Brevet FR2020917A1 — publié le 19700717

Les débits sont mesurés par des moyens connus à la sortie des colonnes séparatrices d'un dispositif de chromatographie gazeuse. Comme des détecteurs sont montés généralement juste après les sorties des colonnes séparatrices} il faut les déconnecter souvent au cours d'une mesure du débit, Si bien que l'analyse est perturbée . D'autresdifficultés apparaissent lorsque la pression du fluide dont on doit mesurer le débit est très élevée (de 11 or- d e de 100 à 300 atmosphères), ou bien que les débits sont très faibles (environ 1 ml/minute) Une mesure du débit à l'entrée d'une colonne séparatrice évite par contre de perturber l'appareillage de mesure d'une façon,quelconque .La présente invention concerne un dispositif pour mesurer de faibles débits de fluides sous pression élevée, dans des conduites ; le dispositif suivant la présente invention est caractérisé par le fait qu'il comporte un capillaire de mesure , dans lequel s'écoule le fluide, et dont la paroi est chauffée par un oourant électrique, produisant une certaine différence de température entre le fluide et ladite paroi,et que la résistance électrique de la paroi du capillaire et celle de la paroi d'un capillaire de comparaison forment, avec des résistances ohmiques, un montage en pont, dans une diagonale duquel est placé un instrument de mesure à déviation, dont la déviation est une mesure de la grandeur dérivée du débit Si l'on fait passer un faible courant de fluide à travers un capillaire de mesure dont la paroi est traversée par un courant électrique, le fluide est chauffé par le capillaire de mesure , lui-meme chauffé par le courant électrique. De la chaleur est prélevée à la paroi du capillaire de mesure , suivant la chaleur spécifique et-le débit du fluide, ce qui provoque un refroidissement de ladite paroi et une modification de la résistance de cette paroi du capillaire de mesure . Selon les dimensions du capillaire de mesure (diamètre interne et épaisseur de la paroi),il y a proportionnalité entre la capacité thermique du fluide et la différence entre les températures de la paroilors- que le fluide est en mouvement et lorsqu'il est au repos .Pour une chaleur spécifique constante du fluide, son débit est alors proportionnel à cette différence de température et aux variations de la resistance électrique de la paroi, qui sont liees aux variations de température . Comme il ne s'agît que de mesurer des débits de fluide dans des conduites capillaires, qui résistent à une pression interne élevne,le dispositif selon la présente in Invention peut etre utilisé pour effectuer des mesures de débit jus- qu'à des pressions très élevées ( jusqu'au dessus de 300 atmosphères) A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illus- tré schématiquement au dessin annexé plusieurs formes de réa lis tion du dispositif selon la presente invention La figure L représente la partie mécanique d'un dispositif selon la présente invention . Un serpentin RC est enroulé autour d'une pièce M en forme de double U, constituée en un matériau peu conducteur de la chaleur . Le fluide dont le débit est à mesurer est amené dans un capillaire de mesure R1, à l'intérieur de la pièce M .Le capillaire de mesure R1 est plus cé dans l'un des deux évidements, AI, de la pièce M, tandis qu'un capillaire de comparaison R2 est placé dans le second évidement A2 . Dans ce capillaire de comparaison R2 se trouve le même flui- de que dans le capillaire de mesure R1 , mais au repos . - A L'état normal, c'est-à-dire lorsqu'aucun c- rant électrique ne traverse Les parois du capillaire de mesure et du capillaire de comparaison, les fluides qui se trouvent dans le serpentin RC et dans les capillaires de mesure R1 et de comparaison, R2 ont les mêmes températures .Cependant, l'iso- lement thermique mutuelle est nécessaire, car,lorsqu'ils sont tut versés par un courant électrique, le capillaire de mesure R1. et le capillaire de comparaison R2 s'échauffent, si bien que les fluides qui s'y trouvent prennent des températures différente a Le courant électrique est envoyé- dans les capillaires de mesure Rl,et de comparaison,R2, en des points situés à l'intérieur des .