Brevet FR2077892A1 — publié le 19711105

L'invention concerne en premier lieu l'étalonnage des débit-mètres industriels, c'est-à-dire des appareils servant à me- surer des débits de liquide ou de gaz, mais peut s'aptlicuer aussi à l'étalonnage d'autres appareils utilisés dans l'industrie pour mesurer ou indicuer un volume ou un poids de fluide s'écou- lant dans une conduite et qu'on appellera "compteurs" dans ce oui. suit, Pour étalonner un débit-mètre, le moyen le plus simple et le plus immédiat est de comparer ses indications au débit réel qui le traverse. L'étalonnage est évidemment d'autant plus précis que le débit réel est déterminé avec plus de précision, Le débit réel peut être déterminé scit par la lecture d'un appareil de mesure pré@lablementétalonné (par exemple un débitmètre étalon), soit a posteriori par la mesure de la durée de remplissage d'une capacité de volume connu (cuve jaugée) ou de a durée de trajet d'un piston chassé par le fluide dans une capacité cylindrique (tube étalon à boule)0 Dans toutes les méthodes d'étalonnage connues le fluide est mis en mouvement, dans un circuit comprenant l'appareil à étalonner monté en série avec l'appareil étalon ou la capacité, par un dispositif auxiliaire comprenant par exemple une pompe ou un réservoir en charge si le fluide est un liquide, un compresseur ou une bouteille de gaz sous pression si le fluide est un gaz. Ce dispositif auxiliaire doit permettre de faire varier le débit0 Conformément à la présente invention, il est possible d'omettre le dispositif auxiliaire en utilisant comne appareil de mesure étalon un générateur volumétrique de débit, c'est-à-dire une pompe volumétrique si le fluide est un liquide ou un compresseur volumétricue si le fluide est un gaz, et d'obtenir néanmoins un étalonnage précis en limitant la pression de refoulement de la pompe ou du compresseur à une valeur sensiblement égale à celle qui est strictement nécessaire pour compenser la perte de charge imposée à 1' écoulezuent du fluide par l'appareil à étalonner. De préférence, l'appareil à étalonner sera monté, en série avec le générateur volumétrique de d bit, dans un circuit fermé peu résistant de façon à n'opposer à l'écoulement du fluide qu'une résistance sensiblement égale à celle de cet appareil. Cependant, on ne sortirait pas du cadre de l'invention en ontnt l'appareil à étalonner, en série avec le généreteur volumétrioue de débit, dans un circuit d'étalonnage peu résistant ayant deux extrémités reliées respectivement à deux bacs à niveau constant si le fluide utilisé pour l'étalonnage est un liquide, ou bien à l'atmos phère ou à deux capacités où les pressions sont maintenues égales si le fluide est de l'air ou un gazO On sait que le débit de fluide refoulé par une pompe vo lumétricue ou un compresseur volumétriaue n'est pas strictement proportionnel à sa vitesse de rotation, en raison des fuites qui se produisent à l'intérieur de la pompe ou du compresseur, de la sortie vers l'entrée On aurait donc pu cidre sue la vitesse de rotation ne donne qu'une indication inexacte ou imprécise sur le débit0 C'est en limitant, par les moyens indiqués plus haut, la charge du générateur volumétrique de débit (c'est-à-dire le rapport de compression du compresseur ou le rapport de la pression de refoulement de la pompe à sa pression d'admission) à la perte de charge de l'appareil à étalonner, qui est.toujours très faible, qu'on obtient une précision équivalente à celle des installations industrielles d'étalonnage de la technique antérieure0 Le débit réel traversant l'appareil à étalonner est donc déterminé avec précision par la vitesse de rotation de la pompe ou du compresseur, qu'il est facile de mesurer. Ce débit ne doit pas être réglé au moyen d'un organe d'étranglement qui introduirait une perte de charge et fausserait les mesures ; le générateur volumétrique de débit est entraidé par un moteur à vitesse réglable, oui permet de faire varier son débit. Pour étalonner un compteur de volume, il faut mesurer le volume réel qui le traverse, et non pas le débit0 Le volume réel sera déterminé par le nombre de tours effectué par la pompe ou le compresseur. Un dispositif d'étalonnage selon l'invention comprend donc un générateur de débit (pompe ou