Brevet FR2035030A1 — publié le 19701218

' •. La présente invention concerne des appareils de mesure de~de^~ bit pondéral ou débitmètres de masse utilisables en particulier dans des applications où il est souhaitable qu'il ne se trouve qu'un petit nombre de parties mobiles dans le courant de fluide. 5 Le débitmètre' de masse suivant l'invention, comprend un con duit de fluide, un élément en forme de plaque monté dans le conduit de façon à tourner autour d'un axe transversal et comportant une face, tournée vers l'amont, dans une zone qui est sensiblement symétrique par rapport à l'axe, un moteur pour faire osciller l'élé-10 ment en forme de plaque autour de l'axe en augmentant et diminuant ainsi la vitesse à laquelle des parties d'un fluide s'écoulant le long du conduit arrivent sur ladite face dirigée vers l'amont, le fluide exerçant ainsi sur l'élément en forme de plaque un couple s'opposant au mouvement oscillant, et un dispositif de mesure du 15 couple et, par conséquent, du débit pondéral du fluide. Le principe de fonctionnement d'un tel débitmètre■sera mieux compris en considérant un exemple. On va supposer que le conduit est disposé horizontalement et que l'élément en forme de plaque se compose de deux plaques identiques comportant des faces planes 20 dirigées vers l'amont et disposées respectivement au-dessus et en-dessous d'un arbre formant support, monté à rotation et s'étendant horizontalement dans une direction transversale au conduit. Ba conséquence, si -l'arbre est mis en oscillation pendant que du fluide s'écoule dans le conduit, chaque plaque se déplace alterna-25 tivement dans la même direction que le fluide et dans la direction opposée, tout en se déplaçant, par rapport à l'autre plaque, dans la direction opposée puisque les plaques sont respectivement situées au-dessus et en-dessous de l'arbre.* Par suite, l'écoulement du fluide facilite le mouvement d'une plaque et entrave le mouve-30 ment de l'autre plaque. Si l'on considère que l'arbre se trouve dans la partie du mouvement oscillatoire où il tourne dans le sens des aiguilles d'une montre et si l'on suppose que le fluide s'écoule de la gauche vers la droite, le mouvement de la plaque supérieure est facilité par l'écoulement de fluide tandis que celui de 35 la plaque inférieure est entravé par l'écoulement. En supposant que le fluide est incompressible, la force agissant sur chaque plaque est donnée par la relation. ' F = PA - (1) où P désigne la pression exercée par l'écoulement pondéral sur la 40- plaque et A la surface de la plaque exposée à l'écoulement. La 7009339 2 2035030 pression P est donnée par l'expression : P = 1/2 pV2 (2) où Y désigne la vitesse de la plaque par rapport à l'écoulement 5 pondéral et p la densité-du fluide. En remplaçant l'a. valeur de P correspondant à l'équation (2) dans l'équation (1),- on obtient : " F = 1/2 p^A (3)' Puisque les deux plaqués sont disposées symétriquement autour de ^ 1'arbre-support, si l'une d'elles se déplace à la vitesse + u, l'autre se déplace à la vitesse -u. Si l'écoulement pondéral a une vitesse v, on obtient alors pour la plaque supérieure (puisqu'on considère que son déplacement est assisté par l'écoulement), V = v - u ^ Pour la plaque inférieure, on obtient : V = v + u En introduisant cette valeur de V dans l'équation (3).» on obtient la force iF-j agissant sur la plaque supérieure : 20 Fi = 1/2 pA (v - u)2 (4) la force agissant'sur la plaque inférieure est égale à : F2 = 1/2 PA (v + u)2 (5) Le couple>T qui'doit être exercé sur l'arbre pour compenser les forces de traînée engendrées sur les plaques par l'écoulement 2~* pondéral est : T = -r (F1 - F2) (6) où r désigne le bras dë-levier associé'à F^ et F2 (il est à rappeler que les faces des plaques sont symétriques par rapport-à l'arbre). Conventionnellement, un couple associé à une rotation "50 dans le sens contraire des aiguilles d'une montre est considéré comme négatif. Après avoir introduit dans l'équation (6) les valeurs correspondant aux forces F-, et Fg, l'équation se "réduit à : T - - (2 ru) pv A =" - (2 ru) -- (7) U u où ^r-'est le débit pondéral et est égal à pvA. Cette équation montre que le couple T nécessaire pour déplacer l'élément en forme de plaque à une vitesse constante, c'est-à-dire u, est directement proportionnel au débit pondéral ^7. L explication précédente du principe de fonctionnement du dé-bitmetre est une explication simplifiée et ne doit pas être consi-40 dérée comme rigoureuse. Un calcul plus rigoureux va être mainte 7009339 5 2035030 nant donné à ditre d'exemple en référence à la figure 1 des dessins annexés. Cette-figure 1 représente schématiquement deux plaques 1a et 1b similaires à celles décrites plus haut et présentant, par 5 conséquent, des faces de surfaces égales et disposées symétriquement par rapport à un axe-support 2. Les plaques sont supportées par des bras respectifs 3a et 3 b.