Brevet FR2384237A1 — publié le 19781013

La présente invention est relative à un dispositif de mesure du débit d'un fluide en écoulement dans une conduite du type à émission de tourbillons. On sait que dans les débitmètres à tourbillons, qu'ils soient du type à obstacle engendrant une allée de tourbillons alternés de Karman, ou du type à tourbillons provoqués par un déflecteur, généralement connu dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de "Swirlmeter", on utilise les effets mécaniques qui accompagnent la génération et la présence de ces tourbillons pour mesurer le débit d'un fluide dans une conduite. Ceux-ci sont en effet constitués de zones dépressionnaires qui peuvent agir sur des capteurs de force ou de pression intégrés dans l'obstacle ou disposés sur la conduite du fluide dans le champ d'action de ces tourbillons, La mesure de la fréquence des signaux ainsi recueillis est représentative de la vitesse du fluide et par -suite du débit de ce fluide dans la conduite. Cependant, ces capteurs sont non seulement sensibles aux variations de pression provoquées par la génération des tourbillons, mais aussi aux bruits divers existants dans la conduite et dans le fluide. Ces effets microphoniques sont d'autant plus gênants que le signal tourbillonnaire est faible et qu'un couplage important existe entre la conduite et les capteurs. I1 convient d'assurer une bonne tenue mécanique de l'émetteur de tourbillons, sous forme d'obstacle ou de déflecteur, ainsi que des capteurs, et ceux-ci sont fixés directement,ou indirectement par l'intermédiaire de l'obstacle, à la paroi de la conduite que parcourt le fluide à mesurer. Les signaux tourbillonnaires ayant une amplitude variant en fonction du débit suivant une loi quadratique, leur faible niveau aux petits débits oblige à une amplification à très grand gain, ce qui par suite rend les capteurs extrèmement sensibles aux bruits acoustiques.Si des bruits provenant de pompes ou de compresseurs en fonctionnement, de manoeuvres de vannes, de détendeurs, de vibrations mécaniques naturelles des conduites, etc.. induisent des signaux parasites dans les capteurs, le fonctionnement correct du débitmètre ne peut plus être assuré que par une diminution du gain de l'amplification des signaux. Il en résulte que l'étendue pratique de mesure se trouve alors réduite, les signaux utiles aux faibles débits n'étant plus décelables parce que noyés dans le bruit Une étendue de mesure correcte, comparable à celle des débitmètres usuels, par exemple du type à turbine, ne peut etre atteinte que par une augmentation sensible du rapport signal tourbillonnaire/bruits divers. Mais les conduites, généralement métalliques, dans lesquelles s'écoule le fluide à mesurer sont soumises aux ébranlements des bruits parasites provenant des sources mentionnées plus haut, et il est difficile d'affaiblir ces bruits malgré l'interposition de simples joints ou autres discontinuités. L'invention a pour but de rendre les débitmètres à émission de tourbillons insensibles pratiquement aux bruits parasites se propageant dans les conduites, cette insensibilité étant obtenue par un découplage acoustique entre, d'une part l'élément de mesure du débitmètre constitué par le générateur de tourbillons avec son capteur,et d'autre part les moyens mécaniques qui servent à la fois de support à cet élément de mesure et de raccordement avec la conduite parcourue par le fluide à mesurer. Le dispositif de mesure de débit de fluide à émission de tourbillons, suivant l'invention, comporte un générateur de tourbillons et un capteur sensible aux tourbillons, et il est caractérisé en ce qu'il comporte en outre - une enveloppe cylindrique externe, - un conduit interne, généralement tubulaire, supportant le générateur de tourbillons et le capteur sensible,et - des moyens élastiques et d'amortissement intercalés entre lesdits conduit tubulaire interne et enveloppe externe pour les isoler acoustiquement l'un de l'autre, de telle sorte que les vibrations acoustiques ébranlant ladite enveloppe ne sont pas transmises au conduit tubulaire. L'élément de mesure du débitmètre étant ainsi isolé vis-à-vis des bruits parasites d'origine externe se propageant dans la conduite de fluide, il est alors possible d'amplifier les signaux utiles du débitmètre avec un grand gain et d'obtenir ainsi une plus grande étendue de mesure vers les faibles débits. Suivant une première disposition caractéristique de l'invention, lesdits moyens élastiques sont constitués par un matériau absorbant amortisseur