Brevet FR2085184A1 — publié le 19711224

i 2085184 La présente invention concerne un procédé pour compter et mesurer le débit d'un fluide gazeux, et a trait également à un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. On a souvent besoin, dans l'industrie, de compter ou de mesurer le débit 5 de fluides variés comme l'azote, l'hydrogène, l'argon , etc... Les compteurs domestiques, utilisés pour mesurer les consommations de gaz de ville chez les particuliers, sont relativement bon marché, mais ils sont mal adaptés à l'industrie, ceci en raison du fait qu'ils ne sont pas conçus pour donner la valeur instantanée du débit de fluide, et aussi du fait de leur encombrement 10 pour les gros débits. C'est pourquoi dans le domaine de l'industrie, on utilise d'autres procédés et appareils, capables de donner également la valeur instantanée du débit de fluide. On connaît par exemple des appareils à élément déprimogène dans lesquels 15 un diaphragme placé sur une conduite provoque, lors du passage d'un fluide, une différence de pression de part et d'autre de ce diaphragme, différence de pression qui est proportionnelle au carré du débit. De tels appareils sont cependant compliqués et d'un réglage difficile. De plus, l'indication du débit est variable avec la température et surtout avec la pression du gaz. Enfin, 20 ces appareils ont une précision très mauvaise dans les faibles débits et ils supportent mal les coups de bélier ou les forts débits de pointe. On connaît également des appareils dans lesquels le fluide parcourt de bas en haut un tube vertical conique. Une bille, ou un flotteur conique, placée à l'intérieur du tube, prend alors une position d'équilibre caractéristi-25 que de la valeur du débit de fluide. Comme précédemment, l'indication de débit donnée par ces appareils dépend de la température et de la pression du gaz. De plus, il est impossible de mesurer des débits inférieurs au dixième de la valeur nominale de l'appareil. Par contre, de tels appareils supportent mieux les coups de bélier. 30 Dans ces deux types d'appareils, le comptage du débit se fait par l'in termédiaire d'un dispositif mécanique ou ; électronique relativement compliqué. On connaît encore des appareils dans lesquels une turbine est placée dans le circuit du gaz et peut tourner avec un glissement très réduit sous l'action du débit de gaz. Une bobine, placée extérieurement, capte les impulsions ma-35 gnétiques émises par un petit aimant solidaire de la turbine, et permet, par exemple au moyen d'un dispositif électronique, de donner la valeur instantanée du débit de fluide ainsi que la consommation par comptage. Là encore, l'indication du débit dépend de la température et de la pression du gaz, et la précision est très mauvaise dans les faibles débits. En fait, de tels appa- O 40 reils ne conviennent guère que pour des débits supérieurs à 20 m /heure. 70 00516 2 2085184 La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et, pour ce faire, elle a pour objet un nouveau procédé pour compter et mesurer le débit d'un fluide gazeux, consistant à mesurer la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température du fluide d 'une quantité donnée. 5 En effet, comme la chaleur spécifique d'un gaz est indépendante de sa pression et presque indépendante de sa température, la quantité de chaleur mesurée ne dépendra que du débit de ce gaz. Un appareil pour la. mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend un organe sensible disposé dans le flux gazeux et un organe de 10 référence disposé dans une cavité en cul de sac de manière à être insensible au débit de ce fluide-, chacun de ces organes comportant une résistance chauffante pour chauffer en permanence le fluide afin d'élever sa température d'une quantité donnée et un élément de détection sensible à la température, l'organe sensible comportant en outre une résistance de chauffage d'appoint, dont 15 l'alimentation en courant est commandée par le déséquilibre entre les deux éléments de détection, pour maintenir ladite élévation de température du fluide quel que soit son débit, et des moyens pour mesurer en permanence l'intensité du courant traversant cette résistance de chauffage d'appoint. Ainsi, l'appareil est pratiquement insensible aux variations de la tempé-20 rature extérieure, puisque l'alimentation en courant de la résistance de chauffage d'appoint est commandée par la différence de température existant entre l'organe sensible et l'organe de référence qui lui n'est pas soumis au débit de fluide. Plus le débit de fluide sera, élevé et plus il faudra que la résistance de chauffage d'appoint chauffe, afin que la température de l'organe sen-25 sible reste identique à ceUa de l'organe de référence. La. dissipation d'énergie électrique dans cette résistance de chauffage d'appoint est donc bien proportionnelle au débit de fluide. On peut également remarquer que les phénomènes mis en jeu étant purement thermiques, l'appareil ne comporte aucune partie mobile et il est donc d'une 30 grande robustesse et pratiquement inusable. On conçoit aisément en outre qu'un tel appareil soit insensible aux coups de bélier oui aux débits accidentels de pointe. ■ " Dans une forme de réalisation particulière de l'invention,-l'organe sensible et l'organe de référence sont tous deux incorporés dans une tête de mesu-35 re dont le corps est fixé à un bloc diviseur de débit tubulaire, inséré dans la canalisation pàtcourue par le fluide gazeux dont on désire mesurer le débit, ce bloc diviseur de débit communiquant avec la'tête de mesure, d'une part par un orifice d'entrée, et d'autre part par un orifice de-sortie par lequel le flux gazeux dérivé dans la têté de' mesure-rejoint le flux principal. 