Brevet FR2452088A1 — publié le 19801017

L'invention, due à TETEREVYATNIKOV Lev Nikolaevichs concerne la technique des mesures et, notamment, un procédé de mesure du débit massique d'une substance. L'invention peut être utilisée -pour la détermination du débit massique de substances fluides. On connait déjà un procédé de mesure du débit massique d'une substance d'après la pression différentielle agissant sur une membrane (diaphragme) montée dans une conduite, dans laquelle s'écoule le courant de substance à mesurer et d'après la densité de cette substance qui doit aussi être mesurée. La nécessité de mesurer la densité d'une substance complique le procédé de détermination de son débit et abaisse la précision, et du fait qucil existe entre la pression différentielle et le débit de la substance une dépendance quadratique, la gamme des débits à mesurer est réduite. On connais aussi déjà un procédé de mesure du débit d'une substance grâce à la création d'un courant auxiliaire sousi forme d'un filet coulant dans la direction perpendiculaire au courant à mesurer, et traversant une partie de la section du courant à mesurer. Dans ce cas, on détermine la pression différentielle aux points du courant à mesurer disposés en face du trou d'écoulement du filet dans la zone d'action de ce filet. Ce procédé est aussi caractérisé par une gamme limitée des débits à mesurer de la substance. En outre, ce procédé ne permet de déterminer d'après la pression différentielle que la vitesse du courant à mesurer, ou le débit massique pour une densité connue et constante de la substance formant le courant. Pour mesurer le débit massique de la substance à une densité variable, il est nécessaire, tout comme dans les débitmètres à diaphragme, de mesurer aussi la densité. On connaît encore un procédé de mesure du débit massique d'une substance d'après la pression différentielle entre deux points du courant à mesurer naissant dans la conduite dans la zone d'un cylindre tournant à une vitesse constante et barrant partiellement le courant à mesurer. Ce cylindre tournant crée un courant auxiliaire sous forme d'une partie du courant à mesurer tournant ensemble avec le cylindre. La pression différentielle mesuré dans le procédé susmentionné est liée directement au débit massique de la substance à mesurer, ce qui exclut la nécessité de mesurer sa densité.La pression différentielle est propor tionnelle au début massique et, par conséquent, il n'existe pas de limitations de la gamme de mesures conditionnées par la dépendance quadratique entre le débit de la substance et la pression différentielle dans son courant. Toutefois, il existe des limitations de la gamme de mesure liées à la nécessité de l'interaction des couches limites près des parties du débitmètre se déplaçant mutuellement (dans le cas donné, près du cylindre tournant et du corps du débitmètre), ce qui conditionne de très faibles sections de passage des dé bitmètres. La précision de mesure du débit d'une substance dépend considérablement de la structure du courant à mesurer, du fait que les points de prélèvement de la pression lors de la mesure sont disposés dans la zone d'interaction des courants mesuré et auxiliaire. La variation de la structure du courant mesuré peut amener aux variations ou aux oscillations de la pression diffr'en- tielle à un débit de la substance invariable, ce qui apporte une erreur de mesure supplémentaire. L'invention a pour objet de mettre au point un tel procédé de mesure du débit massique d'une substance, dans lequel le rapport entre le débit de la substance et la pression différentielle aux points de mesure ne dépendrait pas de la structure du courant, aurait un caractère massique et serait linéaire dans une large gamme de variation des paramètres des dispositifs mettant en oeuvre ce procédé. Le but visé est atteint du fait que, dans le procédé de mesure du débit massique d'une substance d'après la pression différentielle en deux points du courant mesuré de la substance par création d'un courant auxiliaire de cette substance, selon l'invention, le courant mesuré est traversé par un courant auxiliaire en faisant sortir ce dernier de'la zone d'intersection, et on mesure la pression différentielle dans le courant mesuré entre ses points disposés en amont et en aval de son intersection par le courant auxiliaire, les paramètres du courant auxiliaire étant déterminés en partant des conditions V 5 Hh V, h b > B, où H et h sont respectivement les dimensions transversales des courants mesuré et auxiliaire dans le plan d'intersection des directions des courants dans la zone de leur intersection;; B et b sont respectivement les dimensions transversales des courants mesuré et auxiliaire dans la zone de leur intersection, mesurées dans la direction perpendiculaire au plan susmentionné ; v et la vitesse moyenne du courant auxiliaire dans la zone d'intersection des courants dans le plan d'intersection des directions des courants ; V est la vitesse moyenne du courant mesuré dans la zone d'intersection des