débitmètres massique

1. 54
Chapitre 7. Les capteurs de débit, niveau et d’humidité
7.1. Les capteurs de débit
Le choix d’un débitmètre n’est pas une chose simple. Pour faire un choix correct, il faut
tenir compte d’une multitude de paramètres. Il est donc nécessaire avant tout de définir précisément
ses propres exigences, les contraintes imposées par le fluide à mesurer et les caractéristiques de
l’environnement. Ensuite viennent s’ajouter les contraintes liées aux différents appareils possibles.
7.1.1 Le Débit
Le débit, c'est la quantité de fluide qui s'écoule ou qui est fournie par unité de temps [13-21].
Il existe deux types de débits : Qm (Kg/s)=ρ (Kg/m3
)* Qv (m3
/s) (7.1)
7.1.1.1. Débit Volumique (Qv) : Qv = v.S (7.2)
unités : m3
/s, m3
/d, GPM.
7.1.1.2. Débit Massique (Qm) : Qm = ρ.v.S (7.3)
unités : Kg/s, lb/s,…
Le débit (Q) de fluide dépend directement de la vitesse (V) linéaire de ce fluide et de la
section (S) [1, 13-19].
On peut déterminer le débit d'un fluide à partir de sa vitesse :
Qm (m3
/s)= V (m/s)* S (m2
) (7.4)
Le débit sera augmenté si :
 La quantité (volume) de fluide augmente
 Le temps (par unité de volume) diminue
Il existe trois types d’écoulement : Laminaire, transitoires et turbulent
7.1.1.3. Régimes d'écoulement
7.1.1.3.a. L’écoulement laminaire Fig 7.1
- Deux particules voisines à un instant donné restent voisines aux instants suivants.
- Les filets de liquides sont rectilignes
Fig 7.1: L’écoulement laminaire

2. 55
7.1.1.3.b. L’écoulement transitoire Fig 7.2
- L'écoulement est plus ou moins rectiligne, avec un peu de mélange (petits tourbillons).
Fig 7.2 : L’écoulement transitoire
7.1.1.3.c. L’écoulement turbulent Fig 7.3
- Replacements du liquide en tourbillonnant
Fig 7.3: L’écoulement turbulent
7.1.2. Le nombre de Reynolds
- Permet de connaître le comportement de l'écoulement d'un liquide.
- Sans dimension et se calcule comme suit:
Re= ν.ρ.D/µ (7.5)
ν: Vitesse du liquide (m/s), ρ = Masse volumique (kg/m3
)
D = Diamètre interne du conduit (m), µ = viscosité du liquide (en Pas)
La Fig 7.4 représente l’intervalle du nombre de Reynolds pour chaque régime [13-21]
Fig 7.4: Intervalle du nombre de Reynolds pour chaque régime
Un écoulement est turbulent pour Re > 2 200. Dans le cas contraire, l'écoulement et laminaire

3. 56
7.1.3. Relation débit / vélocité
7.1.3.1. Restriction sur conduite
Pour avoir le même débit amont et aval, la vélocité du liquide devra augmenter au passage
de cette restriction Fig 7.5.
Fig 7.5: Restriction sur conduite
7.1.3.2. Vanne sur conduite
La vélocité sera supérieure en (B) car la pression peut être utilisée pour permettre au fluide
d’aller plus vite Fig 7.6.
Fig 7.6 : Vanne sur conduite
Remarque : Quand la vélocité d’un liquide (ou gaz) augmente sa pression diminue [14-19]
7.1.4. Définition d’un capteur de débit (Débitmètre)
Les capteurs de débit ou un débitmètre est un appareil destiné à mesurer le débit linéaire,
non linéaire, de masse ou volumétrique d'un fluide, liquide ou gazeux Fig 7.7.
Fig 7.7: Débitmètre à cible
Restriction
Quand la vélocité d’un liquide (ou gaz)
(A) (B) (C)