40 -Dè préférence,"-!'orifice d'entrée du flux gàz'eint dérivé dans la tête de 70 00516 3 2085184 mesure est muni d'un ajutage calibré, tandis que le bloc diviseur de débit comporte, entre cet orifice d'entrée et l'orifice de sortie correspondant, une plaque transversale amovible pourvue de perforations calibrées. Grâce à cet ensemble de dispositions, les gros débits sont mesurés par 5 l'intermédiaire d'une fraction du débit principal qui est dérivée vers la tête de mesure. On peut ainsi, avec une même tête de mesure, mesurer des débits extrêmement variés en modifiant simplement le rapport entre les sections de passage de l'ajutage et de la plaque perforée. Avantageusement, le bloc diviseur de débit comporte en outre une grille 10 perforée et un tamis, disposés transversalement en amont de l'orifice d'entrée du flux gazeux dérivé dans la tête de mesure. La grille perforée à pour but d'égaliser les turbulences éventuelles du flux gazeux, tandis que le tamis tranquillise ces turbulences et arrête les grosses particules qui pourraient se trouver en suspension dans le gaz. 15 L'orifice d'entrée du flux gazeux dérivé débouche dans l'évidement d'une bague située dans une chambre annulaire pratiquée dans le corps de la tête de mesure, l'ajutage calibré équipant l'orifice d'entrée étant très réduit de manière que le flux gazeux dérivé soit animé d'un mouvement turbulent dans l'évidement de ladite bague. 20 L'évidement de la bague communique à sa partie inférieure avec une premiè re cavité en cul de sac dans laquelle est disposé l'organe de référence et avec une seconde cavité similaire dans laquelle est disposé l'organe sensible, cette seconde cavité communiquant en outre à sa partie supérieure avec un conduit relié directement à l'orifice de sortie du flux gazeux dérivé. 25 Ainsi, le flux gazeux a le temps de se mettre à la température ambiante de la tête de mesure avant de pénétrer à l'intérieur de la cavité dans laquelle se trouve l'organe sensible. L'organe de référence et l'organe sensible sont essentiellement constitués par deux sondes métalliques identiques, de forme appropriée, comportant cha-30 cune un logement dans lequel sont respectivement noyés, la résistance chauffante et l'élement de détection pour l'organe de référence, et la résistance chauffante, l'élément de détection et la résistance de chauffage d'appoint pour l'organe sensible. De préférence, une résistance postiche, de même nature que la résistance 35 de chauffage d'appoint de l'organe sensible, est également noyée dans le logement correspondant de la sonde de l'organe de référence, de manière que les déperditions de chaleur par conduction thermique soient identiques pour les deux organes. Avantageusement, les parois intérieures des deux cavités dans lesquelles 40 sont respectivement disposés l'organe de référence et l'organe sensible, sont 70 00516 4 2085184 tapissées avec un matériau thermiquement isolant tel que de la matière plastique, afin de limiter les échanges thermiques entre ces deux organes et le corps de la tête de mesure. Dans une forme d'exécution préférée de l'invention, les deux éléments de 5 détection sensibles à la température du fluide gazeux sont constitués par des thermistances connectées dans deux branches adjacentes d'un pont de Wheatstone dont le courant de déséquilibre est amplifié et commande le fonctionnement d'une bascule monostable alimentant la résistance de chauffage d'appoint de l'organe sensible. 10 Ainsi, l'intensité du courant de déséquilibre du pont détermine la fré quence du changement d'état de la bascule monostable et par conséquent la fréquence des impulsions qui sont délivrées par cette bascule à la résistance de chauffage d'appoint. Plus le courant de déséquilibre sera intense et plus la fréquence sera élevée, ce qui occasionnera dans la résistance de chauffage 15 d'appoint une intensité moyenne de courant plus grande, donc un chauffage plus important de celle-ci. De préférence, les moyens qui permettent de mesurer en permanence l'intensité du courant traversant la résistance de chauffage d'appoint sont constitués par un milliampèremètre connecté en parallèle sur cette résistance par 20 l'intermédiaire d'un circuit de filtrage. Grâce au circuit de filtrage, le courant qui passe dans le milliampèremètre est pratiquement continu et il est proportionnel à la fréquence des impulsions délivrées par la basculé monostable, donc proportionnel à la puissance calorifique de la résistance de chauffage d'appoint qui est alimenté par 25 ces mêmes impulsions. Avantageusement, l'appareil comporte en outre un compteur d'impulsions, commandé par la bascule monostable et qui est alimenté en opposition de phase par rapport à la résistance de chauffage d'appoint. Ce compteur enregistre ainsi la quantité globale de gaz qui traverse la 30 tête de mesure, en totalisant le nombre des impulsions délivrées par la bascule monostable. De plus, comme il est alimenté en opposition de phase, si l'on s'arrange pour qu'il consomme a peu près le même courant que la résistance de chauffage d'appoint, le courant débité par l'alimentation sera pratiquement constant, contribuant ainsi à une bonne stabilisation de la tension régulée. 