courants d un débit maximal mesuré de la substance. L'invention sera mieux comprise h la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, et en se référant au dessin annexé, dans lequel la figure 1 représente un mode d'exécution d'un dispositif mettant en oeuvre le procédé proposé de mesure dudébit massique de la substance, selon l'invention la figure 2 est une coupe suivant la ligne 11-11 perla figure 1. Le procédé proposé peut être mis en oeuvre à l'aide du dispositif représenté sur la figure 1, comprenant une conduite droite 1, dans laquelle passe le courant mesuré de la substance, et une pompe 2 d'àmenée du courant auxiliaire de la meme substance. Cette pompe 2 est placée dans une conduite circulaire La conduite circulaire 3 est raccordée sous un angle droit à la conduite droite 1. La pompe 2 est entraînée par un moteur électrique 4, et possède un débit volumétrique constant. Un manomètre différentiel 5 est raccordé aux points C et D de la conduite droite 1 disposés en amont et en aval de son intersection par la conduite circulaire 3, et sert à mesurer le débit massique de la substance d'après la pression différentielle. Dans le-dispositif, comme le montre la figure 1, la direction du courant mesuré de la substance est indiquée par une flèche Q et la direction du courant auxiliaire est montrée par une flèche verticale q ; dans ce cas, le plan d'intersection des directions Q et q de ces courants coïncide avec le plan de la, figure l. Une particule élémentaire du courantauxiliaire à son entrée dans le courant mesuré est désignée par le repère 6, la particule élémentaire du même courant auxiliaire à sa sortie du courant mesuré est désignée par le repère 6'. H et h sont respectivement les dimensions transversales des courants mesuré et auxiliaire dans le plan d'intersection des directions Q et q des courants dans la zone d'intersection des courants, disposé entre l'entrée et la sortie de la conduite droite 1 de la conduite auxiliaire 3. La figure 2 représente la coupe suivant la ligne II-II de la figure 1, ctest-à-dire dans le plan perpendiculaire à la direction Q (fig. 1) du courant mesuré. Iei B et b (fig. 2) sont respectivement les dimensions transversales des courants mesuré et auxiliaire dans la zone d'intersection de ces courants, mesurées dans la direction perpendiculaire au plan dgintersection des directions Q et q (fig. 1) des courants. Les dimensions H, h, B et b (fig. 2) limitent respectivement les dimensions des courants mesuré et auxiliaire ; dans ce cas, il est nécessaire que l'inégalité b > ? B soit remplie. Cela est une des conditions de l'intersection complète du courant mesuré par le curant auxiliaire. Le courant mesuré passe dans la conduite droite 1J tandis que le courant auxiliaire animé par la pompe 2 parcourt la conduite circulaire 3. Par suite du croisement du courant mesuré par le courant auxiliaire, il apparait une résistance au mouvement du courant auxiliaire. Cette résistance est conditionnée par l'inertie des par tvcules du courant auxiliaire qui se déplace entre les parties du courant mesuré. Dans ce cas, entre les parties du courant mesuré se trouvent constamment les particules du courant auxiliaire n'ayant pas de vitesse dans la direction Q (fig. 1) du mouvement du courant mesuré et ne se mettant en marche dans cette direction que lorsqu'elles se trouvent entre les parties indiquées du courant mesuré. Ce mouvement est assuré glace au fait que les parties du courant auxiliaire, après le croisement du courant mesuré, sont sorties de la zone de lnur interaction avec la circulation du courant dans la conduite circulaire 3. La dépendance de la pression différentielle L P du débit massique de la substance est déterminée de la manière suivante. Toute particule élémentaire 6 dans le courant auxiliaire ayant, a' l'entrée dans la zone entre les parties de la conduite droite 1, une longueur wyQ" (fig. 1) égale a' Ba dimension h du courant auxiliaire, et traversan le courant resurés est soumise à l'action de la pression différentielle #P = P1-P2, où P1 et P2 sont respectivement les valeurs des pressions de la substance avant et après le croisement des courants.En fin de mouvement dans le courant mesuré, c'est-à-dire à la sortie du courant auxiliaire de la zone entre les parties de la conduite droite 1, la longueur de la particule élémentaire 6' subissant l'action de la pression différentielle P devient égale à "y11, par suite de son déplacement dans la direction du courant mesuré et de son recomplètement à partir de ce courant. Dans ce cas, une partie de la particule élémentaire 6' à la sortie de la zone susmentionnée, ayant la longueur AY X y - yO, pénètre pratiquement dans la conduite droite 1. Ces parties du courant auxiliaire constituent tout le courant mesuré après le croisement, ce qui garantit le croisement complet du courant mesuré par le courant auxiliaire. Lorsque yO t y (cela peut être obtenu toujours par un choix correspondant du rapport des vitesses et des sections des courants mesuré et auxiliaire), a lieu la dépendance #P t #y.