4. 57
7.1.4.1. Débit volumique
Le débit volumique exprime un volume par rapport à une unité de temps : m3
/h.
Ce débit est dépendant des conditions de température et de pression (un gaz pouvant se
dilater ou se compresser en fonction des paramètres de température et de pression). Ainsi une même
installation dans des conditions ambiantes différentes, pas les mêmes débits volumiques aux deux
endroits [15-21];
7.1.4.2. Débit massique
Débit massique exprime une quantité (une masse) par unité de temps: g/h, kg/h,…
Débit massique est indépendant de la température et de la pression, la masse de matière est
la même pour un volume différent [13-16].
7.1.4.3. La déférence entre un débitmètre volumique & Massique :
Un débitmètre massique a le gros avantage, par rapport à un débitmètre volumique, de
mesurer la quantité de matière le traversant, plutôt que de mesurer le volume le traversant qui devra
souvent être corrigé ensuite par la densité du produit considéré. Il est souvent plus cher et plus
délicat à mettre en œuvre, mais permet de s’affranchir de l’erreur due aux variations de densité de
matière le traversant.
7.1.5. Méthodes de mesure de débit :
En partant de l’équation fondamentale [1, 13-21]
Débit Volumique (Qv) : Qv = v.S (7.6)
Débit Massique (Qm) : Qm = ρ.v.S (7.7)
Il y a plusieurs méthodes possibles pour mesurer le débit d’un fluide :
- Par mesure directe de V
- Par mesure indirecte de V
- Par mesure de S.
- Par mesure directe de Q.
a) Par mesure directe de V: débitmètre M/V (Les débitmètres électromagnétiques) / (La turbine)
b) Par mesure indirecte de V: débitmètre V (Le tube de Pitot)
c) Par mesure de S: débitmètre V (Débitmètre à ultra sons)
d) Par mesure directe de Q: débitmètre V (Compteurs volumétriques)
Débitmètre volumique:
Est un appareil de mesure de débit basé sur la masse et non pas sur le volume.
Débitmètre massique
Est un appareil de mesure de débit basé sur la masse et non pas sur le volume.

5. 58
7.1.6. Les différents types des débitmètres massiques
7.1.6.1. Les débitmètres électromagnétiques Fig 7.8
Sont une application de la mesure des débits par mesure directe de la vitesse d’écoulement;
Fig 7.8: Débitmètre électromagnétique
7.1.6.1.a. Les composants Fig 7.9
7.1.6.1.b. Principe de fonctionnement
Le débitmètre électromagnétique fonctionne suivant le principe de Faraday. Quand un
liquide conducteur s’écoule perpendiculairement à travers un champ magnétique, une différence de
potentiel électrique est créée au sein du liquide. Cette différence de potentiel, captée à l’aide de
deux électrodes permet, par le calcul, d’en déduire la vitesse puis le débit du fluide Fig 7.10 [18].
Fig 7.10: Schéma de principe de fonctionnement d’un débitmètre électromagnétique
Bonaventura Thurlemann
1932
Mr. Faraday
1832
Débitmètre électromagnétique
Fig 7.9: Les composants

6. 59
Selon la nature de la charge elle sera déviée dans un sens ou dans le sens opposé Fig 7.11.
Cette force s’exprime de la façon suivante [1, 17-19]:
F=q V∧ B (7.9)
q : est la charge de la particule
v : vecteur vitesse
B : le vecteur champ magnétique
Fig 7.11: la nature de la charge déviée dans un sens ou le sens opposé
Basé sur la loi de Faraday:
U=K.B.D.v (7.10)
v = m/s, D = mètres, B = teslas, k = 1 (métrique), U = Volts
Qm =ρ.v.S (7.11)
7.1.6.1.c. Caractéristiques
 Limites de température : - 25°C à + 180 °C
 Pression : jusqu’à 40 bar
 Vitesse du fluide : 0,2 à 10 m/s
 Diamètre de raccordement : 2mm à 2m
 Erreur de justesse : 0,2 % à 3 % de la valeur mesurée
 Perte de charge : nulle
 Temps de réponse : à partir de 0,1 s
7.1.6.1.d. Avantages/Inconvénients
a) Avantages
 aucune perte de charge.
 la grandeur mesurée est directement proportionnel au débit(réponse linéaire).
 large gamme de diamètres de conduite possible(de quelques mm à 2 m).
 peut mesurer un écoulement bidirectionnel.