compresseur volumétrique) entraîné par un moteur à vitesse réglable et monté en série avec l'appareil à étalonner (débit-mètre ou compteur) dans un circuit n'imposant à ce générateur de débit qu'une charge sensiblement égale à la perte de char.se opposée par ledit appareil à l'écou- liement du fluide, et des moyens permettant de mesurer la vitesse de rotation dudit générateur de débit ou le nombre de tours qu'il effectue, @ Des moyens peuvent être prévus pour régler la température et/ou la pression du fluide dans le circuit d'étalonnage0 On - peut aussi associer à ce circuit un densimètre à mesure continue afin de permettre l'étalonnage d'un débit-mètre lassiaue ou alun a appareil servant à mesurer le poids de fluide qui le traverse La description qui va suivre en regard des dessins anne xés, donnée à titre d'exemple non limitatif , permettra de bien comprendre les avantages de l'invention et l'art de le @ réaliser, toutes particularités qui ressortent tant du texte que des dessins faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 représente un circuit d'étalonnage sel.on l'invention la figure 2 est une vue schématique d'un circuit d'étalonnage selon l'invention, comprenant un dispositif de réglage de la température du fluide dans le circuit les figures 3 et 4 représentent schématiquement des dispositifs permettant de régler a pression du fluide dans un circuit d'étalonnage selon l'invention;; la figure 5 représente schématiquement circuit selon l'invention permettant l'étalonnage d'un débit-mètre massique la figure 6 représente schématiquement un circuit permettant d'étalonner une pompe volumétrique, La figure 1 représente un circuit servant à étalonnner des/débit-mètres destinés à mesurer des débits de liquide, Ce circuit comprend une pompe volumétrique 1 dont une bride 2 est fixée à une bride 3 d'un tuyau 4 ayq.nt une grande section de passage et une ccurbute modérée, formant un élément de de circuit en boucle terminé par une seconde bride 5 située en face de l'autre bride 6 de la pompe 1, à une distance telle que les brides 7 et 8 d'un débit-mètre 9 puissent être fixées respectivement à ces brides 6 et So Le débit-mètre 9 est ainsi monté en série avec la pompe volumétrique 1 dans un circuit qui est fermé par l'élément 4. Celui-ci est muni de deux tubulures 10, 11 oui nerni-ettent de remplir le circuit de liquide et de le vidanger et oui sont ensuite fermées par des bouchons filetés 12, 13. la pompe volumétrique 1 est de préférence une pompe à palettes ou une pompe à engrenage à denture oblique. Elle est accouplée à un moteur électrique à vitesses réglable 14o Tans le mode de réalisation représenté, ce moteur 14 est un moteur à collec 'teur muni de balais 15 dont on peut modifier 7 calage pour faire varier sa vitesse ; il va de soi cependant nue ce moteur pourrait être de tout autre type comportant un dispositif m-ca- nique ou électronique permettant de régler sa vitesse de rotation. Cette vitesse de rotation peut être mesurée par un dispositif 16 qui, dans le mode de réalisation représenté, comprend un générateur électrique d'impulsions 17 associé à un tachymètre numérique précis 18 et à un tachymètre analogique 19. Le générateur d'impulsions 17 est accouplé la pompe 1 et les iulsios -'i engendre sont appliquées simultanément par des lignes 18a et 19a aux deux tachymètres 18 et 19. Ceux-ci sont par exemple du tybe électronique ; ils sont bien connus en eux-mêmes et il ne pl- rait donc pas utile de les décrire. Le tachymètre numérique 18 indiaue périodiquement la vitesse de rotation exacte de la pompe et le tachymètre analogidue 19 indique cette vitesse de rotation instantanément9 mais avec moins de précision.Les indications de ces deux appareils permettent donc, d'une part, de régler facilement la vitesse de rotation de la pompe en ajustant le calage des balais 15 du moteur (-ou autre organe de réglage de la vitesse du moteur) et, d'autre part, de mesurer avec une grande précision la vitesse de rotation de la pompe pendant la durée de la mesure, La pompe 1 est entrainée par le moteur 14 de façon à faire circuler le liquide en circuit fermé à travers le débitmètre 9, par exemple dans le sens de la flèche 200 L'étalonnage comprend plusieurs mesures successives à divers