Brevet FR2480430A1 — publié le 19811016

Perfectionnements aux appareils de mesure de débit à émission de tourbillons. La présente invention est relative à des dispositifs pour la mesure de débit de fluides du type à émission de tourbillons, dans lesquels un obstacle placé dans la conduite parcourue par le fluide à mesurer engendre l'émission périodique de tourbillons dont la fréquence est représentative de la vitesse du fluide. Dans ce type de débitmètre, la fréquence d'émission des tourbillons est en effet liée à la vitesse locale d'écoulement du fluide et la mesure de cette fréquence permet d'en déduire le débit du fluide dans la conduite. Cette mesure de fréquence s'effectue au moyen de capteurs sensibles à l'émission ou au passage des tourbillons et capables de détecter les variations de pression locales qui accompagnent leur é- mission. L'obstacle est généralement choisi de section rectangulaire et dispo- sé transversalement de façon symétrique sur l'axe de la conduite. Dans une large gamme de débits, le nombre de Strouhal S = f.d V o: f désigne la fréquence des tourbillons, d la dimension transversale de l'obstacle, V la vitesse du fluide, reste constant; autrement dit, la fréquence des tourbillons est bien proportionnelle à la vitesse du fluide. Mais on a constaté que pour un nombre de Reynolds sur l'obstacle R la fréquence moyenne des tourbillons émis était plus élevée que la va- leur théorique tirée de la relation précédente. Il en résulte que-la courbe d'erreur du débitmètre tracée en fonction du débit, très plate pour des pressions de gaz supérieures à 4 bars environ, remonte de plusieurs % aux faibles valeurs du débit, indiquant un surcomptage quand la pression du gaz à mesurer est plus basse. Cette anomalie est, en particulier, très gênante pour l'étalonnage du débitmètre quand il est appliqué au comptage de gaz, car le compteur débitmétrique doit généralement être étalonné sous pression atmosphé- rique alors qu'il sera ultérieurement utilisé pour le comptage de gaz sous pression. L'analyse du signal du débitmètre à l'aide d'un analyseur de spectre permet de vérifier que la remontée des courbes d'erreur dans ces condi- - tions n'est pas liée à l'apparition de parasites, mais résulte plutôt d'une anomalie inhérente à la nature de l'écoulement tourbillonnaire. La Demanderesse a trouvé que l'erreur propre à ce genre de débitmètre aux basses pressions de fluide pouvait être notablement diminuée en associant à l'obstacle générateur de tourbillons une structure maillée, dimensionnée et montée en amont de l'obstacle de façon spécifique pour coopérer intimement avec ce dernier. Suivant l'invention, l'appareil comporte dans une conduite de diamètre D parcourue par le fluide, un obstacle générateur de tourbillons précé- dé en amont par une structure maillée, et il est caractérisé en ce que ladite structure est constituée par une grille disposée à une distance comprise entre D et 5D de l'obstacle. Par "grille", on entend une structure définie de barreaux assemblés pour former des mailles rectangulaires ou carrées, dont le rôle con- siste essentiellement à agir sur l'écoulement du fluide dans une zone d'action en amont de l'obstacle pour homogénéiser le niveau de turbu- lence du fluide et atténuer les irrégularités du profil des vitesses d'écoulement pouvant résulter d'imperfections des parois de la con- duite. Il est à préciser qu'une telle grille a une structure et un rôle tota- lement différents de ceux d'un "tranquiliseur", par exemple du type à faisceau de tubes ou à nids d'abeille, servant uniquement à éliminer les composantes de vitesse de l'écoulement non axiales, et qu'il s'agit d'un élément du genre utilisé habituellement à l'entrée d'une souffle- rie pour conditionner l'écoulement d'air avant son passage autour de maquettes en essais. L'utilisation d'une grille adaptée de façon spécifique à un obstacle générateur de tourbillons présente, outre l'avantage signalé précédem- ment d'améliorer la courbe d'erreur de l'appareil de mesure aux faibles nombres de Reynolds, les avantages supplémentaires de diminuer les irré- gularités sur la courbe d'erreur dans toute l'étendue de mesure du dis- positif et d'obtenir des signaux résultants beaucoup plus purs que ceux obtenus en l'absence de grille, en raison de la stabilité de l'écoule- ment procurée. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description sui- vante et au dessin annexé qui représente, à titre d'exemple noël limi- tatif, un mode de réalisation préféré conforme à l'invention. Sur ce dessin, la fig. 1 est une vue en coupe axiale d'un appareil suivant 1' invention; la fig. 2 représente, à plus grande échelle, une fraction du maillage de la grille utilisée dans la fig. 1. L'appareil de mesure de débit 10, représenté schématiquement à la fig.1, comporte dans une section de conduite ou manchette 11, de diamètre D, munie de brides à ses extrémités, un obstacle 12 générateur de tourbil- lons. Dans l'exemple choisi, la manchette 11 a une longueur égale à 3D, l'obstacle 12 étant monté dans son plan médian. L'obstacle 12 est à section rectangulaire, sa hauteur h ou dimension transversale étant é- gale à 0,23 D. A l'extrémité de gauche constituant l'entrée de l'écou- lement de fluide à mesurer dans la manchette 11, c'est-à-dire à une distance L d'environ 1,5 D en amont de l'obstacle 12, est prévue une gorge 13 dans laquelle vient se loger la périphérie d'une grille 14 montée transversalement à la direction de l'écoulement. Cette grille, représentée fig. 2, est à mailles carrées et-est formée-par l'assem- blage de barreaux ou fils soudés à section carrée, la dimension d'un barreau a étant choisie égale à environ 0,013 D et l'espace b entre deux fils consécutifs étant d'environ 0,066 D, ce qui correspond à une maille de pas égal à 0,08 D environ. Le montage d'une telle grille en amont de l'obstacle à la distance spécifiée a pour effet de créer au voisinage de l'obstacle un niveau de turbulence du fluide approximativement constant, quelles que soient les conditions de turbulence existant en amont. Il en résulte, en défi- nitive, une stabilisation de l'émission tourbillonnaire de l'obstacle et, par voie de conséquence, l'obtention dans l'étendue de mesure de l'appareil d'une courbe d'erreur pratiquement exempte d'irrégularités. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précédent décrit à titre d'exemple o les valeurs numériques indiquées ont été choisies de manière optimale. La distance L entre la grille et un obstacle déterminé, ainsi que les caractéristiques structurelles de cette grille (a, b) peuvent naturellement prendre d'autres valeurs que celles indiquées, étant entendu que la distance L ne doit pas être choisie trop faible, ni trop grande pour que l'obstacle reste dans la zone d'action efficace de la grille, c'est-à-dire comprise entre D et D et que les dimensions (a, b) de cette dernière peuvent varier de l'ordre de 10 7c tout en restant adaptées aux paramètres (L, h) définis- sant l'obstacle par rapport à la grille. Les barreaux de la grille ne sont pas non plus nécessairement de section carrée, mais peuvent pré- senter une section circulaire, ovale ou rectangulaire dont le rapport longueur sur largeur est compris entre 1 et 1,7. REVENDICATIONS 1 - Appareil pour la mesure de débit de fluide du type à émission de tourbillons comportant, dans une conduite de diamètre D parcourue par le fluide, un obstacle générateur de tourbillons précédé en amont par une structure maillée, caractérisé en ce que ladite structure est constituée par une grille disposée à une distance comprise entre D et 5D de l'obstacle. 2 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite distance est choisie égale à 1,5D. 3 - Appareil suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la grille présente un pas de l'ordre de 0,08D. 4 - Appareil suivant l'une des revendications précédentes, caractéri- sée en ce que la grille est constituée par des barreaux ayant une dimension transversale de l'ordre de 0,013D. - Appareil suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les barreaux de la grille ont une section rectangulaire ou carrée dont le rapport longueur/largeur est compris entre 1,7 et 1.