35 Une forme d'exécution de l'invention est décrite ci-après à titre d'exem ple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un appareil conforme à l'invention, sur laquelle est également schématisé le coffret contenant le circuit électronique de mesure qui est associé à cet appareil; 40 - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; 70 00516 5 2085184 - la figure 3 est une vue partielle, en coupe et ?» plus grande échelle, suivant la ligne III-III de la figure 2; - la figure 4 est une vue partielle, en coupe et h plus grande échelle, suivant la ligne IV-IV de la figure 2; 5 - la figure 5 est un schéma du circuit électronique de mesure associé A l'appareil selon l'invention; et, - la figure 6 est un diagramme représentant, en L'onction du temps et en fonction de l'amplitude, l'allure du potentiel en un point du circuiL do la figure 5, pour deux valeurs différentes du débit de fluide mesuré. 10 L'appareil représenté sur les figures 1 et 2 se compose principalement d'un bloc diviseur de débiL 1 et d'une tGte de mesure 2 qui est reliée par un câble électrique 3 îï un coffret 4 contenant le circuit électronique de mesure associé. Le bloc diviseur de débit 1 est essentiellement constitué par uii corps 15 métallique tubulaire 5 qui est inséré dans La canalisation 6, parcourue par le fluide gazeux dont on désire mesurer le débit, par l'intermédiaire de brides 7 sur lesquelles prennent appui des vis 8. L'étancliéiLé entre le corps 5 et les brides 7 est assurée par deux joints toriques 9. Quant ?» la tGte de mesure 2, elle est essentiellement constituée par un corps métallique cylindrique 10 20 qui est fixé par son embase recUingulaire 11 sur le corps 5 du bloc diviseur de débit t au moyen de quatre vis 12, 1'étancliéité étant assurée par un joint torique 13. Le fluide gazeux parcourt la canalisation 6 dans le sens indiqué par les flèches 14 et rencontre tout d'abord successivement une grille perforée 15 et 25 un tamis métallique 16, montés ?» l'intérieur du corps tubulaire 5, en travers de celui-ci. Le fluide gazeux emprunte alors deux efreuits différents. Une petite partie de ce fluide est dérivée daiis la tGte de mesure 2, comme indiqué par la flèche 17, par 1'intermédiaire d'un orifice dbitrée 18 prévu dans la p.troi du corps 5 et qui est muni d'un ajutage calibré 19. Le reste du fluide, 30 qui en constitue la majeure partie, traverse directement le"bloc diviseur de débit 1 par l'intermédiaire d'une plaque 20 comportant un certain nombre de perforations calibrées 21. CeLLe plaque perforée 20 est montée de manière amovible ?» "1'intérieur du corps tubulaire 5, dans la partie médiane de celui-ci. Comme indiqué par la flèche 22, le flux gazeux dérivé dans la' tGte de mesure 2 35 rejoint le flux principal qui traverse le bloc diviseur de débit 1, par un orifice de sortie 23 pratiqué dans la paroi du corps tubulaire 5 et débouchant ?i l'intérieur de celui-ci de l'autre côté de la plaque perforée 20. A l'intérieur du corps cylindrique 10 de la tGte de mesure 2 est ménagée une chambre annulaire périphérique 24 dans laquelle débouche l'orifice de l'aju-40 tage calibré 19. Dans cette chambre annulaire est logée une bague évidée 25. 70 00516 (> 2005184 Knlrc li- corps l() et le. diviseur I se I rouve s I l ué un t LI ; t D.'ln.s In partie cou t r.'l 1c du corps II) : i 111 r j-,;i I emcn I ménagées dru:-: cavités ') cy i i 11 cl i" 1 c|iH':; 27 cl 2K contenant respect i veinent un organe sensible cl un nrp! -ne. de ré li- rence '30. I..M cavité. 27 commun I I. ' o r;>.'ine sensible 2'), qui e:il représenl é à p 111 : > jurande échelle sur 1 ;i I I re 3, e;it essen t I c I I eineil t consl I l lié par uni' sonde métallique '14 cnmporI anI ."i sa part. le. Inférieure une cavité "i *i eu tonne de cloche. I,a liondc cul I lu-nul qucincn I I ho I é.e de h parois de In envi lé 2/ nu moyen d'une bn^ue '}(> cl d'une rondelle ')/, 1 ") ré.'i I i sées en in.'ilière plastique. I.n Inique '!(> esl munie d'un passade "JH /lu niveau du eondull '32, tandis (pie In rondelle 1/ cul munie d'un passade 'J9 nu niveau de In lumière 'SI. A In pnrl ic supérieure de In sonde )4 est ménagé tin logement axial .ï I 1 I u-lérieur duquel sont noyées, par exemple dans un alliage mêlai I I que à l>a:i point-20 de lusion, une t lie rm i s l ancc ininlal urc Tli I, une ré:: i I ance [iiiuialure Kl, tille" de chauffage permanent, cl une résistance miniature K, dite de ehaulia;',e d'appoint. Ces trois élément:! Iniil partie du clrctiil électronique de mesure associé à l'nppnreil et ils sont reliés é lec I r i qucmcnl nu reste du clrcuil, contenu dnns -le eoflrel de mesure 4, pur I ' i n I e rméd i n i re d'une plaquette de 2"5 circuit imprimé 40 comportant des plots 41 sur lesquels sonl soudées les exl ré-mités de:: d i ITércnls conducteurs 42 cousl i tuant le c.lb I e de liaison'- 'J. Cet le plaquette de circuit imprimé 4 ou.vcrlure prévue à cet effet i la partie supérieure du capot et qui es L équipée d'un passe-eflble 44. l/orj'.ane de. référence '30, qui esl représe.nLé a plus }',randc échelle sur la fi; ,ue 46 esL dépourvue de. tout passade éLanL donné que la cavité 28 est en cul de sac. .. 