7. 60
 utilisable avec des liquides agressifs et corrosifs, avec des boues.
 relativement insensible à la densité, viscosité et profil d’écoulement du fluide.
 le facteur d’étalonnage ne varie pas au cours du temps (si la maintenance est suffisamment
fréquente).
 peut être précédé d’une longueur droite courte (inférieure à 20 fois le diamètre).
b) Inconvénients :
 son prix
 ne peut être utilisé que pour des liquides conducteurs du courant électrique (ce qui exclu les
hydrocarbures et solvants organiques).
7.1.6.2. Débitmètre massiques thermiques (Débitmètre thermiques)
Les débitmètres massiques thermiques sont une application de la mesure des débits par
utilisation des calories du fluide comme conductivité pour déterminer le débit massique Fig 7.12.
C’est le physicien canadien louis viking, en 1914 qui tenta la première fois d’utiliser ce type
de débitmètre [1, 16-21];
Il existe plusieurs types de débitmètres thermiques industriels. Tous mettent en jeu
l’équilibre thermique entre une source de chaleur et le liquide en écoulement. Les mises en œuvres
industrielles peuvent être très variées, nous expliciterons dans cette partie les deux débitmètres
principales et leur mise en œuvre.
Fig 7.12: Débitmètre massiques thermiques (le physicien canadien louis)
physicien canadien louis Débitmètre massiques thermiques

8. 61
7.1.6.2.1. Débitmètre massique thermique a dérivation
7.1.6.2.1.a. Les composants Fig 7.13
Fig 7.13 : les composants d’un débitmètre massique thermique à dérivation.
7.1.6.2.1.b. Principe de fonctionnement
Le principe de fonctionnement des débitmètres massiques thermiques à dérivation repose sur
l'élévation de température que subit un fluide lorsqu'on lui apporte une puissance thermique donnée
Fig 7.14 [1, 13-20].
ΔT = K. Cp.Qm (7.12)
k : une constante qui dépend de la construction et de la capacité calorifique du fluide.
Cp : la capacité calorifique du fluide.
Qm : le débit massique.
Il est nécessaire que toute la masse du fluide soit uniformément chauffée et que les sondes
de température soient en équilibre thermique avec le fluide. Par ailleurs la mesure de débit par des
débitmètres massiques thermiques à dérivation n’est réalisable que pour de faibles débits, quelques
dizaines de grammes par heure. L’écoulement doit être laminaire [18-19].
Fig 7.14: Schéma électrique d’un Débitmètre électromagnétique
Sonde temp T2
Sonde
temp T1

9. 62
7.1.6.2.2. Débitmètre massique thermique a passage direct
7.1.6.2.2.a. Les composants Fig 7.15
Fig 7.15: les composants d‘un débitmètre massique thermique à passage directe
7.1.6.2.2.b. Principe de fonctionnement
Une résistance chauffante verra son énergie dissipée par transfert thermique de type
convectif avec le fluide en écoulement. Plus la vitesse du fluide autour de la résistance sera
importante, plus l’échange d’énergie sera grand. En écoulement turbulent [16-21]:
Pheater=Poffset+C*Qm (7.13)
Poffset : est la puissance dissipée.
Pheater : la puissance de la sonde chauffante.
Qm : le débit massique.
C : la capacité calorifique du fluide.
Ce débitmètre s’applique aux débits élevés et le capteur accepte la totalité du débit sans
répartiteur. Il doit être dimensionné selon le débit à mesurer [13-19].
7.1.6.2.2.c. Caractéristiques
 Limites de température : jusqu’à +200 °C
 Pression : jusqu’à 3000 bar
 Diamètre de raccordement : 10 à 100 mm
 Erreur de justesse : 0,5 à 1 % à 5 %
 Perte de charge : De l’ordre de 2 Pa
 Conductivité nécessaire du fluide : Aucune influence
7.1.6.2.3. Débitmètre à effet Coriolis
Le débitmètre massique à effet Coriolis est une application de la mesure directement le débit
massique, Ce capteur mesure la vitesse de déplacement du tube de mesure Fig 7.16.
Capteur chauffé
Capteur non chauffé
Paroi de conduit

