Brevet FR2406810A1 — publié le 19790518

La présente invention est relative à des capteurs de débit de fluides, utilisables notamment sur des conduites de grands diamètres. Un tel capteur est destiné à alimenter un compteur de fluide, ou un débitmètre, monté en dérivation sur la conduite principale, de manière que ce compteur soit parcouru par un débit partiel variant linéairement avec le débit de la conduite principale. La mesure des débits de fluide, par exemple d'eau, sur des conduites de grand diamètre, c'est-à-dire supérieur à environ 1 mètre, ne peut entre effectuée directement au moyen d'un compteur usuel, de volume ou de vitesse, parcouru par la totalité de l'écoulement fluide à compter en raison-des dimensions et du cout d'une telle installation. L'utilisation de compteurs de type électromagnétique ou à ultra-sons présente une solution assez satisfaisante pour la dynamique de la mesure et la précision des résultats. Cependant, les compteurs de ce type nécessitent la présence d'une source d'alimentation électrique, et surtout entrainent une dépense particulièrement onéreuse. On a alors recours à des compteurs proportionnels de petits calibres montés sur une conduite de petit diamètre en dérivation sur la conduite principale de grand diamètre de manière à n'être parcourus que par une fraction de l'écoulement passant dans la conduite principale. L'inconvénient majeur de ce type de compteur est que le débit secondaire qui traverse le compteur ne reste pas constamment représentatif du débit de la conduite principale.En effet, si on dérive le débit secondaire à partir d'une prise de débit quasi-ponctuelle, ou trop localisée par rapport à l'étendue de la section de la conduite principale, cette prise de débit traduit bien l'évolution du débit dans la conduite principale suivant une loi déterminée quand ce débit est toujours produit suivant la même conformité, par exemple à l'étalonnage du compteur en l'absence de turbulences et de perturbations dans la conduite. Mais lorsque le compteur est monté en exploitation sur le site, on constate que les résultats de mesure peu vent différer de la loi précédente de plusieurs dizaines de /O . I1 est aussi connu d'introduire une restriction de section sur la conduite, au moyen d'un venturi ou d'un diaphragme, ce qui provoque une perte de charge de part et d'autre de cette restriction, et de mesurer la dépression résultante par un capteur de pression différentielle, d'où est déduit finalement le débit cherché.Cette solution a aussi plusieurs inconvénients : outre l'introduction d'une perte de charge importante, et l'encombrement dans le cas de venturis, elle présente en débit une dynamique de mesure très faible, de l'ordre de Y37, due au fait que la loi reliant le débit à la variation de pression différentielle étant quadratique, elle entraine pour le capteur de pression diffe- rentielle la nécessité d'avoir une bonne précision dans une étendue de mesure égale au carré de la dynamique de débit. On ne dispose généralement pas de tels compteurs ayant la précision cherchée dans une dynamique de mesure allant au delà de 5, et encore sont-ils d'un court important. Une autre solution consiste encore à utiliser un tube creux plongé diamétralement dans la conduite, et percé de plusieurs orifices répartis symétriquement par rapport à l'axe de la conduite. Le flux pénétrant par ces orifices crée une surpression par rapport à une prise de pression située dans la conduite en aval du tube plongeur. Cette surpression est mesurée au point milieu de l'axe du tube et correspond à une valeur moyenne du débit dans la conduite5 prise suivant le diamètre du tube. Cette solution, plus satisfaisante quant à la faible perte de charge introduite par l'élément sensible, reste basée sur une mesure de pression différentielle et présente, comme dans le cas précédent, le même inconvénient d'un dynamique de mesure limitée par le capteur de pression différentielle. L'invention a donc pour objet un capteur de débit qui fournit, dans une étendue de mesure satisfaisante, un débit dérivé représentatif du débit dans la conduite principale, ce capteur ntentrainant pas de perte de charge notable. En outre, l'information prélevée étant en terme de débit, ce capteur peut être associé à un compteur de fluide de type usuel purement mécanique, de vitesse ou de volume, qui fournit suivant une loi linéaire, le débit cherché. La précision voulue peut être obtenue facilement dans toute étendue de mesure imposée en choisissant à cet effet un compteur qui réponde aux spécifications correspondantes de calibre et de précision. Pour que le capteur de débit fournisse une bonne représentation du débit dans la conduite principale, l'invention part du fait que ce capteur doit intégrer les informations issues de plusieurs points de mesure répartis en divers endroits d'une section de la conduite ; plus ce nombre de points sera élevé, meilleure sera la mesure intégrée. Suivant