*0n~suppose que l'écoulement du fluide s'effectue normalëment au plan de la figure de manière à arriver sur les surfaces visibles des plaques 1a et 1b. 10 Pour mesurer avec précision le débit pondéral; il est né cessaire quelles forces de traînée satisfassent à la loi du carré d-e la résistance, c'est-à-dire que : F = CjjpAV2 (8) où CD désigne le coefficient de traînée. En considérant la figure 15 1 et en utilisant l'équation (8), la force élémentaire dF^•agissant sur un élément^de la plaque 1b, se déplaçant dans lë-sens des aiguilles d'une montre, s'écrit dF1 = CDpl - d_ (r sin 9 7J ^ dr cos 9 (9) 20 où 9 désigne l'angle formé entre la plaque 1 b et un plan perpendiculaire à l'écoulement. En développant l'équation (9), on obtient : r ~1 I o • p • p I dF.j = '-'pP-'- | v + 2rôvcos9 + r ©cos 9 J cos9dr (10) Dans cette équation (10) ainsi que dan^Les suivantes, lés 25 signes ; et .. au-dessus d'une lettre indiquent qu'il s'agit respectivement de la dérivée première et de la dérivée seconde par rapport au temps de la variable représentée par la lettre considér rée. D'une manière similaire, la force agissant sur la plaque 1 a s'écrit P P O - 2révcos9 + r Ôcos 9 30 dF2 = CDpl cos9dr (11) Le couple élémentaire agissant autour de l'axe de rotation s'écrit : 35 dT = r (dF^ -dFg) = 2CD9pvlcos29.r2 dr (12) En conséquence;-le couple total est égal à : 2 /* P T = 29pvCDcos^9.1 C r_dr (13) ri 40 L'intégration donne 7009339 4 2035030 T » 2SpvCDcos29.1 (r03 - )/3 (14) mais le débit pondéral s'écrit : ^S_ = tk = pvA = pv21 (r - r. ) (15) dt ° 1 5 et par conséquent cos29.fli.9 (16) T =. CD 3 . 3 ro~ " ri~ 3 (rQ - r.) ^ q Le couple T est, par conséquent, fonction du débit pondéral m et-de la vitesse angulaire 9 des plaques 1 a et 1 b. Le terme 2 - cos 9 indique que le couple est fonction dê la position. Pour re~ duire au minimum cet asservissement, 9 peut être limité à des an- 2 gles égaux ou inférieurs à 5°j de sorte que cos 9^»1. Le couple 15 exercé sur les plaques s'.écrit alors : - T = P9m " (17) où P est une-constante d'étalonnage. Pour obtenir le débit pondéral passant dans toute la section droite du conduit, A doit être multiplié par un facteur qui est le 2q rapport de la section de passage du conduit à la surface des plaques» Ce facteur peut être incorporé dans la constante d'étalonnage P. - - Le principe de fonctionnement de débitmètre de.masse suivant l'invention est maintenant plus clair. Ces débitmètres peuvent 2^ être conçus de manière à comporter très peu de parties mobiles placées dans l'écoulement de fluide tout en étant mécaniquement et électriquement simples. En outre, dans la majeure partie des cas, leur' sensibilité est fonction uniquement de leurs paramètres physiques et non des paramètres du fluide. Ceci permet de les utiliser ■^q pour la mesure de débits pondéraux de nombreux fluides différents, par exemple du gaz naturel liquéfié, du pétrole, de l'essence, du kérosène et des fluides cryogènes parmi lesquels l'hydrogène liquide . - Pour un fluide incompressible, le déplacement oscillant de j55 l'élément en forme de plaque n'a pas besoin d'avoir une grande.amplitude. Par exemple, il est plus que suffisant d'avoir un déplacement angulaire de quelques degrés. Dans la plupart des cas, le déplacement doit être maintenu à une valeur faible car autrement le couple exercé par l'écoulement de fluide ne varierait pas liné-40 airement avec le débit pondéral, comme le montre la présence- du 7009339 5 2035Ô3Ô terme cos20 dans l'équation (16). On a trouvé en pratique qu'il était satisfaisant d'avoir des"déplacements de l'ordre de 0,1°. Comme cela sera précisé dans la suite., on peut utiliser des moiteurs très simple pour produire ce déplacement, par exemple des 5 électro-aimants ou solénoïdes. La surface de l'élément en forme de plaque doit seulement être une pe*$!i£&er fraction de la section totale de passage du conduit, pour faire en sorte que l'élément n'entrave pas notablement l'écoulement de fluide. L'élément peut, par exemple, se présenter 10 sous forme d'un disque plan comportant des bords arrondis, la . * ' surface d'anont du disque étant approximativement la .moitié de la section de passage du conduit. En variante, l'élément en forme de • plaque peut comporter un certain nombre de plaques individuellement supportées par des bras qui rayonnent à partir d'un arbre 15 commun constituant l'axe de rotation. Il va de soi que l'élément ■' ne doit pas obligatoirement se présenter sous forme de deux plaques séparées, comme cela a été décrit dans l'explication théorique donnée plus haut . Une mesure du couple exercée par le fluide peut être exécutée i 20 d'un certain nombre de manières différentes. Dans un mode de réalisation du débitmètre^ le dispositif de mesure comprend des moyens pour produire un signal représentant l'amplitude des oscillations, des moyens pour produire un signal constant, un comparateur qui produit, par comparaison des deux si-25 gnaux, un signal représentant une différence, une boucle de réaction pour commander la puissance d'entrée du moteur à l'aide du signal de différence en vue de maintenir constante l'amplitude_ des oscillations et un dispositif de mesure qui mesure le débit