Brevet FR2414720A1 — publié le 19790810

L'invention est relative à un dispositif de mesure ou d'indication de vitesse ou débit d'écoulement d'un fluide (liquide ou gaz). Les dispositifs connus de ce genre qui sont prévus pour mesurer ou indiquer les faibles vitesses d'écoulement de fluide avec précision et sans perte de charge sont de réalisation complexe et coûteuse. L'invention a surtout pour but de remédier à l'inconvénient mentionné ci-dessus, c'est-à-dire de fournir un dispositif de mesure de vitesse d'écoulement de fluide qui soit de réalisation particulièrement simple et économique tout en permettant des mesures précises, sans -ou avec peu de- perte(s) de charge dans le fluide en écoulement. Un autre but de l'invention est de permettre la réalisation d'un tel dispositif qui nécessite peu ou pas d'entretien. Le dispositif de mesure de vitesse d'écoulement de fluide conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour injecter, de préférence à partir d'un orifice d'injection, un second fluide de façon sensiblement transversale à l'écoulement du premier fluide, un orifice de réception de ce second fluide et des moyens manométriques connectés audit orifice de réception. Comme on le verra ci-après, un tel dispositif, qui est de réalisation particulièrement simple, permet d'obtenir une mesure précise de la vitesse d'écoulement d'un fluide (ou son débit). Dans un mode de réalisation de l'invention le second fluide est différent du premier. Dans une autre réalisation, ledit second fluide est le même que le premier fluide. Dans ce cas, il est avantageux que les moyens d'injection comprennent des moyens pour extraire une partie du fluide en écoulement pour l'injecter transversalement, dans le courant principal. Dans le cas où le dispositif en question est destiné à mesurer la vitesse d'un fluide s'écoulant dans une canalisation, de préférence lesdits orifices d'injection et de réception sont éloignés des parois de la canalisation, à l'intérieur de cette dernière. I1 est alors avantageux que les moyens d'injection comprennent, à l'intérieur de ladite canalisation, une aiguille creuse de faible diamètre extérieur et, de même, que la liaison entre l'orifice de réception et les moyens manométriques soit constituée, à l'intérieur de la canalisation, par une aiguille creuse de faible diamètre extérieur par rapport au diamètre intérieur de la canalisation. Ces dernières dispositions ont surtout pour but de minimiser les pertes de charge à l'intérieur de ladite canalisation. D'autres buts, dispositions et avantages de l'invention apparattront avec la description de certains de ses modes de réalisation, cette description étant effectuée en se référant au dessin annexé sur'lequel : - la figure 1 montre, de façon schématique, un dispositif de mesure du débit de fluide conforme à l'invention ; et - la figure 2 est un diagramme illustrant le fonctionnement du dispositif représenté sur la figure 1. Le dispositif représenté sur la figure 1 est destiné à mesurer la vitesse ou le débit d'un gaz s'écoulant dans une canalisation 1 selon la direction de ladite canalisation dans le sens représenté par la flèche F. Ce dispositif comporte, conformément à l'invention, deux aiguilles creuses, respectivement 2 et 3, présentant chacune à leur extrémité un orifice de sortie 2a et 3a. Dans l'exemple la canalisation 1 présente la forme cylindrique et les aiguilles 2 et 3 s'étendent radialement selon un même diamètre de façon que les orifices de sortie 2a et 3a soient en regard et que la ligne (fictive) reliant les orifices 2a et 3a soit sensiblement perpendiculaire à la direction de la flèche F. Cette ligne fictive 4 a été représentée en traits interrompus sur la figure 2. Dans l'exemple, les aiguilles 2 et 3 sont introduites de la même longueur à l'intérieur de la canalisation 1. La seconde extrémité de l'aiguille creuse 2 est connectée à un ensemble permettant d'injecter un second gaz, avec un débit déterminé, dans ladite aiguille creuse 2 et donc à l'intérieur de la canalisation 1, transversalement par rapport à la direction de la flèche F, ctest-à-dire transversalement par rapport à l'écoulement du fluide dans ladite canalisation 1. L'ensemble en question a été représenté schématiquement par le bloc 5 sur la figure 1. Les positions des aiguilles 2 et 3 sont telles que, pour un débit nul du courant principal de gaz dans la canalisation 1, le courant ou jet de gaz injecté par l'aiguille 2 présente une direction moyenne qui est confondue avec la ligne 4. En d'autres termes pour un débit nul du courant gazeux principal le courant gazeux secondaire est éjecté par l'orifice 2a et se dirige vers l'orifice 3a. Ltaiguille creuse 3 est connectée, à l'extérieur de la