40 A ,I'' intérieur du logement axial- prévu à la partie supérieure de la sonde COPY 70 00516 7 2085184 45 sont noyées une thermistance miniature Th 2, une résistance miniature R2, dite de chauffage permanent, et une résistance postiche P. La thermistance Th 2 et la résistance R2 font également partie du circuit électronique associé et elles sont reliées électriquement au coffret de mesure 4 par l'intermédiaire 5 de la même plaquette de circuit imprimé 40. La résistance postiche P est court-circuitée et ne joue donc aucun rôle dans le fonctionnement du circuit électronique associé. Elle occupe simplement la place de la. résistance R de l'organe sensible 29 et a pour but de rendre l'organe de référence 30 parfaitement identique à cet organe sensible 29, au point de vue géométrique et thermique. 10 Le circuit électronique associé, dont le schéma est représenté sur la fi gure 5, se compose principalement d'une alimentation stabilisée 49, d'un circuit 50 comportant un pont de mesure associé à un amplificateur à transistors, d'un circuit 51 comportant une bascule monostable à transistors, d'un circuit de mesure 52 associé à un millxa™n=remètre 53, d'un circuit d'enregistrement 54 asso-15 cié -ù un enregistreur 55etd'un circuit de commande 56 pour un compteur d'impulsions 57. L'alimentation stabilisée 49 est d'un type connu en soi et comprend tout d'abord un transformateur Tr sur l'enroulement primaire duquel est appliqué le courant alternatif du secteur. L'enroulement secondaire de ce transformateur 20 comporte un point milieu M constituant le zéro de l'alimentation et ses deux extrémités sont respectivement connectées à deux diodes D1 et D2 effectuant un redressement à double alternance du courant. L'alimentation stabilisée 49 comprend en outre un condensateur de filtrage Cl, deux diodes Zener ZI et Z2 alimentées respectivement à travers des résistances R3 et R4, et un transistor de 25 régulation Tl, du type NPN, monté en collecteur commun. Le potentiel positif '■s.- + E apparaissant sur l'émetteur du transistor Tl est ainsi parfaitemerit stabilisé et constitue la tension d'alimentation de l'ensemble du circuit électronique. * Dans le circuit 50, on retrouve tout d'abord la résistance RI et la ther-30 mistance Thl de l'organe sensible 29, ainsi que la résistance R2 et la thermistance Th2 de l'organe de référence 30. Chacune des résistance RI et R2 est directement connectée entre l'émetteur du transistor Tl et le point milieu M, c'est-à-dire en parallèle sur l'alimentation. Quant aux thermistances Thl et Th2, elles sont connectées en série et l'ensemble est également monté en parallèle sur 35 l'alimentation. Ces deux thermistances sont de valeur égales et constituent deux des branches adjacentes d'un pont de Wheatstone. Les deux autres branches de ce pont sont déterminées par une prise potentiométrique réalisée sur un potentiomètre PI qui est monté en parallèle sur l'alimentation par l'intermédiaire de trois résistances en série R5, R6 et R7. 40 _ Le point de jonction B de Thl avec Th2 est connecté à la base d'un transisCOPV 70 00516 8 2085184 tor amplificateur T2, du type PNP, dont l'émetteur est connecté Ti la prise po-tentiométrique de Pl. La dérive en température de ce transistor T2 est compensée par une thermistance Th3 connectée en parallèle sur la résistance R6. Le collecteur du transistor T2 est connecté directement à la base d'un se-5 cond transistor amplificateur T3, du type NPN, dont le collecteur est relié au potentiel + E par une résistance de butée R8, et dont l'émetteur est relié au point milieu M par une résistance R9. Une résistance RIO est également connectée entre la base et l'émetteur de ce transistor T3. La bascule monostable que comporte le circuit 51 est essentiellement cons-10 tituée par deux transistors T4 et T5, du type NPN, dont les émetteurs sont directement connectés au zéro de l'alimentation. La base du transistor T4 est reliée à l'émetteur du transistor amplificateur T3 par l'intermédiaire d'une résistance Rll, tandis que son collecteur est relié à la base du transistor T5 par une résistance R12 en série avec un condensateur C2. Un condensateur C3 est 15 également connecté entre le collecteur de T5 et la base de T4. Le collecteur de T4 est en outre relié au potentiel i- E de l'alimentation par l'intermédiaire d'un potentiomètre P2 en série avec la résistance R de chauffage d'appoint de l'organe sensible 29. Quant au collecteur de T5, il est relié au potentiel + E par une résistance unique R13. Enfin, la base de T5 est 20 reliée au potentiel + E par un potentiomètre P3. Le circuit de mesure 52 comprend tout d'abord trois résistances R14, R15 et R16, connectées en série entre l'une des bornes du milliampèremètre 53 et le point de jonction G de la résistance R avec le collecteur du transistor T4. Le point de jonction de R14 avec R15 est relié au potentiel j- E par un conden-25 sateur de filtrage C4, tandis que le point de jontion de R15 avec R16 est relié à ce même potentiel + E par un condensateur de filtrage C5. Le point G est en outre connecté à une extrémité d'une diode D3 dont l'autre extrémité est reliée au potentiel + E par un condensateur C6 et au condensateur C5 par une résistance R17. L'autre borne du millianpèremètre 53 ;st reliée au potentiel -f E 30 par l'intermédiaire d'une résistance R18 qui en réalité fait partie du circuit d'enregistrement 54. En effet, l'enregistreur 55 est relié d'une part à cette résistance R18, et d'autre part à une prise potentiométrique H reliée au potentiel + E par une résistance R19 et au zéro de l'alimentation par une résistance R20. 