Brevet FR2301809A1 — publié le 19760917

L'invention concerne un débitmètre totalisateur capable de fournir une indication d'volume de liquide ayant circulé pendant un laps de temps donné dans un circuit de liquide. Plus particulièrement, le débitmètre to-Çdisateur selon 11 invention est utilisable comme indicateur de consommation d'un carburant liquide dans un moteur, notamment de véhicule. D'autres applications dans lesquelles il est possible de placer un débitmètre en série dans un circuit de liquide sont envisageables très facilement ; par exemple, dans certains cas, on désire mesurer la consommation d'eau dans une presse à injecter pour la fabrication de pièces montées. Les débitmètres de la technique antérieure présentent deux sortes d'inconvénients : certains ne fournissent pas directement d'indication totalisatrice et il y a lieu d'intégrer la grandeur qu'ils fournissent pour obtenir un volume total écoulé. D'autres sont trop complexes pour être facilement adaptés à des besoins très courants comme la mesure d'un débit de carburant dans un véhicule de tourisme. La présente invention propose un débitmètre de construction simple et dont le principe de fonctionnement assure l'obtention directe d'un volume total de liquide écoulé, sans qu'une intégration d'un débit par unité de temps soit nécessaire. Selon l'invention, le débitmètre totalisateur comporte une chambre susceptible d'être remplie du liquide dont onveut mesurer la quantité écoulée, et une paroi divisant la chambre en deux demi-chambres séparées, cette paroi étant déplaçable sous l'effet d'une différence de pression de liquide entre les deux demi-chambres, en gardant une étanchéité suffisante entre les demi-chambres. La paroi mobile est apte à agir sur un tiroir mobile d'alimentation en liquide des demi-chambres. Ce tiroir est à deux positions et il peut connecter, dans une première position, un conduit d'amenée de liquide et un conduit de sortie respectivement à la première et à la deuxième demi-chambre, ou bien, dans une deuxième position, croiser les connexions, c'est-à-dire connecter le conduit d'amenée à la deuxième demichambre et le conduit de sortie à la première. Lorsque le tiroir est dans sa première position, la paroi mobile se déplace dans un sens sous l'effet d'une différence de pression de liquide entre les demi-chambres, jusqu'à provoquer le basculement du tiroir dans sa deuxième position ce qui a pour effet d'inverser le sens de la différence de pression de liquide. La paroi mobile se déplace donc alors dans l'autre sens jusqu'à opérer un nouveau basculement du tiroir, et ainsi de suite. Un compteur compte le nombre de basculementsdu tiroir, pour indiquer une évaluation du volume de liquide qui a circulé entre le conduit d'amenée de liquide au débitmètre et le conduit de sortie. Pour que la mesure du débit soit aussi précise que possible, il faut que les deux positions de la paroi mobile qui correspondent au basculement du tiroir définissent entre elles, aussi précisément et répétitivement que possible, un volume de liquide donné. Ce volume dépend de la position effective de la paroi lorsque le basculement à lieu. De façon pratique, la paroi mobile est constituée par une membrane souple et étanche, fixée d'une part à la paroi de la chambre et d'autre part à un coulisseau mobile le long d'une tige traversant la chambre. Cette tige est munie de deux butées qui limitent la course du coulisseau, et elle est elle-même mobile. Si une pression de liquide s'exerce d'un coté de la membrane, celle-ci se déplace jusqu'à ce que le coulisseau vienne contre une butée de la tige ; une force est ainsi transmise longitudinalement à la tige qui peut donc se déplacer. La tige est reliée au tiroir d'alimentation, de sorte que son déplacement commande le tiroir. Pour que tout le liquide arrivant dans le débitmètre par le conduit d'amenée et sortant par le conduit de sortie passe effectivement dans l'une ou l'autre des demi-chambres, ce qui est une condition nécessaire pour une mesure correcte du débit, il faut que le tiroir notait que deux positions stables bien définies et pas de position intermédiaire dans laquelle le liquide risquerait de passer directement du conduit d'amenée au conduit de sortie sans pénétrer dans la chambre. On s'arrange donc pour que le basculement du tiroir d'une position à l'autre soit brusque, et pour cela on introduit un seuil de force minimumnà appliquer à la tige qui com mande le tiroir,pour que le basculement se produise. Au delà de ce seuil la tige et le tiroir se déplacent de façon instable jusqu'à ce ce que le tiroir se trouve dans son autre position. Pour réaliser ce