l'invention, le capteur de débit utilisable dans une conduite cylindrique parcourue par un fluide pour prélever un débit partiel représentatif du débit dans cette conduite, comporte un corps présentant un orifice d'entrée, un orifice de sortie, et deux conduits de raccordement à un compteur de fluide, et il est caractérisé en ce que ledit corps a une forme généralexent plate dont la ligne moyenne est prévue pour être orientée diamétralement dans la conduite, et en ce que ledit orifice d'entrée est constitué par une fente médiane de longueur sensiblement égale au diamètre de la conduite. Le capteur ayant une forme généralement plate présente ainsi une section transversale relativement faible par rapport à celle de la conduite, n'entrainant qu'une perte de charge elle aussi relativement faible. En revanche, la fente de prélèvement étant disposée tout le long d'un diamètre de la conduite5 n conçoit que le prélbvesent ainsi recueilli sur le débit de la conduite re présente un échantillonnage fidèle du profil des vitesses suivant ce diamètre, et donc correct dans la totalité de la section de la conduite. Par suite, le débit partiel envoyé dans le compteur en dérivation est bien représentatif du débit dans la conduite principale. D'autres dispositions constructives qui vont être exposées par la suite5 permettent de s'assurer que la dérivation et la mesure du débit partiel ne perturbent pas ce profil de vitesse dans la zone de prélèvement et ne détruisent pas sa symétrie axiale. On réalise ainsi à l'aide du capteur de débit suivant l'invention, un montage de compteur proportionnel fournissant å bas prix des résultats aussi satisfaisants que ceux obtenus avec des compteurs branchés directement sur la conduite5 par exemple de type électromagnétique ou ultrasonore, beaucoup plus onéreux. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description suivante et au dessin annexé qui représente, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un capteur conforme à l'invention. Sur ce dessin - la fig. 1 représente schématiquement une vue en perspective d'un capteur sui vant l'invention - les fig. 2 et 3 sont respectivement une coupe diamétrale et une vue transver sale de ce capteur fixé dans une manchette. En se référant aux figures, on voit en 10 le capteur de débit constitué par un corps 11 à faces parallèles Il A, 11 B faiblement distantes l'une de l'autre, et dont la ligne moyenne est orientée suivant un diamètre de la conduite cylindrique 12, et par deux conduits de raccordement d'entrée 13 et de sortie 14 munis de filetage à leur extrémité, et destinés au branchement en dérivation d'un compteur de débit partiel, figuré en 15. La conduite 12 est par exemple constituée par une manchette équipée à ses extrémités de brides pour être branchée sur la conduite parcourue par le fluide à mesurer, et le capteur 10 est par exemple soudé de façon étanche dans des ouvertures ménagées à cet effet dans la manchette. Le sens d'écoulement du fluide étant indiqué par la flèche F, le capteur présente une face amont 17 de forme rectangulaire ou profilée à section rectangulaire allongée et de longueur égale au diamètre de la conduite 12. Dans la face 17 est découpée une fente diamétrale 16, de forme rectangulaire et de longueur sensiblement égale au diamètre de la conduite. Derriere la fente 16 est disposée transversalement et symétriquement dans le corps 11 une chicane 18 séparant le flux entrant par la fente en deux écoulements égaux passant à chaque extrêmité du diamètre considéré. Ces deux écoulements se rejoignent en un orifice 19 de section rectangulaire à l'entrée d'un conduit interne 20, aussi de section rectangulaire, relié au conduit 13. La chicane 18 a pour rôle de définir deux trajets symétriques permettant au flux prélevé- sur la conduite de conserver son profil de vitesse symétrique par rapport à l'axe de la conduite malgré les perturbations qui peuvent être introduites en aval par la perte de charge due au passage du débit partiel dans les éléments 13, 15 et 14. Le conduit 20 et un conduit interne de sortie 21, relié au conduit 14, sont séparés dans le corps 11 par une cloison 22 disposée aussi transversalement, et délimités par une paroi 23 du corps 11 parallèle à l'axe de la conduite. L'écoulement dérivé sortant du compteur 15 par le conduit 14 retourne dans la conduite 12 par un orifice de sortie 24; de dimensions égales à celles de l'orifice 19, débouchant symétriquement sur l'axe. L'ensemble est dimensionné pour que la section de l'orifice 19 soit sensiblement égale à la surface de la fente 16 et que les deux trajets définis par la chicane 18 aient chacun une section égale à la moitié de la précédente. Les sections des conduits 20, 13 et 14, 22 sont aussi égales à la section de l'ori- fice 19, c'est-à-dire à la surface de la fente 16. Dans la mesure où la section de passage du fluide prélevé par le capteur dans lesdits conduits est, comme dans l'exemple