35 Le circuit de commande 56 est essentiellement constitué par un transistor T6, du type NPN, dont la base est reliée au point G par l'intermédiaire d'une résistance R21. Le collecteur de ce transistor est connecté directement au potentiel + E de l'alimentation, le compteur dimpulsions 57 étant branché entre l'émetteur et le zéro de l'alimentation. 40 Le milliampèremètre 53 qui, comme on le verra par la suite, constitue COPY 70 00516 9 2085184 l'organe indicateur de débit de l'appareil, est monté sur la face avant du coffret 4, comme représenté sur la figure 1. De même, il est prévu une fenûtre 58 sur la face avant de ce coffret 4, afin de laisser apparaître les indications du compteur d'impulsions 57 qui totalise la quantité globale de gaz consommée. 5 L'appareil qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante : Le fluide gazeux, qui circule à l'intérieur de la canalisation 6 dans le sens indiqué par les flèches 14, rencontre tout d'abord la grille perforée 15 dont le but est d'égaliser les turbulences éventuelles du fluide. Il rencontre ensuite le tamis métallique 16 qui tranquillise ces turbulences et assure en 10 même temps un filtrage grossier des particules susceptibles de se trouver en suspension dans le gaz. Ainsi que cela a déjà été dit, le fluide gazeux emprunte alors deux circuits différents. La majeure partie de ce fluide traverse directement le bloc diviseur de débit 1 par l'intermédiaire de la plaque perforée 20, tandis qu'une 15 petite partie est dérivée dans la tête de mesure 2 par l'ajutage calibré 19. La quantité de gaz dérivée dans la tête de mesure dépend essentiellement du rapport entre la surface de passage de l'ajutage 19 et la surface totale des perforations calibrées 21 de la plaque 20. Il suffit donc de mesurer le débit dérivé pour avoir la valeur du débit total. On notera d'ailleurs que cette plaque 20 20 est amovible, ce qui permet d'adapter le bloc diviseur de débit 1 en fonction du débit nominal de la canalisation 6. Le flux gazeux qui pénètre dans la tête de mesure 2 sort de l'ajutage 19 de façon turbulente et circule d'abord dans l'évidement de la bague 25 située à l'intérieur de la chambre annulaire 24. Ceci permet au gaz d'atteindre la 25 température ambiante tl de l'ensemble de la tête de mesure 2, avant de pénétrer à l'intérieur de la cavité 27 de l'organe sensible 29 par l'intermédiaire des passages 31 et 39. Le fluide vient alors tourbillonner dans la cavité 35 de la sonde 34, emprunte l'espace annulaire compris entre la'sonde et la bague 36 et ressort par le passage 38 pour aller rejoindre, par l'intermédiaire du con-30 duit 32 et de l'orifice de sortie 23, le flux principal qui traverse le bloc diviseur de débit. La résistance RI étant connectée en parallèle sur l'alimentation chauffe en permanence la sonde 34 qui prend ainsi au repos, c'est-à-dire en l'absence de flux gazeux, une température t2 quand l'ensemble de la tête de mesure est à 35 la température ambiante tl. La différence t2-tl ne dépend que de la puissance de chauffage de la résistance RI et comme cette puissance de chauffage est constante, la différence t2-tl est également constante. La résistance R2 est également connectée en parallèle sur'1'alimentation et chauffe donc aussi en permanence la sonde 45 de l'organe dé référence 30. La 40 sonde 45 se trouve par conséquent à la même température t2 que la sonde 34 de ' CÔPV 70 00516 10 2085184 l'organe sensible 29. Le flux de gaz qui parcourt la têLe de mesure 2 tend à refroidir la sonde 34 en passant au travers de la cavité 27. Par contre, la sonde 45 n'est pas refroidie puisque la cavité 28 dans laquelle elle se trouve est en cul de sac 5 et n'est donc pas parcourue par le flux gazeux. L'abaissement de la température de la sonde 34 par rapport à celle de la sonde 45 est décelé par la thermistance Thl qui commande alors, comme on le verra par la suite, l'envoi d'un certain courant dans la résistance R de chauffage d'appoint. Ce courant est tel que la puissance calorifique développée par R ramène la sonde 34 à la température t2. 10 Autrement dit, la différence de température t2-tl est maintenue constante quel que soit le débit du gaz dans la tête de mesure. Le gaz entrant dans la cavité 27 à la température tl en ressort à la température t2 et a donc emmagasiné une quantité de chaleur qui est fonction de sa masse ou de son débit. Cette quantité de chaleur est par ailleurs proportion-15 . nelle à la puissance électrique dissipée dans la résistance R et elle est donc proportionnelle au courant traversant cette résistance puisque celui-ci est délivré par impulsions à tension constante, comme on le verra par la suite. Il suffit par conséquent de mesurer ce courant, au moyen du milliampèremètre 53 prévu à cet effet, pour avoir 1a. valeur instantanée du débit de gaz dérivé 20 dans la tête de mesure. De plus, comme le flux dérivé est proportionnel au flux principal, il suffit d'étalonner convenablement le milliampèremètre 53 pour que celui-ci donne directement la valeur instantanée du débit total de gaz traversant la canalisation 6. Cependant, pour que le rapport entre le flux dérivé et le flux principal 25 soit parfaitement constant, il