Brevet FR2018731A1 — publié le 19700626

Cette invention concerne la mesure des caractéristi ques d'un fluide , et plus particulièrement la mesure du débit total La présente invention propose un procédé pour mesurer le débit total ou la conductibilité thermique d'un fluide , procédé dans lequel on introduit dans le courant du fluide un corps conducteur de la chaleur , on effectue un apport onstant de chaleur dans le corps , et on mesure la température résultante du corps A titre de référence , on peut mesurer la température d'un deuxième corps de matière , dimensions et forme identiques, mais non chauffé 0 Pour réduire au minimum les effets de la conductibilité thermique finie du matériau du corps et la cons- tante de temps sous des conditions variables , et pour conserver la puissance de l'élément chauffant , il est souhaitable que le détecteur de température soit situé entre l'élément chauffant et l'extérieur du corps , et aussi près que possible de sa surface , c'est-à-dire de l'interface corps chauffé/fluide La différence entre la température mesurée du corps chauffé et la température ambiante mesurée dans le corps non chauffé peut être , pour un apport constant donné de chaleur dans le corps chauffé , reli directement au débit total spécifi que du fluide et à sa conductibilité thermique et à sa chaleur spécifie .De façon caractéristique , l'équation sui vante s'applique dans laquelle t P = puissance dissipée en apport de chaleur dans le corps S8= chaleur spécifique du fluide à volume constant M - débit total du fluide par unité de surface de la section transversale de transversale de l'écoulement 11 écoulement E et k sont des constantes . On peut éliminer l'effet de as sur La mesure du débit total en modifiant la sortie du détecteur de température mesurant la température ambiante du fluide . Par exemple , si l'on utilise un thermomètre à résistance de platine , on peut choisir une résistance correctrice montée en série avec ie thermomètre, pour annuler l'effet des variations de Cs en fonction de la température .Ainsi, sur toute la plage utile de fonctionnne ment du dispositif , les variations de 55 seront fables et peuvent être ignorées On va maintenant décrire , à titre d'exemple , des modes de mise-en oeuvre de l'invention , en se reportant au dessin oint , sur lequel La figure 1 est un simple schéma de représentation des corps thermiquement conducteurs dans des conditions d'écoulement d'un fluide La figure 2 est un schéma électrique bloc du circuit approprié et La figure 3 représente une variante du dispositif de la figure 1 Sur la figure 1 , deux corps thermiquement conduc teurs A et 3 de matibre , dimensions et forme identiques , sont placés , dans des conditions d'écoulement équivalentes , dans un canal 22 , dans Un courant defluide indiqué par la flèche F o Les deux corps sont montés sur une-base thermiquement isolante 20 et sont séparés l'un de l'autre par une cloison thermiquement isolante 21 . Le corps A est chauffé par Un élément chauffant interne de puissance constante P u tandis que le corps B n'est pas chauffé o On mesure à-lgaide d'un détecteur thermosensible la température obtenue sur la surface de chaque corps A , B ou au voisinage de celles-ci La différence de température entre la température mesurée #&gamma;; du corps chauffé et la température mesurée #s du corps de référence est déterminée , après que la mesure de température o S ait été corrigée par une fonction de la température pour annuler l'effet des variations de Cs en fonction de la température . Le signal différentiel de sortie est in versement proportionnel à la racine carrée du débit spécifique total Dans certains cas , on peut souhaiter utiliser le fait que le dispositif est sensible à des variations de la conductibilité thermique du fluide , du fait qu'il détectera alors les variations entrainées par les impuretés se trouvant dans le fluide , Les variations de la composition du fluide , etc.Par exemple , on peut utiliser un tel dispositif pour détecter le présence de méthane dans une mine de charbon , ou une variation du liquide circulant dans un oléoduc La figure 2 montre un circuit électrique permettant de chauffer le corps A par un élément chauffant 11 à résistance électrique de puissance constante . Une tension constante (V1 - V2) est appliquée aux détecteurs de température à résistance électrique t2,13, dans les corps A et B respectivement par l'intermédiaire des résistances relativement grandes R4, R5 de façon à produire un courant sensiblement constant dans les détecteurs 12,13.Les deux tensions de signal aux bornes des résistances thermosensibles 12 et 13 sont appliquées à un ampli- ficateur opérationnel 15, par l'intermédiaire des resistances de sommation R1 et R2. et une tension de polarisation V3 de oerrction de température est appliquée à travers une résistance R3. La rétroaction de l'amplificateur intervient par l'intermédiaire d'une résistance R6 de réaction et d'un eircuit parallèle de coupure à diode, ou cirouit équivalent, 14 qui est utilisé pour linéariser la tension de sortie Vo de l'amplificateur. En dispositil selon l'invention peut être utilisé pour mesurer les arrivées de fluide chauffe. En mesurant le débit @@@@ @@ @@@ eir@@aut dans une installetier de chaufiane cen @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@ @@@@@@ @@@@ an facteus enexsi pour @e@ir comt se des variasisns de température entre l'eau a l'arrivée et l'eau