Brevet FR2460472A1 — publié le 19810123

La pr8sente invention a pour objet un débitmètre pour la mesure des faibles débits de fluide dans un circuit de distribution, du type comprenant une tdte d'injection de fluide interposée dans le circuit de distribution, une roue de mesure entrainée en rotation autour de son axe par le fluide issu de la téte d'injection, et des moyens de détection de la rotation de la roue de mesure. On connait de nombreux types de débitmètres du genre précité, notamment des débitmètres dans lesquels la roue de mesure est constituée par une turbine axiale comportant un moyeu et des ailettes portées par le moyeu qui constituent la zone de travail de la turbine. De telles roues de mesures sont toutefois toujours délicates à utiliser dans le cas de faibles débits car le montage de la roue sur palier introduit des frottements qui affectent la précision et la sensibilité des mesures. La présente invention vise précisément à permettre la mesure de faibles débits de fluides, notamment de liquide, avec précision en améliorant la sensibilité et la robustesse du système de mesure. Ces buts sont atteints grâce à un débitmètre du type mentionné au début, qui est caractérisé en ce qu'il comprend une chambre annulaire alimentée par le fluide dont le débit est à mesurer, une tête d'injection de fluide située à l'intérieur de la chambre annulaire, une chambre centrale coaxiale à la chambre annulaire et délimitée par la tête d'injection de fluide, et une roue de mesure évidée dans sa partie centrale et montee sans palier à l'intérieur de la chambre centrale, en ce que la téte d'injection comprend une pluralité d'injecteurs régulièrement répartis dans un plan parallèle au plan médian de la chambre annulaire, alimentés à partir de ladite chambre annulaire et débouchant tangentiellement dans la chambre centrale en regard de la périphérie de la roue de mesure, et en ce que la partie centrale de la chambre centrale est en communication avec la sortie du débitmètre. La partie cylindrique externe de la roue de mesure qui coopère avec les injecteurs est munie d'une gorge centrale de profil arrondi ou en forme de V. La force exercée par le fluide sur la roue de mesure est proportionnelle au dépit volumique et crée un couple moteur qui entraîne la roue en rotation. La roue mobile flotte dans le fluide qui a été introduit dans la chambre centrale et s'échappe par la partie cer- trale évidée de la roue de mesure. Le système permet de réduire les forces de frottement puisque la roue de mesure est montée sans aucun palier. Selon une caractêristique particulière de la présente invention, un grillage anti-vortex est disposé à la sortie du débitmètre et émerge légèrement dans la partie centrale de la chambre centrale. Le conduit d'alimentation du débitmètre en fluide débouche tangentiellement dans la chambre annulaire. Selon un mode particulier de réalisation, la tête d'injection comprend trois injecteurs disposés à 1200 les uns des autres. Les diverses pièces constitutives du débitmètre sont avantageusement en une matière plastique transparente telle que du plexiglas, De façon préférentielle, le débitmètre comprend deux flasques entre lesquels sont insérées la tête d'injection et la roue de mesure, et qui délimitent la chambre annulaire. Les moyens de détection de la rotation de la roue de mesure comprennent des repères opaques formés sur la roue de mesure elle-même, une lampe fixe montée dans l'un des flasques en regard de la partie non évidée de la roue de mesure, et un détecteur photosensible fixe mont8 en regard de la lampe, du coté de la roue de mesure opposé à la lampe, de sorte que les repères opaques formés sur la roue de mesure interrompent périodiquement le flux de lumière repu par le détecteur photo sensible à partir de la lampe. D'autres -caractéristiques et avantages-de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui fait suite d'un mode particulier de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annex8s sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe de la partie active du débitmètre, - la figure 2 est une vue en coupe de l'en- semble d'un débitmètre conforme à l'invention, - les figures 3 et 4 sont des vues de face et de profil d'une roue de mesure utilisable avec le débitmètre de la figure 2, - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne V-V de la figure 2, - la figure 6 est une vue schématique d'été ments électriques associés au débitmètre selon l'invention, - la fulgure 7 est une courbe donnant ie débit en fonction de la fréquence du signal délivré en sortie du circuit de la figure 6. La figure 1 permet de comprendre le principe de fonctionnement du débitmètre selon l'invention. Le fluide 40 dont le débit est à mesurer ést