Brevet FR2148326A1 — publié le 19730323

La présente invention concerne un débit-mètre d'écoulement de liquide. Elle s'applique avantageusement aux pluviomètres et plus particulièrement aux débit-mètres comprenant une cuve alimentée par un collecteur de liquide, et dans laquelle un flotteur de forme semi-cylindrique est mobile autour de son axe de révolution horizontal qui est fix par rapport à la cuve, la densité, la dimension et le centre de gravité du flotteur étant choisis de telle sorte que le niveau du liquide dans la cuve reste constamment à la hauteur dudit axe, cependant que des moyens de mesure et d'enregistrement sont agencés de telle façon qu'ils répondent aux mouvements de rotation du flotteur. Il rst inutile de s'étendre ici sur les calculs permettant de déterminer les caractéristiques d'un tel flotteur, qui sont bien connues et qui ont, par exemple, été précisés dans le brevet français N0 1.559.661 Le niveau du liquide restant constant dans la cuve, tout apport de liquide fait progressivernent émerger le flotteur semi-cylindrique qui effectue alors un mouvement de rotation autour de son axe en entraînant les moyens d'enregistrement. Il est évident que si l'on recherche un enregistrement ininterrompu du débit, l'ap;7areil doit être équipé de dispositifs assurant le vidage automatique, au moins partiel, de la cuve dès que le flotteur atteint son point d'émersion maximale. L'alimentation de la cuve en liquide dnnt (n desire esurer le débit pouvant être continue, on cherche bien entendu à réaliser le vidage automatique aussi rapidement que possible afin d'accélérer le plus possible le retour du flotteur en position immergée et de réduire ainsi au minimum les temps morts d'enrcgistrement. A cette fin, çn a déjà proposé de munir les cuves parallélipipédiques des appareils mesureurs ccnnus jusqu'à présent de vannes électromagnétiques comandées par des interrupteurs de fin de course actionnés par le flotteur rotatif. Généralement, on fait appel à des interrupteurs à mercure dont le basculerzent est comman- dé par des taquets solidaires de l'arbre de rotation du flotteur, comme cela a été dcrit dans le bievet français N 1.559.661. fraîheureusement, la nécessite d'un réglage précis de la position des taquets, la compensation de leur poids exigée par un positionnement rigoureux du centre de gravité du flotteur rotatif, la présence d'éléments de transmissinn mécaniques,d'un circuit élec trique, d'éléments électromécaniques dans les vannes électromagnétiques et d'organes d'étanchéité nécessitant surveillance et entretien, introduisent autant de facteurs d'imprécision dans le fenc- tionnement de l'appareil. Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients ci-dessus en réalisant un appareil de mesure et d'enregistrement dans lequel la transmission assurant le vidage de la cuve à partir d'une position déterminée du flotteur rotatif agit de facon directe, sans faire appel à des organes intermédiaires. Ainsi, tout en simplifiant considérablement la construction de l'appareil, on obtient une sûreté de fonctionnement jamais atteinte-à ce jour. Comre cela a été déjà indiqué au début de la présente description, l'appareil de mesure et d'enregistrement selon l'invention est du genre de ceux qui comprennent une cuve alimentée par un collecteur de liquide, et dans laquelle un flotteur de forme semicylindrique est mobile autour de son axe de révolution horizontal qui est fixe par rapport à la cuve, la densité, la dimension et le centre de gravité du flotteur étant choisis de telle sorte que le niveau du liquide dans la cuve reste constamment à la hauteur dudit axe, cependant que des moyens de mesure et d'enregistrement sont agencés de telle façon qu'ils répondent au mouvement de rotation du flotteur. L'appareil selon l'invention est caractérisé par le fait que la cuve a sensiblement la forme d'un segment cylindrique sensiblement horizontal dont la profondeur est légèrement supérieure au rayon et dont l'ouverture correspond sensiblement à la section plane rectangulaire du segment. Le flotteur semi-cylindrique et la cuve sont coaxiaux. La cuve peut pivoter, entre une position de remplissage et une position de déversement, autour d'un axe de pivotement horizontal proche du bord de la cuve et situé-sensiblement dans le plan radial médian de la cuve. Celle-ci comprend une première et une deuxième butée d'cntraînement, un canl de déversement latéral dont l'entrée est située peu au-dessus du niveau de l'axe de révolution quand la cuve est dans la position de remplissage.Le flotteur est mobile entre une position d'émersion maximale dans laquelle il s'applique contre la première butée en sollicitant la cuve