Brevet FR2201457A1 — publié le 19740426

La présente invention concerne, pour des fluides, spécialement lorsque ceux-ci sont gazeux, un dispositif de mesure de débit. On a déjà proposé de mesurer de tels débits avec un tube vertical transparent de forme intérieure conique, gradué extérieurement, et dans lequel est engagé une sorte de flotteur capable de l'obturer vers sa section la plus étroite. Le flotteur peut être sphérique ou il peut être en forme de toupie et pourvu d'amorces d'ailettes à la périphérie de sa portion la plus large. Lorsqu'un gaz sous pression est envoyé à la base d'un tel tube, le flotteur est repoussé vers le haut jusqu'à ce que soit dégagée, entre la paroi interne du tube et la périphérie du flotteur, une section annulaire suffisante pour le passage du débit gazeux envoyé. Le flotteur se stabilise ainsi à un niveau qui peut être lu sur la graduation, laquelle peut être établie directement en débit, par exemple en litres par minute > pour une pression d'admission donnée. Lorsque le flotteur est sphérique, il est naturellement stable et centré dans la veine gazeuse, tandis que, lorsqu'il est en forme de toupie, sa stabilité est assurée, grâce aux ailettes, par giration autour de l'axe vertical du tube, ce qui justifie le nom de "rotamètre" donné à cet appareil. Ces appareils indispensables dans certaines techniques telles que celles du laboratoire, en anesthésie ou en respiration assistée, pour la soudure de métaux avec intervention de gaz, sont très onéreux du fait qu'ils sont fabriqués à la main par unité. Réalisés en verre ordinaire, ils sont fragiles et sensibles aux pressions internes relativement fortes. La présente invention remédie à ces inconvénients. Elle permet, en outre, de fabriquer des appareils qui, avec un encombrement réduit, conviennent pour une large plage de débits et dont la sensibilité relative peut varier à volonté suivant le débit mesuré. Un dispositif de mesure des débits de fluides, et spécialement de fluides gazeux, comprenant un flotteur mobile, sous la poussée ascendante d'un courant de fluide, dans un tube transparent vertical jusqu'à l'équilibre entre la poussée ascendante reçue de ce fluide et le poids dudit flotteur, comprend, selon I'invention, un tube transparent intérieurement cylindrique muni d'une tige axiale fixe, de section circulaire, effilée vers le haut, tandis que le flotteur obturant le tube glisse à frottement doux dans celui-ci et comporte un canal axial de révolution, pourvu d'un étranglement, dont le diamètre est toutefois supérieur à celui de la tige dans sa partie de plus Sort diamètre. De préférenee, pour la stabilité, cet étranglement est situé vers la face supérieure du flotteur et le canal axial est évasé vers le bas à partir de cette restriction, l'angle d'évasement étant plus grand que le plus grand angle de conicité de la tige. Dans une telle réalisation, le passage principal du fluide allant de bas en haut s'établit entre la tige et le canal axial du flotteur, au niveau de l'étranglement. Comme dans les appareils usuels, le flotteur tend à s'élever jusqu'à ce que la section de passage soit suffisante pour que la différence de pression de fluide entre l'amont et l'aval de l'étranglement compense juste le poids du flotteur. Ainsi, comme dans ces appareils connus, le niveau de stabilisation du flotteur est, pour une pression d'admission déterminée du fluide, une mesure de la section de passage de ce fluide, donc une mesure du débit du fluide. Il est clair que, pour une portion tronconique de la tige effilée, les sections croissant linéairement, la graduation en débit sera au moins approximativement linéaire. Plus l'angle au sommet du tronc de cône est grand, plus la variation de débit pour une même variation de hauteur du flotteur est petite et plus les graduations sont rapprochées, pour une même unité de mesure du débit. Si l'angle au sommet crott de la base de la tige à son sommet, la sensibilité absolue diminue avec le débit. Cependant, il est possible de choisir un tel profil de tige à conicité croissante pour que la sensibilité relative de la mesure soit constante sur toute la hauteur du dispositif. I1 est possible également de prévoir une portion de tige de conicité plus réduite que celle des portions qui l'encadrent afin d'obtenir un maximum de sensibilité dans une plage déterminée de la zone de mesure. Le dessin annexé permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre. La figure unique montre en coupe un dispositif selon l'invention permettant la mesure d'un débit gazeux. Dans le tube en verre trempé 1 dont la paroi interne est presque rigoureusement cylindrique, est centrée, grâce aux bouchons terminaux 3 et 4, une tige 2 de révolution. Cette tige