Brevet FR2124348A1 — publié le 19720922

La présente invention concerne un appareil à mesurer le débit et plus spécialement des débitmètres perfectionnés comportant un corps dont la partie avant est escarpée ou renflée, qu'on désignera ci-après par corps camard, dans lesquels un 5 détecteur est placé à l'intérieur du corps camard. Les appareils à mesurer les débits ont été perfectionnés au cours des dernières années à un point tel que 1* on dispose actuellement de dispositifs pouvant engendrer un mouvement fortement oscillant, exempt d'intermittences, dans un fluide 10 circulant dans un conduit et transformant le mouvement oscillant du fluide en impulsions électriques dont la fréquence de répétition est fonction du débit du fluide. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 572 117 décrit un certain nombre de corps camards qui produisent de fortes oscillations régulières 15 du fluide et indiquent que des rapports élevés signal/bruit sont obtenus avec un détecteur convenable placé de manière à détecter le mouvement oscillatoire du fluide à l'extérieur d'un sillage engendré par le corps camard. La figure 7 du brevet précité représente un détecteur analogue à une sonde monté dans 20 un orifice ménagé dans la paroi du conduit pour détecter le mouvement du fluide dans la zone d'écoulement périodique à faible turbulence située à l'extérieur du sillage. En général, ni le détecteur analogue à une sonde, ni lë groupe de détecteurs intégraux et différentiels qui sera décrit plus loin n'a été 25 utilisé dans le sillage (c'est-à-dire la zone d'écoulement périodique très turbulente située directement en aval du corps camard) car les niveaux de bruit dans cette zone sont si élevés qu'il est difficile d'obtenir des signaux de bonne.qualité. En outre, l'utilisation d'un détecteur analogue à une 30 sonde présente de nombreux inconvénients comprenant : (1) la nécessité de ménager un grand nombre de trous d'accès dans la paroi du conduit pour le corps camard et les détecteurs comportant chacun ses propres boulons de fixation et sa propre garniture d'étanchéité ; (2) la fragilité d'un dispositif 35 qui pénètre dans le courant d'un fluide et (3) la difficulté d'utiliser de tels détecteurs dans des dispositions de détection de phases. Ces problèmes sont décrits plus en détail 72 03303 2 2124348 dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 587 312. Une solution donnée dans ce dernier brevet consiste à utiliser un groupe de détecteurs différentiels dans lequel les détecteurs sont montés sur la base du corps camard et font partie intégrante de ce 5 dernier. L'invention décrite dans ce dernier brevet a permis de réduire considérablement le prix et la complexité des débit-mètres à corps camard tout en permettant de mesurer avec précision le débit d'un fluide dans un conduit, en particulier de courants sales et bruyants. Par conséquent, bien que l'invention 10 susmentionnée représente un perfectionnement important dans le domaine de la mesure du débit, il reste plusieurs problèmes à. résoudre et de ce fait d'autres perfectionnements peuvent être apportés. Plus particulièrement, dans un débitmètre dans lequel 15 les détecteurs sont solidaires du corps camard, lorsqu'un détecteur est sale ou endommagé ou détérioré pour une raison quelconque, il est nécessaire d'interrompre le débit dans le conduit devant le corps camard et ensuite le détecteur peut être enlevé pour être réparé ou remplacé. En outre, le débitmètre n'est 20 généralement pas facile à réparer sur place, c'est-à-dire que tout le corps camard, y compris les détecteurs, doit être ramené à l'usine pour être réparé, ce qui augmente la durée d'arrêt du débitmètre. En outre, la nécessité d'utiliser deux détecteurs dans 25 le circuit en pont d'un ensemble de détecteurs différentiels (pour obtenir un signal de grande amplitude à faible niveau de bruit) présente une difficulté particulière du fait qu'un détecteur de remplacement doit être accordé avec le détecteur restant pour que le pont soit électriquement équilibré en 30 l'absence d'un signal. En conséquence, la présente invention a pour objet de détecter un mouvement oscillant d'un fluide créé par un corps camard dans un courant, notamment dans une zone d'écoulement très turbulente créée par ce corps et d'effectuer une telle 35 détection en n'utilisant qu'un seul détecteur. La présente invention a encore pour objet d'améliorer la possibilité d'entretenir et de réparer sur place un débitmètre 72 03303 3 2124348 à corps camard en permettant d'enlever le détecteur du corps camard sans qu'il soit nécessaire d'enlever le corps camard lui-même du conduit. Selon les particularités essentielles de la présente inven-5 tion, une forme de réalisation donnée à titre illustratif