10. 63
C’est le physicien français Gustave gaspard Coriolis qui tenta la première fois d’utiliser ce
type de débitmètre il y a plus de 200 ans [14-18].
Fig 7.16: Débitmètre massiques à éffet Coriolis
7.1.6.2.3.a. Les composants
La solution d’un dispositif en rotation uniforme est peu adaptée à une réalisation industrielle.
Les constructeurs ont mis au point des systèmes oscillants qui mettent en œuvre une rotation
dont la vitesse varie sinusoïdalement Fig 7.17 [18-19].
Fig 7.17: Les composants d’un débitmètre massique à accélération de Coriolis
7.1.6.2.3.b. Principe
Les tubes de mesure sont portés à une fréquence de résonance par un excitateur
électromagnétique. Lorsque le fluide s'écoule dans les tubes, il se crée alors des forces de Coriolis
qui génèrent une déformation des tubes de mesure. La superposition du mouvement de Coriolis sur
l’oscillation initiale montre une différence de phase, détectée par deux capteurs électromagnétiques.
Cette différence de phase est une mesure directe du débit massique [15-20].
F=2.m. ω.v (7.14)
Raccord de
procédé
Tube
de mesure
Sonde de
température
Bobine
excitatrice
Capteur de
mouvement
Débitmètre massiques à éffet Coriolis
Gustave Gaspard Coriolis

11. 64
7.1.6.2.3.c. Caractéristiques :
 Limites de température : - 240°C à 200°C
 Pression : jusqu’à 400 bar
 Vitesse du fluide : 0,1 à 10 m/s
 Diamètre de raccordement : 3mm à 200mm
 Erreur de justesse : > 0,3 %
 Perte de charge : nulle
7.1.6.2.4. Débitmètre à fil ou film chaud
Un débitmètre à fil chaud utilise le phénomène de transfert de chaleur entre un corps chaud
et un gaz pour quantifier un débit Fig 7.18. Lorsqu’un gaz circule au-dessus d’une surface chaude,
un transfert de chaleur s’opère entre la surface chaude et le gaz [13-20].
Fig 7.18: Débitmètre fil chaud
7.1.6.2.4.a. Principe de fonctionnement
Lorsque l’on place dans un écoulement un fil porté par effet Joule à une température
supérieure à la température de cet écoulement. Il se produit alors un échange de chaleur par
convection, cet échange est fonction des propriétés physiques du fluide, de sa vitesse et de l’écart de
température entre l’élément chauffé et le fluide [13-20].
La température d’équilibre du fil qui constitue le capteur est déterminée par mesure de sa
résistance : elle est fonction de la puissance Joule dissipée et de la vitesse de fluide qu’il s’agit de
déterminer.
Le métal utilisé pour la réalisation du capteur doit avoir un coefficient de température de la
résistance élevé ; dans les gaz, on utilise un film de platine ou de tungstène très fin

12. 65
(0,6µm < D < 10µm); dans les liquides, pour des raisons de solidité, le capteur est un film mince de
platine, déposé sur un cône ou un cylindre.
La puissance Joule Pj dissipée dans une résistance à la température T, de valeur R(T), et
traversée par un courant continu I, à pour expression:
Pj = R(T) .I2
(7.15)
En admettant que les échanges thermiques se font uniquement par convection du fluide à la
température Ta , la puissance échangée Pc peut s’écrire :
Pc = h. Sl . (T-Ta) (7.16)
Avec
Sl = ∏. D. l (7.17)
D étant diamètre et l sa longueur.
h : le coefficient deéchange thermique
∏ = 3.14
Sl la surface latérale du capteur (fil).
A l’équilibre thermique : Pj = Pc
R(T).I2
=h. Sl . (T-Ta) (7.18)
La vitesse U du fluide intervient dans l’expression de h dont diverses formulations
empiriques ont été proposées [13-18].
Formule de King:
h=a+b. (7.19)
a et b : étant des constantes pour un fluide et un capteur ((h-a)/b)2
Qm=ρ.U.S (7.20)
Qm=ρ.S.((h-a)/b)2
(7.21)
7.1.6.2.4.b. Caractéristiques
 Limites de température : -30°C à +80°C
 Débit : jusqu’à 0 à 99 999 m3
/h
 Vitesse du fluide : 0,15 à 3 m/s et 3,1 à 30 m/s
 Temps de réponse : inferieur à 0,001 s

