Brevet FR2012083A1 — publié le 19700313

T 2012083 La présente invention concerne les dispositifs de-met. ce de vitesse et, plus particulièrement les dispositfs de mesure de vitesse à fluideî elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à la mesure des vitesses de rotation. 5 Un objet de la présente invention est de fournir un dispositif de mesure de vitesse à fluide qui ne présente aucun problème d'usure et qui, en particulier, n'exige pas d'organe d'étanchéité pour être maintenu entre deux parties mobiles l'une par rapport à 1'autre„ 10 A cet effet, le dispositif de mesure de vitesse à fluide selor. l'invention, pour mesurer la vitesse de déplacement d'un corps possédant une surface active, est caractérisé en ce qu'il comprend un ajutage qui est disposé de manière à diriger un jet de fluide dans la couche limite de la surface active, dans une direction qui possède une composante 15 perpendiculaire à la direction du mouvement du corps devant l'ajutage et parallèle à la surface active, et un collecteur disposé en face de l'aju tage, ladite surface active étant conformée de telle manière que la disposition du dispositif de mesure par rapport à cette surface ne soit pas modifiée lors du mouvement du corps. 20 . Il doit être noté que l'expression " couche limite " utilisée dans ce texte représente la couche de fluide qui est adjacente à un corp solide et qui est déplacée par le mouvement de ce corps dans la même direction que ce dernier. L'invention sera mieux comprise au cours de la description 25 détaillée suivante de divers modes de réalisation de la présente invention, donnés à titre d'exemples purement indicatifs et nullement limitatifs en référence au dessin ci-annexé sur lequel : • - La figure 1 est une vue schématique en perspective montrant un premier mode de réalisation de l'invention pour mesurer la vitesse 30 de rotation d'un arbre, l'arbre étant représenté à l'arrêt. - Là figure 2 est une vue schématique en perspective similaire à celle de la figure 1, l'arbre étant ici représenté en rotation,, - La figure 3 est un graphique montrant la relation entre unt pression de sortie et la vitesse de rotation de l'arbre qui est repré- 35 senté sur les figures 1 et 2. - La figure 4 est une vue schématique en perspective similair-à celle de la figure 1 et montrant un autre.mode de réalisation de 1'invention. - La figure 5 est une vue en plan d'un autre mode de réalisation de l'invention. bad original 69 22147 2 2012083 ' - la figure 6 est une vue en élévation d'un, autr'e mode de réalisation de l'invention» - La figure 7 est- une vue en coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 1. 5 - La figure 8 est une vue en coupe, similaire à celle de la figure 7, d'un autre mode.de 'réalisation de l'invention,, - La figure 9 est une vue en coupe, similaire à celle des figures 7 et 8, d'encore un autre mode de réalisation de l'invention. Si l'on se réfère à la figure 1, on peut y voir vin arbre 10 cylindrique 10 qui est monté rotatif autour de son axe 12„ Un ajutage 14 est disposé de manière à diriger un jet de fluide, par exemple de l'air, le long de la surface de l'arbre cylindrique 10, parallèlement à 1'axe 12 de celui-ci comme cela est montré par la ligne en trait mixte et par la flèche 160 Un collecteur 18 est disposé dans l'alignement de 15 l'ajutage 14, en face de celui-ci, afin de recevoir.le jet de fluide qui en sorto Si l'on se réfère maintenant à la figure 2, il est visible que si l'arbre 10 tourne dans la direction indiquée par la flèche 20, le jet de fluide sortant de l'ajutage 14 est dévié comme cela est représenté par la ligne en trait mixte 22. Ceci est dû à l'interaction entre, d'une 20 part, le fluide du jet et le fluide formant la couche limite et, d'autre part, la surface mobile de l'arbre cylindriques La figure 3 est un graphique montrant la relation entre la pression Pc (en ordonnées) du fluide au niveau du collecteur ou capteur 18 et la vitesse de rotation de l'arbre cylindrique; 10 (en absciss®). 