faut que l'ajutage 19 soit suffisamment petit pour que la perte de charge qui lui est propre soit forte vis-à-vià de celle du reste du circuit de la tête de mesure. Il convient également de remarquer que le gaz n'a -jamais le temps de prendre rigoureusement la température t2. En fait, il ressort ?i une température lé-30 gèrement ircférieuré qui dépend théoriquement du débit. Cependant, le gaz a deux possibilités de cheminement à travers la cavité 27. Pour les petits débits, le gaz présente un écoulement laminaire et ressort directement par le passage 38 sans venir tourbillonner dansfra cavité 35 de la sonde. La surface d'échange est donc plus' faible et compense le temps de contact qui est relativement long. 35 Par contre, pour les gros débits, le gaz a un écoulement turbulent et tourbil-lone'dans la cavité 35 avant de ressortir par le passage 38. La surface d'échange est donc plus grande et compense le temps de contact qui est relativement court. On obtient ainsi une réponse linéaire entre la valeur du débit et l'indication donnée par le milliampèremètre 53. De plus,' ces deux possibilités 40 • de cheminement du gaz à travers la cavité 27 permettent de compenser la légère COPY 70 00516 11 2085184 distorsion due aux déperditions de chaleur de l'organe sensible 29, qui ne sont pas rigoureusement les mêmes au repos et avec circulation de gaz. En l'absence de la bague évidée 25, le gaz pourrait prendre la température tl simplement au contact de .la chambre annulaire 24. Mais la présence de la bague évidée 25 devient utile pendant les périodes transitoires où la tête de mesure 2 change de température. Dans ce cas, la sonde 34 suit ce changement de température avec un déphasage dans le temps par suite de son isolement thermique. Ce phénomène gênant est compensé par le fait que le gaz en pénétrant dans la tête 2 prend la température tl dans l'évidement de la bague 25 dont la masse et l'isolement thermique sont tels que sa température évolue avec le même déphasage que la sonde 34. On va maintenant expliquer le fonctionnement du circuit électronique associé en se référant plus particulièrement au schéma de la figure 5. Comme on le verra par la suite, le transistor Tl de l'alimentation 49 fonctionne à charge constante. On peut donc considérer que le potentiel positif + E de son émetteur est parfaitement stabilisé. L'organe de référence 30 est géométriquement et thermiquement parfaitement identique "i l'organe sensible 29, notamment par la présence de la résistance postiche P dans la sonde 45, à la place de la résistance R de la. sonde 34. Par suite, le point milieu B de la branche du pont constituée par les deux thermistances Thl et Th2 n'est affecté par aucune variation de la température de l'ensemble de la tête de mesure. En effet, si la température ambiante varie, par exemple augmente, la température de l'organe sensible augmente dans la même proportion que celle de l'organe de référence et le oont reste équilibré. Le potentiomètre PI permet d'ajuster le zéro du pont au repos. Comme indiqué plus haut, le passage d'un flux de gaz à travers fia cavité 27 de l'organe sensible 29 tend à refroidir la sonde 34. Par suite, la valeur de la thermistance Thl varie par rapport à celle de la thermistance Th2 de l'organe de référence 30, ce qui entraîne un déséquilibre du pont. Le courant de déséquilibre du pont est d'abord amplifié par le transistor T2 dont la dérive en température est compensée par la thermistance Th3. Ce courant est ensuite amplifié par le second transistor T3. Les résistances R9 et RIO ont pour but de maintenir dans le transistor T2 un courant de collecteur au repos non négligeable, ce qui permet à ce transistor de travailler avec un coefficient d'amplification suffisamment élevé. Quant aux résistances R8 et Rll, elles servent de résistance de protection et ont pour but d'éviter que le transistor T3 ne soit détérioré dans le cas d'un déséquilibre important du pont. Le courant de déséquilibre du pont, amplifié par les transistors T2 et T3, commande alors le fonctionnement de la bascule monostable du circuit 51. 70 00516 12 2085184 Cette bascule monostable, constituée par les transistors T4 et T5, est dans un état stable lorsque le potentiel de la. base de T4 est négatif ou voisin de zéro. Dans ce cas, le transistor T4 est dans un état non conducteur, ou bloqué. Le courant dans la résistance de chauffage d'appoint R est nul et le 5 potentiel du point G est donc égal à + E. Le transistor T5, dont la. base est alimentée par le potentiomètre P3, est alors conducteur et entretient dans 1a. résistance R13 un courant qui est tel que le potentiel de.son collecteur est très bas. Lorsque le pont est en déséquilibres le courant amplifié par les transis-10 tors T2 et T3 fait monter le p.otentiel de la base de T4 et le courant Hase de ce dernier, amplifié, commence à faire chuter le potentiel du point G. Cette chute de potentiel est transmise à 1a. base de T5, par l'intermédiaire du condensateur C2, et fait remonter le potentiel du collecteur de ce transistor. Cette dernière remontée de potentiel est également transmise à la base de T4 par 15 le condensateur C3 et entraîne, par effet cumulatif, le déblocage du transistor T4 et le blocage du transistor T5. La. résistance R est alors alimentée par la tension maximum + E, en supposant provisoirement que le potentiomètre P2 est réglé sur