débits0 Pen dant chaque mesure, on maintient pendant plusieurs minutes la vitesse de rotation de la pompe à la valeur choisie et on note la vitesse de rotation de la pompe pendant la mesure, La pompe 1 étant volumétrique, le volume qu'elle refoule à chaque tour est connu, puisque c'est le volume engendré par le mouvement de son rotor pendant un tour9 En effet l'élé- ment de circuit 4, ayant une grande section et une faible courbure, n'oppose qu'une résistance insignifiante à la circulation du fluide, et le débit-mètre 9,- pour sa part, est construit pour n'op@oser qu'une très faible résistance à l'écoulement du fluide dens le circuit d'utilisation auquel il est destiné la pompe 1 fonctionne donc dans le circuit fermé avec une charge insigni- fiante, de sorte que les fuites internes dans la pompe sont ré- gligeables. les débit qui traverse la débit-mètre 9 pendant la mesure est donc mesuré, avec une précision très suffisante pour l'éta lonnage d'un débit-mètre industriel, par le rapport V x , dans lequel V est le volume engendré par le rot or de la pompe pendant un tour et # sa vitesse de rotation indiquée Par le tachymètre numérique 18 pendant la mesure0 I1 est donc facile, en effectuant des mesures à diverses vitesses de rotation de la pompe 1, de tracer avec préci- sion la courbe d'étalonnage du débit-mètre 9o On remarquera que le dispositif décrit présente notamment, par rapport aux dispositifs d'étalonnage antgrieurement connus, l'avantage de ne pas nécessiter l'emploi d'organes auxiliaires de réglage de débit d'exploitation difficile. Il va de soi qu'au lieu de faire tourner la pompe 1 de façon que le fluide circule dans le sens de la flèche 20, on pourrait faire tourner la pompe dans l'autre sens, Il est d'ailleurs possible d'effectuer deux séries de mesures en faisant tourner la pompe en sens opposés pour étalonner le débit-mètre dans les deux sens0 Un circuit semblable à celui de la figure 1 peut servir à étalonner un débit-mètre destiné à mesurer un débit de gazO Il suffit pour cela de remplacer la pompe 1 par un compresseur volumétrique.Un tel circuit peut aussi servir à étalonner un compteur de volume, monté à la place du débit-mètre 9' ; le volume traversant le compteur est alors mesuré par le produit V x N, V ayant la même signification que ci-dessus et N étant le nombre de tours effectué par la pompe pendant la durée de la mesureO0e nombre de tours peut être indiqué, par exemple, par un compte tours. les spécialistes de l'étalonnage comprendront aisément aue l'invention présente des avantages nombreux et importants par rapport aux méthodes d'étalonnage antérieurement connues. D'abord, du fait qu'un organe unique assure à la fois la mise en mouvement du fluide et la mesure du débit (ou du volume), les réglages qui doivent sistre effectués avant chaque opération de mesure se réduisent au seul réglage de la vitesse de rotation de la pompe ou du compresseur ; il en résulte un gain important sur la durée des manoeuvres De plus, il est facile de mesurer les vitesses de rotation avec une grande précision et les procédés actuels d'usinage permettent de construire des pompes et des compresseurs volumétriques dont on connait exac tement le volume V engendré à chaque tour par la rotation du ro tor ; on peut donc atteindre facilement des précisions de mesure très supérieures à celle qui est nécessaire pour étalonner un appareil Industriel. La continuité du débit, lors des mesures d'étalonnage, permet de s'affranchir des diffieultés inhérentes aux disposi tiBs à fonctionnement discontinu et d'obtenir des résultats en tels réel En particulier, il n'est pas nécessaire de prévoir des capacités de grand volume pour emmagasiner le fluide0 En outre, l'invention est particulièrement bien adaptée à un étalonnage en circuit fermé, ce qui procure encore d'autres avantages, te volume de fluide mis en oeuvre est limité à celui qui e.st contenu dans le circuit fermé ; il est donc faible, ce qui facilite le changement de fluide dans le cas où des appareils doivent être étalonnés successivement avec des fluides différents, par exemple des liquides de viscosités ou de densités différentes. Le faible volume de fluide en circuit permet aussi de régler facilement sa température à une valeur