Brevet FR2026895A1 — publié le 19700925

i 2026895 La présente invention concerne des détecteurs du rapport entre les pressions de fluide,qui peuvent être utilisés pour déterminer le rapport entre une pression appliquée et une autre pression appliquée; elle se propose plus spécialement, d'amélio-5 rer la précision dans une mesure utilisant de tels détecteurs en ce qui concerne les gaz ..parfaits. A cet effet, un détecteur de rapport entre pressions de fluide comprend un boîtier ou corps dans lequel des moyens de sortie sensibles à la pression différentielle sont disposés pour 10 constituer un traducteur mécanique de mesure, ledit traducteur comportant une première partie mobile qui sépare une première chambre d'une seconde chambre à l'intérieur du boîtier ou corps, et une seconde partie qui est ménagée dans la seconde chambre, présente une surface efficace supérieure à celle de la première 15 partie,et peut se déplacer à l'unisson de la première partie;le boîtier ou corps comportant une première entrée disposée en vue de l'admission du gaz sous pression dans la première chambre,une seconde entrée pour l'admission du gaz sous pression dans la première chambre, une seconde entrée pour l'admission du gaz sous 20 pression dans la seconde chambre entre la première partie et l'un des côtés de la seconde partie des moyens traducteurs, et Tin orifice étranglé de sortie de la seconde chambre situé de l'autre côté de ladite seconde partie;cette seconde partie des moyens traducteurs, et une partie du boîtier, à l'intérieur de la seconde 25 chambre, délimitant entre elles, un rétrécissement variable de la voie d'écoulement du gaz entre la seconde entrée et la sortie, l'importance de cet étranglement dépendant de la position des moyens traducteurs par rapport au corps ou boîtier, à l'intérieur de la seconde chambre, la disposition étant telle que, lorsque le 30 détecteur est en service et que la valeur de la pression de gaz appliquée à la seconde entrée est supérieure à celle appliquée à la première entrée et est suffisante pour créer à l'intérieur de la seconde chambre une contre-pression en arrière de l'orifice étranglé de sortie ,1a position des moyens traducteurs par rapport 35 an corps ou boîtier, à l'intérieur de la seconde chambre,donne une mesure du rapport entre l'une des pressions appliquées et l'autre pression appliquée. Dans une forme de construction préférée, la sortie est constituée par un orifice diffuseur pratiqué dans une paroi^boî-40 tier, cet orifice étant d'abord convergent et ensuite divergent BAD ORJGWAt 69 44219 2 2026895 à travers la paroi et présentant une surface minimale d'étranglement qui détermine la pression minimale de gaz qu'il est nécessaire d'appliquer a la seconde entrée pour que le détecteur puisse fonctionner. L'orifice diffuseur a, de préférence,un diamètre 5 intérieur fixe minimal. Suivant une variante de réalisation préférée de. l'invention, les moyens traducteurs peuvent se déplacer axialement dans le boîtier et par rapport à celui-ci,et chacune desdites première et seconde parties est constituée par un piston,le premier piston était 10 relié coaxialement au second piston.Suivant une autre variante également préférée de l'invention,les moyens traducteurs sont dé-plaçables en rotation dans le boîtier et par rapport à lui et chacune desdites première et seconde parties est constituée par une palette,la première et la seconde palettes s*étendant dans 15 des plans comprenant ledit axe et faisant un certain angle entre elles. On a décrit ci-après en détail,à titre d'exemples trois formes de réalisation préférées de l'invention,en se référant au dessin annexé dans lequel: 20 ïig.l est une vue en coupe longitudinale à travers le boî-, tier d'un premier détecteur avec des moyens traducteurs montés axialement mobiles dans celui-ci; Fig.2 représente une vue analogue d'une variante; Fig.3 est une vue en coupe à travers le boîtier d'un troisxè-25 me détecteur,faite dans un plan normal à l'axe de rotation des moyens traducteurs déplaçables en rotation disposésdans ce' boîtier. Dans l'exemple représenté à la figure l,on voit que le boîtier ou corps 10 comporte deux chambres distinctes 11 et 12,1a chambre 11,ayant le plus grand volume,étant pourvue,dans sa paroi 30d'extrémité opposée à la chambre 12,d'un