zéro. Lors de ce changement d'état de. la bascule, le condensateur C2 aura emmagasiné une charge négative - E et le collecteur de T5 sera 20 remonté au potentiel -i- E. Cet état, dit instable, dure le temps de la décharge du condensateur C2 dans le potentiomètre P3. Après quoi, le transistor T5 recommence \ débiter dans la résistance R13, ce qui fait chuter le potentiel de son collecteur. Cette chute de potentiel est transmise par C3 à la base du transistor T4 qui se 25 trouve ainsi à nouveau bloqué et 1a. bascule se retrouve dans l'état, stable initial. Le cycle recommence dès que le courant issu de T3 a déchargé le condensateur C3. ■- -» Oi} voit ainsi que la résistance R sera parcourue en fait par des impulsions de courant, impulsions dont la fréquence sera d'autant plus élevée que 30 le courant issu de T3 sera plus important, c'est-à-dire que le déséquilibre du pont sera plus grand. La figure 6 représente d'ailleurs, à titre d'exemple, l'allure du potentiel au point G du circuit 51, en fonction du temps et de son amplitude Â. La courbe 59 représente l'allure de ce potentiel dans le cas d'un petit débit et la courbe 60 dans le cas d'un grand débit. On voit qu'il s'agit 35 d'une suite d'impulsions négatives 61, dont l'amplitude est égale à E et dont la fréquence augmente avec le débit. La durée de ces impulsions est déterminée par la constante de temps C2-P3. Les impulsions de tension apparaissant au point G du circuit 51 engendrent, dans le circuit R14, R15, R16, 53, R18, un certain courant qui, filtré par les 40 condensateurs C4 et C5, donne dans le milliampèremètre 53 un courant pratique - V COPY 70 0051 6 " 2005184 ment continu proportionnel à la fréquence do ces impulsions. Or, la puissance ci lorifique dissipée dans la résistance de chauffage d'appoint R est égale.menL proportionnelle "i cette fréquence. Les indications du milliampèremètre 5'3, convenais I einent étalonné, représentent donc bien la valeur instantanée du débit de gaz traversant la canalisation 6. Un faiL, l'ensemble présente dans les faib1 es débits un léger resserrement de. 1 'écho 1 le. Ce 1 u L-ci osL compensé par la diode i)'3 qui, sous les impulsions de C, charge C6 qui aLteint rapidement la charge I K pour rester bloqué à celle valeur pour les débits supérieurs. I,e condensateur ('.(> en se déchargeant lentement dans RI 7 et R]f>, introduit dans le mill iampèremèl re 5'3 une correction qui se fait ainsi senLir surtout dans les faibles débils. Le poLentiomètre P2 permeL, lors de l'éLalonnago de l'appareil, de compenser les petites différences qui peuvent exister entre, les différentes tûtes de. mesure. 2 ou les câbles de liaison '3. I I permet également d'adapLer l'appareil i des ga v. dont la conductibilité Lherniiquo. conditionnerait un écarL L 2— L I différent. Les impulsions de Lension apparaissant au point (! du circuiL 51 sont amplifiées par le transistor Tf> du cir.cuit de. commande 56. Ce. Lransistor esL mon Lé en collecleur commun et le compLeur d'impulsions 57 esL mon Lé dans l'émeLleur. Dans ce.s conditions, le LransisLor Tf> débite, en opposition de phase par rapport au LransisLor T4 de la bascule monosLable. Un conséquence, comme le compLeur 57 consoiiitiie à peu près le mfme courant que la résistance de chauffage d'appoint R, le courant global débi Lé par 1 ' a 1 i mon La L i on sLabilisée. h') sera pra L iquemen L cons Lan L , ce qui conlribue. i uni: parlai Le. s Lab i I i sa t i on de la tension régulée K , I,e compLeur 57 enregisLre le nombre des impulsions apparaissant au poinl C et LoLiilise ainsi la quant.iLé globale de g az L ra versan L la canalisation h. I,e poLenLiomèLre 1**3 détermine la durée de ces impulsions et permet donc" d'a j us l e r les indications du compLeur 57 en fond ion de celle;; données par le mi. I I i ampe re- * * mèLre. "5 '3. Le couranL iraversanL le mi1 I I i ampèremè L re 'j'3 donne, aux bornes de la résistance Rltt, une tension capable de commander 1 'enregi îiLreur 55. Cependant, il va de soi que col enregistreur n'est absolument pas indispensable. Dans le cas ou il est ulilisé, il sera raccordé au coffret de. mesure' h par uiytflble souple prévu ri ceL effeL. Kn faiL," le courant" base du transistor Tf> provoque dans la ré;; i s Lance K une 1 ége re chute do I eus ion qui' fausse le zéro, l'our le milliampèremètre 5'i, ci' I u i -c i ' peu I f>Lre ajusté en relouchant le zéro mécanique, l'our l'enregistreur 55, I c-, zéro esl ajusté en prélevant sa tension de commande, non seulement sur la résistance K I H, mais éga 1 emen I sur la prise pol.eiil i omél r i que fl, dont le potentiel esl 1res voisin de ! K car la valeur de RIO est Ires petite devant • col le de RXO 70 00516 M r. o •" 1 1 kkvkndications 1.- Appareil, pour compter et mesurer le débit d'un lluide gazeux eu mesurant la quantité de chaleur nécessaire |>our élever la température du lluide d'une quantité donnée, comprenant un organe sensible (29) dispose dans le llux 5 gazeux et un organe de référence ('30) disposé- dans une cavité en cul de sac (28) de manière à être insensible au débiL de ce fluide, earaetorisé eu ce que chacun de ces organes comporte une résistance chauffante (Kl, K2) pour chauffer oïl permanence le. lluide. al in d'élever sa température «.l'une quantité donnée et un élément do déLocLion (Thl, Th2) sensible à la température, l'organe sensible 10 (29) comportant en outre une résistance «le chauffage «l'appoint (10 «huit 1'alimentation, en courant est commandée par le déséquilibre entre les doux éléments de détection (Thl, Tli2) , pour maintenir ladite élévation «le température du fluide quel que soit son débit, et des moyens (53) pour mesurer en permanence La puissance «lu courant traversant coLLe résistance de chauffage «l'appoint (U) . 