à la aortie pour un utilisateur individuel, il est possiole de déterminer Un schéma simple pour mesurer la auanti- té de chaleur utilisée par chaque utilisateur individuel o Ceci s'applique particulièrement dans les blocs d'appartements où une chaudière centrale fournit un chauffage central par air chaud ou par eau chaude. Un autre aspect réside dans l'utilisation de deux ou plusieurs détecteurs , de débit total pour détecter deux ou plusieurs composants de l'écoulement dans un milieu flaide can portienlier en est un loch de @@ @@@ qui mssuner@, n@ mais également l'écoulement par le travers représentant la dérive latérale . Dans ce but , on peut constituer deux détec teurs de débit total par des tubes perpendiculaires l'un à l'autre pour mesurer les deux composantes orthogonales de l'écoulement . On peut mesurer le débit total dans une grande con duite , ou dans une conduite dans laquelle existe un écoulement laminaire , si l'on utilise un déflecteur ou un moyen d'inter- ception pour provoquer un tourbillon autour de l'instrument , ne déflectaur ètant choisi en dimensions et en forme pour permettre d'obtenir une mesure fiable du débit total dans la conduite lersque la valeur spécifique indiquée par l'instrament est multipliée par le facteur approprié de dimensions de la cemduite. Dans les cas où l'en désire une précision très éle vée, on interpose un éoran thermique entre les corps détee teurs pour empëcher le rayonnement du corps chauffé vers le corps non chauffé comme représenté sur la figure 1. Lorsque l'on désire éviter tout obstacle à ~ écoulement , pu pour ré duie les effets des dépôts de solides oU autres , les corps détecteurs A et B peuvent eAtre disposés autour de la paroi du tuyau ou de la conduite 22, ou dans cette parof, en contaot avec le fluide comme représenté sur la figure 3 0 Par ailleurs, on doit prendre des précautions pour éviter le transfers de eneleur du eorps chanffé au corpe non chauffé. Sur la Figa la conduite 22 présente des segments thermiquement iselanis 24 entra les corps A et B , et sur ohacan de leurs côtés En variante , on peut prévoir la régulation de la puissance fournie à l'élément chauffant situé dans le corps chauffé , de préférence de façon discontinue , afin de rendre l'instrument plus souple d'utilisation ou pour augmenter sa sensibilité sur des plages déterminées de températures o REyENI)ICATI0S 1. Procédé pour mesurer le débit total (ou la conductibilité thermique) dun fluide caractérisé en ce qu'on introduit un corps thermiquement conducteur dans le courant de fluide, que l'on effectue un apport constant de chaleur au corps, et que l'on mesure la température résultante du corps0 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la température du corps chauffé est mesurée à un endroit situé entre l'élément chauffant et une surface du corps en contact avec le fluide, de préférence très près de cette surface. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 ca- ractérisé en ce que l'on obtient un deuxième signal de teepé- rature à partir d'un corps de référence non chauffé de matie, dimensions et forme identiques, soumis aux mimes conditions d'écoulement du fluide, et que les deux températures sont sous- traites l'une de l'autre pour obtenir nn signal de différence de températures représentant une fonction du débit total du fluide0 4 Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'apport de chaleur au corps chauffé provient d'un élémeht chauffant à résistance électrique à puis- sance constantes 5.Procédé selon la revendication 3, ou selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les détecteurs de température des deux corps sont dés impédances électriques thermosensibles montées en série et alimentées par une source de courant constant 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que les deux tensions de signal aux bornes des impédances thermosensibles sont comparées dans un amplificateur différentiel. 7. Procédé selon la revendication 3, ou les revendications 3 et 4, ou la revendication 5, ou la revendication 6, caractérisé en ce que le signal de température provenant du corps de référence est modifié pour annuler l'effet des variations de conductibilité thermique du fluide0 80 Procédé selon la revendication 3, ou les revendications 3 et 4, ou l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'un écran thermique est interposé entre le corps chauffé et le corps de référence, 9. Procédé selon l'une quelconque des reven dications précédentes caractérisé en ce que le corps chauffé, ou chaque corps, e-st disposé autour de la paroi. d'une canalisation ou d'une conduite à l'intérieur de laquelle circule le courant de fluide, ou dans cette paroi. 10o Procédé selon l'une quelconque des reven- dications précédentes caractérisé en ce qu!on put régler à volonté l'apport constant de chaleur au corps chauffé0 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on emploie un moen pour engendrer un tourbillon dans l'écoulement du fluide autour du corps détecteur ou des corps détecturs. 12. Procédé caractérisé en ce que l'on mesure le débit total d'un fluide selon l'une quelconque des revendications précédentes, simultanément dans deux directions perpendiculaires, pour obtenir deux composants orthogonaux du débit total0 13. Loch de navire fonctionnant selon le procédé de la revendication 12. 14. Débitmètre fonctionnant selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à llo