Brevet FR2400692A1 — publié le 19790316

La présente invention est relative à des dispositifs pour la mesure de débit de fluides du type à émission de tourbillons, dans lesquels un obstacle placé dans la conduite parcourue par le fluide à mesurer engendre l'émission périodique de tourbillons dont la fréquence est représentative de la vitesse du fluide. Dans ce type de débitmètre, la fréquence d'émission des tourbillons est en effet liée à la vitesse locale d'écoulement du fluide et la mesure de cette fréquence permet d'en déduire le débit du fluide dans la conduite, Cette mesure de fréquence s'effectue au moyen de capteurs sensibles à l'émission ou au passage des tourbillons et capables de détecter les variations de pression locales qui accompagnent leur émission. L'obstacle est généralement choisi de section rectangulaire et disposé transversalement de façon symétrique sur l'axe de la conduite. Dans une large gamme de débits, le nombre de Strouhal S = f.d V où : f désigne la fréquence des tourbillons, d la dimension transversale de l'obstacle, V la vitesse du fluide, reste constant ; autrement dit, la fréquence des tourbillons est bien proportionnelle à la vitesse du fluide.Mais on a constaté que pour un nombre de Reynolds R(20 000, c'est-à-dire par exemple pour de faibles débits de gaz à basse pression, la valeur de la fréquence moyenne des tourbillons émis était plus élevée que la valeur théorique tirée de la relation précédente. I1 en résulte que la courbe d'erreur du débitmètre tracée en fonction du débit, très plate pour des pressions de gaz supérieures à 4 bars environ, remonte de plusieurs % aux faibles valeurs du débit, indiquant un surcomptage quand la pression du gaz à mesurer est plus basse. Cette anomalie est, en particulier, très gênante pour l'étalonnage du débitmètre quand il est appliqué au comptage de gaz, car le compteur débitmétrique doit généralement être étalonné sous pression atmosphérique alors qu'il sera ultérieurement utilisé pour le comptage de gaz sous pression. L'analyse du signal du débitmètre à l'aide d'un analyseur de spectre permet de vérifier que la remontée des courbes d'erreur dans ces conditions n'est pas liée à l'apparition de parasites, mais résulte plutat d'une anomalie inhérente à la nature de l'écoulement tourbillonnaire. La demanderesse a trouvé que l'erreur propre à ce genre de débitmètre aux basses pressions de gaz pouvait être notablement diminuée en modifiant légèrement la géométrie de l'obstacle. Suivant l'invention, le dispositif pour la mesure du débit d'un fluide en écoulement dans une conduite cylindrique comporte un obstacle générateur de tourbillons monté transversalement dans-la conduite et ayant une section rectangulaire ou trapézoidale, et il est caractérisé en ce que les faces latérales opposées dudit obstacle tournées vers la paroi de la conduite font avec l'axe de la conduite un angle non nul et inférieur à 100. De préférence, ledit angle est avantageusement choisi égal à 4 . L'obstacle peut entre de section rectangulaire et tourné globalement dudit angle par rapport à l'axe de la conduite, mais il peut aussi etre choisi de section trapèzotdale, les cOtés latéraux du trapèze étant inclinés dudit angle par rapport à l'axe de symétrie (qui est aussi l'axe de la conduite). L'expérience montre que le débitmètre équipé d'un obstacle ainsi modifié conformément à l'invention, présente aux faibles débits et aux faibles pressions de gaz un surcomptage fortement atténué et que le phénomène d'émission de tourbillons, dans ces conditions d'utilisation, parait beaucoup plus stable et régulier, et présente des qualités métrologiques nettement améliorées. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre et au dessin annexé qui représente, à titre d'exemples non limitatifs, deux modes de réalisation d'un débitmètre modifié suivant l'invention. Sur ce dessin - la figure I représente un coupe axiale un débitmètre avec un obstacle angulairement décalé - la figure 2 représente la m8me coupe d'un débitmètre comportant un obstacle de section trapèzoidale. Sur la figure 1, on voit en 10 la conduite cylindrique parcourue par le courant fluide à mesurer et représentée en coupe axiale ; Il désigne un obstacle générateur de tourbillons disposé transversalement suivant un diamètre de la conduite, cet obstacle étant associé à un ou plusieurs capteurs sensibles au passage ou à l'émission des tourbillons (non représentés, et qui peuvent être incorporés à l'obstacle). Cet obstacle 11 a une section reoean- gulaire, mais eu lieu d'entre disposé symétriquement avec deux faces parallèles à l'axe de la conduite, il est orienté sur sa ligne moyenne de manière que ses faces latérales opposées ll A, Il B, tournées vers la paroi de la conduite fassent avec l'axe AA de de'la conduite, un angle Ce égal à 4o. De bons résultats ont été obtenus en prenant pour le rectangle un rapport d'/d de la largeur d' à la longueur d une valeur de l'ordre de 0,71 et un rapport d/D de l'ordure de 0,21, D désignant le diamètre de la conduite. Les parois 11 A, Il B faisant toutes deux le même angle avec l'axe AA, cet obstacle convient pour les deux sens d'écoulement dans la conduite. L'obstacle 21 représenté à la figure 2 est disposé symétriquement par rapport à l'axe AA de la conduite, mais sa section a dans ce cas, la forme d'un trapèze, la grande base 21 C étant disposée caté amont (le fluide s'dcou- lant.dans la direction indiquée par la flèche F), et- chaque face latérale 21 A, 21 B faisant un angle 5( de 40 avec l'axe AA. Les rapports précédents sont choisis de préférence tels que d'/d = 0,63 et d/D = 0,23, d' étant la hauteur du trapèze. Bien que la valeur de 40 de l'angle i se soit avérée fournir les meilleurs résultats, un angle ou compris entre une valeur non nulle et infé- rieure à 10 , aussi bien dans le cas de la section rectangulaire de la figure 1 que dans celui de la section trapèzotdale de la figure 2, reste encore acceptable pour améliorer les qualités métrologiques de la fréquence d'émission des tourbillons aux bas régimes de comptage signalés précédemment. REVENDICATIONS 1/. Dispositif pour la mesure du débit d'un fluide en écoulement dans une conduite cylindrique comportant un obstacle générateur de tourbillons, monté transversalement dans la conduite et ayant une section rectangulaire ou trapèzoidale, caractérisé en ce que les faces latérales opposées dudit obstacle tournées vers la paroi de la conduite font avec l'axe de la conduite un angle non nul et inférieur à 100. 2/. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit angle est égal à 4o. 3/. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, dans lequel l'obstacle est de section rectangulaire, caractérisé en ce qui cet obstacle est globalement incliné dudit angle sur l'axe de la conduite. 4/. Dispositif suivant la revendication l ou 2, caractérisé en ce que l'obstacle est de section trapèzoidale et symétriquement disposé sur l'axe de la conduite, sa plus grande base étant disposée côté amont. 51. Dispositif suivant la revendication 4 > caractérisé en ce que le rapport de la hauteur durit trapèze à la grande base est de l'ordre de 0,63. 6/. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le rapport de la grande base du trapèze au diamètre de la conduite est de l'ordre de 0,23. 7/. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport de la largeur du rectangle, dirigée suivant le sens de I'écoulement, à a longueur dirigée transversalement à l'écoulement, est de l'ordre de 0,71. 8/. Dispositif suivant la revendication 3 ou 7, caractérisé en ce que le rapport de la longueur du rectangle au diamètre de la conduite est de l'ordre de 0,23.