décrit, du même ordre de grandeur que la surface de la fente 16, ainsi que de l'ordre de la section d'admission du compteur 15, on peut estimer que la perte de charge, et par conséquent la linéarité de la réponse du compteur 15 en dérivation ne dépend que du capteur 10. Par suite de légères variations de la surface de la fente 16, par obstruction ou par entartrage par exemple, ne modifieront pas la précision du comptage. De plus, un meme type de capteur, solidaire d'un meme compteur en dérivation, peut être branché sur des conduites de diamètres différents (bien entendu avec des fentes diamétrales de longueur adaptée) tout en conservant le même calibre de mesure, si le débit correspondant reste dans la même gamme de variation de vitesses moyennes du fluide, par exemple entre 10 et 200 cm/s. Les éléments 13, 15, 14 extérieurs à la conduite forment dans ce cas un meme ensemble unitaire qui peut être associé à différents capteurs de veine fluide proprement dits, adaptés au diamètre de la conduite considérée. A titre d'exemple appliqué à une conduite de 1 m de diamètre, la fente a une largeur de 2,5 mm ; la section des orifices et conduits5 tels que 19, 20, 13, 14, 21, 24 est du même ordre de grandeur : 25 cm2, et le compteur est choisi pour fonctionner avec une précision donnée dans une étendue de mesure de dé- bit allant de 150 l/h à 40 m3/h. Au lieu d'être déterminée par la fente, la perte de charge peut encore être déterminée par la section des conduits en aval, si celle-ci est nettement inférieure à celle de la fente. Ceci permet l'utilisation d'un compteur de plus petit calibre, la droite représentant le débit de la conduite en fonction du débit lu sur le compteur en dérivation ayant dans ce cas une pente plus accentuée que dans le cas précédent. Toujours pour une conduite de 1 m de diamètre et en conservant la méme fente de 2,5 mm de large, une section de seulement 4 cm2 pour les conduits en aval permet d'utiliser un compteur ayant une etendue de mesure de 10 l/h à 3 m3/h. Dans le mode de réalisation précédemment décrit à titre d'exemple, le corps du capteur présente, dans un plan perpendiculaire à l'axe de la conduite comme dans un plan perpendiculaire à la fente, des formes généralement rectangulaires. Néanmoins, le corps peut éventuellement être enveloppé par un carénage donnant au capteur une forme extérieure plus aérodynamique, ce carénage ne jouant aucun rôle quant au prélèvement et à la circulation du fluide à l'int6- rieur du capteur. De même, le montage du capteur dans une manchette implique une intervention sur la conduite et l'arrêt de son exploitation pour permettre le branchement de cette manchette. Pour éviter cet inconvénient, il peut être intéressant de donner au carénage du capteur une forme cylindrique à section circulaire de façon à permettre son montage directement dans la conduite, par exemple suivant une technique d'emmanchement sous pression, l'autre extrémité du capteur venant en butée sur le fond de la conduite. REVENDICATIONS 1 - Capteur de débit de fluide, utilisable dans une conduite cylindrique par couruepar un fluide pour prélever un débit partiel représentatif du débit dans cette conduite, comportant un corps présentant un orifice d'entrée, un orifice de sortie, et deux conduits de raccordement à un compteur de fluide, caractérisé en ce que ledit corps a une forme généralement plate dont la ligne moyenne est prévue pour être orientée diamétralement dans la conduite, et en ce que ledit orifice d'entrée est constitué par une fente médiane de longueur sensiblement égale au diamètre de la conduite. 2 - Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps com porte une chicane, disposée symétriquement et transversalement derrière la fente d'entrée et définissant deux trajets symétriques dont la section de passage est égale à la moitié de la surface de ladite fente. 3 - Capteur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les sections de passage des conduits de raccordement et la section de l'orifice de sor tie sont au plus égales à la surface de ladite fente. 4 - Capteur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'orifice de sortie est centré sur l'axe de la conduite. 5 - Capteur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte à l'entrée du premier conduit de raccordement un orifice de même section que l'orifice de sortie, centré sur l'axe de la conduite. 6 - Capteur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que son corps est enveloppé dans un carénage. 7 - Compteur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est fixé dans une manchette cylindrique raccordable à une conduite de même section. 8 - Compteur suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est monté dans une conduite par une technique d'emmancheaent sous pression. 9 - Compteur suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est solidaire d'un compteur de fluide branché sur lesdits conduits de raccordement.