#= 2yo (1) où # est la densité de la substance du courant, t le temps du mouvement de la-particule élémentaire 6 dans la zone de croisement des courants. (Tetereviatnikov L.N. "Dispositif pour la mesure du débit et de la quantité du condensat de gaz. "La technique de mesure", N 4 1976). En admettant que la dimension transversale du courant mesuré dans le plan de croisement des directions Q et q des courants est égale à H, on tire de la formule (1 par les transformations successives #yB # H = #P HBt t 2h La valeur #yB# Ht exprime le débit massique QM de la substance dans la conduite directe 1. Vu que les valeurs t, H- B et h d'après la condition sont constantes 2h QM (2) tBH I1 est commode d'effectuer la mesure du débit massique QM d'après la pression différentielle ,\p lorsque la pression différentielle #P est proportionnelle au débit massique.Il est nécessaire pour cela que t s cte et, par conséquent, que la vitesse du courant auxiliaire V soit constante. Le procédé peut aussi être utilisé à vitesse variable du courant auxiliaire. Par exemple, il peut s'avérer avantageux que le signal du manomètre différentiel 5 commande la vitesse du courant auxiliaire en envoyant ce signal au moteur électrique 4 ou à un autre régulateur du débit de la substance, monté dans la conduite circulaire 3. Dans ce cas, la valeur t sera variable, ce qui peut être utilisé pour une augmentation ultérieure de la gamme de la relation linéaire entre la pression différentielle LP et le débit massique 4MX c'est-à-dire pour l'augmentation de la gamme de mesure. La condition nécessaire du croisement complet du courant mesuré par le courant auxiliaire, en plus de la condition susmentionnée b ) B est le respeçt de la dépendance H > h V (3) v > h où v est la vitesse moyenne du courant auxiliaire dans le plan d'intersection des directions Q et q des courants dans la zone de leur intersection, et V la vitesse moyenne du courant mesuré dans la même zone au débit mesuré maximal. Le rapport entre le débit massique QH de la substance et la pression différentielle P, obtenu lors de la mesure du débit massique de la substance selon le procédé proposé, ne dépend pas de l'interaction des couches limites des parties des débitmètres et il est linéaire ; il se base sur une interaction des masses des courants mesuré et auxiliaire au cours de leur intersection, ce qui assure une large gamme des débits mesurés de la substance. Les points de prélèvement des pressions sont déportés de la zone d'interaction des courants, grâce à quoi l'influence de la structure du courant mesuré sur la précision de la mesure est insignifiante. La précision de la mesure augmente aussi par suite de la relation linéaire entre le débit massique et la pression différentielle, excluant l'erreur supplémentaire due à la transformation du signal de sortie provenant du manomètre différentiel 5. Le procédé est réalisé d'une manière simple et sbre du point de vue de la construction. L'étude en détail de la partie théorique du procédé contenant les équations réunissant tous les principaux paramètres des constructions assure un calcul et une construction simples des dispositifs mettant en oeuvre le procédé proposé. Les constructions permettant de mettre en oeuvre le procédé sont facilement assemblées à partir ds ensembles fa- briqués en série (pompe, manomètre différentiel, conduites). Le procédé offre la possibilité d'utiliser les construc tions sans mmbranes barrant le courant, ce qui diminue la proba bilité de l'obstruction du tronçon de mesure et assure sans difficulté le passage des dispositifs de nettoyage des conduites. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé qui vient d'être décrit u sliquement à titre exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. REVENOICATION Procédé de mesure du débit massique d'une substance d'après la pression différentielle en deux points du courant mesuré de la substance par création d'un courant auxiliaire de cette substance. caractérisé en ce que l'on fait traverser le courant mesuré par un courant auxiliaire, en faisant sortir ce dernier de la zone d'intersection, et on mesure la pression différentielle dans le courant mesuré entre ses points disposés en amont et en aval de son intersection par le courant auxiliaire, les paramètres du courant auxiliaire étant déterminés en partant des conditions V > Hh V b > , B, où H et h sont respectivement les dimensions transversales des courants mesuré et auxiliaire dans le plan d'intersection des directions des courants dans la zone de leur intersection ; B et b, respectivement, les dimensions transversales des cou rants mesuré et auxiliaire dans la zone de leur intersledtion, mesurées dans la direction perpendiculaire au pl-an susmention né v, la vitesse moyenne du courant auxiliaire dans la zone d'in tersection des courants dans le plan d'intersection des di rections des courants V, la vitesse moyenne du courant mesuré dans la zone d'inter section des courants à un débit maximal mesuré de la subs tance.