13. 66
7.2. Les capteurs de niveau
Le mot "niveau" a de nombreux sens dans la langue française. En physique, le niveau
correspond à la distance entre la surface d'un liquide et le fond du réservoir le contenant.
Le contrôle de niveau est utilisé dans de nombreux et divers domaines, afin de connaître
l'état de remplissage de récipients, c'est-à-dire le niveau qu'y atteint le produit présent [13-19].
Il existe deux types d'informations relatives au niveau :
 la mesure continue.
 la détection de seuil.
7.22.1. Mesure de niveau
La mesure de niveau est une mesure continue, c'est-à-dire que le capteur et son conditionneur
délivrent un signal proportionnel au niveau de liquide dans le réservoir. À chaque instant,
l'opérateur connaît exactement le volume du liquide (ou le volume encore disponible dans le
réservoir).
7.2.1.1. Mesure par pesage
Il s'agit du plus ancien principe de mesure de niveau sans contact. Ce principe est toujours
utilisé aujourd’hui à cause de sa précision pour la détermination de la masse du produit dans le
réservoir [14-20].
Le réservoir est pesé. Le signal de sortie est directement proportionnel au poids mesuré. Il
s'agit d'une mesure indirecte. On a :
P=Mr.g+M.g = (Mr+r.V).g (7.22)
avec: Mr : masse du réservoir vide (kg), M: masse de liquide (kg), v: volume de liquide
r: masse volumique du liquide (kg. m-3
), g: la gravité
Dans le cas où la masse volumique du liquide est constante, la mesure est linéaire.
La précision de la mesure de la masse M de produit est bonne à condition que cette masse M soit
supérieure ou de l’ordre de la masse Mr du réservoir [1, 13-19].
7.2.1.2. Méthodes hydrostatiques
Les méthodes hydrostatiques concernent toutes les mesures de niveau dont l'information
fournie est une fonction continue de la hauteur de liquide [1 14-18].

14. 67
7.2.1.2.1. Mesure par flotteur
Un flotteur, qui se maintient à la surface du liquide, est solidaire d'un capteur de position
analogique (ex : potentiomètre) ou digital (ex : roue codée). Ce capteur va délivrer un signal
électrique proportionnel au niveau Fig 7.19.
Il s'agit d'une mesure directe du niveau : c’est une hauteur ou un déplacement qui est mesuré.
Fig 7.19 : Mesure par flotteur
7.2.1.2.2. Mesure par plongeur
Ce dispositif de mesure est basé sur le principe d'Archimède. Il a eu un grand succès dans le
passé et est encore présent dans un grand nombre d'installations industrielle ; toutefois, ce dispositif
perd du terrain actuellement au profit des dispositifs sans contact Fig 7.20.
Un cylindre est immergé verticalement dans le liquide contenu dans le réservoir. La hauteur
de ce plongeur doit au moins être égale à la hauteur maximale du liquide dans le réservoir.
Le plongeur est suspendu à un capteur dynamométrique. Le capteur va mesurer une force F,
égale à la différence entre le poids propre du plongeur et la force de poussée d'Archimède [1,13-19].
On a donc :
F = P - ρ.g.S.h (7.23)
Avec :
F : poids apparent,
P : poids du plongeur,
ρ : densité du liquide,
g : accélération de la pesanteur,
S : aire de la section du plongeur
Capteur de position
Flotteur

15. 68
Fig 7.20: Mesure par plongeur
7.2.1.2.3. Mesure par un capteur de pression
On place un capteur de pression différentielle à la base du réservoir Fig 7.21. La pression
mesurée par le capteur est égale à :
P = Po + ρ.g.h (7.24)
Avec : Po : pression au sommet du réservoir, ρ.g.h : pression hydrostatique, h : hauteur du liquide
Ρ : densité du liquide, g : accélération de la pesanteur.
Quelques précisions sur le capteur : Le corps d'épreuve du capteur est une membrane,
soumise sur l'une de ses faces à la pression P et sur l'autre à la pression Po.
La déformation de la membrane est proportionnelle à la hauteur h
Fig 7.21: Mesure par un capteur de pression différentielle
7.2.2. Détection de niveau
La détection de niveau est une mesure binaire, c'est-à-dire que le capteur délivre une
information binaire indiquant si le niveau seuil défini est atteint ou pas. La détection de niveau ne
permet donc pas de connaître le volume de liquide contenu dans le réservoir, mais permet de savoir
si le liquide a atteint un seuil [1, 13-19].
La détection de niveau haut va permettre de stopper un remplissage afin d’éviter que le
réservoir ne déborde.
Capteur de force
Plongeur
h
Capteur de pression différentielle
P0
h