canalisation 1, à un manomètre 6. Ce manomètre est destiné à mesurer la pression dynamique d'impact du courant gazeux secondaire au niveau de l'orifice 3a. De façon plus précise ledit manomètre 6 permet de mesurer la surpression au niveau de l'orifice 3a par rapport à la pression dans la canalisation 1. Si cette pression est différente de la pression ambiante le manomètre 6 est du type différentiel et un conduit 7 relie ledit manomètre 6 à la conduite 1. Dans une réalisation particulière la conduite 1 présente la forme d'un cylindre de diamètre intérieur égal à 14 mm et la distance séparant les orifices 2a et 3a est de 7 mm ; dans cet exemple les diamètres internes des aiguilles 2 et 5 ont tous deux pour valeur q5mL Le fonctionnement du dispositif que l'on vient de décrire en relation avec la figure 1 va maintenant être expliqué à l'aide de la figure 2. Pour un débit nul du courant gazeux principal, courant dont on veut mesurer la vitesse ou le débit, le jet du gaz secondaire Sortant de l'orifice 2a présente une forme divergente à partir de l'orifice 2a, et d'axe de révolution constitué par la ligne 4 reliant les deux orifices 2a et 3a. Les limites de ce jet divergent sont représentées par les lignes 7 et 8 en traits pleins. Selon une droite (fictive) 9 perpendiculaire à la ligne 4 et passant par l'orifice 3a, les pressions dynamiques du jet gazeux secondaire (et donc les vitesses de ce jet) sont représentées par la courbe 10 apparaissant sur le diagramme de la partie supérieure de la figure 2. L'abscisse de ce diagramme représente ladite ligne 9 et l'ordonnée représente les pressions dynamiques du gaz secondaire sortant de l'orifice 2a. Comme on peut le voir sur la c,ourbe 10, les pressions dynamiques 2 présentent une répartition gaussienne ; en dt autres termes, la courbe 10 présente un maximum au niveau de l'orifice 3a et est symétrique par rapport à l'axe des ordonnées. Lorsque le débit du courant gazeux principal n'est pas nul, le courant gazeux secondaire est entraîné dans le sens de la flèche F. Dans ces conditions, la ligne de plus haute pression 4a est incurvée et ne passe plus par l'orifice 3a ; de même les lignes 7 et 8 prennent respectivement les positions représentées par les lignes 7a et 8a en traits interrompus. Dans ces conditions, la répartition des pressions sur la ligne 9 est représentée par la courbe lOa également en trait inter rompu. Comme on le voit sur le diagramme, la pression au niveau de l'orifice 3a a alors baissé de la valeur de ap. Cette pression est représentative de la vitesse du courant gazeux principal. Le dispositif conforme à l'invention est de préférence utilisé pour mesurer des vitesses d'écoulement gazeux compris entre une limite inférieure vl et une limite supérieure v2 telles qu'entre ces limites l'écart de pression corresponde à une partie sensiblement linéaire de la courbe 10, c'est-à-dire au voisinage de l'un des points d'inflexion de cette courbe. Sur la figure 2 ces limites correspondent aux pression P1 et P2. Dans la réalisation particulière évoquée ci-dessus pour un débit nul du courant gazeux principal la pression partielle au niveau de l'orifice 3a est de 100 millibars, le débit de gaz introduit par l'aiguille creuse 2 étant de l'ordre de 0fui5 1/mon. Dans ce cas, pour un débit du courant gazeux principal égal à 100 litres par minute, la pression dynamique au niveau de l'orifice 3a descend à la valeur 10 millibars. On a constaté dans ce cas que la pression variait de façon inversement proportionnelle au débit lorsque ce dernier a une valeur comprise entre 10 et 100 litres par minute. Le dispositif que l'on vient de décrire présente de nombreux avantages. Tout d'abord, si le débit du courant gazeux secondaire est suffisamment important, les pressions dynamiques mesurées par le manomètre 6 présentent des valeurs également importantes, ce qui permet une mesure de grande précision. Si l'on a soin de choisir les diamètres extérieurs des aiguilles 2 et 3 à une valeur faible par rapport au diamètre intérieur de la canalisation 1, les pertes de charge, provoquées par les parties de ces aiguilles 2 et 5 introduites dans la canalisation 1, sont négligeables. Le dispositif conforme à l'invention permet de mesurer des vitesses d'écoulement de fluide quel que soit le sens de cet écou- lement. Cette remarque résulte de la forme symétrique de la courbe de Gauss 10. On notera également que le dispositif représenté sur la figure 1 est peu affecté par l'humidité. En effet, si de l'eau arrive au contact de l'orifice 2a, celle-ci est rejetée par le courant gazeux secondaire. Si de l'eau arrive au niveau de l'orifice 3a et pénètre dans la canalisation centrale de l'aiguille 3, cette humidité aura pour conséquence de