Les capteurs de débit de liquide de refroidissement mesurent la circulation du liquide dans les circuits de gestion thermique des drones aériens (UAV), des véhicules terrestres sans pilote (UGV), des navires sans pilote (USV), des véhicules sous-marins autonomes (AUV), des véhicules sous-marins télécommandés (ROV) et d’autres plateformes sans pilote. Ils contribuent au refroidissement des moteurs, des batteries, des moteurs électriques, de l’électronique de puissance, de l’avionique, des systèmes informatiques et des charges utiles de mission en fournissant aux contrôleurs des véhicules des données relatives au débit ou à l’état de la circulation.
Cette page présente des fournisseurs de débitmètres et de capteurs de débit de liquide de refroidissement, notamment des modèles à ultrasons, à turbine, à effet Hall, à roue à aubes, à vortex, thermiques et électromagnétiques.
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Débitmètres ultrasoniques haute précision pour drones | Surveillance en temps réel du carburant des drones
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Les capteurs de débit de liquide de refroidissement mesurent le mouvement du liquide dans les circuits de gestion thermique utilisés pour réguler les moteurs, les batteries, l’électronique de puissance, les systèmes de propulsion, l’avionique et les équipements de mission. Sur les plates-formes sans pilote, une surveillance fiable du liquide de refroidissement peut aider les systèmes de contrôle à vérifier que les pompes, les vannes, les échangeurs de chaleur et les plaques de refroidissement fonctionnent comme prévu.
Un débitmètre de fluide de refroidissement peut fournir des données de débit en continu ou simplement détecter si la circulation reste dans une plage de fonctionnement définie. En fonction de l’architecture de la plateforme, la sortie du capteur peut être transmise à un contrôleur de véhicule, à un ordinateur de vol, à une unité de commande de moteur ou à un système dédié de surveillance du fluide de refroidissement via des interfaces à impulsions, analogiques, à fréquence ou numériques. Les modèles compacts en ligne sont particulièrement utiles lorsque l’espace d’installation, le poids, la puissance électrique, la perte de charge et les pertes hydrauliques doivent être strictement maîtrisés.
Les capteurs de débit de liquide de refroidissement à ultrasons déterminent le débit en mesurant le comportement des signaux acoustiques transmis à travers le liquide. Les modèles à temps de transit comparent le temps de parcours du son se propageant dans le sens du flux et dans le sens inverse, ce qui permet de calculer la vitesse et le débit volumétrique sans placer de composants rotatifs dans le flux de fluide. L’absence de pièces mobiles permet de réduire l’usure mécanique et les restrictions de débit, bien que la présence de bulles, la géométrie de l’installation et les propriétés acoustiques du fluide puissent influencer les performances de mesure.
Gamme ALSONIC de débitmètres pour liquides de refroidissement par Allengra
Les capteurs à turbine placent un petit rotor dans le flux de liquide de refroidissement et déterminent le débit à partir de sa vitesse de rotation. Un dispositif à effet Hall peut détecter le passage d’éléments magnétiques du rotor et générer une fréquence d’impulsions proportionnelle au débit. Cette approche est particulièrement adaptée aux débitmètres de liquide de refroidissement compacts montés en ligne, mais les roulements et autres composants mobiles peuvent être affectés par la contamination, l’usure à long terme ou des fluides à haute viscosité. La perte de charge au niveau du capteur doit également être prise en compte lorsque la hauteur de refoulement disponible de la pompe est limitée.
Les capteurs à roue à aubes utilisent une roue en rotation placée partiellement ou entièrement dans le flux de liquide de refroidissement. La vitesse de rotation est convertie en un signal électrique correspondant à la vitesse du fluide et, après étalonnage en fonction du passage du flux, au débit volumétrique. Les capteurs à roue à aubes constituent un moyen relativement simple de surveillance du liquide de refroidissement, bien qu’il faille tenir compte de l’orientation lors de l’installation, des dépôts, de la contamination par des particules et du comportement en cas de faible débit.
Les capteurs à vortex introduisent un corps non profilé dans le circuit d’écoulement et mesurent les tourbillons générés en aval. Dans la plage de fonctionnement spécifiée du capteur, la fréquence de détachement des tourbillons correspond à la vitesse du fluide et peut donc être utilisée pour calculer le débit. Ces capteurs ne contiennent aucun élément de mesure rotatif, mais ils nécessitent une vitesse d’écoulement suffisante et un nombre de Reynolds approprié pour établir un schéma de tourbillons stable, ce qui peut limiter leurs performances à de très faibles débits.