seuil de force, on utilise la force d'attraction d'un aimant sur une pièce magnétique : il y a un seuil de force à appliquer pour séparer l'aimant de la pièce, au delà duquel le déplacement peut s'effectuer avec une force nettement plus faible. On prévoit donc un aimant porté par la tige et capable de venir en contact avec une pièce en matériau magnétique lorsque le tiroir est dans une position et avec une autre pièce en matériau magnétique lorsque le tiroir est dans l'autre position. En pratique, la tige et le tiroir seront constitués d'une seule pièce cylindrique usinée, la partie tige pénétrant dans les deux demi-chambres et la partie tiroir étant logée dans un alésage du corps du débitmètre, cet alésage recevant un conduit d'amenée et un conduit de sortie de liquide. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparattront dans la description détaillée qui suit et qui est faite en référence au dessin annexé dans lequel la figure unique représente une vue en coupe d'un mode de réalisation préférentiel du débitmètre selon l'invention. Ce débitmètre sera décrit ci-après comme étant placé dans le circuit d'ame- née de carburant liquide vers un carburateur de moteur à explosion, en vue de mesurer la consommation de carburant de ce moteur. Bien entendu d'autres usages peuvent entre prévus pour ce débitmètre. Sur la figure unique, une chambre susceptible de contenir du liquide dont on veut mesurer le débit est désignée par la référence 10. Cette cbambre 10 est constituée dans un corps 12 du débitmètre, hermétiquement clos sauf en ce qui concerne une ouverture d'amenée de liquide 14 et une ouverture d'évacuation 16. Entre l'ouverture d'amenée 14 et l'ouverture d'évacuation 16 circule tout le liquide dont on veut mesurer le débit le débitmètre est disposé en série dans le circuit à contrôler, qui n'est pas représenté. Des moyens extérieurs sont prévus pour produire une différence de pression antre le conduit d'ame née et le conduit de sortie, de manière à imposer un sens d'écoulement du liquide (dans un véhicule il est en général prévu une pompe d'amenée de carburant, qui produit cette circulation). Le sens d'écoulement, donc celui de la différence de pression, est représenté par les flèches 18 et 20. Des conduits d'amenée 22 et de sortie 24 relient respectivement les ouvertures 14 et 16 à un alésage 26 percé dans le corps 12 du cylindre. Cet alésage contient un tiroir mobile constitué d'un cylindre usiné 28 pouvant coulisser de façon relativement étanche dans l'alésage 26. le cylindre 28 est percé d'un trou central 30 qui est connecté avec une saignée circulaire 32 à la périphérie du cylindre 28. Une autre saignée circulaire, périphérique,34, 34, isolée de la saignée 32, communique avec un espace libre 36 au dessous d cylindre 28. L'étanchéité entre la saignée circulaire 32 et la saignée 34 ou l'espace libre 36 est assurée par l'ajustage du cylindre usiné 28 dans l'alésage 2 6 du corps du débitmètre. Un conduit 38 de connexion de la chambre 10 vers le tiroir mobile d'alimentation en liquide débouche dans l'espace libre 36. Le tiroir d'alimentation en liquide de la chambre 10 est constitué par la partie basse du cylindre 28 (partie contenue dans l'alésage 26 et comportant les saignées circulaires). Il se prolonge dans la chambre 10 par une tige de commande également constituée ici par le cylindre 28. Il est évident que l'on pourrait constituer la tige de commande d'une autre manière, par exemple par un cylindre ayant un diamètre différent, Fais pour la simplicité de fabrication des parties usinées, il est préférable que le tiroir d'alimentation et sa tige de commande soient constitués par un cylindre usiné unique. le cylindre 28 se prolonge ptatiquement jusqu'en haut de la chambre 10 (tout au moins quand le tiroir est en position haute). le trou central 30 débouche dans la chambre 10, en haut du cylindre. Le cylindre 28 est muni de deux butées fixes 40 et 42 qui limitent la course d'un coulisseau 44 qui peut aller et venir le long du cylindre. Le diamètre intérieur du coulisseau est ajusté pour que son contact avec le cylindre 28 soit aussi étanche que possible. Une membrane souple étanche 46, fixée d'un côté au coulisseau 44 et de l'autre à la périphérie de la chambre 10, constitue une paroi mobile de séparation de la chambre 10 en demi-chambres (inférieure 48 et supérieure 50), isolées l'une de l'autre aux fuites près dans les parties mobiles. Le conduit 38 débouche au sommet de la demi-chambre inférieure 48 quelle que soit la position de la membrane 46. De la meme façon le conduit 30 percé dans le tiroir et sa tige de commande (cylindre 28) débouche au