modifier la pression affichée par le manomètre 6 d'une valeur de l'ordre de quelques millibars, alors que les pressions partielles sont de l'ordre de 100 millibars ; cette humidité ne modifie donc la valeur affichée par le manomètre 6 que de l'ordre de 1 %. Le dispositif représenté sur la figure 1 peut se prêter à de nombreuses variantes de réalisation sans que l'on sorte, pour cela, du cadre de l'invention. En particulier, pour ne pas perturber le courant gazeux à l'aval des aiguilles 2 et 3, on aura avantage à constituer l'ensem- ble 5 de façon telle qu'il prélève le gaz injecté dans le courant principal. Dans ce cas, ledit ensemble 5 comporte, par exemple, une pompe (non montrée) qui aspire une fraction du gaz s'écoulant dans la canalisation 1 et qui rejette cette partie aspirée dans la même canalisation par l'intermédiaire de l'aiguille 2. En variante, l'ensemble 5 comporte une chambre à volume variable et des moyens pour faire varier le volume de cette chambre à une fréquence déterminée.Dans ce dernier cas, le courant gazeux éjecté par l'orifice 2a est émis de façon périodique et le manomètre 6 est de préférence agencé, par exemple à l'aide d'un intégrateur, pour détecter la valeur moyenne de la pression partielle du courant gazeux transversal au niveau de l'orifice 3a. En variante, le jet gazeux émis par orifice 2a présente une direction moyenne, pour un débit nul du courant principal, qui n'est pas confondue avec la ligne 4 reliant les orifices 2a et 3a. Dans ce cas, la pression dynamique au niveau de l'orifice Sa ne correspond pas, pour un débit nul, au sommet de la courbe de Gauss. De préférence, on choisit cette inclinaison de la direction du jet par rapport à la ligne 4 de telle manière que, pour un débit nul, la pression dynamique au point Sa corresponde à la pression P1 (figure 2). Ainsi, la pression affichée par le manomètre 6 est linéaire depuis un débit nul jusqu'à une valeur maximale (correspondant à la pression du du jet gazeux secondaire). Le dispositif conforme à ce mode de réalisation ne permet de mesurer des débits, que pour un seul sens d'écoulement. Le dispositif conforme à l'invention permet de mesurer la vitesse ou le débit de tous courants de fluide, que ce fluide soit un gaz ou un liquide. I1 est à noter qu'il n'est pas indispensable que le courant de fluide dont on veut mesurer la vitesse soit enfermé dans une canalisation. En effet, le dispositif conforme à l'invention peut être utilisé en tant qu'anémomètre, c'est-à-dire en tant que dispositif de mesure de la vitesse du vent qu'elle qu'en soit sa direction. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure ou d'indication du débit d'un fluide s'écoulant selon une direction déterminée, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour injecter, de façon sensiblement transversale à ladite direction, et dans ledit fluide, un fluide secondaire, un orifice de réception du jet de ce fluide secondaire et des moyens manométriques reliés audit orifice de réception pour mesurer ou indiquer la pression dynamique du fluide secondaire au niveau dudit orifice de réception. 2. Dispositif selon la revendication 1 et destiné à mesurer ou indiquer la vitesse d'un fluide s'écoulant dans une enceinte limitée par des parois, caractérisé en ce que les moyens d'injection comprennent un orifice d'injection et en ce que lesdits orifices d'injection et de réception sont disposés à l'intérieur de l'enceinte et sont éloignés desdites parois. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, à l'intérieur de ladite enceinte, les orifices d'injection et de réception forment, chacun les extrémités d'aiguilles creuses de section extérieure faible par rapport à la section de l'enceinte. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide secondaire est identique au fluide principal, les moyens d'injection comprenant des moyens pour prélever une partie du fluide principal afin de l'injecter transversalement à la direction d'écoulement. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'injection transversale comprennent un dispositif pour aspirer et injecter ledit fluide de façon périodique, et en ce que lesdits moyens manométriques comprennent des moyens intégrateurs. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'injection sont agencés pour produire un jet de fluide secondaire tel que, pour un débit nul du fluide principal, la pression dynamique du fluide secondaire présente, selon ladite direction déterminée, une valeur maximale au niveau de l'orifice de réception. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens d'injection sont agencés pour, à débit nul du fluide principal, engendrer un jet de direction oblique par rapport à ladite direction déterminée.