comprend un débitmètre à corps camard dans lequel le corps camard comporte une base plane disposée perpendiculairement au sens d'écoulement du fluide dans un conduit et deux surfaces convergentes en aval entre lesquelles s'étend une première ouverture 10 allongée, l'axe longitudinal de l'ouverture est dans un plan perpendiculaire au sens d'écoulement du fluide et est lui-même perpendiculaire à l'axe transversal du corps camard. En outre, le corps camard présente une seconde ouverture allongéè qui établit une communication entre la première ouverture et l'exté-15 rieur du conduit et qui est destinée à loger un détecteur amovible dans la région d'intersection des deux ouvertures. En fonctionnement, lorsque le fluide s'écoule autour de la base du corps camard, il se forme des tourbillons le long des faces aval. Ces tourbillons provoquent des variations de 20 pression dans le fluide qui remplit la première ouverture en engendrant ainsi un signal électrique correspondant par l'intermédiaire du détecteur. la fréquence de répétition du signal électrique est proportionnelle à la fréquence réelle de formation des tourbillons étant donné que le détecteur est sensible 25 aux variations produites par les tourbillons aux deux extrémités de la première ouverture. Dans des installations à grande vitesse d'écoulement d'un oue fluide, telles/ dans les installations de transport de gaz, la fréquence de formation des tourbillons peut être si élevée 30 que la réalisation d'un appareillage électrique sensible peut être difficile ou coûteuse. Cette difficulté est moindre dans une autre forme de réalisation de la présente invention dans laquelle l'axe longitudinal de la première ouverture est orienté obliquement par rapport à l'axe transversal du corps camard, 35 en permettant de ne mesurer que la moitié de la fréquence réelle de formation des tourbillons. Bien que selon une caractéristique de la présente invention, 72 03303 2124348 les formes de réalisation décrites ci-dessus puissent être utilisées en disposant l'entrée de la première ouverture dans la zone d'écoulement très turbulent directement en aval de la base du corps camard, la qualité des signaux est améliorée en donnant 5 à la base une forme conique et en ménageant les première et seconde ouvertures de façon que la première ouverture comiiunique avec une zone d'écoulement peu turbulent. Chacune des formes de réalisation de la présente invention peut être facilement entretenue et réparée sur place. Par exém-10 pie, lorsque le détecteur monté, par exemple sur un support dans la seconde ouverture, doit être entretenu, il peut être • enlevé du corps camard par l'intermédiaire du support sans qu'il soit nécessaire d'enlever le corps camard proprement dit du conduit et, si l'on utilise des techniques de piquage en 15 charge, il n'est pas nécessaire d'interrompre l'écoulement dans le conduit. Ce processus simple permet avantageusement à un utilisateur de débitmètres de stocker des détecteurs qui peuvent être utilisés comme éléments de remplacement pour des détecteurs sales ou endommagés enlevés du corps camard. Par 20 suite, la durée d'arrêt du débitmètre est considérablement réduite, de même que les frais qu'entraîne l'enlèvement du corps camard entier pour le faire réparer par le fabricant ou l'isolement du conduit pendant le remplacement d'un détecteur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention res-25 sortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, des formes de réalisation de l'invention. Sur ce dessin : la figure 1 représente schématiquement les zones d'écoule-30 ment crées par un corps camard placé dans un conduit selon la technique antérieure ; les figures 2A et 2B représentent respectivement une vue en perspective et une vue en plan d'un débitmètre à corps camard selon une forme de réalisation de la présente invention ; 35 la figure 2.C est une coupe suivant la ligne 2C-2C de la figure 2A ; la figure 3 est une coupe analogue à la figure,2C d'une 72 03303 5 2124348 troisième forme de réalisation de la présente invention qui est destinée à réduire la fréquence détectée de formation des tourbillons ; et la figure 4 est une élévation latérale schématique d'une 5 seconde forme de réalisation de la présente invention pour effectuer une détection dans une zone d'écoulement peu turbulente. Avant de décrire la présente invention, il serait utile de réexaminer la façon dont un corps camard réagit avec un courant de fluide dans un conduit. Comme on le voit sur la figure 10 1, un corps camard 5 ayant une section droite triangulaire est fixé le long d'un diamètre d'un conduit 1 . Une surface avant ou base 6 du corps 5 réagit avec le fluide s'écoulant dans le conduit 1 pour produire un sillage oscillant (S), c'est-à-dire la région délimitée par les couches de cisaillement (Z) et englo-15 bant ces dernières qui séparent la zone d'écoulement périodique à haute turbulence (GT) située derrière le corps 5 de la zone d'écoulement périodique à faible turbulence (ET) située à l'extérieur. La zone des sillages commence à proximité des bords à arêtes vives" 9 et 10 du corps 5 et s'étale en aval du corps 5 20 jusqu'à ce qu'elle remplisse tout le conduit 1. En amont du corps 5, les signaux qui peuvent être détectés devant le corps 5 deviennent de plus en plus failles en amont et sont presque entièrement couverts par les fluctuations de l'écoulement turbulent à une distance du corps camard 5 correspondant sensible-25 ment à mie longueur de ce dernier. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique ÎT0 3 572 117 précité, un détecteur analogue à une sonde est monté par exemple dans la paroi du conduit à l'endroit désigné par 18 dans la zone d'écoulement périodique de faible turbulence à l'extérieur du sillage. Par contre, dans le brevet 30 des Etats-Unis d'Amérique N° 3 587 312 précité, deux détecteurs différentiels sont assujettis à la surface frontale ou base 6 du corps 5. Pour éviter toute intermittence dans l'écoulement oscillant du fluide, le premier brevet précité indique que le rapport de 35 la longueur axiale du corps 5 à la hauteur de la base 6 est avantageusement compris entre 1 et 2 et que le rapport de la hauteur de la base 6 au diamètre interne du conduit 1 est 72 03303 2124348 avantageusement compris entre 0,15 et 0,4. En outre, le rapport de la distance entre la surface la plus avancée de la "base 6 et ses bords à arêtes vives à la hauteur de la base est de 0,3 ou moins. Pour un corps camard ayant une base convexe (figure 4 5 du présent mémoire), le rapport de la longueur axiale (longueur axiale des surfaces latérales du corps camard. plus la distance axiale entre la surface la plus avancée de la base et ses bords a arêtes vives) à la hauteur de la base est avantageusement compris entre 1 et 2. 1o Ces critères sont satisfaits avantageusement par la présente invention par un débitmètre à corps camard comme celui correspondant à une forme de réalisation des figures 2A à 2C. le corps camard 11 qui est fixé, par exemple le long d'un diamètre d'un conduit (non représenté) et entre les parois de ce dernier , 15 comporte une surface de basé 13 placée de préférence perpendiculairement au sens d'écoulement du fluide dans le conduit et deux surfaces aval convergentes 15 et 17. Par conséquent, la section droite du corps 11, comme on le voit sur la figure 2A, est sensiblement triangulaire. Afin de détecter un mouvement oscillant 20 du fluide, le corps 11 présente une première ouverture allongée 19 s'étendant entre les surfaces aval 15 et 17 dans une zone d'écoulement de grande turbulence, l'axe longitudinal 19a de l'ouverture 19 se trouve dans un plan perpendiculaire au sens d'écoulement du fluide et est lui-même perpendiculaire à l'axe 25 transversal 11a qui s'étend dans le sens de la grande dimension du corps camard 11. En outre, le corps 11 présente une seconde ouverture allongée 21 dont l'axe longitudinal est représenté à titre illustrâtif comme étant parallèle à l'axe transversal 11a. l'ouverture 21 établit une communication entre la première 30 ouverture 19 et.1'extérieur du conduit (non représenté) et est destinée à loger un détecteur 23 pour détecter les variations d'écoulement du fluide dans la première ouverture 19. Comme on le voit sur la figure 2B, le détecteur 23 est monté à l'extrémité d'un arbre 25 introduit dans la seconde ouverture 21 de façon 35 que le détecteur 23 soit placé dans la première ouverture 19. Pour obtenir une sensibilité optimale, le détecteur 23 est placé entre les côtés 27 et 29 de l'ouverture 19, la position précise 72 03303 7 2124348 étant déterminée empiriquement. Par exemple, en plaçant le détecteur 23 trop près du côté 27, il peut gêner l'écoulement du fluide dans l'ouverture 19 et réduire ainsi la sensibilité. Il convient de noter que le détecteur peut être l'un de divers 5 types bien connus comprenant, par exemple un détecteur convenable de force_,de pression, de vitesse, de déplacement, de température ou de densité actuellement disponible en pratique. En fonctionnement, au fur et à mesure qu'un fluide (par exemple un gaz ou un liquide) s'écoule autour de la base 13 du 10 corps camard 11, il se forme des tourbillons le long des surfaces aval 15 et 17.. Ces tourbillons provoquent des variations de pression et de vitesse dans le fluide qui remplit la première ouverture 19, en produisant un signal électrique correspondant par l'intermédiaire du détecteur 23. Ainsi, par exemple, lorsque 15 le détecteur 23 comprend une thermistance, les