évidements Al, A2. Pour le capillaire de comparaison R2, il s'établi- un équilibre de température, alors que dans le capillaire de me- sure Rl, il s'établit une température qui dépend du débit du fluide Au dispositif mécanique, thermiquement isolant de la figure l, et qui comporte une pièce M, on peut substita- un bain de Liquide, c' est-à-dire placer le capillaire de mesure R1 et le capillaire de comparaison R2 ainsi que- le serpentin à, dans un récipient commun .Le bain liquide les baigne, un teur auxiliaire et/ou un dispositif régulateur-de la températ--- pouvant pourvoir à ce que la température du bain liquide res- partout la même,tout au moins au voisinage des capillaires R1 et R2 et du-serpentin RC Un écoulement de fluide dans le capillaire de me sure Rtl se-traduit donc par une variation de température, qui pro duit elle-mEme une variation de la résistance électrique de la parai du capillaire de mesure Rl,la résistance électrique ER1 qui correspond à ladite paroi devant en effet avoir un coefficient de température le plus élevé possible .Une quantité de chaleur -plus;-ou moins importante est prélevée sur la paroi du capillaire 9. de mesure selon la vitesse d'écoulement du fluide . Si la tempé rature du liquide qui pénètre dans le capillaire de mesure R1 cor-fespond,toujours à la température ambiante, en montant par --exemple dans un montage en pont BS1 (voir la figure 2), la résis tance de la paroi du capillaire de mesure ER1 et, à titre de résistance de compensation, la résistance électrique ER2 du capil laire de comparaison, on peut déterminer la variation de résistan eë que- le fluide en écoulement produit en cas de variation de son débit Dans les deux autres branches du montage en pont, BS1 illustré sur la figure 2, on-a inséré deux résistances ohmiques, R3 et R4. Le montage en pont BSl est alimenté en courant par l'-intermédiaire de l'une de ses diagonales, a-b, par une source de courant constant Q, par l'intermédiaire d'une résistance en série, réglable, VS1, tandis qu'un instrument de mesure à dévia tionrA est placé-dans sa seconde diagonale c-d .Lorsque le pont est déséquilibré (la résistance ER1 variant),l'instrument de mesure à déviation A indique une grandeur proportionnelle au débit du fluide à travers le capillaire de mesure Rl L'entrée El et la sortie E2 du capillaire de me -sure--Rl se trouvent à des potentiels électriques différents . Com me cependant le capillaire de mesure R1 est réuni mécaniquement au reste du dispositif de mesure par chromatographie gazeuse, mais que les pièces intercalaires isolantes ne satisfont ni aux exi gences d'étanchéité ni à celles de résistance aux fortes pressions, il peut se faire que L'ensemble du dispositif de mesure se trouve sous tension Dans une autre forme de réalisation de l'inven tion, ce problème est résolu en amenant le fluide au capillaire de mesure Rl par l'intermédiaire d'un capillaire Rv, qui présen te une résistance ohmique la plus élevée possible, et qui doit avoir seulement un faible coefficient de température .Entre Le dispositif de mesure selon la présente invention (montage en pont BS1) et le reste du dispositif de mesure par chromatographie gazeuse, est donc seulement inséré le capillaire Rv à forte résistance ohmique. Il en résulte que l'entrée El et la. sortie E2 (voir figure 1) du capillaire de mesure R1 prennent le même potentiel . On obtient donc pour la partie électrique du dispositif de mesure le montage en pont BS2 qui est représenté en détail sur la figure 3. La résistance Rv qui est montée en série avec la résistance du serpentin Rc, se trouve électriquement en parallèle sur la résistance ER1. et elle. est réalisée avantageusement de manière à présenter la valeur la plus élevée possible par rapport à la résistance ER1. Cette résistance Rv est connectée au sommet c du montage en pont BS2, dont la constitution est analogue à celle du montage en pont BSl .de la figure 1. Les résistances ER1 et ER2 des capillaires de mesure, RI et de comparaison,R2 forment, avec des résistances ohmique.s R3 et R4, les différentes branches du pont. Une tension d'alimentation du pont délivrée par une source Q, est également appliquée à la diagonale a-b du pont BS2 par l'intermédiaire d'une résistance en série. VS2. tandis qu'un instrument de mesure à déviation A, indiquant la grandeur mesurée, est