1.5 2.- Appareil selon la revendication I, dans lequel l'organe sensible (29) cL L'organe «le rélérenco ('30) sonL tous iloux incorporés dans uni' tête île mesure (2) donL le corps (10) est fixé à un bloc diviseur de débit tubulaire (I), inséré dans la canal isat ion ((>) parcourue par le fluide ga/.oux dont on désire mesurer le ilébiL, ce bloc diviseur île il «'bit (I) communiquant avec la loto «le 20 mesure (2), «l'une part par un or il iee d'entrée (18), et il'autre pari par un or i lice, do sorLi'o (2'3) par lequel le llux gazeux dérivé dans la tôle «le mesure (2) rejoint le llux principal (1A), caractérisé on ce que l'orifice d'entrée (18) du llux gazeux dérivé dans la tê-te do mesure (2) est muni d'un ajutage calibré (19), tandis que le bloc diviseur de débi't (I) comporte, entre cet ori-2') l ice d'entrée (18) et I 'orili.ee «le sortie correspondant (2'3), une jilaque transversale amovible (20) pourvue «le porl «>rat ions calibrées C'l). i- Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le-lvloe «livi -seur de débit (1) comporte en outre une g,ri Ni' perforée ( il) et un tamis (11)), disposés. t ransvorsa I oini-n t "en amont de I ' or i I i ce il ' ont rée (-Ï 8) du llux ga/.oux '30 déri.vé dans, la tête de mesure (2). h.- Appareil selon l'une quelconque des r evend i ca t i «tus I .i 1, «a iac I or i se oïl ce que l'organe do rélérenco ('30) et I 'organe sensible (l'.'J) sont cssenl ici I emeiil. çoiist i rué* s par doux sondes métalliques identiques (V», M) en lorme «le cloche, comportant chacune un .logement dans." lequel sont re»p«>c t i veinent noves, '3') dans un a I M âge. mél .al I i que , I.l résistance ch'aullante (K2) et l'élément «le de Lee. Lion. (T.li2) " pour, I 'organe: de rél eronco (')O), «•!• la tes i'st ance chaull.intc (Kl), 1 ' é I «Miieu l . «le dét ocl i on . (Th I ) et 1 a rosi si ance" de «'bailliage «l'appoint (K) poui I ' organe: s.en.s il>l e (29) , une. rés i s tance "postiche- (I'), «le iiiimiio nature ipic la ('«■si y Uiiico-ilê chauffage d'appo i nt (K) de I 'orga'ni1 sens i h l'o étant en outre 40 noyée dans le logement correspondant de la sonde (AV) de l'organe «lé reloiouco COPY 70 00516 15 2085124 (30). 5.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'orifice d'entrée (18) du flux gazeux dérivé débouche dans une chambre annulaire (24) pratiquée dans le corps (10) de la tête de mesure (2), l'aju- 5 tage calibré (19) équipant l'orifice d'entrée (18) étant très réduit de manière que le flux gazeux dérivé soit animé d'un mouvement turbulent dans l'évidement de ladite chambre (24).= -• 6.- Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une bague évidée (25), thermiquement isolée, est disposée à l'intérieur de la chambre annu- 10 laire (24), de manière que le fluide prenne la température de cette bague qui évolue avec le même déphasage thermique que la sonde (34) de' l'organe sensible (29). • • • •• , 7.- Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'évidement de la bague (25) communique à sa partie inférieure avec une première cavité en cul 15 de sac (28) dans laquelle est disposé l'organe de référence (30) et avec une seconde cavité similaire (27) dans laquelle est disposé l'organe sensible (29), cette seconde cavité (27, communiquant en outre à sa partie supérieure avec un conduit (32) relié directement à l'orifice de sortie (23) du flux gazeux dérivé. 8.- Appareil selon la revendication^, caractérisé en ce que les parois in- 20 térieures des deux cavités (28, 27) dans lesquelles sont respectivement disposés l'organe de référence (30) et l'organe sensible (29), sont tapissées avec un matériau thermiquement isolant tel que de la matière plastique. 9.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les deux éléments de détection sensibles à la température du fluide gazeux sont 25 constitués par des thermistances (Thl, Th2) connectées dans deux branches adjacentes d'un pont'de Wheatstone, caractérisé en ce que le courant de déséquilibre du pont est amplifié et commande le fonctionnement d'une bascule monostable (T4, T5) alimentant la résistance de chauffage d'appoint (R) de l'organe sensible (29), les moyens qui permettent de mesurer en permanence la puissance du courant 30 traversant la résistance de chauffage d'appoint (S.) étant constitués par un milliampèremètre (53) connecté en parallèle sur ladite résistance par l'intermédiaire d'un circuit de filtrage. 10.- Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un compteur d'impulsions (57), commandé par la bascule monostable (T4,T5) 35 et agissant comme compteur-totalisateur par intégration du débit de fluide. 11.- Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que le compteur (57) a une consommation équivalente à celle de la résistance de chauffage d'appoint (R) et est alimenté en-opposition de phase" par rapport à cette résistance, de. façon à assurer une charge constante pour l'alimentation, quel que 40 soit.le débit. 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