Les capteurs de débit thermiques mesurent les variations du transfert thermique provoquées par le passage d’un fluide de refroidissement sur un élément de détection chauffé. Leur conception à semi-conducteurs convient aux installations compactes et nécessitant peu d’entretien, où la présence de pièces mobiles est indésirable. Les performances dépendent des propriétés thermiques du fluide de refroidissement ; l’étalonnage et la compensation de température sont donc essentiels lorsque la composition du fluide ou la température de fonctionnement varient considérablement. La détection électromagnétique du débit peut également être utilisée avec des fluides de refroidissement à base d’eau suffisamment conducteurs, permettant ainsi une mesure sans élément de détection rotatif ; elle n’est toutefois pas adaptée aux fluides diélectriques non conducteurs ni à de nombreuses huiles.
Les moteurs à combustion interne nécessitent une circulation contrôlée du liquide de refroidissement afin de transférer la chaleur des composants du moteur vers un radiateur ou un autre échangeur de chaleur. Les systèmes de propulsion électriques et hybrides peuvent également faire circuler du liquide de refroidissement à travers les moteurs, les onduleurs, les générateurs et l’électronique de puissance associée, tandis que les systèmes à pile à combustible requièrent des conditions thermiques soigneusement gérées. La détection du débit permet de vérifier la circulation et peut fournir une indication précoce de la dégradation de la pompe, d’un colmatage, d’une fuite ou d’une obstruction des passages de liquide de refroidissement.
Les batteries à haute énergie et les équipements de conversion de puissance peuvent générer une chaleur importante lors d’un fonctionnement à forte charge et pendant la charge. Les systèmes à refroidissement liquide peuvent acheminer le liquide de refroidissement à travers des plaques froides ou des canaux adjacents aux cellules, aux modules, aux onduleurs et aux contrôleurs de moteur. Un débitmètre pour le fluide de refroidissement permet au système de contrôle de mettre en corrélation les performances thermiques avec la circulation réelle et d’identifier un débit insuffisant avant que les températures des composants ne dépassent les limites autorisées.
Les processeurs haute performance, les charges utiles de capteurs, l’électronique radar, les équipements de communication et d’autres systèmes de mission peuvent nécessiter un refroidissement par liquide lorsque les méthodes passives ou par air ne permettent pas d’évacuer suffisamment de chaleur. Les données de débit du fluide de refroidissement peuvent être associées aux mesures de température afin de vérifier les performances de dissipation thermique et de permettre un contrôle adaptatif des pompes ou des vannes. Cela peut s’avérer particulièrement important dans les drones (UAV) à forte densité de composants, où la capacité thermique et le débit d’air disponible varient en vol.
Les véhicules terrestres sans pilote (UGV) peuvent recourir au refroidissement par liquide pour leurs moteurs à combustion, leurs groupes motopropulseurs électriques, leurs batteries, leurs convertisseurs de puissance, leurs ordinateurs et leurs suites de capteurs. Leurs systèmes de refroidissement peuvent être exposés à la poussière, aux vibrations, aux chocs, à des assiettes de véhicule extrêmes et à de fortes variations de température. Un capteur de débit de liquide de refroidissement robuste peut aider à maintenir une bonne visibilité sur la circulation du fluide, là où une restriction du débit ou une dégradation des composants serait autrement difficile à détecter pendant le fonctionnement autonome.
Les navires de surface sans pilote (USV), les véhicules sous-marins autonomes (AUV) et les véhicules télécommandés (ROV) peuvent utiliser des circuits de refroidissement en boucle fermée pour évacuer la chaleur des composants électroniques de propulsion, des batteries, des systèmes informatiques et des instruments sous-marins. Les capteurs destinés à ces plateformes doivent être sélectionnés en tenant compte de la corrosion, de l’étanchéité, de la pression interne du système, de l’exposition à la pression externe, de la compatibilité avec les fluides et du conditionnement. Un retour d’information fiable sur le débit est particulièrement précieux lorsque le véhicule ne dispose que de possibilités limitées d’inspection manuelle au cours d’une mission.
Le fluide de refroidissement lui-même peut avoir une incidence significative sur la précision du capteur, sa durée de vie, son étanchéité, la perte de charge et son étalonnage. Les fluides couramment utilisés sont les suivants :
Le choix des matériaux doit également prendre en compte les joints d’étanchéité, les boîtiers de capteurs, les surfaces en contact avec le fluide, les inhibiteurs de corrosion et les éventuelles modifications de la composition chimique du fluide de refroidissement tout au long de la durée de vie de la plateforme.
Le choix d’un débitmètre de fluide de refroidissement en ligne ne se limite pas à l’adaptation au diamètre nominal de la conduite. Parmi les facteurs de sélection importants, on peut citer :
La précision du capteur doit en fin de compte être évaluée dans le cadre du système de refroidissement complet. La géométrie de la tuyauterie, la perte de charge, l’entraînement d’air, les pulsations de la pompe, les variations de température, l’orientation de l’installation, le bruit électrique et le traitement du signal peuvent tous influencer l’incertitude de mesure et la qualité de la mesure de débit communiquée.
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