Brevet FR2458798A1 — publié le 19810102

I La présente invention a trait à un généra- teur de données en vue de la détermination du débit d'un liquide circulant à travers un système de canali- sations, par mesure des temps de transit d'ultrasons -5 à l'intérieur du liquide et le long d'un trajet de me- sure parcouru par le liquide et réalisé sous forme tu- bulaire, qui comporte des têtes de raccordement pour une amenée et une évacuation du liquide, et équipé d'un convertisseur de mesure disposé en face des deux extrémités du trajet de mesure dans les têtes de rac- cordement, se trouvant en contact direct duliquide, dans lequel l'axe du trajet de mesure constitue une perpen- diculaire passant par le centre de sa surface de trans- mission active. En vue de la détermination du débit d'un li- quide à travers un système de canalisations, il est con- nu d'appliquer des impulsions ultrasonores ou liquides s'écoulant, afin de pouvoir déterminer, à partir du temps de transit des impulsions, la vitesse d'écoulement moyenne du liquide et ainsi le débit de celui-ci par unité de temps. Il s'est avéré qu'une mesure des temps de transit des impulsions le long d'une section de tube parcourue par le liquide est la plus avantageuse. Une telle disposition est décrite dans la demande de brevet allemand DE-OS'2.339.631, celle-ci présente cependant encore différents inconvénients: dans le cas de l'ins- tallation des convertisseurs de mesure directement dans le courant de liquide du système de canalisations, les convertisseurs de mesure ne sont pas accessibles de l'extérieur, des résistances à l'écoulement apparais- sent et la dépense pour l'amenée étanche des raccords électriques est élevée. Dans le cas de l'utilisation de deux éléments en T, dont les raccords se trouvant sur un axe sont reliés sur un côté par un tube recti- ligne et sont terminés sur l'autre côté chacun par un convertisseur de mesure, une chute de pression trop importante apparatt directement aux points de mesure par suite de la déviation de l'écoulement. En outre, la longueur totale est prohibitive. Pour l'installation de compteurs de débit dans des canalisations d'eau de consommation, des normes sont édictées concernant l'écartement de deux extrémités de canalisation, entre lesquelles le compteur de débit doit être installé. Les écarts relativement faibles ne per- mettent dans l'état de la technique que l'installation de trajets de mesure sonore très courts et ainsi impré- cis. La présente invention a pour objet de réali- ser un générateur de données de telle sorte qu'il puis- - se être installé entre des distances relativement peti- tes de deux extrémités de tube et présente malgré cela la longueur de trajet de mesure nécessaire en vue de l'obtention de la précision de mesure requise. En ou- tre, le générateur de données doit présenter une résis- tance minimale à l'écoulement et pouvoir être fabriqué facilement. Ce problème est, selon l'invention, résolu par le fait que chaque extrémité du tube traverse les parois des têtes de raccordement réalisées sous la forme de chambre de répartition de grandes dimensions et pénètre dans l'intérieur des chambres de répartition, de sorte que chacune desdites chambres de répartition entoure de toutes parts l'extrémité associée du tube ou moins sur une longueur supérieure au diamètre de passage du tube, par le fait que la section, devant être parcourue par le liquide, des chambres de répartition s'élève à un multiple de la section de passage du tube, et par le fait qu'en outre les surfaces de transmission des convertisseurs de mesure sont disposées éloignées à une distance, laissant dégagée la section de passage néces- saire, des côtés extrêmes du tube. Quelques exemples de réalisation de l'inven- ton sont expliqués ci-après en détail, en regard des dessins annexés. Les figures 1 et 2 représentent chacune une vue schématique d'un générateur de données selon l'invention. Les figures 3 à 6 sont chacune une coupe à travers quatre générateurs de données de structures différentes. Sur les figures décrites ci-après, les mêmes numéros de référence sont utilisés pour des parties identiques. Deux chambres de répartition 1 et 2 de gran- des dimensions, formant des cavités parallélépipédiques, sont séparées l'une de l'autre par au moins une paroi 3. Un tube 4 servant de trajet de mesure traverse la paroi 3 et pénètre par ses extrémités 5 et 6 dans l'intérieur