de vibrations acoustiques, tel que : tissu métallique, laine de verre, fibres synthétiques, copeaux, etc Suivant une seconde disposition caractéristique de l'invention, lesdits moyens élastiques sont constitués par des moyens de suspension élastique, tels qu'une suspension à soufflets ou à ressorts. Onva maintenant décrire à titre d'exemples plusieurs modes de réalisation de l'invention appliqués à un débitmètre du type à obstacle générateur de tourbillons, mais il reste entendu que l'invention n'est pas limitée à ce seul type de débitmètre et qu'elle est aussi bien applicable aux débitmètres du type à tourbillons provoqués, l'élément de mesure - dans ce cas le déflecteur, le capteur et éventuellement le redresseur - étant monté lui aussi dans un conduit sensiblement tubulaire isolé acoustiquement de façon identique vis-b-vis de l'enveloppe support externe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en relation avec les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentant divers modes de réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins la figure I représente en coupe axiale un premier mode de réalisation d'un débitmètre suivant l'invention. es fig.2 à 6, montrent, en vue partielle, d'autres modes de réalisation de débitmètres conformes à l'invention. Sur la figure 1. est représenté en coupe axiale un débitmètre 10 à obstacle 11 émetteur de tourbillons qui, selon l'invention, est constitué de deux sous ensembles - l'un est une enveloppe externe cylindrique 12 généralement métallique, destinée à résister à la pression du fluide et permettant de raccorder le débitmètre à la conduite parcourue par le fluide à mesurer (figurée en trait interrompus). - l'autre est un conduit tubulaire interne 13 sensiblement coaxial à l'envelop- pe 12 , dans lequel est monté, transversalement à l'axe suivant un diamètre de ce conduit, l'obstacle 11, de section quelconque indifférente au regard de l'invention. Un capteur 14, par exemple du type piézo électrique, sensible au détachement des tourbillons engendrés par le passage du fluide autour de cet obstacle, est par exemple intégré dans l'obstacle et fournit des signaux qélictriques transmis vers le circuit électronique de mesure 15 au moyen d'un câble 16. Le conduit tubulaire 13 porte sur sa surface extérieure symétriquement par rapport à la position de l'obstacle, deux bossages 17 destinés à servir de butée à deux cartouches annulaires 18 en matériau absorbant amortisseur de vibrations acoustiques. Ces cartouches permettent, d'une part, de positionner le conduit 13 par rapport à l'enveloppe 12, et d'autre part, d'absorber les vibrations acoustiques et les empêcher d'être transmises de l'enveloppe 12 à l'élément de mesure constitué de l'obstacle Il et de son capteur 14. Le matériau absorbant formant les cartouches 18 est par exemple un bourrage en tissu métallique, en laine de verre, en fibres synthétiques, etc ... de forme bien définie, légèrement compressible, mais pas trop compact de manière à absorber les chocs et vibrations sans les retransmettre. Ainsi, les ondes acoustiques, les bruits de chocs, les ébranlements qui parcourent la matière métallique constituant l'enveloppe 12 ne peuvent être transmises vers le conduit tubulaire 13 supportant l'élément de mesure Le montage du débitmètre et le positionnement définitif du conduit tubulaire 13 et des cartouches 18 par rapport à l'enveloppe 12 est réalisé par mise en place de deux pieces annulaires d'extrémité 19 qui sont fixées par des vis 20 sur cette enveloppe. Le diamètre interne des pièces 19 est égal à celui du conduit 13. On laisse cependant volontairement subsister par construction un faible intervalle 21 entre le conduit 13 et chaque pièce 19 de telle sorte qu'aucun contact direct n'existe entre les pièces 19 ou 22 et le conduit 13, ce dernier étant maintenu uniquement par le matériau absorbant des cartouches 18. Des joints toriques 22 assurent une étanchéité entre les pièces 19 et l'enveloppe 12. Dans l'exemple représenté, il est prévu par ailleurs deux ouvertures 23 et 24 diamétralement opposées dans l'enveloppe 12 permettant la mise en place de l'obstacle Il sur le conduit 13 : l'ouverture 23 sert de passage à l'obstacle avec son câble 16; l'ouverture 24 sert au passage d'une clé afin de serrer un écrou 25 qui maintient l'obstacle 11 à son extrémité sur le conduit 13. Deux couvercles 26 et 27 tenus par des boulons assurent la fermeture des espaces libres subsistant entre les éléments 12 et 13, le couvercle 26 étant muni d'un