pondéral en fonction de l'exploration de la puissance d'entrée 30 fournie au moteur. On voit qu'avec cet agencement le couple, et, par conséquent, le débit pondéral, sont mesurés par détermination de la puissance additionnelle consommée par le moteur pour maintenir constante l'amplitude des oscillations. En conséquence,-un tel débitmètre peut être considéré comme étant du type à détec-55 tion de couple et amplitude constante. Suivant un autre mode de réalisation, l'élément en forme de plaque est poussé élastiquement en opposition au mouvement d'oscillation et le moteur comprend une bobine électro-magnétique et un aimant, l'une de ces parties étant portée par l'élément en forme de plaque. Suivant cette variante , le dispositif de mesure 7009339 6 2035030 est agencé de préférence suivant l'une des trois manières suivantes. Suivant une première façon, il comprend un détecteur pour produire un signal représentant la position angulaire de l'élément en forme de plaque et un dispositif de mesure qui, en mesurant 1'-5 angle de phase entre le courant fourni à la bobine et le signal de position angulaire, mesure le débit pondéral* Il est à noter que, du fait de la poussée élastique exercée sur l'élément en forme de plaque et sur l'entraînement du type électro-magnétique, il existe, entre le courant passant dans la bobine et le signal de position 10 angulaire, un angle de phase qui est fonction du couple. Un tel débitmètre peut être considéré comme étant du type à angle de phase et à couple constant,. De préférence, le dispositif de mesure comprend les moyens de mise en forme du signal de position angulaire et d'un signal 15 représentant le courant fourni à la bobine, des moyens réagissant " ' à ces deux derniers signaux pour produire un troisième signal dont la durée représente le dit angle de phase, une source d'impulsion^ un compteur d'impulsions et un dispositif de déclenchement pour commander la fourniture d'impulsions au compteur sous le contrôle 20 d'un troisième signal de manière que le contenu du compteur représente le débit pondéral. Suivant une seconde façon, le dispositif de mesure comprend un détecteur pour produire un signal représentant la position angulaire en forme de plaque et un dispositif de mesure qui, en mesu-25 rant r'amplitude de crête du signal, mesure le débit pondéral. Il est évident que, du fait de la poussée élastique et de l'entraînement du type électro-magnétique, l'amplitude de crête du signal, c'est-à-dire le déplacement, maximal de l'élément en forme de plaque, est fonction du couple et représente, par conséquent, le dé~ 30 bit pondéral. Un tel débitmètre peut être considéré comme étant du type à détection d'amplitude et à couple constant. Suivant la troisième façon, l'aimant est constitué par un électro-aimant et le dispositif de mesure comprend un détecteur pour produire un signal représentant la position angulaire de l'é-35 lément en forme de plaqUe, les moyens pour exciter périodiquement-et momentanément l'électro-aimant de façon que l'élément en forme de plaque commence son mouvement oscillant, une porte électronique agencée pour être ouverte en même temps que 1'électro-aimant est excité et un dispositif de mesure de fréquence qui, lors de l'ou-40 verture de la porte, commence à'mesurer la fréquence du signal de 7009339 7 2035030 sortie du détecteur et, par conséquent, le débit pondéral. Il est évident que le couple amortit le mouvement oscillant de l'élément en forme de plaque en influençant ainsi sa fréquence d'oscillations. La mesure de cette fréquence permet, par conséquent, de mesurer 5 le débit pondéral. Un tel débitmètre peut être considéré comme étant du type à fréquence de résonance amortie. On va maintenant définir l'équivalent dynamique d'un débitmètre à énergie cinétique linéaire et, dans ce but, on va se référer à la figure 2 des dessins annexés. 10 Sur cette' figure 2, les plaques 1 a et 1 b (de la figure 1) sont représentées par tin disque 6 présentant'une inertie I. Une force d'amortissement visqueux, définie par l'équation (17) ©st exercée par un frein 7 placé dans une position adjacente"àu disque 6. Un mouvement bscillant de la forme 9^ (t} = 9q sin uï ^t • 15 est transmis au disque par un générateur d'impulsions (non représenté ). Le mouvement est transmis, par l'intermédiaire d'un transducteur de couple 8 présentant une raideur k' et d'un arbre élastique 9 de raideur k, au disque 6. Un support 11 exerce un couple de ralentissement de valeur T . Un accouplement"flexible 12 pré- ♦ C» 20 sentant une raideur k" est placé entre le disque 6 et un point fixe 13. Si le débitmètre ne comporte pas l'accouplement flexible 12,'kw = 0. Les couples respectifs associés au système de la figure 2 sont : • • (a) Inertie Tj = 19. 