des deux chambres de répartition 1 et 2, de sorte que chaque chambre de répartition 1, 2 entoure de toutes parts l'extrémité correspondante 5, 6 du tube 4 au moins sur une longueur qui est supérieure au diamètre de pas- sage du tube 4. Les chambres de répartition 1 et 2 comportent une arrivée 7 et une évacuation 8, qui sont indiquées sur les figures par une flèche et sont disposées dans les chambres de répartition 1 et 2, éloignées des ex- trémités 5 et 6 du tube 4. Les raccords pour l'arri- vée 7 et l'évacuation 8 se trouvent avantageusement sur un axe commun. Le liquide à mesurer traverse, depuis l'arrivée 7, la première chambre de répartition 1 et pénètre sur un côté extrême de l'extrémité 5 dans le tube 4, quitte celui-ci à son autre extrémité 6, traverse la seconde chambre de répartition 2 et parvient à l'évacuation 8. L'axe du tube 4 constitue une per- pendiculaire passant à travers les centres des surfaces de transmission 11 et 12 d'un convertisseur de mesure 9, 10. Les surfaces de transmission 11 et 12 sont di- rectement soumises au liquide et présentent chacune un écartement E du côté extrême des extrémités de tube 5, 6. Les distances E sont choisies de telle sorte qu'il en résulte pour le débit du liquide deux sections de passage maximales sur les côtés extrêmes du tube 4. Pour la précision de la mesure des temps de - ' 10 transit, il est par ailleurs souhaitable de maintenir minimales les distances E. Des résultats satisfaisants sont obtenus lorsque les distances E s'élèvent approxi- mativement à la moitié du diamètre interne du tube 4. La figure 2 représentéeschématiquement comme un élargissement de la plage de mesure d'un générateur de données est obtenue par division du flux total en deux flux partiels. Grâce à la disposition symétrique des deux flux partiels, on obtient un partage indépen- dant du débit. Plus de deux flux partiels sont égale- ment réalisables. En plus du tube 4 constituant le trajet de mesure, encore-au moins un autre tube 13, identique, est prévu, réunissant les deux chambres de répartition 1 et 2. En outre, chaque autre tube 13, en ce qui concerne la grandeur de l'écartement E ainsi que l'arrivée 7 et l'évacuation 8, est disposé spatia- lement de la même manière que le tube 4 dans les deux chambres de répartition 1 et 2. Dans l'exemple de la figure 3, les chambres de répartition 1 et 2 se composent également de cavités parallélépipédiques avec chacune une paroi de séparation propre 3. Elles sont réunies juxtaposées par leurs pa- rois de séparation 3. Des raccords de connexion 14 et , disposés sur la figure 3 aux extrémités inférieures des chambres de répartition 1 et 2, servent à l'amenée 7 ou à l'évacuation 8 du liquide. L'écartement A des côtés extrêmes des deux raccords de connexion 14, 15, s'élève dans le présent exemple à 190 mm et correspond à un écartement normalisé pour l'installation de compteurs à eau. Le tube 4 est disposé sur la figure 3 à pro- ximité du bord supérieur des chambres de répartition 1 et 2. Sa surface latérale traverse de façon étanche les parois de séparation 3. Entre les raccords de con- nexion 14 et 15 et le tube 4 est ménagé un espace que doit traverser le liquide. L'utilisation de chambres de répartition de grandes dimensions permet de choisir l'espace des chambres de répartition 1, 2,devant être parcouru par le liquide, de section égale à un multi- ple de la section de passage du tube 4. La vitesse d'écoulement dans les chambres de répartition 1 et 2 est ainsi faible, ce qui évite une formation de tourbil- lon et ainsi une perte de pression et l'apparition de phénomènes de cavitation et assure une arrivée et une évacuation uniforme du liquide sur toute la périphérie des côtés extrêmes du tube 4. Afin de pouvoir allonger au maximum le trajet de mesure en vue de l'accroissement de la précision de mesure pour un écartement donné A des raccords de con- nexion, il est avantageux d'allonger en outre les cham- bres de répartition selon la figure 3 à proximité des extrémités 5 et 6 du tube 4, et même de sorte que les parties des chambres de répartition 1, 2, entourant les deux extrémités 5, 6, forment avec l'axe du tube 4 un canal annulaire concentrique 16, 17, à travers lequel le liquide arrive à l'extrémité 5, ou s'éloigne de l'autre extrémité 6, dans une direction opposée au sens d'écoulement dans le tube 4. Dans l'exemple de la figure 4, les deux cham- bres de