Brevet FR2466003A1 — publié le 19810327

BANC D'ETALONNAGE DE DEBITMETRS ET COMPTEURS DE LIQUIDE Dans l'état de la technique, de nombreux systlmes sont proposés pour effet tuerl'étalonnage dc débitmêtres ou de compteurs de liquide. De nombreux dispositifs sont baséssur la mesured'un volume dit étalon auquel sont comparés les indications fournies par l'organe de mesure à controler, en effet à part les organes de mesure massique, la pluspart des organes de mesure sont du type volumétrique. On peut donc classer les moyens d'étalonnage volumétriques en deux classes: Les jauges volumétriques qui sont remplies dés le début de la mesure et qui intègrent dans la mesure les transitoires de début et de fin de la mesure, la lecture du volume transféré étant évaluée à partir de repères gradués sur une fenêtre transparente de la jauge, laquelle peut prendre des formes divcr ses pour améliorer la précision. Le principal inconvénient de cette dispositionest la nécessité de disposer de volumes importants de façon à réduire l'influence des termes transitoires de début et de fin de mesure. Les jauges volumétriques associées à un automatisme qui déclenche le début et l'arrtt de la mesure sans que l'organe à controler cesse de fonctionner font partie de la deuxième classe de materiel. cette méthode beaucoup plus souple que la précédant présente de nombreux avantages qui la font préférer maintenant, d'autant plus qu'il est possible de concevoir des jauges étalon de types variés couve les jauges ouvertes, les tubes étalon, etc... Les méthodes basées sur l'emploi d'une pesée rentrent dans des classes de maternels similaires; elles présentent un inconvénient supplémentaire qui est de connaitre la densité du produit si l'on étalonne un appareil de type volumétrique. L'objet de la présente invention concerne plus particulièrement un dispositif d'étalonnage à jauge volumétrique ouverte avec élimination des termes transitoires par association à un automatisme de départ et d'arrét de la mesure, basé sur l'emploi de détecteurs de niveau de grande précision. On sait depuis longtemps que l'étalonnage d'un appareil de mesure de débit nécessite de nombreuses précautions si l'on veut atteindre une précision suffisante, en parficulier il est notoire que l'écoulement du fluide doit être le moins possible perturbé pendant la durée de l'opération d'étalonnage. Dans ces conditions, il est indispensable, comme cela se fait depuis longtemps, d'associer la mesure du volume transféré pendant la mesure à un automatisme qui élimine les temps de mise en régime de l'écoulement. Cet automatisme est en général basé sur l'emploi de deux dispositifs qui détectent le passage de la section de liquide servant de repère dans la mesure du volume étalon et commandent les divers circuits électroniques ou électriques qui permettent le comptage des impulsions émises par l'appareil temps à vérifier et la mesure du/correspondant à l'essai effectué. Dans la pluspart des techniques actuelles, les détecteurs de la surface de référence présentent une incertitude de mesure qui oblige à augmenter notablement la distance entre les détecteurs, à augmenter le volume étalon ou à donner une forme compliquée à la jauge. D'autre part, la coxbinaisongdes circuits d'alimentation hydraulique et de vidange de la jauge, des circuits de mise en fonctionnement préalable de l'appareil à controler, conduit à la réalisation d'installations complit -quées. L'objet de la présente invention est de remédier à ces difficultés et de proposer les moyens à mettre en oeuvre pour réaliser un banc d'étalonna- ge capable de trés bonnes performances avec des moyens simples et peu onéreux La figure 1 illustre le principe de fonctionnement général du banc d' étalonnage selon l'invention. La figure 2 illustre le moyen employé pour effectuer Cans les meilleures conditions de précision et de fidélité la détection de la position de la surface libre du liquide d'étalonnage. La figure 3 illustre le moyen de controler les vannes d'isolement dont les fuites peuvent influencer la précisions des mesures. Comme l'illustre la figure 1 donnée à titre d'exemple non limitatif, le système baX basé sur l'association de deux circuits hydrauliques distincts: l'un servant à la mise en circulation du fluide et à la mise en rotation de l'appareil à controler, l'autre servant à la mesure