25 (b) Amortissement = K0A cos2 9 (c) Ressort Tg = (k' + k)' 9 En additionnant les couples et en les faisant correspondre au couple d'entrée, on obtient : Tj + Td + Tg + = K| 9q sin oj ft (18) 30 et par substitution on' obtient 19. ^Pr2 cos 9iîi J 9 + (k' + k) 9 + Tc = K19q sinGu ft (19) Ceci est l'équation complète du mouvement du système. Cette équation est non-linéaire du fait du terme qui contient cos2 9 et 35 ne peut pas être commodément résolue. Cependant, elle peut être plus aisément resolue si 9 est limité à des angles égaux ou inférieurs à 5°. Pour un débitmètre précis, les couples d'inertie, de ressort et"d'amortissement doivent être petits ou se compenser mutuellement . D'autres avantages et caractéristiques de l'invention serait 7009339 8 2035030 mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titré d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - figurés 3 à 6 sont des schémas synoptiques de débitmètres 5 suivant l'invention;" - figure 7 est' une vue en élévation latérale avec couple d'un débitmètre' suivant l'invention; - figures 8 et 9 sont des vues en perspective d'éléments en forme de plaques qui peuvent être utilisés dans le débitmètre 10 suivant l'invention; - figure 10 représente un détecteur de positions à jauge de mesures de contraintes utilisable dans un débitmètre suivant l'invention, et - figures 11 et 12 représentent respectivement en vue en -jtj élévation et en coupe suivant la ligne 12-12, un détecteur de po-- • âtions du type piézoélectrique utilisablé dâns un débitmètre suivant l'invention. Sur les figures, on a adopté des références numériques similaires pour désigner des composants identiques. 20 On va d'abord se référer à la figure 3 Qui représente un débitmètre du type à détection de couple et'à amplitude constante. Ce débitmètre comprend un conduit de fluide représenté en section droite. L'élément en forme de plaque-décrit plus haut (qui sera appelé dans la suite plaque d'impact) est disigné par 1 et a la 25 forme d'un disque circulaire. Il est supporté par M;turlB3flë. :r-bre 2 par rapport auquel il est disposé symétriquement, cet arbre étant monté dans le conduit de façon à tourner autour d'un axe transversal. L'arbre 2 est accouplé à l'arbre de sortie 102. d'un "générateur de couple" ou "microsyn" 100 par l'intermédiaire d'un 30 accouplement 104. Le générateur de couple 100 est un moteur électrique synchronè-qui, lorsqu'il est excité'de façon appropriée par une source de courant alternatif 130, fait osciller son arbre de sortie 102 et, par conséquent, la plaque d'impact 1 d~'un petit angle, par"exemple de 2°. Pour des raisons qui découlent de l'ex-35 ' plication mathématique'donnée plus haut, la position angulaire centrale ou de référence de la plaque d'impact 1 est transversale au conduit 10, comme représenté sur le dessin. Le générateur de couple 100 peut être du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 2 488 734. 40 . ^ fonctionnement, comme cela sera décrit en détiail dans la ÈAD ORIGINAL 7009339 9 2035030 suite, le générateur de couple produit une tension alternative dont l'amplitude est directement proportionnelle à la position angulaire de son arbre de sortie 102 et, par conséquent, à celle de la plaque d'impact 1. Cette tension est redressée par un redres-5 seur double alternance 114- puis elle esc; filtrée par un filtre 116, la tension continue résultante étant appliquée à une entrée d'un*" comparateur de tension 118. L'autre entrée est alimentée par une tension continue de référence produite par une source 120» Le comparateur produit une tension continue représentant une"différence 10 entre les deux tensions d'entrée et, par conséquent, une différence entre l'amplitude des oscillations de la plaque d'entrée 1 et une amplitude désirée représentée par la tension de la source de référence 120. Cette tension différentielle est transmise à un dispositif de'éommande d'impédence variable 138 branché entre.la 15 source de courant alternatif 130 et le générateur de couple 100. Un ampèremètre 136 est branché"de manière à fournir une lecture -de l'intensité dii"courant passant dans le générateur de couple. Comme expliqué précédemment, l'effet de l'écoulement de fluide sur-la plaque d'impact, 1, lorsqu'elle oscille, est de produire 20 un couple s'opposant aux oscillations. En conséquence, en considérant la figure 3j une augmentation du-débit pondéral produit un couple s'opposant aux oscillations de la plaque d'impact 1 qui ont, par conséquent, tendance à réduire d'amplitude. Il en résulte une réduction de l'amplitude de la tension alternative produire par le 25 générateur de cpuple 100 et, par conséquent, également de la tension continue appliquée au comparateur 118. Ceci produit une tension continue différentielle qui permet'dé-régler le dispositif"de commande à impédance variable 138 de manière qu'une tension supérieure soit appliquée aux bornes" du générateur de couple 100. En 30 conséquence, ce générateur de couple reçoit un courant plus-fort. L'effet obtenu est celui d'un système normal de réaction,le générateur de couple maintenant l'amplitude des oscillations à un niveau à peu près constant eh dépit de variations du débit pondéral. Ceci imposé évidemment des variations dans le courant fourni 35 au générateur de couple, ces variations étant indiquées par l'ampèremètre 