injecté tangentiellement à- travers des injecteurs 30 dans une chambre 70 cylindrique délimitée par un carter 20 et contenant une roue 10 coaxiale à 1 chambre 70 et de dimensions légèrement plus réduits de façon que le fluide injecté arrive dans la chambre 70 pratiquement tangentiellement au pourtour externe de la roue 10.La roue de mesure 10 est elle-même évidée en son centre et le fluide de'50 qui a été introduit au voisinage des parois latérales de la chambre 70 peut s'échapper à travers l'ouverture centrale 11 de la roue 10 et un orifice d'évacuation 60 de la chambre 70 formé au voisinage de la partie centrale de celle-ci. La force qui s'exerce sur la roue mobile 10 est inversement proportionnelle à la distance entre la roue 10 et la paroi 20 de la chambre 70, et proportionnelle à la viscosité dynamique du fluide et à sa vitesse V, donc au débit volumique q des n injecteurs 30 de section donnée s puisque V = q (1) ns La distance e entre la paroi du carter 20 et la roue 10 étant une donnée de construction, la force exercée sur la roue 10 reste bien proportionnelle au débit de fluide injecté dans la chambre 70. Cette force crée un-couple moteur qui entraine la roue en rotation. I1 existe alors un glissement qui lorsqu'il est rendu constant permet d'obtenir une caractéristique vitesse de rotation-débit qui est linéaire, En-fonctionnement, la roue de mesure 10 flotte dans le liquide présent dans la chambre 70, et aucune force de frottement parasXte-due à des paliers n'entre en jeu, La structure d'un exemple de débitmètre selon l'invention sera expliqué plus en détail en réfé* rence aux figures 2 à 5. L'ensemble représenté sur la figure 2 comprend essentiellement quatre pièces principales qui peuvent être en matière plastique transparente telle que du plexiglass : deux flasques circulaires 91, 92 qui constituent un carter 90, une tête d'injection 20 en forme de couronne et une roue de mesure 10, Il est ménagé une chambre annulaire 80 entre les flasques 91, 92 et la couronne d'injection 20, La couronne d'injection 20 définit elle-meme une chambre centrale 70 dans laquelle est disposée la roue de mesure 10.Le flasque supérieur est équipé d'une tubulure d'entrée 93 qui débouche tangentiellement dans la chambre annulaire 80 (Figure 5) pour irriguer convenablement trois puits d'injection 30 écartés de 1200 sur la couronne d'injection 20 et percés tangentiellement à la face interne de la couronne 20 pour permettre une injection de fluide tangentielle à la roue 10. L'écoulement du fluide qui a été introduit dans la chambre centrale 70 s'effectue ensuite par un canal d'évacuation 94 situé dans le flasque inférieur et qui prend naissance sous la partie centrale de la chambre 70 et de la roue 10. Un grillage 95 avec par exemple une ouverture de maille de 4/lonri. destiné à briser le vortex, est placé dans le puits 60 d'échappement et déborde légèrement dans la partie inférieure de la chambre centrale 70. L'étanchéité entre les chambres 70 et 80 est assurée par deux joints toriques 81. La roue de mesure 10 est constituée par un anneau qui, pour assurer une stabilisation de la roue dans la chambre, est rainuré en son centre sur la partie cylindrique externe par une gorge 14 (figure 4) en profil arrondi ou de préférence en V. Le jet des injecteurs 30 reste dans cette gorge taxis que l'écoulement se fait autour dans un espace restreint entre la roue et la paroi de la chambre centrale 70, avant de s'échapper par l'ouverture centrale 11 de la roue 10 et le puits d'évacuation 60. A titre d'exemple, pour la mesure de débits de carburants liquides, il a été réalisé un débitmètre comprenant une chambre ayant un volume d'environ 2 cm3, des injecteurs de diamètre final de 0,9mm chacun et une chambre centrale comprenant une roue de mesure de dimensions telles qu'il est ménagé un espace de 0,15 mm titre la roue et la chambre sur le diamètre et un espace de 9,25 an entre la roue et les parois planes de la chambre. La profondeur de la gorge 14 de la roue 10 est elle-même inférieure à 1 mm tandis que la roue présente un diamètre externe de 12 mm. Les valeurs numériques mentionnées ci-dessus ne sont données qu'à titre d'exemple non limitatif. Toutefois, il est avantageux que la section totale des injecteurs n'excède pas environ 5 mm2 et de préférence reste voisine d'environ 2mm2. De même, il est préférable que les espaces libres entre la roue 10 et les parois de la chambre 70 restent inférieurs à environ 5/10 mm. La roue de mesure 10, qui est transparente, comprend des taches opaques 12, 13 régulièrement réparties sur la couronne constituant la roue. Ces taches servent d'écran intermittent entre une lampe 102 implantée dans le flasque 92 et un élément photosensible 101, tel qu'un phototransistor, situé