sommet de la demi-chambre supérieure 50. Cette disposition est essentielle, on le verra, pour permettre une bonne circulation du liquide dans las demi- chambres;elle implique une utilisation verticale de l'ensemble. Le tiroir d'alimentation est réalisé de telle sorte que dans sa position haute, la saignée circulaire 32 est en face du conduit d'amenée de liquide 22 qui débouche dans l'alésage 26, et l'espace libre 36 est en commtmication avec le conduit d'évacuation 24. On voit donc que dans la position haute du tiroir,la demi-chambre supérieure reçoit du liquide directement du conduit d'amenée 22, tandis que la demi-chambre inférieure est en communication avec le conduit d'évacuation 24, par l'intermédiaire de l'espace libre 36. La différence de pression existant entre ces deux conduits s'exerce sur la membrane 46, qui, de ce fait, se déplace (vers le bas) en entraînant le coulisseau le long de la tige de commande du tiroir, jusqu'à la butée inférieure 40. Cette butée arrête le coulisseau mais la membrane continue à subir une différence de pression de liquide. Comme tout déplacement supplémentaireâu coulisseau est empoché par la butée, la membrane exerce une force de plus en plus grande sur la tige de commande, par l'intermédiaire de la butée 40.Lorsque cette force devient suffisante, l'ensemble du cylindre 28 (tige de commande + tiroir) est entraSné vers le bas et le tiroir passe dans son autre position (basse). Dans cette position basse, la saignée circulaire 34 (et non plus 32) est en face du conduit d'amenée 22, de sorte que la demi-chambre inférieure 48 est en communication avec le conduit d'amenée 22 par l'intermédiaire de l'espace libre 36 d'autre part, la saignée 32 est en face du conduit d'évacuation 24 de sorte que la demi-chambre supérieure 50 est en communication avec le conduit d'évacuation 24. On a donc inversé les connexions du tiroir d'alimentation vers les demi-chambres. La membrane 46 en position basse subit une différence de pression en sens inverse de la précédente et remonte en entraSnant le coulisseau 44 jusqu'à la butée supérieure 42, sur laquelle elle exerce une force jusqu'à provoquer un nouveau basculement du tiroir vers sa position haute, et ainsi de suite. tes demi-chambres 48 et 50 sont en permanence complètement remplies de liquide ; dans une position du tiroir l'une des demi-chambres reçoit du liquide et augmente donc de volume tandis que l'autre diminue de volume et évacue le-liquide qutelle contient ; dans l'autre position, c'est le contraire. Par conséquent, il est souhaitable, d'une part que le tiroir n'ait que deux positions stables bien définies et pas de position intermédiaire et d'autre part, que le passage d'une position à l'autre s'effectue de façon aussi brusque et rapide que possible. On y parvient en imposant un seuil de force minimum qu'il faut appliquer pour débloquer le tiroir de l'une de ses positions, la force nécessaire pour effectuer le reste du trajet étant nettement plus faible que te seuil, de sorte qu'une fois le seuil passé, le tiroir passe brutalement dans l'autre position. Un seuil identique est prévu pour l'autre position. Ces seuils sont réalisés grace à un aimant 52 porté par le tiroir, cet aimant pouvant venir en contact avec une pièce en matériau magnétique 54 pour définir la position haute du tiroir, ou avec une pièce en matériau magnétique 56 pour définir la position basse. Ces pièces sont fixées au corps du débitmètre, à l'intérieur de l'alésage 26. La position des pièces 54 et 56 est bien entendu réglée, compte tenu de la largeur de l'aimant 52, pour que les saignées circulaires 32 et 34 tiennent en position correcte face aux conduits d'amenée et d'évacuation 22 et 24 dans l'une et l'autre position du tiroir. L'aimant 52 permet de réaliser le seuil de force souhaitée. On sait en effet que la force d'attraction entre un aimant et une pièce magnétique est beaucoup plus forte lorsqu'il y a un contact effectif que lorsqu'un entrefer existe. Par conséquent aussitôt le décollement de l'aimant effectué, l'ensemble du cylindre portant l'aimant pourra se déplacer, sous l'impulsion de mouvement donnée par la membrane 46 tendue, jusqu'à atteindre rapidement l'autre position de contact de l'aimant. Le mouvement de la membrane 46 est cyclique, et le basculement du tiroir se produit à chaque fois que la membrane atteint une position déterminée (en haut ou en bas), dépendant de la position des butées sur la tige, et de la valeur du seuil de force à vaincre pour provoquer le basculement. A-titre d'exemple ce dernier peut-être de quelques kilogrammes. Le volume de liquide ayant circulé dans le débitmètre entre