25 II est à noter que la rotation dans une direction opposée à celle indiqué par la flèche 20 est représentée par les valeurs négatives sur le graphique. Il est visible que la pression de sortie atteint une valeur de pic lorsque la vitesse de rotation est égale à zéro,, Cette valeur de pic peut, bien entendu, être décalée de manière à correspondre à n'importe 30 quelle vitesse de rotation désirée, par déplacement angulaire du collecteur ou capteur 18 autour de l'axe 12 de l'arbre cylindrique 10, de telle sorte que ce collecteur 18 soit aligné avec le centre du jet dévié de fluide lorsque le cylindre tourne à une vitesse de rotation prédéterminée . Comme on peut le voir dans la figure 3, le pic de la courbe de-réponse de pression est relativement large„ Une plus grande sensibilité reut être obtenue en utilisant deux collecteurs. Si l'on se réfère ••naititenant à la Ji^ure 4, on y voit un arbre cylindrique 24 qui est monts rotatif auteur de son axe 26. tTji ajutage 28 est disposé c"e manière BAD ORIGINAL 69 22147 3 2012083 à diriger un jet de fluide le long de la surface de l'arbre cylindrique 24, parallèlement à l'axe de rotation 26 de celui-ei^ comme cela est représenté par la ligne en trait mixte et par la flèche 30. Une paire de capteurs ou collecteurs 32 et 34 es"t disposée en face de l'ajutage i 5 28 de telle sorte que les collecteurs 32 et 34 soient disposés de part et d'autre de la ligne centrale du jet de fluide lorsque l'arbre est stationnaire» l'espace compris entre les deux collecteurs est choisi de telle manière que lorsque les pressions de sortie sont égales, ce qui signifie que le jet de fluide est dirigé à mi-chemin entre les deux 10 collecteurs 32 et 34, le taux de variation de la pression est relativement grand au niveau de chaque collecteur 32, 34 lorsque la vitesse de rotation de l'arbre 26 varie. En d'autres termes, le dispositif fonctionne dans les parties abruptes de la courbe caractéristique vitesse-pression représentée dans la figure 3. La détection de la condition 15 correspondant à l'égalité des pressions au niveau des deux collecteurs 32 et 34, est effectuée au moyen d'un dispositif 36 d'interaction de quantité de mouvement à fluide. Si les deux pressions sont égales, un signal de sortie est reçu au niveau de l'orifice de sortie 38 de ce dispositif 36o Dans les autres cas, le fluide entrant, en provenance des 20 collecteurs 32 et 34, s'échappe à travers l'un, ou l'autre d'une paire d'orifices de sortie 40 et 42. Dans le cas des deux dispositifs, c'est-à-dire dans le cas du dispositif à collecteixr unique et dans le cas du dispositif à deux collec' teurs, la sensibilité tend à augmenter lorsque la distance entre l'aju-25 tage et le ou les collecteurs est augmentée, étant donné que le déplacement du jet de fluide est plus grand du fait de son plus grand parcours le long de la surface mobile. Cependant, après un 'trop long parcours, le jet devient plus dispersé et tend à provoquer une diminution de la sensibilitéo En pratique, il existe une distance optimale entre l'aju-30 tage et le ou les collecteurs pour obtenir un dispositif présentant la plus grande s'ehsibilité possible. la sensibilité peut être également accrue en augmentant l'épais^ seur effective de la couche limite de fluide au voisinage de l'arbre, une sensibilité optimale étant obtenue lorsque ladite couche limite 35 enveloppe complètement le jet de fluide,, l'épaisseur effective de la couche limite peut être augmentée en rendant la surface de l'arbre rugueuse. Un autre moyen pour augmenter la sensibilité consiste à prévoir un deuxième arbre parallèle au premier et à accoupler ce deuxième arbre * BAD ORiG'NAL- 69 22147 4 2012083 au premier de manière à le faire tourner dans une direction opposée de telle sorte que les surfaces en vis-à-vis de ces deux arbres se déplacent dans la même direction. Si l'on se réfère maintenant à la figure 5, on y voit une paire d'arbres 44 et 46 qui sont montés parallèlement 5 l'un à l'autre de manière à tourner autour de leurs axes respectifs. Une paire de roues folles ou de galets fous 48 et 50 est tdisposée entro les deux arbres ; la roue folle 48 est en contact avec l'arbre 44, la roue folle 50 ést en contact avec l'arbre 46 et les deux roues folles 48 et 50 sont mutuellement en contact de telle sorte que la rotation de ■jO l'un des arbres 44 ou 46 provoque la rotation de l'autre arbre dans une direction opposée et avec la même vitesse périphérique; Ainsi, les surfaces en vis-à-vis des deux arbres se déplacent dans la même direction. Un ajutage 52 est disposé entre les deux arbres et il est agencé de manière à diriger un jet de fluide dans une direction parallèle aux axer; 15 de ces deux