orifice de sortie 13 qui est d'abord convergent et ensuite divergent à travers cette paroi de la chambre 11 et qui présente une surface minimale d'étranglement Aq définie par un diamètre interne m-în-îmal fixe de l'orifice 13. La chambre 12 est limitée en permanence,en partie ,par une pa-35^oi intérieure cylindrique du boîtier 10, et la cnambre 11 est pour sa majeure partie,limitée par une paroi intérieure tronconi-que 18 de ce boîtier 10. La paroi tronconique 18 diverge à partir du voisinage de la paroi intérieure cylindrique jusqu'à la paroi d'extrémité du corps ou boîtier 10 dans laquelle 1'orifice 13 40 est pratiqué. BAp ORIGINAL 69 44219 5 2026895 Les moyens traducteurs ou de sortie 14 sont construits d'une seule pièce comprenant un premier piston 15 de surface efficace Aj, gui coulisse en coopération avec la paroi intérieure cylindrique et sert à séparer et distinguer la chambre 11 de la -5 chambre 12, et un second piston 16, d'une surface efficace plus grande, qui est disposé dans la chambre 11 et relié coaxialement au piston 15 par une tige de liaison 17. Le bord circon-férentiel du piston 16 définit, avec la paroi intérieure tronco-nique 18 ,un espace annulaire A dans la chambre 11, la surface de 10 cet espace A variant selon la position des moyens 14 à l'intérieur du corps ou boîtier 10 et par rapport à celui-ci. Une première entrée 20 conduit dans la chambre 12 à travers le corps ou boîtier 10 et une seconde entrée 21 conduit de même dans la chambre 11,entre les deux pistons 15 et 16 dans 15 leur zone de déplacement. Pour indiquer la position des moyens traducteurs 14 dans le boîtier 10, tin prolongement axial 22 de la tige 17 traverse la chambre 12 et s'étend à travers une paroi d'extrémité opposée du boîtier ou corps 10 à l'extérieur duquel il porte une 20 échelle qui peut être lue en face d'un index 24 fixe par rapport à ce corps 10. Dans la variante représentée à la figure 2, on a utilisé les mêmes références numériques pour désigner les organes identiques à ceux de la figure 1. On a décrit ci-dessous les dif-25 férences importantes entre les deux formes de réalisation selon les figures 2 et 1. La différence essentielle est que la paroi conique est , à la figure 2, remplacée par une seconde paroi intérieure cylindrique du corps ou boîtier 10,-délimitant pour sa plus gran-30de partie l'intérieur de la chamfere 11,-m second piston élargi 46 collaborant avec cette paroi par coulissement de son bord cir-conférentiel,ce piston présentant, à proximité de sa circonférence,un trou circulaire 55 que traverse une tige effilée 56» Le diamètre du trou 55 est supérieur au plus grand diamètre de la tige 35 56. La tige effilée 56 est fixée dans le corps ou boîtier 10 à l'extrémité de la chambre 11 opposée à l'orifice de sortie 13 et est convergente en direction de l'extrémité de sortie de cette chambre 11. Dans une variante non représentée, la tige 56 40 peut être fixée par son extrémité pointue dans la paroi du corps 69 44219 4 2026895 10 qui comporte l'orifice 13• Dans l'une ou l'autre réalisation, la tige 56 est de préférence disposée parallèlement à l'axe de déplacement des moyens 14. Une autre modification moins importante de 1'exemple de f igu-5 re 1 concerne la construction des moyens traducteurs 14. En figure 2, le premier piston 45 ne comporte plus la tige de liaison 17 mais se continue avec un diamètre constant (47)» jusqu'en un point où il se raccorde directement et coaxialement au second piston 46.» La surface de contact du piston 45 , 47 avec la premiè-10 re paroi cylindrique intérieure du corps ou "boîtier 10 est plus grande que celle relative au piston 15 dans le cas de la figure 1 ce qui améliore la relation d'étanchéité entre le piston 15 ou 45 et le "boîtier ou corps 10. On remarquera, toutefois, que ni dans l'une, ni dans l'autre des réalisations selon les figures 1 15 et 2,il n'y a à craindre qu'une fuite de gaz au-delà du piston 15 ou 45,c1est-à-dire entre les chambres 11 et 12, n'altère la précision de fonctionnement du détecteur, une caractéristique de l'invention étant qu'elle évite l'utilisation de bagues et autres dispositifs d'étanchéité. 