répartition 1 et 2 se composent de deux coudes à 1800 18, 19, partant des deux raccords de connexion 14, 15, s'élargissant continuement et se transformant pour former les deux canaux annulaires 16, 17, qui sont traversés par le tube 4 et sont maintenus conjoin- tement avec au moins une nervure 20 dans leur position réciproque. Aux extrémités élargies, les coudes 18, 19 portent les convertisseurs de mesure 9 et 10. Dans les exemples décrits jusqu'ici, on uti- lise comme trajet de mesure un tube 4, dont l'axe est- une droite, qui s'étend parallèlement à l'axe formé par les deux raccords de connexion 14, 15. Ceci se traduit par une structure avantageuse et une disposition favo- rable pour l'usinage, le bottier formant les chambres de répartition 1 et 2 pouvant être coulé, embouti, en une ou deux parties. vissé ou également soudé. Le tu- be 4 est avantageusement en matériau étiré. Le tube 4 peut être coulé, moulé, soudé ou être maintenu étan- che d'une manière quelconque. Dans le cas de la fabrication par coulée, il est important d'usiner la surface interne du tube 4 en vue de la réduction des résistances à l'écoulement. En vue de la réduction des pertes de charge par suite de la déviation du flux de liquide, des dis- positions sont également possibles dans lesquelles l'axe du tube 4, qui est une droite, fait un angle quelconque avec l'axe formé par les deux raccords de connexion 14, 15. La figure 5 représente un exemple dans le- quel les axes se croisent en un point et font entre eux un angle droit. Ceci est obtenu par le fait que les chambres de répartition 1 et 2 se composent de deux coudes à 900 21,22, partant des raccords de connexion 14, 15, s'élargissant continuement, dont les extrémités élar- gies 23, 24 portent les convertisseurs de mesure 9, 10. Pour un façonnage approprié des coudes 18 et 19 servant de chambres de répartition 1 et 2, selon la figure 4, d'autres variantes avantageuses du point écoulement seraient également possibles; ainsi, en se référant à la figure 4, l'arrivée 7 se trouvant en bas à gauche pourrait être amenée en haut à droite vers l'extrémité du tube 4, tandis que le liquide s'échap- pant de l'extrémité 5 serait amené à l'évacuation 8. La déviation à 180 des coudes 18 et 19 sur la figure 4 est alors superflue, pour cela les coudes doivent être légèrement déplacées dans une direction perpendiculaire au plan du. dessin et l'axe du tube 4 doit être légèrement basculé dans un plan perpendicu- laire au plan du dessin. Dans le cas du générateur de données selon la figure 5, les deux chambres de répartition 1 et 2 se composent de deux cavités parallélépipédiques avec une paroi commune 3. Un tube 25 formant le trajet de mesure est courbé en U, ses branches 26 et 27 traversent chacu- ne une paroi latérale 28, 29 des chambres de répartition 1, 2 et pénètrent dans une des chambres de répartition 1 et 2. Les côtés extrêmes des branches 26 et 27 sont dirigés-vers les convertisseurs de mesure 9, 10 dispo- sés sur les parois en vis-à-vis et dont les surfaces de transmission 11, 12 sont également maintenues éloi- gnées à l'écartement E. Du fait de la grandeur des- chambres de répartition 1 et 2, est également garantie, dans le présent exemple, l'arrivée ou l'évacuation sans entraves du liquide aux extrémités de tube 5, 6 le long de toute la périphérie des deux branches 26, 27. Une telle disposition présente l'avantage que les deux don- vertisseurs de mesure se trouvent rapprochés et peuvent être recouverts par un boîtier commun 30, qui est repré- senté_en pointillés sur la figure 6. Le boîtier 30 entoure également le montage électronique nécessaire à 2458?98 l'évaluation des données. Dés canalisations électriques accessibles allant aux convertisseurs de mesure 9 et 10 sont superflues, et ainsi les possibilités d'interven- tions frauduleuses sont réduites. Les générateurs de données décrits conviennent particulièrement à l'application dans un compteur de chaleur, dans lequel, en plus du débit, est également détectée la différence de température entre une arrivée et un retour. f REVENDICATIONS 1) Générateur de données en vue de la détermina- tion du débit d'un liquide circulant à travers un systè- me de canalisations, par mesure des temps de transit d'ultrasons à l'intérieur du liquide et le long d'un trajet de mesure parcouru par le liquide et réalisé sous forme tubulaire, qui comporte des têtes de raccor- dement pour une amenée