Brevet FR2333224A1 — publié le 19770624

Cette invention a pour objet un compteur dtécoulement ou débitmQtre de construction perfectionnée grtce auquel l'écoule- ment d'un fluide, par exemple dans une canalisation, peut être représenté par un signal électrique se trouvant dans une certaine relation avec le débit d'écoulement du fluide. L'invention concerne particulièrement les débitmètres ou compteurs d'écoulement de carburants ou combustibles liquides alimentant des moteurs. On entend ici géméralement par ltfluidel1 un liquide mais le terme peut également englober une vapeur ou un gaz. Avec les constructions connues de compteurs d'écoulenent dans lesquelles le débit d'écoulement du fluide varie suivant une vaste gamme de valeurs, des problèmes se posent pour fournir une indication consistante fiable pour les débits dwécoule- ment faibles. Les changements de température affectent, en outre, la viscosité du fluide et les dimensions du canal d'écùulement se traduisent par des variations.Les débitmétres utilisés dans les véhicules & moteur ou les engins se déplaçant sur l'eau doivent fonctionner de façon fiable et avec précision pendant une longue période de temps et être résistants à la corrosion et aux attaques des produits chimiques non seulement provenant du com- bustible, mais également de toutes les substances d'addition qui peuvent sty trouver.Mais les constructions connues de débitmetres n'ont pas satisfait jusqu'ici à ces exigences et se sont révélées comme étant de fonctionnement incertain quand elles sont utilisées pour la mesure de la consommation de carburant dans les véhicules automobiles. Un but de l'invention est de créer un compteur d'écoulement ou débitmètre capable d'assurer une meilleure réponse aux faibles débits d'écoulement du fluide et de fournir un signal de sortie électrique dont la fréquence soit proportionnelle au débit d'écoulement. Un autre but de l'invention est de créer des caractéristiques de température et de résistance améliorées aux effets corrosifs, et ce pendant de longues:périodes d'utilisation. L'invention est matérialisée dans un compteur d'écoulement ou débitmètre pourvu d?un corps muni d'un alésage axial dans lequel est monté un moteur et comprenant un moyeu muni d'aubes hélicoïdales capables d'entre entraînées en rotation par le fluide parcourant l'alésage, les aubes de ce rotor interceptant un faisceau de lumière dirigé tan,entiellement, la lumière étant détectée par un dispositif photo-sensible pour produire un signal de sortie proportionnel à la vitesse de rotation du rotor. La fréquence de passage de la lumière détectée correspond ainsi au débit d'écoulement du fluide et peut être conjuguée à une forme pulsatoire ou autre pour servir d'indication du débit d'écoulement du fluide. Une application préférée de ce compteur d'écoulement ou débitmètre conforme À l'invention est celle d'un compteur de consommation de combustible ou carburant pour véhicules automo- biles. Dans un pareil dispositif, il est nicessaire de produire un signal proportionnel & la vites du wthicule et un autre signal proportionnel au débit de consommation du combustible, ces deux signaux étant alors électriquement conjugués pour produire un troisième signal représentant le kilométrage parcouru par litre de consommation de carburant À un moment quelconque. Dans un pareil dispositif, le signal représentant la vitesse du véhicule peut astre obtenu À partir du tachymètre dont est équipé le véhicule. Le signal représentant le débit d'écoulement du carburant peut comprendre des pulsations ou impulsions déri- vées du dispositif photo-sensible du débitmètre suivant l'invention. Les deux signaux sont conjugués électriquement pour produire la fonction désirée de distance parcourue par unité de capacité du carburant. Le dispositif photo-sensible peut comprendre un organe capable de produire un signal électrique en réponse à la lumière tel qu'une cellule photo-voltaSque capable de produire un changement dans un circuit électrique en réponse à la lumière telle qu'unie cellule photo-conductrice à condition que la vitesse de réponse du dispositif soit suffisamment grande à la fréquence la plus élevée à laquelle on peut s'attendre au cours du fonctionnement. Le dispositif peut comprendre un photo-transistor. Le rotor est, de préférence, logé à l'intérieur d'un corps transparent ou translucide qui délimite également l'alésage axial que parcourt le combustible. D'un côté de ce corps est prévue une source de lumière et sur son autre côté est monté un dispositif photo-sensible. Les aubes, partiellement au moins, interceptent périodiquement le trajet entre la source de lumière et le dispositif photo-sensible pendant la rotation du rotor. Un seul rotor peut suffire, mais il est préférable de prévoir deux rotors et un ensemble d'aubes fixes corrigeant l'écou- lement et placé entre elles. L'alésage est, de préférence, ménagé