stable et de procéder successivement à diverses températures, par exemple par le moyen qui sera décrit plus loin en regard de la figure 2. Il est facile, aussi, dtajuster la pression du fluide à l'intérieur du circuit fermé, par exemple par les moyens qui seront décrits plus loin en regard des figures 3 et 4 ; cette possibilité présente notamment un grand intérêt dans le cas d'une installation d'étalonna- ge pour fluide gazeux, car dans ce cas l'influence de la pression est primordiale et son ajustage à des valeurs précises est nécessaire. La figure 2 montre schématiquement un dispositif d'4ta- lonnage comportant un générateur volumétrique de débit la monté en série avec un appareil à étalonner 9a dans un circuit fermé 4a pourvu de tubulure et de robinets de remplissage et de vi dange 10a, lia, 12as 13aO Dans le circuit 4a est aussi monté un échangeur de chaleur 21 dans lequel circule à contre courant un fluide chauffant entrant par un tuyau 22 et sortant par un tuyau 23, dont le débit peut être réglé par un robinet ?4. te générateur de débit la (pompe ou compresseur volumétrique) est entrainé par un moteur à vitesse réglable et accouplé à un appareil de mesure tachymétriaue (non.représentés) comme dans le cas de la figure 1, et assure la circulation et la mesure du débit du fluide (liquide ou gaz) remplissant le circuit 4a. La température de ce fluide, indiquée par une sonde thermométrique 25, peut être re- glée à la main ou automatiquement au moyen du robinet 240 circuit 4a est pourvu d'une autre tubulure 26 munie d'un robinet d'arrêt 27 et destinée au réglage de la pression du fluide en circuit au moyen d'un dispositif tel aue ceux oui sont représentés sur les figures 3 et 4o Sur la figure 3, une nouteille d'air comprimé 58 est reliée par une tuyauterie 29, munie d'un mano-détendeur 30, au commpartiment sup@rieur 31a d'une capacité 31 divisée en deux compartimerts par une membrane souple 31b et dont le comparti- ment inférieur 31c est relié au robinet 27 par une tuyauterie 32. On ouvre le robinet 27 avant d'emplir le circuit 4a de fluide, de façon que ce fluide remplisse le compartiment 31c en me temps que le circuit 4a. Le mano-détendeur 50 permet de lire et de régler la pression dans le compartiment 31a, et cette pression est transmise par la membrane souple 31b au compartiment 31c et au circuit 4a. Le dispositif de la figure 4 est nrévu pour régler une pression de liquide dans le circuit 4a. G3 dispositif con prend une. pompe 33 qui prend du liquide nar un tuyau 33a dans un réservir 34 et le refoule dans ce même réservoir par une tuyau- terie 33b munie d'une vanne de réglage 35. La tuyauterie 33b est reliée au robinet 27 par une tubulure 38 munie d'un manomè .tre 39. La vanne de réglage 35 crée un étranglement réglable au refoulement de la pompe 33 et permet donc de régler Ra pression dans le circuit 4a, indicuée par le manomètre 39. La figure 5 montre comment un densimètre peut être associé à un circuit d'étalonnage selon l'inventior pour étalonner .un débit-mètre massique. Comme dans la disposition de la figure 2, l'appareil à étalonner 9b est monté en série avec un générateur volumètrique de débit lb dans un eircuit 4b pourvu d'une tubulure 26b permettant de régler la pression du fluide en cir cuit. Dans le circuit 4b est aussi monté, en série avec le généra- teur 1b et l'appareil 9b, un densimère à mesure cortinue 40 d'un type connu émettant des signaux qui mesurent la densité du fluide qui le traverse.Le génerateur volumétrique 1b est entrainé par un moteur à vitesse réglable (non représenté) et accouplé à un appareil 17b analogue au générateur d'impulsions 17 de la figure 1, émettant des signaux qui mesurent la vitesse de rotation du générateur de débit lb. Les signaux émis respectivement par le. densimètre 40 et le générateur d'impulsions 17b sont appli qués par des lignes 41 et 42 à une calculatrice 43 d'1m type connu capable de combiner ces signaux pour indiquer le nroduit de la densité d du liquide par la vitesse de rotation # du générateur de de débit 1b.Il suffit donc de multiplier ce produit par le volume me V engendré par le générateur de débit à chaque tour de son rotor pour connaître le débit-masse du fluide dans le circuit 4b, et par conséquent pour étalonner