deux basculements consécutifs du tiroir est égal au volume compris entre les deux positions extrtmes de la membrane 46. On positionne donc les butées 40 et 42, ou en règle le seuil de force par le choix d'un aimant 52 approprié, pour que ce volume de liquide soit un sous-multiple d'une unité selon laquelle on veut mesurer le débit. A titre d'exemple ce volume est de 50 cm3 de sorte que deux basculements consécutifs de même sens du tiroir correspondent à 100 cm3 (1/10 de litre). Il n'y a plus alors qu'à compter le nombre de basculements de même sens pour obtenir une totalisation en multiples de 100 cm3 de la quantité de liquide ayant circulé dans le débitmètre. Le comptage est effeotué au moyen d'uncontact à commande magnétique 58, placé sur le corps du débitmètre (à l'exté- rieur) et relié à un compteur pour l'affichage, non représenté. Ce contact fournit des impulsions d'actionnement du compteur à chaque fois qu'il est lui-mmedéclencné.te changement d'état du contact est opéré par un aimant 60 porté par le coulisseau 44, et il a lieu lorsque le coulisseau vient de faire basculer le tiroir en position basse. En effet, c'est à ce moment seulement que l'aimant 60 est suffisanixuent proche du contact 58. pour le déclencher. Le compteur est par exemple électromécanique. et à décades, avec remise à zéro. Bien que l'étanchéité entre les deux demi-chambres soit nécessaire, il n'est pas prévu, pour la simplification de la construction et pour que les mouvements s'effectuent à frottement doux, de segments d'étanchéité sur le coulisseau; l'alésage intérieur du coulisseau et le cylindre 28 sont usinés de façon précise et le volume de fuites pouvant exister entre les demi-chambres est connu pour une différence de pression donnée entre les demi-chambres. La position des butées 40 et 42 peut tenir compte de ce volume de fuites qui fait que le volume réel, refoulé par la membrane entre ses deux positions extrtmes,est plus faible que le volume géométrique qui existe entre ces deux positions. Il en est de même des fuites possibles dans l'alésage 26 du cylindre 28 (qui ne comporte pas non plus de segments d'étanchéité) : un certain volume de fuites constant passe directement de la saignée 34 dans la saignée 32 et il y a lieu d'en tenir compte dans'l'étalonnage du volume refoulé par cycle du tiroir. te sommet de la chambre 10 est de préférence constitué par un couvercle 60 globalement conique, qui, lorsqu'il est fixé contre le reste du corps 12 du débitmètre, coince la membrane sur toute sa périphérie pour la fixer de manière étanche le long de la périphérie intérieure de la chambre 12. Une épingle de fixation 64, en matériau élastique, prenant appui d'une part sur le couvercle 62 et d'autre part sur le reste du corps 12 du débitmètre, applique fortement ces deux pièces l'une contre l'autre pour assurer la fermeture de la chambre 10. te corps 12 du débitmètre est réalisé en matériau non magnétique (par exemple en zamak) pour permettre la commande du contact; 58 par l'aimant 60. On a vu que le conduit de connexion 38 du tiroir d'ali- mentation vers la demi-chambre 48 et le trou central 30 de connexion du tiroir d'alimentation vers la demi-chambre 50 débouchent chacun au sommet de sa demi-chambre respective. Ceci est fait dans le but d t éviter qu'au moment du refoulement de liquide, hors de l'une ou l'autre des demi-chambres, des bulles d'air ne se forment dans les demi-chambres ou les conduits, ce qui empecherait une évaluation correcte du débit. On a considéré que la paroi mobile qui divise la chambre 10 était une membrane souple, mais elle pourrait aussi etre rigide. Ce peut-être par exemple un piston coulissant dans une chambre 10 cylindrique. Dans tous les cas, la paroi se déplace simplement sous l'effet d'une différence de pression de liquide de part et d'autre et elle agit sur le tiroir qui alimente chaque demi-chambre. La construction du tiroir dans le corps méme du débitmètre est très intéressante car elle diminue notablement le codt de l'appareil par rapport au cobt que présenterait l'adjonction d'un tiroir séparé, commandé mécaniquement ou électriquement, et c'est pourquoi elle a été adoptée dans le mode de réalisation préférentiel de l'invention. Bien entendu, d'autres variantes sont possibles sans sortir du cadre de l'invention telle que définie dans les revendications 'annexées. REVENDICADIONS 1. Débitmètre totalisateurpour la détermination d'un vdume de liquide ayant circulé pendant un laps de temps donné dans un circuit de liquide, ce débitmètre étant d0posé en série dans le circuit, entre un conduit d'amenée de liquide et un conduit de sortie, et des moyens étant