Brevet FR2485724A1 — publié le 19811231

La présente invention concerne un dispositif de mesure du débit d'un fluide circulant dans une canalisation, et plus particulièrement dans des tuyauteries de grande section, comme celles que l'on rencontre dans les réacteurs nucléaires à eau, les centrales thermiques ou les boucles à gaz. Ce dispositif peut par exemple être utilisé pour la mesure du débit de fluide réfrigérant dans le circuit primaire d'un réacteur nucléaire intégré. On sait que les procédés de mesure des débits de fluide dans les canalisations sont habituellement classés en trois catégoriels : la méthode directe, utilisant les compteurs volumétriques qui donnent des résultats précis mais sont fragiles et conviennent plutôt à la mesure de débits modérés, la méthode semi-directe, dans laquelle on mesure directement la vitesse d'écoulement du fluide dont on veut connaitre le débit, et enfin la méthode indirecte, la plus utilisée dans l'Industrie, dans laquelle on mesure une grandeur caractéristique de la valeur du débit, en général, la différence de pression entre deux points convenablement choisis de la canalisation. Les dispositifs mettant en oeuvre cette dernière méthode se composent d'un organe déprimogène ou ajutage qui peut être un diaphragme, une tuyère ou un Venturi, et d'un appareil de mesure. Le long de certaines canalisations (cas des circuits primaires de certains réacteurs nucléaires intégrés), la perte de charge est si faible qu'il n'est pas possible de se servir d'une perte de charge locale pour en déduire le débit de façon précise. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient et notamment de permettre la mesure du débit d'un fluide, de façon globale, plus particulièrement dans une canalisation de grand diamètre, sans introduction de perte de charge importante. La présente invention a pour objet un dispositif de mesure du débit d'un fluide circulant dans une canalisation, caractérisé en ce qui comporte une plaque percée de trous, traversée par le fluide et maintenue dans la canalisation au moyen d'éléments déformables sur lesquels sont fixées des jauges de contrainte constituant l'élément détecteur d'un dispositif électronique de traitement du signal émis par les jauges. Sous l'effet de la force F exercée par le fluide de vitesse V sur la plaque de section s, les jauges de contrainte s'allongent d'une longueur Ai proportionnelle à F, leur résistance augmente d'une valeur AR proportionnelle à Al et un signal d'intensité i proportionnel à bR est engendré dans le dispositif électronique. En désignant par A P la différence de pression existant entre deux points situés de part et d'autre de la plaque et au voisinage de celle-ci, par S la section de la canalisation et par.4 le débit à mesurer, Q est égal à VS, V est proportionnelle à JïrP et AP est égale à F/s. Par conséquent, le débit Q est proportionnel à Vi. Dans un mode de réalisation particulier du dispositif, les éléments déformables sont des anneaux dynamométriques au nombre minimum de trois, insérés entre la zone périphérique de la plaque et des appuis faisant partie intégrante de la canalisation. Dans un autre mode de réalisation particulier de l'invention, la plaque est perforée de façon à avoir une perte de charge nominale voisine de 5 mb dans la canalisation, afin de ne pas perturber l'écoulement du fluide. Pour un débit de 1 200 m3/h et une plaque circulaire de diamètre 1,25 m, la force F exercée est voisine de 613 N, ce qui est très correctement mesurable. Pour mesurer le débit du fluide, on peut utiliser un signal engendré soit par une compression des jauges de contrainte, soit par un étirement de ces jauges. Dans une variante du dispositif, les jauges de contrainte sont fixées sur la partie externe des anneaux dynamométriques. Lorsque le sens de circulation du fluide dans la canalisation est tel qu'il entraîne une compression (respectivement un étirement) de ces anneaux, les jauges de contrainte sont alors étirées (respectivement comprimées). Dans une autre variante, les jauges de contrainte sont fixées sur la partie interne des anneaux dynamométriques. Lorsque le sens de circulation du fluide dans la canalisation est tel qu'il entraîne un étirement (respectivement une compression) de ces anneaux, les jauges de contrainte sont alors étirées (respectivement comprimées). Enfin, dans une réalisation particulière du dispositif faisant l'objet de l'invention, on inclut des jauges de compensation dans le dispositif électronique pour corriger la dérive en température et les signaux parasites dus notamment aux vibrations. Ces jauges de compensation peuvent être fixées sur les anneaux dynamométriques précités dans une zone non chargée en contraintes et à raison