comprend une portion cylindrique 2a partiellement engagée dans le bouchon 3 et des portions de conicité croissante 2b, 2c, 2d. Dans le tube coulisse à frottement doux un flotteur 4 grâce à deux portées cylindriques de guidage 6 et 7 situées aux extrémités dudit flotteur. L'écart en diamètre du flotteur et du tube peut être réduit à quelques centièmes de millimètre. Le flotteur comporte un canal axial 8 comportant, vers le haut, un étranglement 9. La conicité générale en direction ascendante de ce canal 8 est supérieure à celle de la portion la plus fortement conique de la tige 2, de façon que la section 9 corresponde toujours à la section la plus rétrécie du passage entre la tige et la paroi du canal, quelle que soit la hauteur du flotteur dans le tube. Dans la réalisation représentée, le gaz arrive par un ajutage latéral 10 qui débouche dans un espace en couronne 11, lequel communique avec l'intérieur du tube par une pluralité d'orifices 12 régulièrement répartis autour de la tige 2. Pour la facilité de réalisation, le bouchon 3 peut être en deux parties 3a et 3b rendues étanches entre elles et par rapport au tube 1 par des joints 13. Le bouchon 4 comporte les passages 16 de sortie du gaz et une vis 15 pour l'immobilisation de la tige 2 entre les bouchons 3 et 4. En fonctionnement, le gaz arrivant par l'ajutage 10 passe, pour une faible partie en pratique constante et négligeable, entre la paroi du tube et la paroi externe du flotteur et, pour la plus grande partie, par le passage compris entre la tige et le canal 8. Ce courant de gaz soulève le flotteur Jusqu-'à l'équilibre entre la poussée due à la différence des pressions régnant entre le dessous et le dessus de ce flotteur et le poids de celui-ci. Le niveau où le flotteur se stabilise correspond à une certaine surface du passage annulaire compris entre la tige 2 et l'étranglement 9 du canal, donc à un débit déterminé de gaz. La lecture s'erfectue, au niveau de la face supérieure du flotteur qui contient l'étranglement 9, sur les graduations (non représentées) gravées sur la face extérieure du tube de verre 1. A titre d'exemple, à la partie 2b peut correspondre une graduation allant de 0,1 à 1 litre de gaz par minute > à la partie 2c une graduation de 1 à 10 litres/minute et à la partie 2d une graduation de 10 à 30 litres/minute. Un avantage important du dispositif selon l'invention est que le tube en verre trempé calibré peut facilement résister, pour un diamètre intérieur de 15 à 20 mm, à des pressions d'au moins 10 bars, tandis que les dispositifs usuels éclatent pour des pressions inférieures à 5 bars. De plus, le flotteur étant guidé, l'appareil est insensible aux chocs, spécialement aux chocs latéraux qui perturbent fortement les rotamètres. L'invention s'applique à toutes les mesures de débits fluides et spécialement de débits gazeux. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de mesure des débits fluides comprenant , dans un tube transparent vertical recevant le fluide, dont le débit est à mesurer, à la partie inférieure pour le laisser échapper à la partie supérieure, un flotteur mobile verticalement ménageant au fluide un passage croissant dans son déplacement vers le haut, caractérisé en ce que le tube est intérieurement cylindrique et muni d'une tige axiale fixe, de section circulaire, effilée vers le haut, tandis que le flotteur obturant le tube glisse à frottement doux dans celui-ci et comporte un canal axial de révolution pourvu d'un étranglement dont le diamètre est toutefois supérieure à celui de la tige dans sa partie de plus fort diamètre. 2.- Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étranglement est situé vers la face supérieure du flotteur. 3. - Dispositif de mesure selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le canal du flotteur est sensiblement conique, d'angle au sommet supérieur à l'angle au sommet le plus grand d'une portion de tige. 4.- Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige est au moins partiellement tronconique. 5.- Dispositif de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tige comprend une succession de troncs de conte. 6.- Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conicité de la tige est de plus en plus grande, de la base vers le sommet. 7. - Dispositif de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tige comprend au moins une portion de faible conicité comprise entre deux portions dont la conicité est plus forte. 8.- Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flotteur comprend un nombre limité de portées de coulissement dans le tube. 9.- Dispositif de mesure selon la revendication 7, caractérisé en ce que le flotteur comprend une portée de coulissement à chacune de ses extrémités.