variations de résistivité provoquées par la température produisent des impulsions électriques qui sont transmises par des conducteurs électriques (non représenté*) passant dans l'arbre 25 (qui est creux par exemple) à un montage convenable de détection électronique 20 (par exemple un amplificateur, un réseau comparateur et un filtre). Dans cette forme de réalisation, la fréquence de répétition des impulsions électriques est proportionnelle à la fréquence réelle de formation, des tourbillons (et par ~suite-du débit) étant donné que le détecteur 23 est sensible aux variations provoquées par 25 les tourbillons aux deux extrémités 31 et 33 (figure 2C) de la première ouverture 19. Lorsque la fréquence de formation des tourbillons est si élevée, par exemple dans des installations de transport de gaz à grande vitesse, qu'il est souhaitable, en fonction des consi-30 dérations de construction, d'utiliser un appareillage électronique à des fréquences plus basses, il peut être souhaitable d'utiliser une autre forme de réalisation de la présente invention, comme celle représentée sur la figure 3. Dans ce cas, le corps camard 111 est identique à celui précédemment décrit 35 en se référant aux figures 2A à 2C, excepté que l'axe longitudinal 119a de la première ouverture 119 est orienté obliquement par rapport à l'axe transversal 111a du corps 111. Cette 72 03303 2124348 inclinaison a pour effet d'exposer la face du détecteur 123 directement au fluide s'écoulant dans l'extrémité 131 de l'ouverture 119, mais de l'abriter derrière la partie terminale de l'arbre 125 pour éviter de l'exposer directement au fluide s'écou 5 lant dans l'extrémité 133 de l'ouverture 119. En conséquence, le détecteur 123 ne réagit efficacement qu'à la moitié des variations provoquées par les tourbillons, la fréquence mesurée du signal électrique correspond par conséquent à la moitié de la fréquence réelle de formation des tourbillons. 10 II convient de noter que la présente invention permet d'obte nir un signal de bonne qualité sans avoir à utiliser de détecteur dans un pont électrique et malgré le fait que le détecteur 23 (ou 123) se trouve près de la zone d'écoulement de grande turbulence et communique avec elle où les niveaux de bruit sont im-15 portants. Toutefois, si l'on désire améliorer encore la qualité du signal, les première et seconde ouvertures peuvent être ménagées dans une zone d'écoulement de faible turbulence en modifiant la forme du corps camard. Ainsi, comme le montre la figure 4, le corps camard 211 comprend une base convexe 213 et des surfa-20 ces aval convergentes 215 et 217. la première ouverture 219 est ménagée dans la partie convexe du corps 211 de même que la seconde ouverture 221. Etant donné que le sillage commence à proximité de la ligne 214 et qu'il se prolonge en aval, il est évident que cette forme de réalisation place le détecteur dans 25 une zone d'écoulement de faible turbulence sans réduire les avantages des formes de réalisation précédemment décrites d'un corps camard ayant une base plane. Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et représentées et est susceptible de 30 recevoir diverses variantes entrant dans le cadre et l'esprit de l'invention. * 72 03303 9 2124348 REVENDICATIONS 1. Corps allongé générateur de tourbillons à utiliser pour mesurer le débit d'un fluide dans un conduit, comprenant une surface de base disposée d'une manière sensiblement perpendiculaire 5 au sens d'écoulement du fluide pour provoquer efficacement la formation de tourbillons dans ledit fluide, corps caractérisé en ce qu'il présente un axe transversal orienté ~dans le sens de sa grande dimension et une première ouverture qui le traverse de manière sensiblement perpendiculaire à la fois au sens d'écou-10 lement du fluide et à l'axe transversal, la première ouverture étant orientée de manière à recevoir une partie du fluide s'écoulant dans le conduit, et une seconde ouverture qui établit une communication entre la première ouverture et l'extérieur du conduit, cette seconde ouverture étant destinée à loger au moins 15 un détecteur amovible sensible aux variations provoquées, par les tourbillons dans le fluide entrant dans la première ouverture. 2. Corps selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux surfaces- convergentes se prolongent en aval de la surface de base, la première ouverture s'étendant entre lesdites 20 surfaces convergentes. 3. Corps selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'axe longitudinal de la première ouverture est sensiblement perpendiculaire à l'axe transversal du corps. 