136. La lecture de l'ampèremètre représente, par conséquent, le débit'pondéral passant dans le conduit et l'appareil peut être gradué pour indiquer directement ce débit. ' On va maintenant se référer à la figure 4 qui-représente un 40 débitmètre du type à G°uple constant.'Dans cette construction, la 7009339 10 2035030 plaque d'impact 1 est supportée par deux pivots flexibles 150 et 152 qui, tout en"permettant le pivotement de la plaque, la"poussent daiis une position transversale. La plaque est mise en oscillations à l'aide d'un entraînement"magnétique similaire à un mouve-5 sent âiï type d'ârsonval. Une source de courant alternatif 154 aiisiente en courant*une bobine 156 enroulée sur la plaque d'impact et représentée en tirets, les pivots flexibles 150 et 152 é taillis • sant une entrée et une sortie pour 1©Courant passant dans la bobine. La plaque 1, et par conséquent la bobine, sont montées dans 10 un champ magnétique produit par deux piè.oes polaires magnétiques 158 et 160 fixées sur le conduit 10. Une bague métallique 162 constitué un support pour les pièces polaires et établit un~parcours de retour, pour le flux magnétique sortant de la pièce polaire 158 (pôle Nord) et pénétrant dans la pièce polaire 160 (pôle 16 Sud). Un couple alternatif constant est appliqué à la plaque qui oseille du fait de 1'interaction du courant alternatif passant dans la bobine 156 et du champ magnétique constant engendré par les pièces polaires 158 et 160. Un transducteur'ou déteeteur de positions 164 est monté à 20 l'intérieur du conduit 10 dans une zone adjacente"à"la plaque d'impact 1 *-En réponse à la position de la plaque, il produit un signal électrique. Le déteeteur 164- peut par exemple avoir la forme d'un eapteur constitué par un"transformateur en E. Au lieu d'être monté dans le conduit, il peut être incorporé-à la structu-25 re qui supporte la plaque d'impact. Si l'absence d'un écoulement dans le conduit 10, la plaque d'impact oscille symétriquement par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du conduit 10. Un écoulement passant dans le conduit établit un angle de phase entre le signal de posi-30 tions produit par le détecteur 164 et le courant alternatif fourni par la source 154. On peut démontrer que la tangente de cet angle de phase (çfc )"ést fonction du débit pondéral, cette fonction ' correspondant à. 1*équation suivante : tg 55 g ',1 -g } y ici (20) où JS désigne le"rapport dé la fréquence d'excitation oJ ^ et de la fréquence naturelle u) ^ de la plaque d'impact^ P désigne une constante d'étalonnage, r désigne le rayon effectif de la plaque, ft le débit pondéral, g l'accélération de la pesanteur, k la constante du ressort ou du pivot flexiblé - Ie moment d'inertie de la 40 7009339 2035030 plaque et de la structure portante. Le débit-mètre est agencé de manière que l'angle dv soit maintenu relativement petit et que par conséquent tg P* J 1 ' angle de phase ^ peut dans ce cas être maintenu à une valeur égale àuinférieure à 5°• La condi-5 tioncfv^g 5° est seulement nécessaire si le signal dé* sortie du débitmètre doit être relativement linéaire. Dans le cas où il n'est pas nécessaire d'avoir une linéarité; ônpeut utiliser un agencement dans lequel est supérieur à 5°• Le signal électrique représentant là-position de la pla-que d'impact 1 et produit par le détecteur de position 164 est traité par un"filtre passe-bas 166 qui élimine les signaûx transitoires se produisant lorsque le"débitmètre est initialement excité, et lors de variations brutales du débit pondéral. Le signal filtré est appliqué à une première entrée 167 d'un circuit de mise en ^5 forme d'impulsions et de temporisation 168. Un signal en phase avec celui de la source de courant alternatif 154 est appliqué à la seconde entrée 169 du circuit 168. En réponséj le circuit 168 produit à sa sortiè"une impulsion"qui a une longueur égale à la' différence de phase entre les signaux appliqués à ces deux entrées 20 167 et 169. "Le circuit 168 comporte des conformâteur§4ui élèvent au carré les signaux sinusoïdaux appliqués aux entrées 167 et 169.Les conformateurs peuvent* pâr exemple, être des amplificateurs"de gains élevés combinés à des écrêteurs. Après conformation, les deux 25 signaux sont appliqués à un circuit de temporisation, par exemple un inverseur et un circuit ET. Dans ce cas, un des signaux d'entrée mis en forme est appliqué directement à une entrée du circuit ET tandis que l'autre signal est appliqué'à l'inverseur dont le signal de sortie est appliqué à la seconde entrée du circuit ET. La sertie du circuit El est une- impulsion dont la durée est égale à la différence de phase entre les deux signaux d'entrée. Le signal de sortie produit dans le circuit 168 est appliqué à une porte 170 associée à un compteur 172. Les impulsions produites par le-générateur 174 sont comptées'par le compteur 172 ^5 lorsque la porte 170 est ouverte par le signal de sortie du cir- ' cuit 168. En conséquence, on obtient dans le compteur 172 un compte"qui est proportionnel à la durée du signal de sottie