placé dans sa diagonale c-d . Grâce à cette disposition, on parvient à ce.que l'entrée El et la sortie E2 du capillaire de mesure Rl se trouvent au même potentiel. La résistance Rv est montée indépendamment du dispositif mécanique de la figure 1; il faut cependant veiller à ce qu'elle ait le plus possible la même température que la résistance Rc.Si ce test pays le cas on peut conserver la symétrie du montage en pont BS2 même en cas de variations possibles de la résistance Rv dues à des variations de température, en plaçant une résistance de compensation "1 en contact thermique avec cette résistance Rv. TLr r-sistance de compensation R's peut être montée par exemple en paraLlèle sur l'une des résistances R3 R2 et R4- ou bien encore en série avec elle . Il suffit de veiller à choisir correctement te coefficient de .t.empérature. Dans le montage en pont BS, la résistance de compensation Rk est en parnllèle sur la résistance RS- . Le capillaire de mesure Rl et le capillaire de compensation R2 ou bien le premier seulement, peuvent être r3a- lisés sous forme "bifilaire". de manière que l'entrée et la sortie du fluide se trouvent eu même potentiel électrique, tandis que la résistance électrique est formée par les jeux moitiés lu capillaire, montées en parallèle l'une sur l'autre. REVEND I C A T I O N S 1 - Dispositif poùr mesurer de faibles débits de fluides sous pression élevée, dans des conduites caractérisé par le fait qu'il comporte un capillaire de mesure dans lequel s'écoule le fluide, et dont la paroi est chauffée par un courant électrique, produisant une certaine différence de température entre le fluide et ladite paroi, et que la résistance électrique de la paroi du capillaire et celle de la paroi d'un capillaire de comparaison forment, avec des résistances ohmiques, un montage en pont, dans une diagonale duquel est placé un instrument de mesure à déviation, dont la déviation est une mesure de la grandeur.dépivée du débit. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau constituant les parois du capillaire de mesure et du capillaire de comparaison, présente un coefficient de température élevé. 3 - Dispositif suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le capillaire de comparaison est rempli avec un fluide dont la vitesse d'écoulement est nulle 4 - Dispositif suivant l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait-qu'un serpentin à faible résistance ohmique est connecté en amont du capillaire de mesure, ce serpentin étant enroulé autour d'une pièce qui isole thermiquement le capillaire de mesure et le capillaire de comparaison l'un par rapport à L'autre, et par rapport à la paroi du serpentin, de manitre que les températures du capillaire de comparaison et du serpentin deviennent égales 5 - Dispositif suivant l'une des revendications 1, 2, 3 et 4,caractérisé par le fait qu'un capillaire à forte résistance ohmique et à faible coefficient de température est monté en série avec le serpentin et le capillaire de mesure,lepremiercapLl- laireamenantltentrée et la sortie du capillaire de mesure a des potentiels égaux.ou presque égauxdans le montage en pont. 6 - Dispositif suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4 et 5, caractérisé par le fait qutune résistance de compenw sation, en contact thermique avec le capillaire à forte résistance ohmique, est connectées La suite du capillaire à forte résistance ohmique, de manière à supprimer les déséquilibres du montage en pont, ddes à des variations de température 7 - Dispositif suivant l'unedes revendications I, 2,3 > 4,5 et 6, caractérise par le fait que la résistance de compen- satin est montée en parallèle sur l'une des autres résistances du montage en pont, ou bien en serie avec cette résistance. 8 - Dispositif suivant les revendications I et 4. caractrisé par le fait que se dispositif mécanique, d'isolement thermique, comportant une pièce pour recevoir les capillaires de mesure et de comparaison, ainsi que le serpentin, sont remplacés par un bain de liquide 9 - Dispositif suivant les revendications 1 et 8, caractérisé par le fait que le bain de liquide est placé dans un récipient, où une température constante est régulée à l'aide d'un agitateur et/ou d'un dispositif de régulation de la température.