16. 69
La détection de niveau bas va permettre de stopper l'extraction du produit, ce qui permet de
garder un volume minimum dans le réservoir.
L'association d'une détection de niveau haut et d'une détection de niveau bas permet
d'automatiser le remplissage et le vidage des réservoirs.
Les détecteurs de niveau sont des systèmes ayant en général un coût moins élevé que celui
des dispositifs de mesure continue. Cependant, ce sont des systèmes très fiables car la sécurité des
personnes et des installations reposent très souvent sur eux.
Les détecteurs de niveau délivrent un signal électrique lorsque le niveau atteint un seuil haut
ou bas. Ils servent en général à fournir un signal d'entrée aux systèmes d'alarme ou d'arrêt, aux
automates programmables, aux circuits logiques à relais ou aux simples signalisations sonores ou
visuelles [1, 13-21].
7.2.2.1. Détection par micro-ondes
Le rayonnement utilisé est électromagnétique, du domaine hyperfréquence (plusieurs GHz).
Le faisceau d'ondes électromagnétiques est émis selon un axe horizontal.
Lorsque le produit s'interpose entre l'émetteur et le récepteur, le signal reçu par le récepteur
est fortement atténué. Le circuit de traitement du signal change alors l'état de la valeur binaire de
sortie Fig 7.22.
La vitesse de propagation dans le volume gazeux situé au-dessus du liquide correspond à la
vitesse de la lumière. Par conséquent, le temps de propagation de l'onde est quasiment indépendant
de la nature du gaz, de sa température ou de sa pression : Ce qui est l’intérêt majeur de cette
technique [1, 13-20].
Le générateur est une diode de Gunn, de fréquence d'oscillation quelques GHz. Cette diode
émet des paquets d'ondes de fréquence de répétition quelques kHz.
Fig 7.22: Détection par micro-ondes

17. 70
7.2.2.2. Détection par sonde(s) de conductivité
Ce dispositif n'est utilisable qu’à la seule condition que le liquide dont on souhaite détecter
le niveau soit conducteur (conductance minimale de l’ordre de 50 µS), non corrosif et qu’il n'ait pas
en suspension une couche isolante (ex : huile).
Plusieurs sondes sont placées horizontalement aux niveaux seuils souhaités Fig 7.23.
Lorsque le niveau monte, le liquide arrive en contact avec la sonde. Un courant électrique
s'établit alors, indiquant que le liquide vient d'arriver au niveau seuil [1, 13-19].
Fig 7.23: Détection de niveau par sondes conductimétriques
7.2.2.3. Détection par lames vibrantes
Le dispositif est constitué des deux lames métalliques parallèles, fixées sur une membrane
métallique. Les lames sont portées à leur fréquence de résonance (par effet piézoélectrique).
La fréquence de résonance est choisie de manière à éviter toute perturbation de la fréquence du
secteur (50 Hz) Fig 7.24.
Lorsque le produit arrive en contact avec les lames, la fréquence et l'amplitude de celles-ci
sont diminuées. Un circuit électronique détecte ces variations et les traduit en un changement de
signal de sortie "TOUT ou RIEN".
Remarque : les lames peuvent aussi bien être montées verticalement qu'horizontalement [1, 14-18].
Fig 7.24: Détection par lames vibrantes
Lames vibrantes
Circuit d’entretien des
oscillations et détection
Sondes conductimétriques
Hmin
Hmax