vers sa position de déversement et une position d'immersion maximale dans laquelle il s'applique contre la deuxième butée en sollicitant la cuve vers la position de remplissage. Le canal de déversement part avantageusement d'une qéné- ratrice dudit segment cylindrique et est légèrement incliné. vers le bas par rapport à l'horizontale et à partir de son entrée. Le flotteur constitue un élément moteur hydrostatique qui entraîne, d'une part, les organes de mesure et/ou d'enregistrement et, d'autre part, la cuve dans ses mouvements de basculement en position de déversement et de reriplissage. La précision des mesures impliquant le maintien du niveau constant du liquide dans la cuve, il est évident que tout freinage du flotteur dans son mouvement d'émersion entraîne une élévation de ce niveau en introduisant des facteurs d'imprécisin dans ces mesures. C'est la raison pour laquelle on cherche à réduire au minimum les efforts fournis par le flotteur en tant qu'élément moteur. Ainsi, dans une forme de réalisation avantageuse de ltin- vention, l'axe de pivotement de la cuve est situé dans le centre de gravité de l'ensemble constitué par la cuve et le flotteur lorsque ce dernier est en position entièrement émergée. L'ensemble se trouvant ainsi en position d'équilibre, l'effort demandé au flotteur pour faire basculer la cuve en position de déversement est réduit au minimum et n'a ainsi qu'une incidence négligeable sur la précision des mesures. En effet, ce faible effort que le flotteur commcence à exercer à partir du moment où il rencontre la première butée, est suffisant pour permettre une légère élévation du niveau du liquide dans la cuve.Ainsi, compte-tenu de la position d'équilibre de l'ensemble cuve-flotteur, les premières~gouttes de liquide débordant dans le canal suffisent alors pour rompre l'état d'équilibre de la cuve et faire basculer celle-ci en position de déversement. Le liquide partant des premières gouttes se transforme rapidement en avalanche, ce qui contribue à accélérer le basculement. L'entrée du canal de déversenent se trouvant alors située franchement en-dessous du niveau du liquide, celui-ci, sous la pous- sée du flotteur qui tend à reprendre sa position basse initiale, est évacué de la cuve jusqu'à ce que le flotteur vienne prendre appui contre la seconde butée. Ici encore, l'effort requis pour ramener la cuve dans sa position de remplissage est excessivement réduit. En effet, le vidage accéléré entraîne une rotation rapide du flotteur en position basse en faisant ainsi intervenir l'inertie de ce dernier. En outre, la cuve pivotant autour d'un axe situé dans son plan radial médian au-dessus de son centre de gravité, seule la lame de liquide coulant dans le canal de déversement s'oppose au redressement spontané de la cuve en position de remplissage. On peut placer de telle sorte la deuxième butée dans le tt t du flotteur, lorsque la cuve est en position de déversement, que le flotteur vienne s'appliquer contre cette butée bien avant que son plan diamétral ait atteint la position horizontale, c'està-dire, bien avant que le flotteur ait atteint sa position d'équili bre dans laquelle il pend librement suspendu par son axe de rotation. Il est évident que le centre de gravité de l'ensemble cuveflotteur se trouve alors déplacé vers le côté de la cuve opposé à celui qui camporte le canal de déversement, ce qui contribue à ramener la cuve dans sa position de remplissage. La condition ci-dessus étant remplie par ailleurs, on notera que le centre de gravité du flotteur s'éloigne également du c8té de la cuve comportant le canal de déversement lorsque le flotteur quitte sa position d'immersion maximale. Ce déplacement du centre de gravité s'oppose à tout basculement intempestif de la cuve en position de déversement au cours de la phase de remplissage de celle-ci. Enfin, il va de soi que l'homme du métier disposant de tout l'arsenal connu des transmissions, des capteurs et des transformateurs d'énergie, n'a que l'embarras du choix pour actionner à partir de la rotation du flotteur et/ou du basculement de la cuve n'importe quels appareils avertisseurs, mesureurs ou enregistreurs appropriés. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins schématiques annexés qui représentent à titre d'exemples non limitatifs un mode de réalisation de l'invention. La figure 1 est une vue latérale dtun pluviomètre selon lrinvention en position de remplissage, le flotteur étant en position dlimmersion maximale. La figure 2 montre le pluviomètre représenté sur la figure 1, toujours en position de remplissage, mais le flotteur ayant presqu'atteint sa position d'émersion maximale. La figure 3 représente le pluviomètre au moment où le flotteur vient de declencher le basculement de la cuve en position de deversemente La figura 4 montre le pluviomètre au cours de la phase de dêversement, le flotteur retournant à sa position d'immersion maxima1 Le pluviomètre représenté schématiquement sur les dessins comprend une cuve 1 sensiblement en forme de segment cylindrique et alimentée en eau de pluie par un conduit ou un collecteur non représenté. Dépassant de peu en hauteur le plan diametral 2 de ce segment, la section plane su,vrieure sensiblement horizontale du segment forme l'ouverture 3 de la cuve 1.Celle-ci est montée pivotante sur un support non représent ,au moyen de deux couteaux 4 situés chacun respectivement sur l'une des deux faces planes 5 de la cuve. Passant par les arêtes inférieures des couteaux 4, l'axe de pivotement 6 de la cuve est situé dans le plan radial médian 7 de celle-ci, légèrement en-dessous du plan diametral 2o Chaque face plane 5 de la cuve est par ailleurs traversée d'un orifice 8 constituant un palier étanche pour l'arbre 9 dtun flotteur19tournant librerrent dans la cuve. L'axe de rotation 11 du flotteur se confond avec l'intersection des plans 2 et 7. Partant, à droite sur les dessins, dtune génératrice du segment cylindrique constituant la cuve, un canal de déversement 12 en forme de goulotte descend en pente légère à partir de son entrée 13 située à une très faible hauteur au-dessus du plan 2. De fore semi-cylindriqua, le flotteur 15 est solidaire en rotation de son arbre 9. Les axes du flotteur semi-cylindrique 15 et du segment cylindrique coincident, c'est-à-dire que la cuve et le flotteur sont coaxiaux. Le volume du flotteur est tel qu'il remplit presqu'en tièrement l'espace de la cuve quand il est en position immergée (figure 1), c'est-à-dire qu'il ne subsiste alors qu'un très faible espace entre le flotteur 10 et la paroi intJrieure de la cuve 1, cet espace pouvant être de l'ordre de imm par exemple. 4ue le flotteur soit massif ou creux, ou encore réalisé en un matériau alvéolaire, sa densité sera avantageusement la moitié de celle du liquide introduit dans la cuve. Dans le cas du pluviomètre, par conséquent, la densité du flotteur sera de 0,5 Ainsi, une matière plastique de densité 0,5 cnnvient parfaitement pour la réalisation du flotteur dans le cas d'un pluviomètre. Ces conditions étant remplies, tout apport de liquide dans la cuve provoque le d placement au flotteur dans le sens de la flèche (figure 2), ce dplacenent compensant exactement la variation théorique de niveau qui se produirait en l'absence du flotteur.De ce fait, au cours du remplissage, l'eau reste toujours au niveau de l'axe de rotation du flotteur. La cuve est équipée intérieurement de deux butées 14 et 15 qui sont situées proximité de son bord supérieur 3. La pre- misère butée 14 est située dans le trajet d'émersion du flotteur et dé termine sa position d'émersion maximale.La d; xiême butée 15 est placée dans le trajet dtimrnersinJn du du flotteur et limite son im- mersirffin maximale (figure 1). Comme le montre la fiqure 3, la venue en appui du flotteur 10 contre la première butée 14 déclenche le basculerent de la cuve en position de déversement, la deuxième butée 15 permettant au flotteur de mener la cuve en position de remplissage (figure 1), comme cela a été déjà exposé. Afin de réduire l'effort moteur demandé au flotteur, il est préférable que les bras de levier agissant sur les butées soient aussi longs que possible. C'est pourquoi on a placé les butées le plus pr s possible de la périphérie de la cuve 1, de sorte qu'elles se trouvent placées dans le trajet des bords périphériques du flotteur 10. a titre d'exemple non limitatif, la cuve d'un pluviomètre selon l'invention peut, par exernple, avoir les dimensions intérieures suivantes Diamètre du segment cylindrique : 224mm Largeur : 112mm Longueur du canal de déversement: 30mm Dans le cas du pluviomètre représenté à titre d'exemple sur les figures, les organes de mesure et/ou d'enregistrent comprennent un levier coudé à environ 135 , articulé en 16 sur une face 5 de la cuve et dont le bras le plus long constitue une aiguille indicatrice 17, le bras le plus court 18 étant muni d'un valet 19 à son extrémité. Le galet 19 coopère de telle sorte avec une came 20 solidaire en rotation de l'arbre 9 du flotteur 10, que la position de l'aiguille 17 soit u chaque instant fonction de celle du flotteur 1G. L'index 17 peut servir de simple organe indicateur dun. la pointe 21 se déplace le long d'une échelle graduée appropriée 22. Remplacée par une plume, cette pointe peut servir à tracer une courbe sur une bande de papier défilant sous celle-ci à vitesse c3nstan- te. Il