l'appareil 9b. On neut aussi obtenir une calcula-rice 43 pourvue d'un correcteur sur lequel on affiche le volume V, et effectuant directement le produit V x d x Pour connapitre le poids de fluide qui s'est écoulé dans le circuit pendant une mesure, par exemple en vue d'étalonner un compteur de poids de fluide, il suffit de multiplier le débitmasse par la durée de la mesure, Il vade soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'on pourrait les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'inventtion. En particulier, si on ne connait pas a priori le volume V engendré par la rotation du générateur de débit pendant un tour de rotor, on peut procéder à un étalonnage préalable de ce générateur, par exemple au moyen d'un circuit tel que celui qui est représenté sur la figure 6. Sur cette figure, la pompe volumétrique 1 de la figure 1, accouplée à son moteur et à son tachymètre, débite en circuit fermé dans un tube étalon représenté schématicuement an 44. Le circuit est rempli de liauide et la pompe 1 met le liquide en mouvement dans le sens de la flèche 49. Le tube étalon 44 comprend de façon connue un tube en U 45 dont les branches 45a, 45b sont placées horizontalement l'une au-dessus de 'autre et sont reliées par une dérivation 46 obturée par une vanne 47 qui retient une boule 47a de même diamètre que le tube en U. Quand on inverse la position de la vanne, la boule 47a tombe dans la bronche inférieure 45a, est poussée nar le fluide ét parcourt le tube en U, puis retomba de la branche 45b dans la dérivation 46. Le débit de fluide mis en mouvement par ls pompe 1- est égal au rapport du volute (connu) du tube 45 entre deux repères 48, 48a, à la durée de trajet de la boule entre ces deux repères. En mesurant ainsi le débit à diverses vitesses de rotation de la nomme 1 on peut étalonner complètement celle-ci, de sorte que l'étalonnage d'un débit-mètre tel que 9 (figure 1) se fera ensuite par lecture directe de la vitesse de rotation0 REVENDICATIONS 10- Un perfaetionnement à l'étalonnage des appareils de mesure tels aue les débit-mètres ou les compteurs pour fluides, consistant à mesurer le débit ou le volume réel de fluide traversant l'appareil à étalonner, au moyen d'une pompe volumétrique ou d'un compresse@r volumétrique assurant en même temps la mise en mouvement du fluide, en limitant la pression de refoulement de la pompe ou du compresseur à une valeur sensiblement égale à celle qui est nécessaire pour compenser la perte de charge imposée à l'écoulement du fluide par l'appareil à étalonner. 2.- Un dispositif d'étalonnage d'appareils de mesure tels que des débit-mètres ou des compteurs pour fluides, comprenant un générateur volumétrique de débit entrainé par un moteur à vitesse réglable et rioté en série avec l'appareil à étalonner dans un circuit n'imposant à ce générateur de débit d'une charge sensiblement égale à la perte de charge imposée par ls ledit appareil à l'écoulement du fluide, et des moyens permettant de resurer la vitesse de rotation dudit générateur de dé@it et/ou le nombre de tours qu'il effectue, 3.- Un dispositif selon la revendication 2, dans lequel les moyens permettant de mesurer la vitesse de rotation du générateur de débit comprennent un tachymètre numérique indiquant périodiouement la vitesse de rotation exacte et un tachymètre analogicue indiquant instantanément une vitesse de rotation approximative. 4.- Un dispositif selon une quelconcue des revendications 2 ou 3, dans lequel le générateur débite an circuit fermé dans l'appareil à étalonner. 5.- Un dispositif selon la revendication 4, dans lequel la température du fluide qui s'éccule dans le circuit fermé est réglable par des moyens comprenant un échangeur de valeur monté en série dans le circuit0 6.- Un dispositif selon une cuelconue des revendications 4 ou 5, dans lequel le circuit fermé est relié à une capacité ou une canalisation contenant du fluide à pression préglable. 7. - Un dispositif selon une quelconque des revendications 4 à 6, comprenant un densimètre à mesure continue monté en série dns le circuit, et une calculatrice reliée au densimètre et à un tachymètre accouplé au générateur de débit pour efectuer le produit des signaux emis par ledit densimetre et ledit tacnymetre.