Mesure de pression: Médias compressibles vs incompressibles

by STS Sensors on avril 6, 2018
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Mesure de pression: Médias compressibles vs incompressibles

De nombreux facteurs doivent être pris en compte lors de mesure de la pression. Parmi ceux-ci, bien sûr, sont les propriétés réelles du milieu.


Tout d’abord il est nécessaire de savoir s'il s'agit d'un support compressible ou incompressible. Les milieux compressibles sont des substances dont les densités dépendent de la pression. Ce regroupement s'applique aux gaz. D’autre part, les milieux incompressibles ont un volume constant, quelle que soit la pression, et les liquides sont plus susceptibles de faire partie de cette catégorie. On remarque, cependant, que l'incompressibilité représente un scénario idéal qui n'existe pas dans la réalité. Néanmoins, les liquides tels que l'eau ou l'huile hydraulique sont en pratique appelés incompressibles, puisqu'ils sont incompressibles en première approximation. On suppose que l'eau à l'intérieur des conduites est incompressible dans des conditions normales, car cela simplifie énormément les calculs et les erreurs qui en résultent seront négligeables.

On peut prendre comme exemple le calcul du débit volumétrique. Comme les liquides sont incompressibles en première approximation, leur densité ne change pas, si le flux transversal est élargi ou rétréci à débit constant (et qu'un changement de pression est provoqué), la loi de continuité s'applique alors:

Q = A1 •v1 = A2 •v2

Pour les gaz, la loi de continuité ne s’applique pas cette façon à cause de sa compressibilité.

La distinction entre la statique et la dynamique est également importante. La statique indique un équilibre des forces donc aucun écoulement ne se produit en raison de l'égalisation des différences de pression.

La dynamique, cependant, est différente. Dans ce cas, nous différencions 3 types de flux :

  • Débit constant: Un débit constant existe lorsque il reste continu dans le temps.
  • Flux transitoire: Un flux transitoire se produit lorsque des changements temporels se produisent. C'est le cas des pompes et des ouvertures de soupapes, par exemple. Cela peut aller des chocs dynamiques aux pics de pression, qui peuvent également endommager les tuyaux.
  • Flux laminaire: Dans un écoulement laminaire, le fluide circule dans des couches non mélangées. Il n'y a pas de turbulence et les couches individuelles peuvent avoir des vitesses différentes.

La friction joue également un rôle majeur. Une distinction est faite entre les frottements externes et internes. Le premier se réfère au frottement qui existe entre le fluide et une paroi (par exemple, la paroi interne du conduit à travers laquelle le fluide s'écoule). Le second est constaté dans le cas d'un écoulement laminaire, par exemple, où les différentes couches de liquide frottent les unes contre les autres. Le frottement qui agit sur le flux dépend de divers paramètres et nécessite des calculs complexes. Ces paramètres comprennent la rugosité de la paroi interne, la vitesse d'écoulement, la densité et la viscosité. Ce dernier dépend également de la température, ce qui complique le calcul final.

Revenons maintenant à la distinction entre statique et dynamique. Nous parlons de mesure de pression statique lorsque nous cherchons à établir la pression gravitationnelle (également appelée pression hydrostatique). Cela se réfère à la pression qui provient d'un fluide immobile sous l'influence de la traction gravitationnelle. La pression hydrostatique est mesurée, par exemple, pour détecter les niveaux dans les réservoirs. Ici aussi, la distinction entre les milieux compressibles et incompressibles est essentielle, car le calcul de la pression hydrostatique de l'eau, par exemple, est beaucoup plus facile que celui d'un gaz compressible.

La masse des milieux incompressibles est sa densité fois son volume, et donc la densité, fois la superficie, fois la hauteur. Pour le calcul de la pression hydrostatique, nous utilisons:

p = F/A = ρAhg/A = ρgh

p= pression
F= force
A= zone
p= densité
h= hauteur
g= force gravitationnel

La pression dans cette équation est proportionnelle à la profondeur du milieu. La forme ou la section transversale du conteneur ne joue aucun rôle ici. La pression hydrostatique est donc indépendante du volume à l'intérieur d'un récipient et est plutôt liée au niveau de remplissage. Ce phénomène est également connu sous le nom de paradoxe hydrostatique.

 Paradoxe Hydrostatique
Image 1: Paradoxe Hydrostatique

Vous pouvez en savoir plus ici sur la surveillance du niveau de remplissage hydrostatique dans les réservoirs sur une base piézorésistive.

Alors que la pression statique est utilisée pour la mesure du niveau de remplissage, des mesures de pression dynamique sont nécessaires pour mesurer un débit volumique ou une quantité de débit. 

Topics: Transmetteurs de pression, Pression différentielle, Flux, Équation de Bernoulli, Pression hydrostatique, Mesure de la pression