du circuit 168 et, par conséquent, à l'angle de phase , de sorte qu'il est"également proportionnel au débit pondéral ûi passant dans 40 le conduit 10, en concordance.avec l'équation (20). Le compte du 7009339 12 2035030 compteur.172 est représenté dans une unité d'affichage 176 qui est graduée erf valeurs de débit pondéral. Les ressorts associés aux pivots flexibles 150 et 152 doivent être linéaires puisque des ressorts non-linéaires"auraient'une in-5 fluence sur le fonctionnement du débitmètre. Des ressorts qui sont à peu près linéaires, dans la plage de fonctionnement du débitmètre mais qui deviennent- non-linéaires lorsque la limite supérieure de la plage est atteinte peuvent être utilisés en vue d'assurer une protection contre les surcharges. 10 Le débitmètre représenté, sur la figure 5 est du type à dé tection d'amplitude et à couple constant. Il â la même structure mécanique et est excité de la même manière'que le débitmètre décrit en référence à la figure 4. Cependant, au lieu de mesurer l'angle de phase , on mesuré le déplacement maximal de la pla-.jj- que d'impact 1 et on en déduit le débit pondéral 1Î1 . . . Le signal de sortie du détecteur 164 est traité par un con ditionneur de signaux 370 et par un filtré 372, puis son amplitude de crête est détèrminéë'par un détecteur de' crêtes 574. Le signal résultant représente l'amplitude M, qui est liée au"déplacement 20 angulaire 9 de la plaque d'impact 1 par la relation suivante : 9 = 9. st_M cos (U> ;ft - où 9g1; est une constante,t*J| ^ est la fréquence de la source de courant alternatif., 154, t est le temps et M =£(1. -£2)2 + (2 pf )2 ] " 1/2 (22) où /J désigne le rapport de lO f à la fréquence naturelle UJ ^ du débitmètre. Les fréquences naturellestO ^ et U)sont évidemment prédéterminées de sorte que / constitue un paramètre prédéterminé connu. La dernière équation montre que l'amplitude du facteur d'amplification M est fonction de l'amortissement et est, par 55 conséquent, également fonction du débit pondéral ih. On peut montrer que j/ et 1Î1 sont liés par la relation suivante : ^ = Iwh ' (23) Lorsque le débit pondéral A diminue, le rapport d'amortis-40 semeni: / décroît, l'énergie dissipée ou perdue diminue et l.'am- 7009339 1? 2035030 plitude d'oscillations augmente. Le signal représentant l'amplitude M produit par le détecteur 374"et le paramètre $ sont appliqués à un calculateur 376, par exemple un calculateur numérique, qui effectue la résolution de l'équation (22) en fonction du rapport 5 d'amortissement Jj' . Lorsque la valeur "de ^ est trouvée, le débit pondéral m est aisément calculé à partir de l'équation (23). Le résultat du calculateur 376, qui représente le débit pondéral" A, est lu sur un.dispositif"dê lecture 378. La relation entre lâ débit pondéral m et l'amplitude M est non-linéaire et est fonction de P et . En conséquence, p et la valeur maximale du rapport d'amortissement doivent être réglés de façon que la sensibilité requise soit obtenue dans la plage de débits sélectionnée. Un rapport d'amortissement )/ compris entre 0,5 et 1,0 permet d'obtenir une sensibilité raisonnable. ^5 Lé débitmètre représenté sur la figure 6 est du type à- fréquence de résonance amortie et utilise la relation entre l'amortissement et la fréquence de résonance comme mesure du débit pondéral. Egalement, la plaque d'impact 1 est supportée par des pivots flexibles 150 et 152. Lorsque la"plaque"ét sa'structure portante sont momentanément perturbées, il en résulte un mouvement d'oscillation dont la fréquence correspond à la fréquence de résonance amortie uJ On peut montrer que"cette fréquence u) ^ est liée au débit pondéral d débit ponc passant dans le conduit 10 par la relation suivante JW Dans ce débitmètre, un'minuteur de séquence 200 déclenche périodiquement un générateur d'impulsions*202 dont les impulsions de sortie excitent un petit électro-aimant '204 logé dans la paroi du conduit 10 dans une zone adjacente à la plaque d'impact 1. L'-électro-aimant 204 n'est volontairement pas aligné avec le plan de la plaque qui comporte une bobine de courant continu (non représentée). Lorsque 1'électro-aimant 204 est excité, il exerce un couple momentané sur la plaque de façon à la faire entrer en 35 résonance. Le détecteur de position 165 monté dans le conduit 10 détecte la position de la plaque en ôôûrs de résonance, en produisant un signal électrique qui représente la position de la plaque, Ce signal represente, par conséquent, la fréquence de résonance amortie \jJ d de la plaque. Lorsque le minuteur de séquence 200 ex-40 cite le générateur d'impulsions 202, il produit simultanément une 7009339 14 2035030 impulsion carrée 20J d'une durée prédéterminée. Cette impulsion ouvre une porte 206'associée à un compteur 208; Lorsque la porte 206 est ouverte,"dès cycles du signal produit par le détecteur 165 sont comptés dans le compteur 208. En conséquence, chaque cy-5 cle du signal produit par le transducteur 164 est transmis par l'intermédiaire de la porte 206 et est compté dans le compteur 208 pendant que