presse-étoupe 28 entourant le passage du cabale 16. Les espaces précédents sont remplis en fonctionnement par le fluide circulant dans le conduit 13 et pénétrant à travers les intervalles 21 et les cartouches 18, aucune étanchéité n'étant en général nécessaire.Le débit de fuite qui ne parcourt pas le conduit 13 et passe en dérivation est pratiquement négligeable à cause de la résistance à l'écoulement offerte par le matériau des cartouches 18. L'enveloppe 12 est munie de brides 29 à chaque extrémité de manière à pouvoir être raccordée à la conduite parcourue par le fluide à mesurer par des boulons de serrage de façon habituelle. Les couvercles 26 et 27 ne sont cependant pas indispensables, l'élé- ment tubulaire 13 pouvant être équipé de l'élément de mesure obstacle et capteur avant d'être introduit dans l'enveloppe 12 si l'on ne désire pas avoir accès directement à l'obstacle. Dans ce cas, seule une ouverture est à prévoirpour le passage du câble 16 avec un presse-étoupe éventuel. Cependant, si pour des raisons particulières (cas de liquides alimentaires, par exemple), une étanchéité s'avère nécessaire pour éviter ce débit de fuite, il est possible de modifier le montage conforme à l'invention pour obturer les intervalles 21 suivant l'un des modes de réalisation représentés dans les figures suivantes où les éléments qui jouent le même rôle que dans la figure 1 portent les mêmes numéros de référence. Sur la vue partielle de la figure 2, la cartouche 18 de matière absorbante est enroulée sur un tube 30, par exemple en matière plastique ou caoutchoutée, ou même en feuille métallique de clinquant, pouvant faire étanchéité sur le rebord de la pièce d'extrémité 19 et sur l'extérieur du conduit tubulaire 13. L'espace compris entre l'enveloppe 12 et le conduit 13 est alors isolé. Il peut être avantageusement rempli d'un fluide auxiliaire quelconque, tel que par exemple de l'huile, qui est maintenu en permanence à la pression du fluide traversant le débitmètre et isolé de celui-ci au moyen d'un organe 31 souple et déformable, par exemple un soufflet ou une membrane, en communication avec le fluide à mesurer par un orifice dans le conduit 13 pour équilibrer les pressions. Suivant un autre mode de réalisation conforme à l'invention représenté partiellement figure 3. l'intervalle 21 séparant une pièce 19 du conduit 13 peut être rendu étanche au moyen d'un tube en matière plastique 32, introduit à l'intérieur du conduit 13. Ce tube 32 présente à l'une de ses extrémités un bourrelet 33 qui vient se loger dans un évidement complémentaire 34 ménagé à cet effet dans la pièce 19. Un autre mode de réalisation conforme à l'invention est représenté partiellement figure 4 , où il est fait usage d'un joint de caoutchouc ou de matière plastique 35, en forme de rondelle plate présentant une ouverture circulaire de diamètre égal à celui du conduit 13. Son diamètre extérieur est égal au diamètre intérieur de l'enveloppe 12. Ce joint est monté serré entre le conduit 13 et la cartouche 18 d'une part5 et la pièce d'extrémité 19 d'autre part, de manière à obturer l'intervalle 21. Suivant une autre forme de réalisation de l'invention , représentée sur la demi-vue de la figure 5, le conduit tubulaire 13 est acoustiquement découplé de l'enveloppe 12 par l'intermédiaire de deux soufflets, dont un seul 40est visible sur la figure , fixés à chaque extrémité du conduit 13. Ce soufflet 40, de préférence en métal mais pouvant aussi être en matériau plastique, porte à son autre extrémité libre une rondelle plane 41 qui est destinée à venir se loger dans un évidement correspondant 42 de la pièce d'extrémité adjacente 19. Dans ce montage, les cartouches 38 peuvent & re éventuellement supprimées, puisque la fonction de découplage acoustique est ici assurée par les soufflets 40, mais elles peuvent néanmoins etre conservées (comme figuré en traits interrompus) pour assurer un guidage mécanique du conduit 13 au lieu de le laisser uniquement en suspension. Comme dans les cas précédents, un fluide auxiliaire peut aussi être introduit dans ltespace séparant les éléments 12 et 13, un organe élastique (tel que le soufflet 31, figure 2) pouvant être prévu pour assurer le rale d'équilibrage des pressions. Au lieu d'une suspension à soufflets, on peut encore utiliser une suspension à ressorts spiraux 45, de raideur convenable, montés coaxialement entre le conduit 13 et l'enveloppe 12 pour découpler ces deux éléments acoustiquement, comme cela est représenté figure 6. Une extrémité d'un spiral 45 est par exemple