arbres, tandis qu'un collecteur 54 est aligné avec l'ajutage 52 afin de recevoir le fluide émis par ce dernier* l'avantage procuré par cette disposition réside dans le fait que la couche limite s'étend effectivement sur la totalité de l'intervalle compris entre les deux arbres. Ceci tend à réduire la dépendance de la déviation du jet de flui-20 de avec des conditions externes telles que la température. Un autre type de dispositif de mesure de vitesse de rotation, dans lequel il est prévu deux surfaces rotatives parallèles, est illustré dans les figures 6 et 7. Dans cet arrangement, une paire de disques 60 et 62 est montée et.fixée sur un arbre 64 dont la vitesse de rotation 25 doit être mesurée. Chaque disque 60, 62 possède à sa périphérie une lèvre annulaire respective 66, 68 qui fait face à celle de l'autre disque. Ainsi, les deux disques 60 et 62 entourent presque totalement une cavité annulaire 70t l'intervalle 72 compris entre les lèvres 66 et 68 étant petit par rapport à la largeur axiale de la cavité 70. Un ajutage 76 est >~.q disposé à l'intérieur de la cavité 70 et il est agencé de manière à diriger un jet de fluide radialement vers l'extérieur à travers l'intervalle 72,.Une paire de collecteurs 78 et 80 est alignée de manière à faire face à l'intervalle 72, et ceux-ci sont disposés symétriquement par rapport à la direction de projection du jet de l'ajutage 76„ lorsque 35 l'arbre 64 et les disques 60, 62 disposés sur cet arbre sont station-naires, le centre de jet de fluide émis par l'ajutage 76 se trouve à égale distance des deux collecteurs 78 et 80v d'où il en résulte que les pressioiB dans cës collecteurs sont égales.Si l'arbre 64 est entraîné en rotation dans la direction indiquée par la flèche A, la pression dans le ^ ~ ■' BAD ORIGINAL 69 22147 5 2012083 collecteur 80 augmente et celle dans le collecteur 78 diminue. Afin d'amener le fluide jusqu'à l'ajutage 76, il est nécessaire de prévoir un conduit d'alimentation 82 qui traverse l'intervalle étroit 72 entre les deux lèvres 66 et 680 Ceci a pour effet de troubler l'écou-5 lement de fluide dans l'intervalle, mais si ce conduit d'alimentation 82 est placé comme cela est indiqué dans la figure 6, de telle sorte que l'onde courbe engendrée dans le fluide par ledit conduit d'alimentation 82 ne revienne pas en arrière jusqu'au jet, et si la circonférence totale du disque est telle qu'il existe vin trajet suffisant pour 10 que l'onde puisse l'amortir avant de parvenir au collecteur 78, l'effet \ sur le signal de sortie est négligeable. L'effet dû. à la présence de | l'ajutage stationnaire 76 à l'intérieur de la cavité annulaire 70 peut être- très nettement diminué en donnant à l'ajutage 76 et à la cavité 70 des sections très différentes» 15 Avace l'arrangement représenté dans les figures 6 et 7, si les collecteurs 78 et 80 se trouvent à l'intérieur de l'intervalle 72 ou très près de ce dernier, ils prélèvent des écoulements turbulents ou tourbillonnants dus aux bords des disques 60 et 62. D'un autre côté, si les collecteurs sont plus écartés des bords des disques 60 et 62, l'in-20 fluence des conditions extérieures devient plus importante0 La figure 8 montre un autre arrangement comprenant deux disques 90 et 92 fixés sur un arbre 94 dont on désire mesurer la vitesse de rotation. Dans ce cas, en plus des lèvres 96 et 98 qui définissent un intervalle de mesure et qui correspondent aux lèvres 66 et 68 des figures 6 et 7, chaque disque 25 présente une lèvre additionnelle 97, 99 espacée radialement vers l'exté-j rieur par rapport aux lèvres 96 et 98 et concentrique avec ces dernières.! "Oh ajutage 106 est disposé à l'intérieur de la cavité annulaire 100, i comme dans le cas de l'arrangement des figures 6 et 7, mais les collec- I teurs (seul l'un d'eeux a été représenté en 108 dans la figure 8) s'éten-j 30 dent maintenant dans une seconde cavité annulaire 109 qui est formée entre les lèvres 96 et 98, d'un côté,- et les lèvres 97 et 99 de l'autre ? côté. Ainsi, bien que les collecteurs soient espacés des bords des lèvres 96 et 98, ils sont disposés à l'intérieur du fluide qui tourne à une vitesse substantiellement égale à celle des disques et qui est 35 effectivement isolé des conditions extérieures. Si l'on se réfère maintenent à un autre mode de. réalisation représenté dans la figure 9, seul un disque 110 est