dans un tube de verre logé dans le corps qui est opaque et pourvu d'un orifice à l'emplacement de la source de lumière et du dispositif photo-sensible. Suivant une réalisation avantageuse, le corps est disposé de manière à former une lentille assurant la focalisation du faisceau de lumière Ce compteur d'écoulement ou débitmètre conforme à l'inven- tion possède une sensibilité satisfaisante grâce aux aubes héli cotidales. Un dispositif de portée à faible coefficient de friction et l'inclusion du tube en verre assurent À 1'alésage un diamètre précis exempt des effets dus aux éléments corrosifs et des changements de température. L'invention est plus complètement décrite ci-après en regard des dessins schématiques annexés qui concernent des réalisations à préférer ainsi que diverses variantes. Dans ces dessins La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'une première version du compteur d'écoulement ou débitmètre selon l'invention. La fig. 2 est une vue en section droite par la ligne X-X en fig. 1. La fig. 3 est une vue en coupe longitudinale dtune seconde version de ce compteur d'écoulement ou débitmètre. La fig. 4 est une vue de détail d'une variante de montage du rotor. La fig. 5 représente une variante de montage dù rotor. Comme représenté dans les fig. 1 à 3, le débitmètre comprend une partie 10 formant corps établie par exemple en "Nylon" délimitant un alésage axial Il parcouru par le fluide. Celui-ci pénètre à travers un chapeau d'extrémité 12 qui est relié par vissage au corps 10 et qui maintient un filtre en bronze fritté 13, un anneau d'étanchéité 14 en caoutchouc synthétique et un premier élément d'insertion de corps 15. Cet élément porte un redresseur d'écoulement 15a placé axialement dans une extrémité duquel est inséré un palier 16. En aval du premier élément d'insertion 15 se trouve un second élément d'insertion 17 comportant un ensemble de palier semblable 18.Un rotor 19 disposé entre les deux éléments d'insertion 15 et 17 est monté de manière À pouvoir tourner librement dans les ensembles de paliers. Les paliers 16 et 18 peuvent comprendre des bagues en saphir 20 et 21 dans lesquelles tourne un arbre en acier trempé placé à chaque extrémité du rotor. Le montage du rotor est assuré longitudinalement par des surfaces de butée terminales en saphir 22,23. Le rotor comprend un moyeu qui porte les arbres des paliers en acier et deux groupes d'aubes en spirale 24 et 25 qui sont légèrement décalés l'un par rapport à l'autre comme représenté. Chaque groupe comprend trois aubes. Le but du décalage axial de ces aubes est d'augmenter l'accouplexaent avec l'écoulement du fluide. Le corps 10 est constitué par une matière plastique translucide ou transparente ou bien sa partie 26 au moins est constituée par une pareille matière. Une selle 27 est montée au-dessus du corps 10 dans la région 26 du rotor et porte d'un cAté une source de lumière 28 telle qu'une ampoule à incandescence et de l'autre côté un dispositif photo-sensible 29 tel qu'un photo-transistor. Cette selle 17 est constituée par une matière plastique opaque et comprend un canal 30 (Fig.2) ménageant un trajet de transmission de lumière entre l'ampoule 28 et le photo-transistor 29. Ce canal 30 est aligné de telle sorte que la lumière est interceptée cycliquement par les aubes 25 tandis que le rotor tourne. LBinterrup- tion cyclique est détectée par le photo-transistor 29. Le photo-transistor 29 est noyé dans la selle 27 et peut être maintenu par une matière de charge ou de remplissage 31 à travers laquelle passent les conducteurs desservant ce phototransistor. Les recherches qui ont conduit à l'invention ont permis de constater que, dans la pratique, si le corps 10 est constitué par un matériau semi-opaque tel que le matériau fabriqué par la Société anglaise I.C.I. dit nMaranyl" BU100 nNylon une quantité de lumière suffisante passe pour permettre au phototransistor de répondre à la rotation du rotor. Quand le fluide dont le débit d'écoulement est en cours de mesure est un liquide, la différence dans l'indice de réfraction produit l'effet d'une lentille biconvexe quand un faisceau de lumière traverse le corps. Cette propriété peint être utilisée avec avantage grâce À une mse en place convenable pour focaliser le faisceau de lumière sur le dispositif photo-sensible afin de produire un signal plus intense. Une lampe à filament de tungstène fonctionnant à une tension inférieure à celle du secteur ou une diode d'émission de lumière peut trouver son application ici. Pour l'assemblage des éléments du débitmètre décrit ciavant, les parties internes sont insérées depuis le côté gauche de la fig. 1 et les éléments d'insertion 15a et 17 sont maintenus par aboutement contre des parties respectives formant épaulements 32 et 33 ménagées dans le canal 11 du corps 10. La distance entre les épaulements 32 et 33 définit la distance entre les paliers supportant le