montée à frottement sur la paroi extérieure du conduit 13, tandis que son autre extrémité est montée dans un logement 46 pratiqué dans l'enveloppe 13. Les cartouches 18 peuvent encore ici être conservées, mais ne sont pas indispensables. On peut cependant combiner l'une des dispositions des figures 2 à 4 avec le mode de suspension de la figure 6 pour rendre étanche l'espace entre les éléments 12 et 13 si cela est nécessaire. Il est évident que tous ces montages sont facilement transposables dans le cas d'un débitmètre à émission de tourbillons provoqués. Le conduit 13 dans lequel est monté le déflecteur engendrant le mouvement tourbillonnaire axial et supportant sur sa paroi un capteur sensible, peut être conformé pour présenter un élargissement ou un rétrécissement de section destiné à provoquer le mouvement de précession des tourbillons, et il est isolé acoustiquement de l'enveloppe cylindrique 12 suivant l'un des modes de construction décrits ci-dessus dans le cas des débitmètres à obstacle. REVENDICATIONS 1. Dispositif à émission de tourbillons pour la mesure de débit de fluide comportant un générateur de tourbillons et un capteur sensible aux tourbillons, caractérisé en ce qutil comporte en outre - une enveloppe cylindrique externe, - un conduit interne, généralement tubulaire, supportant le générateur de tourbillons et le capteur sensible, et - des moyens élastiques et d'amortissement intercalés entre lesdits conduits tubulaire interne et enveloppe externe, pour les isoler acoustiquement l'un de l'autre, de telle sorte que les vibrations acoustiques ébranlant ladite enveloppe ne sont pas transmises au conduit tubulaire. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques sont constitués par un matériau absorbant amortisseur de vibrations acoustiques. 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques sont constitués par des moyens de suspens ion élastique. 4. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit matériau absorbant est compacté sous forme de cartouches annulaires interposées entre ltenteloppe et le conduit tubulaire. 5. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit conduit présente des bossages annulaires extérieurs servant de butée pour lesdites cartouches. 6. Dispositif suivant la revendication 4 ou 5 caractérisé en ce qu'il comporte deux pièces annulaires d'extrémité destinées à maintenir les cartouches en butée contre lesdits bossages, ces pièces ayant une ouverture centrale de diamètre sensiblement égal au diamètre du conduit tubulaire et étant respectivement fixées à chacune des extrémités de l'enveloppe de manière à ménager un léger intervalle entre elles et ledit conduit. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les intervalles entre ledit conduit et chacune-desdites pièces d'extrémité sont respectivement obturés par un joint auxiliaire. 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que ledit joint est un joint annulaire disposé entre une cartouche d'une part, le conduit annulaire et un rebord d'une desdites pièces d'extrémité d'autre part 9. Dispositif suivant la revendication 7, caractSrisé er. ce gct ledit joint est un joint tubulaire introduit à l'intérieur d'une extrSm.*é de conduit tubulaire et muni d'un bourrelet coopérant avec la pièce c extrémité correspondante. 10. Dispositif suivant la revendication 7. caractérIsé en ce que ledit joint a la forme d'une rondelle circulaire plate et est interpssé dans l'espace séparant d'une part la pièce d'extrémité, d'autre part la cartouche et le conduit tubulaire. 11. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ct que lesdits moyens de suspension élastique comportent deux soufflets élastiques respec- tivement montés entre chaque extrémité dudit conduit tubulaire et Ta Pièce d'extrémité adjacente. 12. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de suspens ion élastique comportent des ressorts spiraux montés er.tre ledit conduit tubulaire et ladite enveloppe externe. 13. Dispositif suivant une des revendications 7 à 12 Caractérisé en ce que l'espace libre entre l'enveloppe, le conduit tubulaire et les cartouches est rempli d'un fluide auxiliaire, et en ce qu'un orifice pratique dans le conduit est obturé par un organe souple pour équilibrer les pressions du fluide auxiliaire et du fluide à mesurer passant dans le conduit. 14. Dispositif suivant l'une des revendications 2 ou 4 à 10, caractérisé en ce que ledit matériau absorbant formant les cartouches est en tissu métallique, ou en laine de verre, ou en fibres synthétiques.