rigidement laonté à l'une des extrémités d'un arbre 114 dont la vitesse de rotation être mesurée. En face du disque 110, .un disque 112 est monté 1:'/ rt vient rotatif sur un arbre coaxial fixe 113. Oomme précédemment, de* bad original 69 22147 s 2012083 lèvres annule- 'es 116 et îT;, disposées en vis-à-vis, sont prévues à la périphérie _-.es disques 110 et 112 respectivement. Une paire de collecteurs, dont L'un seulement est représenté en 119, et un ajutage 120 sont disposés dans :iss positions similaires à celles des collecteurs 78 et 5 80 et à celle do l'ajutage 76 du mode de réalisation représenté dans les figures 6 et 7. Cependant, le conduit d'alimentation 122 de l'ajutage 12C-est logé à l'intérieur de l'arbre fixe 113 et, en conséquence, ne s'étend pas à travers l'intervalle étroit 122qui se trouve entre les lèvres opps-sées 116 et 1!8 10 Afin de provoquer la rotation du disque 112 de telle sorte que celui-ci tourne à la mêrfee vitesse que le disque 110, des inserts magnétiques 124 et 126 sont respectivement montés en face l'un de l'autre dans les lèvres 116 et 118. L'un des deux inserts magnétiques 124 et 126 est constitué par un aimant permanent tandis que l'autre est constitué par 15 une substance magnétique douce, par exemple en fer doux, ou les deux inserts magnétiques peuvent être constitués par des aimants permanents montés de telle sorte que leurs pôles de polarités-opposées soient orientés l'un vers l'autre» Le mode de réalisation représenté dans la figure 9 peut être 20 encore me iifié en prévoyant sur chaque disque une double lèvre afin d ' entour s r les collecteurs de la même manière que cela a été décrit en référeno à la figure S. Dans n'importe lequel des modes de réalisation où l'on fait appel a '..aux collecteurs, le signal de sertie peut prendre la forme-d'un 25 signal .ifférentiel. Dans tous les modes de réalisaxion illustres, le jet de fluide est dirigé parallèleser..-; à la surface active. Cependant, dans d'autres modes .',..e réalisation, le jet pourrait être dirigé vers cette surface active en faisant un csrtain angle, le ou les collecteurs étant alignés 30 de n.xnière à recevoir le jet réfléchi.. Se préférence, au point d'inci-dshj?.[ le jet.ne doit pas être incliné par rapport au plan de la surface suivrait un angle qui dépasse 20°. Il va de soi que les modes de réalisation qui ont été décrits ci-dessus ont été donnés à titre d'exemples purement indicatifs et 35 nullement limitatifs, et que de nombreuses modifications peuvent être ' apportées sans pour autant sortir d.u cadre de la présente invention. BAD ORIGINAL R n v 7 NDICATIO g20_1 2083 1 o - Un dispositif à fluide pour mesurer la vitesse d'un corps mobile^ caractérisé en ce que ce corps possède une surface active et en ce que le dispositif à fluide comprend un ajutage disposé de manière à diriger un jet de fluide dans la couche limite de la surface active, dans une direction qui possède une composante perpendiculaire à la direction de mouvement du corps devant l'ajutage et parallèle à ladite surface active, et au moins collecteur ou capteur disposé en face de l'ajutage, ladite surface active étant conformée de telle manière que sa disposition par rapport au dispositif à fluide de mesure ne soit pas affecté par le mouvement du corps0 20 - Un dispositif de mesure de vitesse à fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur est aligné avec l'ajutage, de telle sorte que la proportion du jet de fluide reçue par ce collecteur est maximale lorsque le corps est stationnaire. 3» - Un dispositif de mesure de vitesse à fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur est disposé dans une position décalée dans la direction de mouvement de ladite surface active par rapport à une position d'alignement avec l'ajutage, de telle sorte que la proportion du jet de fluide reçue par ledit collecteur est maximale lorsque le corps se déplace à une vitesse prédéterminée. 