rotor. Les éléments d'insertion du corps sont embossés à frottement plus ou moins dur dans le corps 10. La variante de réalisation du débitmètre que montre la fig. 3 est généralement semblable à la construction décrite ciavant mais comprend un tube a alésage de précision 36 formé par un verre borosilicaté qui est maintenu à l'intérieur du corps 10 par un bouchon ou tampon 37 et deux bagues d'étanchéité 34,35 à profil torique. Le corps 10 est lui-m$e constitué par une matière plastique opaque telle qu'un "Nylon" à charge de verre ou un acétal possédant un faible coefficient de dilatation. Entre les deux rotors 19 montés sur un arbre commun sont prévus des aubes fixes 38. L'angle que font ces aubes 38 est étudié de manière à corriger le tourbillonnement imprimé au fluide par le premier rotor placé en amont en permettant ainsi au second rotor d'utiliser plus complètement lténergie disponible de la part du fluide pour des débits d'écoulement très faibles. Suivant cette version, l'ensemble constitué par la selle et la lampe n'est pas utilisé car les ouvertures de réception de la lampe as et du photo-transistor 29 peuvent être ménaaés lors du moulage du corps 10. Dans les fig. 4 et 5 sont représentées des variantes de montage du ou des rotors 19. Dans la fig. 4, un élément d'in- sertion 40 monté en aval du passage de l'écoulement du fluide comporte un axe en acier trempé 41 et le rotor- comprend des bagues en saphir 42 avec un palier de butée en saphir 43. Dans la fig. 5, deux éléments dtinsertion 40 et 41 sont munis tous-deux d'axes 44. Le rotor 19 colporte des bagues de butte en saphir 42 et des paliers de butée 43 pour chaque axe. Dans ce cas, l'écoulement du fluide peut s'opérer dans l'un ou l'autre sens. Les paliers peuvent etre constitués par une matière plastique à faible coefficient de friction telle qu'un copolymère ou un homopolyrère d'acétal. Les détails de construction peuvent être modifiés, sans s'écarter de l'invention dans le domaine des équivalences techniques. REVEND ICAT IONS 1.- Compteur d'écoulement ou débitmètre pour fluides utilisable en particulier pour mesurer le débit d'écoulement du carburant ou combustible alimentant un moteur, avec un rotor garni d'aubes placé dans un alésage et entratné en rotation par l'écoulement du fluide et un dispositif pour déterminer la vitesse de rotation du rotor, caractérisé en ce que le rotor est monté dans un canal délimité par un alésage traversant un corps muni d'une entrée du fluide à une extrémité et d'une sortie du fluide à son autre extrémité, le rotor étant pourvu d'un moyeu pourvu daubes hélicoidales s'étendant dans sa longueur et remplissant sensiblement la section droite de l'alésage, le corps comportant dans la région du rotor une source de lumière et un dispositif photo-sensible monté de façon qu'un faisceau de lumière provenant de la source de lumière soit interrompu cycliquement par les aubes du rotor et détecté par le dispositif photo-sensible pour produire un signal de sortie ayant une conposante de fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor. 2.- Compteur d'écoulement ou débitmètre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le corps est constitué par une matière plastique et entoure un tube en verre délimitant l'a- alésage. 3.- Compteur d'écoulement ou débitmètre suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la matière constitutive du corps est opaque et comporte un canal livrant passage au faisceau de lumière. 4.- Compteur d'écoulement ou débitmètre suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps et (ou) l'alésage sont conjugués avec la source de lumiè- re pour faire converger le faisceau de lumière vers le dispositif photo-sensible à la manière d'une lentille. 5.- Compteur d'écoulement ou débitmètre suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qutun élément d'insertion corrigeant ltécoulement est prévu dans l'alésage sur l'un ou les deux côtés du rotor, cet élément d'insertion servant de logement à un palier de support du rotor. G. Compteur d'écoulement ou débitmètre suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des éléments d'insertion sont prévus dans l'alésage et comprennent des ensembles de paliers dans lesquels est monté un axe du rotor. 7.- Compteur d'écoulement ou débitmetre suivant l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé en ce que le moyeu du rotor comprend des paliers dans lesquels est monté un axe porté par un élément d'insertion logé dans l'alésage. 8.- Compteur d'écoulement ou ou débitmètre suivant les reven- dications 6 ou 7, caractérisé en ce que les paliers forment un tourillon annulaire portant l'axe, une surface de butée plate étant prévue pour l'extrémité de l'axe. 9.- Compteur d'écoulement ou débitmètre suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif photo-sensible et la source de lumière sont montés dans une selle placée au-dessus du corps.