proprement dite. Le circuit de mise en régime de l'organe à étalonner 4 comprend la cuve tampon 1, la pompe 2 avec son moteur d'entrainement 3, qui refoule le li quide,prélevé dans 1, à travers l'organe 4, pour le ramener par la vanne 5 vers la cuve 1. Dans ces conditions, les différentes réglages pécédant la mesure sont facilement effectués avant de la commencer. A l'instant oh l'on veut effectuer celle-ci, la vanne 6 est ouverte en même temps que la vanne 5 est fermée, par des moyens classiques connus. A ce moment , le liquide en écoulement stabilise n'est pas interrompu et tout le liquide est orienté pratiquement au même débit dans la jauge 7, à travers la vanne 6. Alors, le liquide monte dans la jauge à vitesse constante (la jauge est cylindrique), à travers des éléments de tranquillisation des filets fluides de façon à calmer les remous sur la surface 18 du liquide, la vanne 15 de dange étant bien entendu fermée; à un certain niveau de la jauge, la surfec ace du liquide entre en contact avec le premier détecteur 10 qui fonctionne sur le principe de la fermeture d'un circuit électrique par conductivité du liquide et déclenche le départ de la mesure par l'intermédiaire du circuit de commande 12 qui ouvre les portes 16 et 17 laissant passer les impulsions d'une horloge vers un compteur 14 pour l'affichage du temps de la mesure et les impulsions provenant de l'organe 4 à controler vers un compteur 13 donnant le nombre d'impulsions pour le volume étalon au débit de la mesure effectuée. Bien entendu, d'autres mesures sont faites à des débits divers d dans la gamme de fonctionnement de l'appareil 4. Il est évident 4ue le niveau 18 étant monté dans la jauge, le second dét- ecteur qui l'équipe va lui-mtme entrer en contact avec la surface du liquide ce qui aura pour effet d'interrompre les comptage des compteurs 13 et 14. La mesure étant ainsi terminée, les valeurs affichées par les compteurs sont relevées pour tracer par la suite la courbe de correction de l'appareil 4. Il est bien évident que le fait d'étalonner ainsi un appareil de type quelconque: volucompteur, turbine débitmétrique à un ou plusieurs rotors ou plusieurs appareils montés en série, ne changerait rien au principe de l'invention. Pour commodité d'exploitation et amélioration des performances, diffée rentes particularités sont proposées dans l'invention qui concernent plus particulièrement la position relative de la jauge 7 par rapport & l'appareil 4, les détecteurs de niveau, l'entrainement de la pompe, > les c.ractéristi ques de la pompe et les contrôles auxiliaires de bon fonctionnement des vannes 5 et 15. Comme l'illustre la figure 1, la jauge 7 est un récipient cylindrique vertical dont la hauteur entre détecteusera définie pour obtenir une bonne précision, la hauteur totale tenant compte de la mise en place des drivers accessoires facilitant son exploitation. Ce récipient å section constante sera placé sur un support aussi élevé que possible par rapport à l'or- gane 4 pour maintenir de façon permanente à la sortie de celui-ci une pression importante nettement superieur à la tensionsde vapeur du liquide d'étalonnage, pression qui pourra être avantageusement augmentée par la chute de pression au travers de la vanne 8 de réglage du débit (la vanne 8 servan vant également de vanne d'isolement avec la vanne 9 pour montage et démon- tage de l'appareil 4). Un des avantages de l'invention est le stabilité du débit, malgré la variation de hauteur de liquide dans la jauge grâce à l'emploi d'une pompe 2 De type volumétrique. Cette mlKc pompe sera entraînée å volonté i des vitesses diverses pour obtenir les différents débits nécessaires par l'intcr- médiaire du moteur 3 commandé par un variateur de vitesse non figuré, et éventuellement corriger les faibles variations de débits qui pourraient malgré tout appataitre. Un autre avantage de l'invention, du fait que la jaugeeest placée à hauteur élevée, est que la vidange de celle-ci pourra être effectuée par gravité directement dans la cuve 1 par l'intermédiaire de la vanne 15. Bien entendu, un trop plein placé en haut de la jauge évitera des débordements intempestifs par retour à la cuve 1. Un autre avantage de l'invention concerne les détecteurs de niveau qui comme on le disait précédemment fonctionnent sur le principe de la fermeture d'un circuit électrique par conductibilité