4-. - Un dispositif de mesure de vitesse à fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un premier et un second collec-./. teurs sont prévus, chaque collecteur étant disposé sur un côté respectif du jet de fluide lorsque le corps se 'déplace à une vitesse prédéterminée, de telle sorte qu'une augmentation de la vitesse par rapport à cette vitesse prédéterminée provoque une augmentation de la pression au niveau d-u- premier collecteur et une diminution de la pression au niveau du second collecteur, tandis qu'une diminution de la vitesse par rapport à cette vitesse prédéterminée provoque une diminution de la pression au niveau du premier collecteur et une augmentation de la pression au niveau du second collecteur,, 5. - Un dispositif de mesure de vitesse à fluide suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ajutage est agencé çle manière à diriger le jet de fluide parallèlement à la surface activeQ ; j. 6o - IJn dispositif de mesure de vitesse à fluide selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la COPY 69 22147 8 2012083 surface active possède un profil linéaire dans une direction perpendiculaire à la direction de mouvement du corps. 7» - Un dispositif de mesure de vitesse à fluide selon l'uno-quelconque des revendications précédentes, destiné à la mesure de la 5 vitesse de rotation d'un corps, caractérisé en ce que ladite surface active est disposée symétriquement par rapport à l'axe de rotafeion du corpso 80 - Un dispositif de mesure de vitesse à fluide selon la revendication 7, caractérisé en ce que le corps est cylindrique, la 10 surface active étant la surface courbe de ce corps. quelconque 9. - Un dispositif de mesure de vitesse à fluide selon l'une/ des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une seconde surface active est disposée parallèlement à la première surface active susmentionnée, cette seconde surface active étant espacée de la première et 15 étant agencée"de manière à être déplacée simultanément avec elle, dans la même direction, et en ce que l'ajutage est disposé de manière à diriger le jet de fluide entre les deux dites surfaces actives. 10. - Un dispositif de mesure de vitesse à fluide selon les revendications 6 et 7» caractérisé en ce que la seconde surface active 20 est constituée par la surface d'un corps cylindrique monté rotatif autour d'un axe parallèle à celui du premier corps. » 11 « - Un dispositif de mesure de vitesse à fluide selon la revendication 7, caractérisé en ce .que ladite surface est une surface radiale disposée perpendiculairement à l'axe de rotation. 25 ' 120 - Un dispositif de mesure de vitesse à fluide selon les revendications 8 et 11, caractérisé en ce qu'une seconde surface radiale est disposée en face de la première surface radiale et est agencée de manière à tourner autour du même axe. 13. - Un dispositif de mesure de vitesse à fluide selon la 30 revendication 12, caractérisé en ce que les surfaces radiales sont constituées par les bords opposés d'une paire de lèvres annulaires gn: sont orientées l'une vers l'autre et qui sont disposées coaxialement sur des disques coaxiaux respectifs. 14. - Un dispositif de mesure de vitesse à fluide selon la 35 ; revendication 13, caractérisé en ce que l'ajutage est disposé radiale--mènt à l'intérieur d'uné cavité.'fbrmée à l'intérieur des lèvres, et en ce que le collecteur est disposé radialement à l'extérieur des lèvres. 15.- Un dispositif de mesure à vitesse à fluide selon la revendication 14, caractérisé en cé qu'une seconde paire de lèvres 69 22147 , .. 9 . 2012083 , annulaires opposees est disposes sur les disques, cette seconde paire étant espacée radialement vers l'extérieur par rapport à la première paire de lèvres annulaires opposées de manière à définir une cavité entourant le collecteur. 5 16. - Un dispositif de mesure de vitesse à fluide selon les revendications. 13, U ou 15, caractérisé en ce que les disques sont montés sur un arbre commun. 17. - Un dispositif de mesure de vitesse à fluide selon les revendications 13, 14 ou 15s caractérisé en ce qu'un disque est monté 10 sur un arbre dont la vitesse de rotation doit être mesurée, afin d*être entraîné en rotation par cet arbre, et en ce que l'autre disque est monté rotatif sur un arbre fixe de manière à pouvoir tourner par rapport à ce derniery l'un des disques portant un insert magnétique constitué par exemple par un aimant permanent, destiné à coopérer avec un insert en 15 substance magnétique porté par l'autre disque, grâce.à quoi la rotation du premier arbre provoque simultanément la rotation des deux disques. 18» - Un dispositif de mesure de vitesse à fluide selon la revendication 17, caractérisé en ce que le fluide est envoyé à l'ajutage par l'intermédiaire d'un conduit prévu dans l'arbre fixe.