d'une par jauge de contrainte. D'autres caractéristiques et avantages du dispositif de mesure du débit d'un fluide circulant dans une canalisation selon l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs réalisations particulières données à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention monté dans une canalisation de forme cylindrique - la figure 2 est une demi-vue en coupe transversale d'une variante du dispositif monté dans une canalisation de forme cylindrique où le fluide circule en sens contraire de celui indiqué sur la figure 1 par une flèche ; - la figure 3 représente une réalisation particulière du dispositif électronique utilisé dans l'invention. Sur la figure 1, un fluide circule dans la canalisation 1 , dans le sens indiqué par la flèche F'. La plaque 2, percée de trous 3, est fixée dans sa zone périphérique, grâce à des boulons 6, aux anneaux dynamométriques 4, eux-mêmes fixés grâce à des boulons 6a, à des appuis 5 faisant partie intégrante de la canalisation. Les jauges de contrainte 7, reliées par. des conducteurs électriques 8 au dispositif électronique utilisé dans l'invention, sont fixées sur la partie externe des anneaux dynamométriques de façon à etre étirées lorsque le fluide circule. Les jauges de compensation 9, reliées par des conducteurs électriques 10 au dispositif électronique utilisé dans l'invention, sont fixées sur les anneaux dynamométriques dans une zone non chargée en contraintes. Sur la figure 2, un fluide circule dans la canalisation 1, dans le sens indiqué par-la flèche F". La plaque 2, percée de trous 3, est fixée dans sa zone périphérique, grâce à des boulons 6, aux anneaux dynamométriques 4, eux-memes fixés grâce à des boulons 6a à des appuis 5 faisant partie intégrante de la canalisation. Les jauges de contrainte 7, reliées par des conducteurs électriques B au dispositif électronique utilisé dans l'invention, sont fixées sur la partie interne des anneaux dynamométriques de façon à être étirées lorsque le fluide circule. Les jauges de compensation 9, reliées par des conducteurs électriques 10 au dispositif électronique utilisé dans l'invention, sont fixées sur les anneaux dynamométriques dans une zone non chargée en contraintes. La figure 3 représente une réalisation particulière du dispositif électronique utilisé dans l'invention, dont les jauges de contrainte constituent l'élément détecteur. Ce dispositif comporte essentiellement un pont de Wheatstone P à fréquence porteuse, associé à un microprocesseur M couplé à un dispositif d'affichage E. Trois jauges de contrainte 7, montées en série, constituent la branche AB du pont de Wheatstone. Trois jauges de compensation 9, montées en série, en constituent la branche BC et des résistances de réglage R1 et R2, respectivement les branches AD et CD. Une tension symbolisée par les signes (+) et (-) est établie entre les points A et C. Bien entendu, le dispositif électronique qui vient d'être décrit en se référant à la figure 3 pourrait être remplacé par tout autre dispositif permettant d'afficher le débit mesuré, à partir d'une variation de résistance des jauges de contrainte. L'ensemble du dispositif peut être étalonné sur une boucle dans laquelle circule un fluide. Le dispositif, objet de l'invention, permet donc de mesurer de façon assez simple un débit pouvant être important, en ne perturbant que faiblement l'écoulement du fluide dans la canalisation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure du débit d'un fluide circulant dans une canalisation (1), caractérisé en ce qu'il comporte une plaque (2) percée de trous (3), traversée par le fluide et maintenue dans la canalisation (1) au moyen d'éléments déformables (4) sur lesquels sont fixées des jauges de contrainte (7) constituant l'élément détecteur d'un dispositif électronique de traitement du signal émis par les jauges (7). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments déformables sont des anneaux dynamométriques (4) au nombre minimum de trois, insérés entre la zone périphérique de la plaque (2) et des appuis (5) faisant partie intégrante de la canalisation (1). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque (2) est perforée de-façon à avoir une perte de charge nominale voisine de 5 mb dans la canalisation (1). 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les jauges de contrainte (7) sont fixées sur la partie externe des anneaux dynamométriques (4). 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les jauges de contrainte (7) sont fixées sur la partie interne des anneaux dynamométriques (4). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif électronique comprend des jauges de compensation (9) de température du fluide et de signaux parasites.