4. Corps selon la revendication 3, caractérisé en ce que 25 la surface de base est plane et en ce que l'axe longitudinal de la première ouverture se trouve dans un plan sensiblement parallèle à la surface de base. 5. Corps selon la revendication 4, caractérisé en ce que la base et les surfaces convergentes sont planes et en ce que 30 l'axe longitudinal de la seconde ouverture est sensiblement parallèle à toutes ces surfaces. 6. Corps selon la revendication 5, caractérisé en ce que sa section droite est sensiblement triangulaire. 7. Corps selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un 35 support est destiné à introduire dans la seconde ouverture au moins un détecteur monté à l'extrémité dudit support introduit dans la seconde ouverture, ce support étant positionné de manière 72 03303 10 2124348 à placer le détecteur dans la première ouverture, 8. Corps selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'axe longitudinal de la première ouverture est orienté obliquement par rapport à l'axe transversal du corps pour permettre de 5 mesurer efficacement à peu près la moitié de la fréquence réelle de formation des tourbillons. 9.Corps selon la revendication 8, caractérisé en ce que la surface de la base est plane et en ce que l'axe longitudinal de la première ouverture se trouve dans un plan sensiblement paral- 10 lèle à la 'surface de la base. 10. Corps selon la revendication S, caractérisé en ce que • surface de la/base et les surfaces convergentes sont planes et en ce que l'axe longitudinal de la seconde ouverture est sensiblement parallèle à toutes ces surfaces. 15 11. Corps selbn la revendication 10, caractérisé en ce que sa section droite est sensiblement triangulaire. 12. Corps selon la revendication 11, caractérisé én ce qu'un support est destiné à introduire dans la seconde ouverture, au moins un détecteur monté à l'extrémité du support introduit dans 20 la seconde ouverture, ce support étant positionné de manière à placer le détecteur dans la première ouverture. 13. Corps selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de la base est convexe et en ce que la première ouverture est ménagée dans cette dernière. 25 14. Corps selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte deux surfaces convergentes orientées en aval à partir de la surface de la base. 15. Corps selon la revendication .13, caractérisé en ce que l'axe longitudinal de la première ouverture est sensiblement 30 perpendiculaire à l'axe transversal du corps. 16. Corps camard à utiliser pour mesurer le débit d'un fluide dans un conduit, comportant une surface de base plane disposée de manière sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement du fluide afin de provoquer efficacement la formation 35 de tourbillons dans ce fluide, la surface s'étendant le long d'un diamètre du conduit et entre ses parois, deux surfaces planes convergentes orientées en aval de la surface de base et donnant 72 03303 11 2124348 audit corps une section droite sensiblement triangulaire, le rapport de la longueur axiale du corps à la hauteur de la surface de base étant compris entre 1 et 2 et le rapport de la hauteur de la surface de base à la dimension interne du conduit perpen-5 diculairement à son axe longitudinal étant compris entre 0,15 et 0,4, corps caractérisé en ce qu'il présente un axe transversal qui est parallèle à la base et aux surfaces convergentes, une première ouverture allongée s'étendant entre les surfaces convergentes, llaxe longitudinal de la première ouverture étant dans 10 un plan sensiblement parallèle à la surface de base et étant sensiblement perpendiculaire à l'axe transversal du corps ; une seconde ouverture allongée qui établit une communication entre la première ouverture et l'extérieur du conduit, l'axe longitudinal de la seconde ouverture étant sensiblement parallèle à la surface 15 de base, et la seconde ouverture étant destinée à loger au moins un détecteur amovible sensible aux variations provoquées par les tourbillons dans la première ouverture. 17. Corps selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'un support allongé est destiné à ajuster dans la seconde ouver- 20 ture au moins un détecteur monté à l'extrémité dudit support introduit dans le corps, ce support étant introduit de manière que le détecteur soit placé dans J_a première ouverture. 18. Corps générateur de tourbillons à utiliser pour mesurer le débit d'un fluide selon la revendication 17, caractérisé en 25 ce qu'il est traversé par une première ouverture orientée de manière à recevoir une partie du fluide s'écoulant dans le conduit, ledit corps présentant une seconde ouverture qui fait communiquer la première ouverture avec l'extérieur du conduit, cette seconde ouverture étant destinée à loger au moins un détec-30 teur amovible sensible aux variations produites par les tourbillons dans la partie du fluide entrant dans la première ouverture.