18. 71
7.2.2.4. Détecteurs de niveau optiques
7.2.2.4.1. Ancien principe
Une lampe émet horizontalement un faisceau lumineux étroit et directif. Ce faisceau
lumineux est détecté par une cellule photoélectrique.
Lorsque le niveau monte, le faisceau lumineux traverse le liquide (transparent ou non).
L'intensité lumineuse reçue est donc diminuée Fig 7.25.
La plupart du temps, l'émetteur est une diode électroluminescente, choisie pour la faible
puissance électrique dont elle a besoin.
Le récepteur est une photorésistance, un phototransistor ou une cellule photoémissive.
Fig 7.25: Détection de niveau optique
7.2.2.4.2. Par fibre optique
Il est nécessaire que l'indice de réfraction du liquide soit différent de celui de l'air.
Lorsque le niveau est bas, le rayon lumineux incident est réfléchi à l'extrémité de la fibre
optique et est détecté à sa sortie Fig 7.26.
Lorsque le niveau est haut, le rayon incident est réfracté dans le liquide.
Quand le détecteur de sortie ne détecte plus le rayon lumineux en sortie, cela signifie que le
niveau seuil est atteint.
Fig 7.26: Détection de niveau par fibre optique
7.3. Les capteurs d’humidité
7.3.1. Définition
L’humidité est le mélange d’air sec et de vapeur d’eau dans l’air ambiante en générale, quand
on parle de mesure d’humidité.
Émetteur Récepteur

19. 72
Il est souvent nécessaire, dans de nombreux domaines industriels, de connaître et de réguler le
taux d’humidité de l’air .Entant que premier élément d’une chaine de régulation.
Le capteur d’humidité aurait de nombreux application: dans l’industrie gazier ,dans le
domaine agricole ,et dans l’industrie pharmaceutique.
Les applications plus courantes : Climatisation, séchage, météorologie, appareil portables....
On appelle pression de vapeur saturante Ps(T), la valeur maximale que peut atteindre la
pression partielle PV de la vapeur d’eau à la température T une partie de cette vapeur se condense
(apparition d‘eau liquide). L’humidité relative (HR) s’exprime par la relation :
HR ℅ = 100 (PV/ Ps(T)) (7.25)
Le capteur d’humidité est une sonde hygrométrique, enfoncée de 100 mm dans le sol. La sonde
est constituée de deux cylindres inoxydables qui sont espacés de 50 mm l’un de l’autre Fig 7.27.a
Le capteur est alimenté par une différence de potentiels alternative de 12V efficace et de
fréquence 50HZ, afin d’éviter tout phénomène d’électrolyse (phénomène physique rencontré
lorsque le capteur est alimenté sous continu).
La résistance entre les deux électrodes varie en fonction de l’humidité du sol, ce qui ce
traduit par une variation de l’amplitude de la différence de potentiels alternatives en sortie du
capteur.
En cas d’humidité importante, l’amplitude de cette différence de potentiels est égale à celle
fournie en sortie du transformateur.
Lorsque la terre s’assèche, la résistance de la terre augmente et l’amplitude de la différence
de potentiels à la sortie du capteur d’humidité diminué. La valeur minimum de l’amplitude dépend
de la qualité de la terre [1, 11-33].
Fig 7.27.a: Capteurs d’humidité

20. 73
7.3.2. Les type des capteurs d’humidités
7.3.2.1- Capteur d’humidité résistive
Le capteur d’humidité résistive c’est un bon moyen de réviser l’acquisition d’une résistance et
comment on peut implémenter une table de correspondance dans un microcontrôleur Fig 7.27.b.
Fig 7.27.b : Capteur d’humidité résistive
7.3.2.2- Capteur d’humidité à condensateur (d‘humidité capacitif)
Les capteurs d’humidité sont des condensateurs à deux bores. La valeur de la capacité
augmente quand des molécules d’eau sont absorbées dans son polymère diélectrique actif
diélectrique Fig 7.28. Les plaques de condensateur consistent en une plaque de base et une plaque
de platine perméable à l’eau.
Fig 7.28 : Capteur d’humidité à condensateur (d‘humidité capacitif)
7.3.2.3- Capteur d’humidité hygrométrie
Appelé aussi humidistance, ce type de composant permet une mesure d’humidité relative
Fig 7.29.La plage mesure possible est généralement de 20℅ à 80℅, mais certains capteur (bien plus
chers) sont toute fois capables de travailler sur une plage de mesure de 10 ℅ à 90 ℅ la précision est
de l’ordre de quelques pourcent.
Fig 7.29: Capteur d’humidité hygrométrie