la porte 206'est ouverte. Le contenu du compteur 208 représentant la fréquénce de résonance u) ^ de la plaque d'impact est envoyé dans un calculateur numérique 210 qui résout l'é-10 quation (24) en fonction de m et qui affiche urT signal numérique correspondant au débit pondéral m sur une unité 212. La variation de résonance d'un système à Vibrations amorties peut se manifester d'une autre manière et on peut obtenir alors un autre type de. débitmètre qui est dit du type à fréquence 15 de résonance à amortissement forcé. Lorsque la fréquence d'asservissement d'un système amorti-est augmentée à partir d'une valeur inférieure à la fréquence de résonance, l'amplitude des. oscillations augmente jusqu'à ce qu'on atteigne un maximum. Une augmentation additionnelle de la fréquence d'asservissement provoque une 20 diminution de l'amplitude. La fréquence à laquelle on obtient une amplitude maximale peut être considérée comme une fréquence d'amortissement forcé u> ££. Cette fréquence est fonction du degré d'amortissement établi, et par conséquent, du débit pondéral A. La fréquence d'amortissement forcé est liée au débit pondéral par 25 l'équation suivante : 01 fd2 = " Va (4) + >"N2 (25) Cette équation est valable pour Y z, 1 . Il est à noter 0 30 que les équations (24) et (25) sont identiques, sauf pour la constante qui intervient"dans lé premier terme de la partie de droite. ' On va maintenant se référer à la figure J qui représente un agencement mécanique. ' La plaque d'impaet 1 est soudée par points sur son arbre 2 qui est monté dans deux paiiers 400 logés dans le conduit 10. L'extrémité siperieure de 1.'arbre "2 est reliée au rotor d'un moteur à couple 100. Le déplacement angulaire de l'arbre 2 est limité par une butée 404. Le rotor du moteur est également relié au détecteur de positions qui est incorporé à un ressort de torsion 40 406 fixé par son extrémité supérieure sur un chapeau 408 emboîté 7009339 15 2035030 dans une tubulure 410 solidaire du conduit 10. Des fils d'excitation du moteur 100'ôt du transducteur sont Reliés à un connecteur 412 monté à la partie supérieure du chapeau 408. Un tampon 414 as-aiî'é l'obturation du trou du conduit 10 associé'à l'extrémité"infé-5 rieure de l'arbre 2. Il est à noter que, dans cette construction, la plaque d'impact 1 est reliée rigidement au moteur à couple 100, comme c'est le cas pour le débitmètre de la figure 3, mais"qu'il est maintenant prévu un détecteur de position. Ceci s'explique du fait 10 que la présente construction est agencée pour fonctionner de la même maniéré que celle de la figure 4, c'est-à-dire suivant un mode à amplitude de crête. La figure 8 représente de façon plus détaillée la plaque d'impact 1 prévue dans le débitmètre déjà décrit. Les bords arron-15 dis sont nettement visibles sur cette figure. La figure 9 montre ■ ' une autre forme de plaque d'impact se composant essentiellement de deux anneaux concentriques. V La figure 10 montre une construction du détecteur de posi tions 165"représenté sur la figure 7- Le ressort de torsion 406 20 comporte'deux lames qui sont munies'de" jauges de mesures de contraintes 420 et 422. On peut employer des jauges de mesure à fils (par exemple une'jauge à fils plats) ou bien des jauges à semiconducteurs. Une cuvette 424 prévue à la partie supérieure du ressort 406 est remplie d'unè'masse d'enrobage 426 telle qu'un caout-^ 25 chouc'aûx silicones. Bien que les jauges de mésures de contraintes soient représentées montées sur des lames opposées ou différentes du ressort 406, il va de soi qu'elles peuvent être placées sur_des côtés opposês"de la même lame, pour réduire des effets transitoires de températures. L'extrémité inférieure du ressort 406 forme un 30 boulon fileté 428 à l'aide duquel elle peut Sfe>e reliée au rotor du moteur à couple 500. Les figures 11 et 12 représentent un détecteur de positions 165 du type piézoélectrique qui peut être employé à la place de celui représenté sur la figure 10. Il comprend deux quartz ou 35 cristaux piézoélectriques 450 et 452 logés dans un carter 454 et servant d'éléments de sommâtion dè'forces. Les cristaux peûvènt être formés de titanate-zirconate de plomb. Le carter 454 comprend-deux parties 456 et 458 qui maintiennent en place les cristaux et qui sont mainténues appliquées l'une contre l'autre par une vis 40 460. Les cristaux 450 et 452 sont logés dans le carter 454 dans 7009339 16 2035030 des positions diamétralement opposées. ÎJn couple appliqué au carter provoque une compression d'un des cristaux et une dilatation de l'autre. Si les électrodes des cristaux (non représentées) sont reliées-en série, une tension de sortie est produite à chaque fois 5 qu'un couple est appliqué et que le carter 454 est soumis à une torsion. Les quartz'sont isolés de la matièré'en écoulement dans le conduit par un manchon en caoutchouc 462 placé autour du carter 454. L'extrémité inférieure de 1'élément 456 comporte un trou. 464 dans lequel peut être emmanché 1 ' arbre de '-rotor. La partie 10 supérieure de l'élément 458 forme une