20 Le détecteur représenté en figure 3 travaille comme ceux des figures 1 et 2; on a ici encore affecté les mêmes références aux organes identiques. On retrouve donc le corps ou boîtier 10 divisé en deux chambres 11 et 12,l'orifice 13 de sortie de la chambre 11, une première entrée 20 conduisant dans la chambre 12 25 et une seconde entrée 21 conduisant dans la chambre 11. Dans la présente forme de réalisation,les moyens 14 sont constitués par une structure rotative comprenant un arbre 67 monté de manière ..à tourner à l'intérieur du corps 10 et portant une première palette- 65 et une seconde palette 66 dont le rayon et la 30 surface efficace sont supérieurs à ceux de la première palette 65. Les palettes 65 et 66 sont disposées de manière à balayer des parois intérieures parallèles opposées du corps ou boîtier 10,ces parois étant parallèles au plan du dessin de figure 2 et, par conséquent,normales à l'axe de rotation de l'arbre 67. L'extrémi- • 35té terminale de la palette 65 s'étend de manière à balayer paroi intérieure 71 du corps ou boîtier 10 qui se développe suivant un arc de cercle dont le centre coïncide avec l'axe de rotation.On remarquera, dans la figure 3, que la palette 65 sépare et distingue effectivement la chambre 11 de la chambre 12. L'extrémité ter-40 minaie de la plus grande palette 66 délimite, avec une partie de 69 44219 5 2026895 1-a paroi intérieure courte 72 de la chambre 11 du corps ou boîtier 10,1111 espace allongé de surface variable,ladite partie de la paroi 72 se développant suivant un arc de cercle dont le centre est déporté par rapport à l'axe de rotation de manière telle 5 que la rotation des moyens traducteurs 14 dans le sens inverse de la marche des aiguilles d'une montre,provoque un agrandissement de la surface de l'espace entre la palette 66 et la paroi 72,et inversement lorsque la rotation s'effectue dans le sens de la marche des aiguilles d'une montre# 10 Pour indiquer la position des moyens traducteurs rotatifs 14 dans le corps 10, l'arbre présente une partie qui traverse une paroi dudit corps 10 en faisant saillie à l'extérieur de celui-ci, et sur laquelle est fixée une aiguille émergeant radialement de manière à se déplacer par rapport à une échelle graduée 76 por-15 tée par une plaque 77 fixée au corps 10. Le fonctionnement d'un détecteur selon l'invention est décrit ci-après,pour chacune des trois formes de réalisations représentées au dessin. En fonctionnemat, le gaz sous les pressions P^ et P^ dont le 20 rapport doit être déterminé, est amené aux entrées 20 et 21,respectivement. La plus forte pression P^ est fournie à l'entrée 21 et doit être suffisante pour qu'il en résulte un étranglement de l'écoulement de gaz à travers l'orifice diffuseur de sortie 13. En conséquence,une pression Pq s'établit dans la chambre 11 à 25 droite du piston 16,ou du piston 46,ou de la palette 66 tels qu'ils sont vus respectivement dans les figures 1 à 3 et, en raison de l'étranglement de l'écoulement à travers l'orifice diffuseur de sortie 13, cette pression Pq est indépendante de la pression ambiante à l'extérieur du corps ou boîtier 10. L'écoulement 30 au-delà du piston 16, ou du piston 46,ou de la palette 66 à travers l'espace À,peut être incompressible , mais il ne l'est pas obligatoirement. La surface mi ni maie d'étranglement Aq de l'orifice diffuseur de sortie 13 détermine la pression minimale de gaz Pg qu'il est nécessaire d'appliquer à l'entrée 21 pour que le détec-35 teur puisse fonctionner. En réponse : 1°) à la pression Pq agissant vers la gauche sur le piston 16, ou sur le piston 46,ou sur la palette 66 (tels qu'ils sont vus dans les figures 1 à 3 respectivement); 69 44219 6 2026895 2°) à la pression P2 agissant en sens inverse (vers la droite) sur le piston .16, ou sur le piston 46,ou sur la palette 66,et vers la gauche sur le piston 15,ou sur le piston 45,ou sur la palette 65; 5 et 5°) à la pression P^ agissant vers la droite sur le piston 15, ou sur le piston 45, ou sur la palette 65 -les moyens 14 prennent une position d'équilibre dans le corps ou boîtier,soit par déplacement axial (fig.l et 2) ,soit par rotation (figo3) «Impression -Pq variant ainsi par suite de la variation de surface de 10 l'espace A restreignant l'écoulement du gaz entre l'entrée 21 et l'orifice 13. Lorsque la position d'équilibre est atteinte,il existe la relation suivante : (P2 - Pq) Ag = (P2 - Px) Ax (1) Les relations suivantes sont bien connues s 15 