est évident que l'on peut faire a pel à une multitude d'autres organes indicateurs ou/et d'enregistrement connus à la portée de l'homme du setier, à la condition qu'ils puissent être ac tonnés 8 partir du mouvement de rotation du flotteur. De tels organes peuvent entre mécaniques, électriques et même électroniques. Par ailleurs, il est non moins évident que les mesures enregistrées peuvent être basées sur la seule rotation du flotteur, sur la rotation du flotteur et le comptage des basculements successifs de la cuve ou encore se borner, dans le cas de mesures de débits importants, au seul comptage des basculenents successifs de la cuve. Il va de soi que l'appareil selonl'invention peut être réalisé en tous matériaux appropriés, sous la seule réserve que les conditions hydrostatiques requises soient remplies. On utilisera de préférence des matériaux résistant aux liquides et à leurs vapeurs en contact avec l'appareil, et avantageusement les matières plastiques de grande inertie chimique, telles que, par exemple, le chlorure de polyvinyle rigide exempt de plastifiants. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée à l'exemple décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans quton s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. R E V E N D I C A T I O N 5 1. Appareil de mesure et d'enregistrement de débit de liquide comprenant une cuve alimentée par un collecteur de liquide, et dans laquelle un flotteur de forme semi-cylindrique est mobile autour de son axe de révolution horizontal qui est fixe par rapport à la cuve, la densité, la dirnension et le centre de gravité du flotteur étant choisis de telle sorte que le niveau du liquide dans la cuve reste constamment à la hauteur dudit axe, cependant que des moyens de mesure et d'enregistrement sont agencés de telle façon qu'ils répondent au mouvement de rotation du flotteur, l'appareil étant caractérisé par le fait que la cuve (1) a sensiblement la forme d'un segment cylindrique horizontal dont la profondeur est légèrement supérieure au raon, dont l'ouverture (3) correspond sensiblement à la section plane rectangulaire du segment et qui est coaxial avec le flotteur semi-cylindrique (10), la cuve (1) pouvant pivoter, entre une position de remplissage et une position de déversement, autour d'un axe de pivotement horizontal (6) proche du bord de la cuve et situé sensiblement dans le plan radial médian (7) de la cuve qui comprend une première et une deuxième butée d'entrat- nement (14 et 15) et un canal de déversement latéral (12) dont l'entrée (13) est située peu au-dessus du niveau de l'axe de révolution (11) quand la cuve est dans la position de remplissage, cependant que le flotteur 10 est mobile entre une position d'émersion maximale dans laquelle 1 s'applique contre la première butée (14) en sollicitant la cuve (1) vers sa position de déversement et une position d'immersion maximale dans laquelle il s'applique contre la deuxième butée (15) en sollicitant la cuve vers la position de remplissage, 2.Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce vue - - - - -- ,ie canai de deversement t12) part dwune gêneratrice dudit segment cylindrique et est légèrement inclinée vers le bas par rapport à lthorizontale et à partir de son entrée (13). 3. Appareil selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que l'axe de pivotement (6) de la cuve (1) est situé dans le centre de gravité de ltensemble constitué par la cuve (1) et le flotteur (10) lorsque ce dernier est en position d'émersion maximale. 4. Appareil selon l'une des revendications i à 3, carac térisé en ce que la deuxième butée (15) est placée de telle sorte dans le trajet du flotteur (10), lorsque la cuve (1) est en posi tion de déversement, que ce flotteur vienne s'appliquer contre cette butée(15)bien avant que son plan diamétral ait atteint la position horizontele. 5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les butées(14 et 15)sont situées à proximité du cté de la cuve muni du canal de déversement (12). 6. Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'espace entre le flotteur (10) et la paroi intérieure de la cuve (1) est très réduit, de l'ordre de lmm par exemple. 7. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la densité du flotteur (10) est la moitié de celle du liquide introduit dans la cuve (1). 8. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le flotteur (10) est relié aux organes avertisseurs, indicateurs et enregistreurs au moyen d'éléments de liaison choisis dans le groupe des transmissions mécaniques, électriques, électromagnétiques et électroniques. 9. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est un pluviomètre.