cuvette 464 qui"est associée à un connecteur coaxial 466. Le détecteur dès figures 11 et 12 peut également utiliser des"cristaux en céramique extrêmement stables, par exemple en métaniobate de plomb. BAD ORIGINAL 7009339 17 203503Û REVENDICATIONS 1 - Débitmètre de masse comportant un conduit de fluide, caractérisé en ce qu'il comprend également un élément en forme de plaque monté dans le conduit de façon à tourner autour d'un axe 5 transversal 2 et comportant une face dirigée vers l'amont et placée symétriquement par rapport à l'axe, un moteur 100 pour faire osciller l'élément en forme de plaque autour de l'axe en vue d'augmenter et de diminuer la vitesse à laquelle des parties d'un fluide s'écoulant dans le conduit arrivent sur la face dirigée vers 10 l'amont, le fluide exerçant ainsi sur l'élément en forme de plaque un couple s'apposant au mouvement oscillant, et des moyens de me-sure du couple et, par conséquent du débit pondéral de fluide. 2 - Débitmètre de masse suivant la revendication 1, caractérisé én cé que les moyens de mesure comprennent des moyens 100 ■J5 pour produire un signal représentant l'amplitude des oscillations * ' des moyens 120 pour produire un signal constant, un comparateur 118 qui produit, par comparaison des deux signaux, un signal représentant une différence, une boucle de réaction 138 pour commander la puissance fournie au moteur en fonction du signal diffé-20 rentiel en vue de maintenir constante l'amplitude des oscillations et un dispositif de mesure 136 qui mesure le débit pondéral par détection de la puissance fournie au moteur. 3 - Débitmètre'de masse suivant la revendication 1, caractérisé ën ce que l'élément en forme de plaque est poussé"élastique- 25 ment 150, 152 en opposition au mouvement d'oscillation et en ce que le'moteûî? comprend une bobine électro-magnétique 156 et un électro-aimant 158, 160, l'une de ces parties étant portées par lrélément en forme de'plaque. 4 - Débit-mètre de masse suivant la revendication 3, carac-30 térisé en'ce que les moyens 150, 152 exerçant la pousséë élastique ont une action sensiblement llnéairé dans la plage de fonctionnement du débitmètre et une action non-linéaire à l'extérieur de cette plage. 5 - Débitmètre de masse suivant la revendication 3 ou 4 ca-35 ractérisé en ce que les moyens de mesure comprennent un détecteur 164 pour produire .un signal représentant la position angulaire de l1élément en forme de plaque et un dispositif de mesure 166, 168, 170, 172, 174, 176, qui mesure le débit pondéral à partir-de l'angle dè' phase entré le courant fourni à la bobine et le signal de 40 position angulaire. " ' 7009339 18 2035030 6 - Débitmètre de masse suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de mesure comprennent des moyens 168 pour assurer la mise en forme du signal de position angulairê et d'un signal représentant un courant fourni à la bobine, des moyens 5 1.68 agissant en réponse à ces deux derniers signaux pour produire un troisième signal -dont la durée représente le dit angle de phase, une source d'impulsions 174 ,, un compteur d'impulsions 172 et un dispositif de commande 170"pour commander la fourniture d'impulsions au compteur sous lë- contrôle du troisième signal de manière 10 que le contenu du compteur représente le débit pondéral. 7 - Débitmètre de masse suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de mesure comprennent un détecteur 164 pour produire un signal représentant la position angulaire dê"l'élément en forme de plaque'et un dispositif de mesure 370, 15 372, 374, 376, 378, qui mesure le débit pondéral en mesurant* l-*amplitudë" de crête du signal. 8 - Débitmètre de masse suivant la revendication 3 °u 4, caractérisé eh ce que les moyens magnétiques sont constitués par un électro-aimant 204 et en ce que les moyens de mesure comprennent 20 un détecteur 165 pour produire un signal représentant la position angulaire de lfélément en forme de plaque, des moyens 200, 202 pour exciter périodiquement et momentanément l'électro-aimant de'manière que l'élément en forme de plaque commence à osciller, une porte électronique 206 agencée pour être ouverte en même temps que l'é-25 lectro-aimant est excité et un dispositif de mesure de fréquence 208, 210, 212 qui, lorsque la porte s'ouvre, commence à mesurer la fréquence du 'signal de sortie du détecteur et, par conséquent, le débit pondéral. \ 9 - Débitmètre de masse suivant.1'une quelconque des revend!-30 cations 1 à 8, caractérisé en ce que l'élément en forme de plaque est un disque plan comportant des bords arrondis. 10 - Débitmètre de masse suivant la revendication 9, caractérisé" en ce que la face d'amont du disque a approximativement une surface égale à la moitié de la section de passage du conduit. 35 • 11 - Débitmètre de masse suivant l'une quelconque des revendications 1"à 8, caractérisé en ce que l'élément en forme de plaque comprend"un certain nombre de plaques individuelles 1 a, 1 b, supportées par des bras 3 a, 3 b qui rayonnent à partir"d'un"arbre commun 2 constituant l'axe "de rotation.