dans l'axe de la lampe 102 et situé en regard de la partie pleine de la roue 10, du cté opposé à celui de la lampe 102. Les taches 12, 13 interrompent de façon régulière, lors de la rotation de la roue 10, le flux lumineux capté par l'élément récepteur 101. Comme on peut le voir sur la figure 6, il est alors aisé de disposer d'un signal électrique impulsionnel s dont la fréquence est fonction de la rotation de la roue 10 et donc du débit de fluide à mesurer.Le montage de la figure 6 permet d'alimenter à l'aide d'un simple fil à trois conducteurs (masse, alimentation + V, signal) la lampe 102 et le phototransistor polarisé par la résistance 103, et de récupérer le signal impulsionnel s- disponible aux bornes du phototransistor 101 qui peut être ensuite traité et utilisé de façon classique pour l'affichage de courbes ou de valeurs numériques représentatives du débit de fluide mesuré. Le Le débitmètre selon l'invention n'entraine que des pertes de charge très réduites. Par exemple, pour un débit d'essence de 25 l/h, il a été mesuré une perte de charge totale de # P = 0,16 bar pour l'ensemble du débitmètre (entree-sortie de la chambre annulaire 80, injecteurs 30, roue de mesure 10). En outre, il est possible d'obtenir des caractéristiques linéaires pour des débits faibles (par exemple compris entre environ 5 et 25 l/h entre la valeur mesurée du débit et la valeur réelle du débit. La figure 7 montre un exemple de graphe donnant le débit mesuré, exprimé en fréquence du signal s de détection des taches 12, 13 de la roue 10, en fonction du débit réel. On remarque que la caractéristique est bien linéaire, c'est à dire que le glissement au niveau de la roue 10 peut être maintenu parfaitement constant pour une plage de mesures donnée. REVENDICATIONS ltt Débitmètre pour la mesure des faibles débits de fluide dans un circuit de distribution, du type comprenant une tête d'injection de fluide interposée dans le circuit de distribution, une roue de mesure entrainée en rotation autour de son axe par le fluide issu de la tête d'injection, et des moyens de détection de la rotation de la roue de mesure, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre annulaire alimentee par le fluide dont le débit est à mesurer, une tête d'injection de fluide située à l'intérieur de la chambre annulaire, une chambre centrale coaxiale à la chambre annulaire et délimitée par la tête d'injection de fluide, et une roue de mesure évidée dans sa partie centrale et montée sans palier à l'intérieur de la chambre centrale, en ce que la tête d'injection comprend une pluralité d'injecteurs réguliè- rement répartis dans un plan parallèle au plan médian de la chambre annulaire, alimentés à partir de ladite chambre annulaire et débouchant tangentiellement dans la chambre centrale en regard de la périphérie de la roue de mesure, et en ce que la partie centrale de la chambre centrale est en communication avec la sortie du débitmè- tre. 2.- Débitmètre selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que la partie cylindrique externe de la roue de mesure qui coopère avec les injecteurs est munie d'une gorge centrale. 3.- Débitmètre selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un grillage anti-vortex qui est disposé à la sortie du débitmètre et émerge légèrement dans la partie centrale de la chambre centrale. 4.- Débitmètre selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que le conduit d'alimentation du débitmètre en fluide débouche tangentiellement dans la chambre annulaire. 5.- Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la tête d'injection comprend trois injecteurs disposés à 1200 les uns des autres. 6.- Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les diverses pièces constitutives du débitmètre sont en une matière plastique transparente telle que du plexiglas. 7.- Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend deux flasques entre lesquels sont insérées la te te d'injection et la roue de mesure, et qui délimitent la chambre annulaire. 8.- Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de détection de la rotation de la roue de mesure comprennent des repères opaques formés sur la roue de mesure ellemême, une lampe fixe montée dans l'un des flasques en regard de la partie non évidée de la roue de mesure, et un détecteur photosensible fixe monté en regard de la lampe, du côté de la roue de mesure opposé à la lampe, de sorte que les repères opaques formés sur la roue de mesure interrompent périodiquement le flux de lumière reçu par le détecteur photosensible à partir de la lampe. 9.- Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'espace libre compris entre la paroi de la chambre centrale et la roue de mesure est inférieur à environ 5/10e de millimètre.