et une évacuation du liquide, et équipé d'un convertisseur de mesure disposé en face des deux extrémités du trajet de mesure dans les têtes de raccordement, se trouvant en contact direct du liquide, dans lequel l'axe du trajet de mesure constitue une per- pendiculaire passant par le centre de sa surface de transmission active, caractérisé en ce que chaque extré- mité (5,6) du tube (4,25) traverse les parois (3; 28, 29) des têtes de raccordement réalisées sous la forme de cham- bres de répartition (1, 2) de grandes dimensions et pé- nètre dans l'intérieur des chambres de répartition (1,2) de sorte que chaque chambre de répartition (1, 2) entoure de toutes parts l'extrémité associée (5; 6) du tube (4; ) au moins sur une longueur qui est supérieure au dia- mètre de passage du tube (4), et en ce que la section devant être parcourue par le liquide des chambres de ré- partition (1, 2) s'élève à un multiple de la section de passage du tube (4; 25), et en ce qu'en outre les sur- faces de transmission (11, 12) des convertisseurs de me- sure (9, 10) sont disposées éloignées à une distance (E), laissant dégagée la section de passage nécessaire, des côtés extrêmes du tube (4; 25). 2) Générateur de données selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance (E) s'élève appro- ximativement à la moitié du diamètre interne du tube (4). 3) Générateur de données selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les chambres de réparti- tion (1, 2) se composent de deux cavités parallélépipé- diques avec une paroi (3) commune traversée par le tube (4). 4) Générateur de données selon les revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce qu'en vue de l'élargisse- ment de la plage de mesure, en plus du tube (4) formant le trajet de mesure, au moins encore un autre tube (13), disposé symétriquement, réunit les deux chambres de ré- partition (1, 2), chaque autre tube (13) étant disposé en ce qui concerne la distance (E) ainsi que l'amenée (7) et l'évacuation (8) dans les deux chambres de répar- tition (1, 2) spatialement identiquement comme le tube (4) formant le trajet de mesure. ) Générateur de données selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les parties des chambres de répartition (1; 2) entourant les deux extrémités (5, 6) du tube (4) forment chacureun canal annulaire (16; 17) concentrique à l'axe du tube, à travers lequel le liqui- de afflue à une extrémité (5) dans une direction oppo- sée au sens d'écoulement dans le tube (4), ou s'éloigne de l'autre extrémité (6). 6) Générateur de données selon la revendication , caractérisé en ce que les deux chambres de réparti- tion (1, 2) se composent de deux coudes à 180 (18, 19) s'élargissant continuement et se transformant pour former les deux canaux annulaires (16, 17) qui sont traversés par le tube (4) et sont maintenus, conjointe- ment avec des éléments de liaison (20), dans leur po- sition mutuelle et portent à leurs extrémités élargies les convertisseurs de mesure (9, lo). 7) Générateur de données selon une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que l'axe du tube (4) est une droite qui s'étend parallèlement à l'axe commun de deux raccords de connexion (14, 15) formant l'arrivée (7) ou l'évacuation (8) du générateur de don- nées. 8) Générateur de données selon une des revendi- cations 1, 2, 3, 5 ou 6, caractérisé en ce que l'axe du tube est une droite qui forme un angle quelconque avec l'axe commun de deux raccords de connexion (14, 15) formant l'amenée (7) ou l'évacuation (8) du générateur de données. 9) Générateur de données selon une des revendi- cations 1, 2, 5 ou 8, caractérisé en ce que les cham- bres de répartition (1, 2) se composent de deux coudes à 90 (21, 22) partant de deux raccords de connexion (14, 15), s'élargissant continuement, dont les extré- mités élargies (23, 24) portent les convertisseurs de mesure (9; 10), l'axe passant par les raccords de con- nexion (14, 15) formant un angle droit avec l'axe de mesure. ) Générateur de données selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tube (25) formant le trajet de mesure est courbé en U et traverse avec ses branches (26, 27) une paroi latérale (28; 29) des cham- bres de répartition (1; 2),-pénètre dans les chambres de répartition (1; 2) et est dirigé avec les cotés extrê- mes de ses branches (26; 27) vers les convertisseurs de mesure (9; 10) disposés sur les parois en vis-à-vis.