a)pour l'étranglement de 1'écoulement à travers l'orifice diffuseur de sortie 13* p0 m = E 7j5— Aq (2) le +T dans laquelle s - 20 TT - £ ( 2 ^ K ~ r + 1 } b) Pour un écoulement incompressible au-delà du piston 16, ou du piston 46,ou de la palette 66 i p2 - *o - s eTï CJ) 25 et A = AT (4) c) Pour un gaz parfait î P0 ■^r— ETo (5) Dans ces relations , & est le débit-masse, Œq la tempé-30 ra^"U2?e absolue , Ç la densité du gaz, V la vitesse du gaz, E la constante particulière du gaz, et k = G^/C^. (rapport des chaleurs spécifiques, qui est 1,4 pour l'air). La solution des équations (1) à (5) donne la relation sui— Vœte ' „ » VA2 + *.28 (A/Aq) 27 - iC6) qui peut être généralisée comme suit : P2^1 ~ (7) Toutes les quantités figurant à droite dans l'équation 69 44219 7 2026895 -•(7) sont des constantes, à l'exception de À, et A peut être amené à varier arbitrairement avec Z, c'est-à-dire avec le déplacement des moyens traducteurs ou de sortie 14-, lorsque l'on donne une configuration appropriée soit à la paroi conique de la cham-5 bre 11 (fig.l) ,soit à la tige 56 (figure 2),soit à la paroi courbe 72 (fig.3)»de telle manière que l'équation (3) devienne: = f (X) Au dessin on a représenté l'indication de la valeur de 2 comme fournie par la lecture visuelle de graduations en face 10 dfun index fixe, mais il est clair que,soit la prolongation 23 (fig.l) soit l'arbre 67 (fig.3) peuvent actionner un dispositif de lecture approprié,mécanique,électrique,optique ou fluidique, ou constituer une partie d'un tel dispositif local ou éloigné du corps 10. 15 I»a description ci-dessus montre que la variation de surfa ce de l'espace A dans chacune des réalisations et, par conséquent la restriction à l'écoulement du gaz à travers cet espace,peut être linéaire ou non-linéaire selon la relation entre le piston 16,ou le piston 46,ou la palette 66 et la configuration des par-20 ties de paroi intérieure respectives de la chambre 11 avec lesquelles ils coopèrent. 69 44219 8 2026895 -HEVENDICAÏIONS- 1.Détecteur de rapport entre des pressions,comprenant un corps ou "boîtier dans lequel des moyens de sortie sensibles à la pression différentielle sont disposés pour constituer tin traducteur mécanique de mesure,les moyens traducteurs ou de sortie corn-5 portant une première partie qui sépare une première chambre d'une seconde chambre à l'intérieur du corps,et une seconde partie qui est ménagée dans la seconde chambre et peut se déplacer à l'unisson de la première partie;le corps comportant une première entrée disposée pour admettre le gaz sous pression dans la premiè-10 re chambre,une seconde entrée disposée pour admettre le gaz sous pression dans la seconde chambre entre la première partie et l'un des côtés de la seconde partie des moyens traducteurs,et tin orifice de sortie étranglé de la seconde chambre de l'autre côté de ladite seconde partie,ledit détecteur étant caractérisé en ce que 15 la seconde partie (16) des moyens traducteurs 14 a une surface efficace supérieure à celle de la première partie 15 et une partie (18, 56, 72) du corps 10 à l'intérieur de la seconde chambre 11 , délimitent une voie drécoulement A à étranglement variable pour 11 écoulement du gaz entre la seconde eiitrée 21 et la sortie 20 13,1a valeur de cet étranglement A dépendant de la position des moyens 14 dans le corps 10 et par rapport à celui-ci; et en ce que la disposition est telle que, lorsque le détecteur est en action et que l'importance de la pression Pg de gaz appliquée à la seconde entrée 21 est supérieure à celle P^ qui est appliquée à 25 la première entrée 20 et est suffisante pour créer, dans la seconde chambre 11,une eontre-pression à la sortie étranglée 13,1a position des moyens 14 par rapport au corps 10 soit une mesure du rapport entre l'une des pressions appliquée et l'autre pression appliquée» 30 2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé ën ce que la sortie -est un orifice diffuseur pratiqué dans une paroi du corps,cet orifice étant d'abord convergent et divergent ensuite à travers la paroi,et présentant une surface minimale d'étranglé- • ment qui détermine la pression mi ni maie de gaz qui doit être ap-35 pliquée à la seconde entrée pour que le détecteur puisse fonctionner» 3» Détecteur selon la revendication 2,caractérisé en ce que l'orifice diffuseur présente un diamètre intérieur mi m mai fixe. 69 44219 9 2026895 4.Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,dans lequel les moyens traducteurs peuvent se déplacer axiale-ment dans le corps et par rapport à celui-ci, et que chacune des dites première et seconde parties est un piston,le premier pjsbon 5 étant relié coaxialement au second piston. 5» Détecteur selon la revendication 4, dans lequel le premier piston coopère par coulissement avec une paroi intérieure cylindrique du corps et dans lequel le second piston a un diamètre plus grand que le premier piston et délimite un espace annulaire 10 avec une partie d'allure conique du corps à l'intérieur de la seconde chambre,1a partie d'allure conique divergeant de telle sorte que le déplacement axial des moyens traducteurs,et plus particulièrement du premier piston,dans une direction requise augmente le volume de la première chambre et diminue le volume de la se 15 conde chambre,ou inversement,avec pour résultat soit l'accroissement,soit la diminution respectivement,de la surface de l'espace annulaire à travers lequel se fait l'écoulement du gaz. 6. Détecteur selon la revendication 5* caractérisé en ce que la partie d'allure conique du corps,par rapport à laquelle le 20 second piston est espacé, est tronconique. 7. Détecteur aelon la revendication 5» caractérisé en ce que la partie d'allure conique du corps est constituée par une tige effilée fixe disposée sensiblement^parallèlement à l'axe des moyens traducteurs à l'intérieur de l'une des extrémités, de la 25 seconde chambre et faisant saillie à partir de cette extrémité de manière à traverser le second piston dont la périphérie coopère par coulissement avec une seconde paroi intérieure cylindrique du corps. 8.Détecteur selon la revendication 7scaractérisé en ce que 30 la tige effilée est fixée à l'intérieur du corps à l'extrémité de la seconde chambre qui est opposée à celle' de ses extrémités qui comporte la sortie et converge en direction de cette extrémité comportant la sortie. 9» Détecteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 35 8 ,caractérisé en ce que line prolongation axiale des moyens traducteurs traverse la première chambre et fait saillie hors du corps pour signaler la position desdits moyens dans celle-ci. 10. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3jcaractérisé en ce,que les moyens traducteurs sont déplaçables par rotation dans le corps et par rapport à celui-ci,et que chacune desdites première et seconde parties est constituée par une palette,la première et la seconde palette s'étendant radialement à partir de l'axe de rotation.pratiquement dans des plans comprenant ledit axe en formant un certain angle entre elles. 69 44219 10 2026895 11 .Détecteur selon la revendication 10,caractérisé en ce que la première palette est disposée de marin ère à "balayer une paroi semi-cylindrique et deux parois radiales opposées de l'intérieur du corps,et que la seconde palette,dont le rayon est supé-5 rieur à celui de la première palette,est disposée pour "balayer des prolongements desdites deux parois radiales opposées et délimiter à son extrémité terminale, un espace allongé avec une partie courbe de la paroi intérieure du corps à l'intérieur de la seconde chambre,la partie courbe de la paroi étant concave 30Cpar rapport à l'axe de rotation des moyens traducteurs et sa distance radiale à partir dudit axe augmentant de telle manière que la rotation desdits moyens,et plus particulièrement de la première palette, dans une direction requise accroisse le volume de la première chambre et diminue le volume de la seconde chambre,ou in-15 ^versement, ce qui entraîne un accroissement ou une diminution Respectivement, de la surface de l'espace allongé qui limite l'écoulement du gaz. 12. Détecteur selon la revendication 11,caractérisé en ce que la partie courbe de la paroi se développe suivant un arc 2Q.de cercle dont le centre est déporté par rapport audit axe de rotation, 13. Détecteur selon 1'une quelconque des revendications 10 à 12,caractérisé en ce que la première et la seconde palettes sont fixées à un arbre qui est supporté par le corps et qui pré— 25 sente, à l'extérieur du corps,un prolongement radial pour signaler la position des moyens traducteurs à l'intérieur du corps.