqu’on parle de mesure de pression, on rencontre inévitablement la question de savoir quelle pression on mesure. Il en existe 3 qui correspondent à des constructions de manomètres différentes : la pression absolue, relative ou différentielle.

Les manomètres et les capteurs mesurent généralement la pression en convertissant la déformation d’une surface (membrane ou autre) sous l’effet de la pression à mesurer. Mais cette surface se déforme en fait sous l’effet de la différence de pression entre ses deux faces : d’un côté la pression à mesurer et de l’autre une pression de référence. C’est en fonction de cette pression de référence que l’on détermine à quel type de pression et quel type de manomètre on a affaire.

La pression absolue : la pression de référence est le vide (pression proche de zéro), la pression absolue correspond donc exactement à la pression à mesurer. 

La pression relative : la pression de référence est la pression atmosphérique (pour simplifier disons que l’autre côté de la surface est à l’air libre), la mesure donnée correspond donc à l’écart entre la pression atmosphérique et celle que l’on veut mesurer.

La pression différentielle : la pression de référence est un deuxième point de mesure, les manomètres différentiels ont donc deux entrées et la mesure donnée est la différence de pression entre les deux points.

Manomètre à tube de Bourdon de marque LANSO

À l’intérieur d’un manomètre, on peut trouver différents types d’organes de mesure dont on va exploiter la capacité à se déformer d’une certaine manière sous l’effet de la pression.

Les manomètres à tube de Bourdon : le tube de Bourdon, également appelé tube manométrique, est un tube cintré de profil ovale. La pression du fluide à mesurer agit à l’intérieur du tube : celui-ci se redresse lorsque la pression augmente. Un mécanisme amplifie les mouvements du tube et les transforme en mouvement de rotation pour l’aiguille.

Les manomètres à tube de Bourdon sont utilisés pour des pressions de 0,6 à 4000 bar, ils sont sensibles aux surpressions. Pour les fluides agressifs, le matériau du tube de Bourdon doit être adapté.

Les manomètres à membrane : la pression du fluide s’applique sur l’une des faces d’une membrane mince ondulée. Un mécanisme transforme la déformation de la membrane en mouvement de rotation pour l’aiguille. 

Les manomètres à membrane mesurent des pressions de 16 mbars à 40 bars, ils tolèrent une surpression très élevée. La membrane est plus facile à protéger des fluides agressifs, on peut lui appliquer un revêtement de protection ou poser un film intermédiaire.

Les manomètres à capsule : la capsule est constituée de deux membranes assemblées sur leur circonférence pour former une cavité étanche, la pression du fluide est appliquée à l’intérieur de la capsule qui se dilate au gré des variations de pression. Un mécanisme transforme la déformation de la capsule en mouvement de rotation pour l’aiguille.

Les manomètres à capsule sont utilisés pour de basses pressions de 2,5 à 600 mbar et ont une résistance à la surpression limitée.

Les manomètres à soufflet : la pression du fluide est appliquée à l’intérieur d’un soufflet (cylindre annelé à parois fines). Un mécanisme transforme les changements de longueur du soufflet en rotation pour l’aiguille.

Les manomètres à soufflet sont utilisés pour de basses pressions de 60 à 1000 mbars.

Manomètre rempli de liquide de marque BENE INOX

Les manomètres à cadran, à cause du mécanisme qui transforme la déformation de l’élément sensible en mouvement de rotation pour l’aiguille, sont sensibles aux vibrations et aux coups de pression (augmentation / baisse soudaine de la pression). Une solution à ce problème a été trouvée en remplissant entièrement le boîtier du manomètre avec un liquide. C’est pourquoi lors du choix d’un manomètre on devra considérer si on a besoin d’un manomètre sec ou rempli de liquide.

Les manomètres secs : ce sont des manomètres qui ne contiennent aucun liquide.

Avantages :

• Les manomètres secs sont moins chers que ceux remplis de liquide.

Inconvénients :

• Ils ne sont pas protégés contre les vibrations et les coups de pression qui peuvent tout simplement détruire le mécanisme.
• Ils ne sont pas adaptés aux environnements froids et humides car l’humidité de l’air contenu dans le boîtier du manomètre peut geler et entraîner la défaillance du mécanisme.

Application :

Plus économiques, les manomètres secs sont privilégiés dans les applications simples où les vibrations ne sont pas une préoccupation. Ils sont beaucoup utilisés sur les compresseurs d’air par exemple.

Les manomètres remplis de liquide : ce sont des manomètres dont le boîtier à été entièrement rempli avec un liquide (en général de la glycérine pure ou un mélange d’eau et de glycérine) qui va jouer le rôle d’amortisseur pour les vibrations et les coups de pression.

Avantages :

• Les manomètres remplis de liquides sont plus résistants aux vibrations et coups de pression.
• Ils sont étanches à l’air, la présence du liquide empêche que l’humidité ne pénètre dans le boîtier et ne bloque le mécanisme.
• Ce type de manomètre peut fonctionner avec des températures négatives.
• Ils sont respectueux de l’environnement car le liquide (la glycérine) est non toxique et se décompose.

Application :

Les manomètres remplis de liquide sont utilisés dans les environnements humides et froids ou avec beaucoup de vibrations.

Un manomètre rempli de glycérine pure peut fonctionner jusqu’à -5°C. En effet, la glycérine devient visqueuse en dessous de 17°C (ce qui ralentit le mécanisme) et vers -5°C le manomètre est complètement bloqué.

Pour les basses températures on utilise un mélange de glycérine et d’eau qui permet d’atteindre -46°C.

Une fois que l’on a déterminé les points précédents, il reste encore d’autres critères permettant de choisir son futur manomètre.

• La pression à mesurer : on choisit un manomètre en fonction de son échelle de mesure, pour les manomètres analogiques à cadran, la pression de service doit être comprise entre 1/3 et 2/3 de l’échelle.
• Les surpressions : les manomètres ont une résistance limitée aux surpressions (pression supérieure au max de l’échelle), il faudra donc être sûr que le manomètre sera capable de résister aux éventuelles surpressions qui peuvent se produire dans le circuit. Les manomètres courants peuvent encaisser de 1,15 à 1,3 fois leur pression max, au-delà il faudra chercher un manomètre spécial ou installer un limiteur de pression en amont du manomètre.
• La classe de précision : exprimée en pourcentage de l’échelle, plus la classe est petite, plus le manomètre est précis.
• Le diamètre du cadran : plus le cadran est grand, plus précise sera la lecture de la pression, mais il faut tenir compte de la place disponible à l’endroit de la mesure.
• La compatibilité des matériaux : les matériaux en contact avec le fluide devront être compatibles avec celui-ci. Les manomètres standard sont construits avec des organes en cuivre ou alliage de cuivre et sont compatibles avec les fluides communs (eau, air, huiles, etc.), on utilisera des organes en acier inox pour des fluides plus agressifs. Pour les fluides très agressifs, visqueux, les produits pâteux ou extrêmement chauds, on utilisera un séparateur à membrane, le manomètre est ainsi isolé du fluide mais la pression est transmise.
• La température du fluide : les manomètres avec des organes en cuivre sont utilisés jusqu’à 65°C, au-delà on utilisera de l’acier inoxydable jusqu’à 150°C.
• Les conditions environnementales : les matériaux enveloppants (le corps du manomètre) doivent résister à l’environnement. On privilégiera les manomètres en acier inoxydable pour les milieux agressifs ou corrosifs et les boîtiers étanches en extérieur.