du liquide, mais avec la particularité qu'ils sont alimentés en courant alternatif de fréquence élevée pour obtenir une grande rapidité de fonctionnement et éviter les perturbations dues & des phénomènes d'électrolyse. Le fonctionnement de ces capteurs est illustré, à titre d'éxemple non limitatif, par la figure 2 qui montre comment est constitué l'ensemble. Deux tiges métalliques rectilignes et verticales sont suspendues au voisinage de l'axe de la jauge 7. Ces deux tiges 10 et il sont soutenues, å l'exterieur de la jauge, par deux supports en materiau isolant I03 et 113 eux es solidaires d'un support 124 fixé à la jauge. Des transformateurs 107 et 117 sont intercalés entre les tiges 10 et 11 et un générateurde courant alternatif 122, le primaire de ces transformato eurs étant connectés aux tiges 10 et 11. Dans ces conditions quand l'une des tiges n'est pas en contact avec le liquide, aucun courant ne passe dans le primaire et le secondaire ne développe aucune tension. Au contraire, dès que la tige considérée est en contact avec le liquide. Bien entendu, en modifiant le système à transformateurs comme ci-dessus pour les remplacer par des circuits électroniques de type "tout ou rien",on ne changerait rien au principe de l'invention. Les signeaux ainsi rendus disponibles au niveau des secondaires des transforateurs 107 et 117 sont alors transmis vers un automatisme 12 figuré sur la figure 1 qui commande le début et la fin de la mesure. Un autre avantage de l'invention, plus particulièrement attaché aux dits détecteurs de niveau est le fait qu'ils sont prévus pourpre mis en totation à grande vitesse autour de l'axe de la tige, avant de procéder i une nouvelle mesure. Il est bien connu en effet que le liquide dans lequel a p tE le détecteur ( la tige ), va déposer un film plus ou moins fin qui va s'écouler lentement le long de la dite tige et provoquer des égouttures qui peuvent déclencher le début ou l'arrêt de la mesure de façon tout à fait aléatoire et fausser ainsi de façon importante la précision des mesures. Ce défaut est bien sar aggravé si le liquide présente une viscosité élevée. Le but de la mise en rotation des tiges des capteurs est donc d'éliminer toute trace de liquide sur toute la longueur de la tige et dans un temps très court par effet de centrifugation & grande vitesse. L'ensemble de détection , coe comme déja décrit dans les alinéas précédants est alors complété par les éléments suivants: les supports isolants 103 et 113 sont munis de paliers lisses ou & roulements à billes sur lesquels viennent s'appuyer des butées définissant la profondeur de déscente de la tige dans la cuve. Des poulies 105 et 115 suppx2rtant une courroie isolante 118 sont fixées sur les extrémités exterieures des tiges, l'une d'elle porte une deuxième poulie 115 bis entraînée par une courroie isolante 119 mise en mou- vexent par un moteur électrique120 tournant & une vitesse suffisante. Cette disposition est complétée par la mise en place de palier 101 et 111 qui montés assez loin des paliers 104 et 114 permettent d'éviter la mi- se en vibration des tiges prjudiciablesà la bonne tenue mécanique de l'ensemble Enfin, pour permettre la transmission du signal fréquentiel aux tiges: des contacts frottants 106 et 116 complètent chaque détecteur. Grâce à ces dispositions des écarts très faibles de l'ordre de 1/1000 peuvent alors être obtenus entre les points résultants de mesures successieffectuées dans les mêmes conditions. Un autre avantage de l'invention consiste à utiliser des vannes 5,e6 et 15 & manoeuvre rapide du type à boisseau sphérique, sur lesquelles sont pla cés des robinets 51 comme l'illustre la figure 3, qui permettent de contrôl- ler leur étanchéité, aucun écoulement ne devant apparaître quand le robinet 51 est ouvert, le contraire étant l'effet d'une usure des joints 53a et 53b. Une variante de réalisation intéressante peut consister à réaliser un ci circuit hydraulique entièrement clos, l'air de la jauge 7 étant ramené dans la cuve 1 par l'intermédiaire d'une conduite auxiliaire raccordant les som sets des dîtes cuves et jauges. Dans ces conditions, il peut être possible d'augmenter la pression interne du fluide d'étalonnage et procéder ainsi à des essaim complémentaires sur l'appareil à controler, l'emploi d'air comprimé, ou de gaz moins soluble dans le fluide, servant & la mise en pression de l'ensemble, par des moyens connus non figurés. REVENDICATIONS 1./ Système d'étalonnage volumétrique d'organes de mesure de débit et compt- eurs de liquide , composé d'une cuve étalon munie de capteurs de niveau com- mandant automatiquement un ensemble de comptage du temps de la mesure et du nombre d'impulsions fournies par l'organe à étalonner, d'un circuit d'alitentation de la cuve étalon à travers un ensemble de vannes, d'une pompe avec son moteur d'entraînement et d'une cuve tampon, caractérisé par le fait que la cuve étalon peut être alimentée ou non grâce à des vannes à manoeuvrez re rapide, par le circuit de mesure, sans interrompre le débit à travers l'organe à étalonner, que le circuit de pompage, la cuve tampon et l'organe å étalonnez peuvent être mis en circuit fermé par la manoeuvre des dites vannes. cue des détecteurs de niveau sont situés dans la cuve étalon et aue la mesure n'est commqndée ou arrêtée q'aux moments où les détecteurs sont to- uchés par la surface du liquide servant à l'étalonnage et montant dans la jauge. 20/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la cuve étalon est cylindrique,verticale, de dimension réduite en volume et si située à une hauteur telle que la pression maintenue sur l'organe de mesu- re à controler soit importante et supérieure à la tension de vapeur du fluide d'étalonnage. 3 / Système selon 1 et 2 caractérisé par le fait que la vidange de la cuve étalon est effectuée par gravité vers la cuve tampon située en contrebas par l'intermédiaire d'une vanne & fermeture rapide. 4 / Système selon 1 et 2 caractérisé par le faîteque la cuve étalon est munie d'un trop plein qui évite les débordements par retour du liquide à la cuve tampon, située en contrebas. 5 / Système selon 1 et 2 caractérisé par le fait que la pompe alimentant le banc d'étalonnage est du type volumétrique et peut être ajustée en vitesse pour corriger les variations du débit dues à la variation de hauteur man- ométrique du liquide dans la jauge. 60/ Système selon 1, 2 et 5 caractérisé par le fait que le débit de la pom- pe volumétrique peut être ajusté à une valeur quelconque par l'intermédiai- re d'un moteur entraîné à vitesse variable. 70/ Système selon 1 caractérisé par le fait que les détecteurs de niveau dé- finissant le volume étalon sont des tiges métalliques rectilignes verticales situées au voisinage de l'axe de la cuve étalon. 8 / Système selon i et 7 caractérisé par le fait que les détecteurs de niveau sont alimentés en courant alternatif de fréquence élevée et que par conduction galvanique entre l'extrémité de la tige du détecteur et le liquide un signal est généré à la même fréquence qui permet le déclenchement du dispositif automatique de comptage des signaux émis par l'organe à controler et les signaux chronométriques. 90/ Système selon 1 et 7 caractérisé par le fait que les détecteurs de ni veau sont supportés par des palicrs isolants pour pouvoir être mis en rotation forcée à vitesse élevée avant chaque mesure pour éliminer le fiia de liquide adhérent & la surface de la tige du capteur. 10/ Système selon 7 et 9 caractérisé par le fait qu'un palier auxiliaire peut être situé à un niveau inferieur, le long de la tige, au palier principal pour amortir les vibrations de la tige lorsqu'elle est mise en rotation & grande vitesse. 11 / Système selon 1 caractérisé par le fait que les vannes servant A co- muter le débit dans un circuit ou dans l'autre ou à effectuer la vidange sont munies de robinet auxiliaires permettent de controler le bon état de 1 leur étanchéité. 12 / Système selon 7,8,9 et 10 caractérisé par le fait que les détecteurs de niveau définis ci-dessus peuvent etre utilisés seuls, pour définir avec précision la position de la surface libre d'un fluide dans un récipient. 13 / Système selon les revendications ci-dessus caractéisé par le fait qu' il peut fonctionner avec toutes sortes de liquide même non conducteur à condition de le rendre conducteur par addition d'un produit auxiliaire en faible quantité. 14 / Système selon les revendications ci-dessus caractérisé par le fait que les sommets des jauges et cuve tampon sont raccordés par une tuyauteç^ ~~ étanche permettant de mettre en pression la totalité du circuit par l'inter -mediaire d'air comprimé ou d'un gaz inerte, afin de réaliser des éssais en pression.