prévus pour créer une différence de pression entre le conduit d'amenée et le conduit de sortie, caractérisé par le fait qu'il comporte une chambre susceptible d'être remplie de liquide, une paroi divisant la chambre en deux demi-chambres séparées, cette paroi étant dépla çable sous l'effet d'une différence de pression de liquide entre les deux demi-chambres et étant apte à agir sur un tiroir mobile d'alimentation en liquide, extérieur à la chambre, pour connecter dans une première position du tiroir le conduit d'amenée et le conduit de sortie respectivement à la première et à la deuxième demi-chambre et, dans une deuxième position, respectivement à la deuxième et à la première demi-chambre, par le fait que le déplacement de la paroi, sous l'effet d'une différence de pression de liquide lorsque le tiroir est dans une portion donnée, est apte à entratner le basculement du tiroir dans son autre position, ce qui a pour effet d'inverser le sens de la différence de pression de liquide et le sens de déplacement de la paroi, jusqu'à un nouveau basculement du tiroir, et par le fait qu'il est prévu un compteur du nombre de basculements du tiroir pour indiquer une évaluation du volume de liquide ayant circulé dans le débitmètre. 2. Débitmètre totalisateurselon la revendication 1, caractérisé par le fait que la paroi mobile est une membrane souple étanche fixée d'une part à une paroi interne de la chambre et d'autre part à un coulisseau mobile le long d'une tige, intérieure à la chambre et munie de deux butées limitant la course du coulisseau, et que la tige est mécaniquement reliée au tiroir, la membrane étant apte à exercer sous l'effet d'une pression de liquide et par l'intermédiaire du coulisseau et de l'une ou l'autre des butées de la tige une force suffisante pour provoquer le basculement du tiroir. 3. Débitmètre totalisateurselon la revendication 2, caractérisé par le fait que le tiroir d'alimentation est un tiroir bistable sans position intermédiaire stable et que le basculement d'une position à l'autre se produit brusquement lorsqu'une force appliquée à la tige qui commande le tiroir dépasse un seuil fixe connu. 4. Débitmètre selon la revendication 3, caractérisé par le fait que chaque position du tiroir correspondà la mise en contact d'une pièce aimantée et d'une pièce en matériau magné- tique, ledit seuil de force étant la force nécessaire pour vaincre l'attraction entre ces deux pièces lorsqu'elles sont en contact. 5. Débitmètre totalisateurselon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait qu'il est prévu des conduits de connexion du tiroir à chaque demi-chambre etque ces conduits débouchent au sommet de chaque demi-chambre pour éviter la formation de bulles lorsque cette demi-chambre est connectée par le tiroir au conduit de sortie et que le liquide qu'elle contient est évacué, l'axe du distributeur étant vertical. 6. Décimètre selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le conduit de connexion du tiroir vers l'une des demi-chambres est percé dans la tige-support du coulisseau, cette tige s'étendant jusqu'au sommet de cette demi-chambre. 7. Débitmètre selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que les butées sont positionnées sur la tige de manière à définir un volume de grandeur prédéterminée entre la position de la membrane au moment du bas cule- ment du tiroir de la première position à la seconde et la position de la membrane au moment du basculement du tiroir de la secondeposition à la première. 8. Débitmètre selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le positionnement des butées correspond à un volume entre les positions de la membrane égal à 50 cm3envi ron. 9. Débitmètre selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé par le fait qu'un aimant est fixé sur le coulisseau et qu'uncontactmagnétique est fixé an dehors de la chambre à proximité d'un point de passage de l'aimant. 10. Débitmètre selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le contact est positionné en un point tel qu'il détecte le passage du coulisseau à une extrémité de son trajet de va-et-vient le long de la tige pour détecter chaque basculement du tiroir d'une position choisie à l'autre. 11. Débitmètre selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé par le fait que la tige et le tiroir sont constitués d'une seule pièce cylindrique usinée comportant un passage central vers l'une des demi-chambres pour l'amenée ou l'évacuation du liquide, la partie formant tiroir étant disposée dans un alésage du corps du débitmètre, alésage dans lequel débouchent les conduits d'amenée et de sortie du liquide dans le débitmètre.