Brevet FR2487067A1 — publié le 19820122

La présente invention concerne un nouvel appareil permettant la mesure du débit d'un fluide ; elle est particulièrement utile à la détermination des ddbits gazeux sous pression, et surtout de débits faibles. La mesure de débits fluides est une opération ex trOmement courante dans l'industrie, et il existe, depuis longtemps, un certain nombre d'appareils appropriés pour les différentes circonstances qui se présentent dans la pratique. Néanmoins, dans certains cas, les dispositifs connus sont d'une application délicate ou fournissent des informations laissant à désirer. Ainsi, la mesure de faibles débits de liquides ou de gaz n'est généralement pas satisfaisante avec les rotamètres, avec les appareils basés sur la variation de la résistance électrique ou avec ceux qui utilisent un organe déprimogène. En effet, les rotamètres, qui comprennent un tube conique, évasé du bas vers le haut, dans lequel se déplace un mobile souleva à une hauteur fonction du débit fluide, cessent de convenir lorsque le fluide est un gaz sous pression élevde. Les appareils, basés sur la variation de la résistance électrique en fonction du débit, coûteux d'ailleurs, ne conviennent pas å la mesure de d bits très faibles ; or, le volume circulant d'un gaz devient - pour un débit massique donné - d'autant plus faible que la pression est élevée. En ce qui concerne les appareils basés sur itu tilisation dlun organe déprimogène, notamment d'un diaphragme ou d'un venturi, un paramètre essentiel de leur réponse réside dans la section de passage du fluide ; en effet, on sait que le débit du fluide y est égal à s où K est un facteur de forme de l'organe déprimogène, S la section de passage du fluide, h la pression différentielle entre l'amont et l'aval de l'organe dépri- mogène, et m la masse volumique du fluide.Donc, pour pouvoir mesurer des faibles débits sous forte pression, il faut avoir de très petites sections S ; lorsque des diamètres de passage de l'ordre d'une fraction du millimètre deviennent ainsi nécessaires, il est pratiquement fort difficile d'obtenir un diaphragme ou un venturi de calibre suffisamment petit La présente invention permet de parer à cette insuffisance de la technique antérieure : elle rend possible la mesure de faibles débits au moyen d'un organe dé primogène de calibre raisonnable, sans l'obligation d'avoir un tube de minceur prohibitive. Ainsi permet-elle la détermination de très faibles débits d'un gaz pouvant se trouver sous forte pression ; l'organe déprimogène, employé à cet effet peut présenter des dimensions compatibles avec sa construction industrielle et avec une résistance mécanique convenable. L'appareil suivant l'invention comprend un organe déprimogène, et il est caractérisé en ce que, dans le passage du fluide de cet organe, sont disposés des fils ou filaments multiples de section et en nombre tels que le passage présente la perte de charge voulue. Suivant un trait préféré, les fils ou filaments sont amovibles, ce qui permet de changer la perte de charge du passage donné, et de faire varier ainsi la sensi bilité d'un mdme appareil. Autrement dit, en augmentant ou en diminuant le nombre de fils ou/et la section de ceux-ci, on peut midifier aisément la courbe d'étalonnage de l'appareil suivant-l'invention. Une forme particulièrement pratique du nouvel appareil comporte un ou plusieurs tubes de venturi, dans lesquels sont placés axialement des fils amovibles. I1 est également possible de jouer sur la longueur des fils, comme - bien entandu - sur la longueur du tube, pour modifier les caractéristiques de l'organe déprimogène, D'autre part, les fils, introduits dans le tube venturi, peuvent avoir des sections ou/et des longueurs semblables ou différentes. Comme mentionné plus haut, un avantage important de l'invention réside en ce qu'elle permet d'utiliser des tubes déprimogènes de sections intérieures relativement fortes pour des mesures qui, normalement, exigeraient des sections extrêmement faibles. Ainsi peut-on employer des tubes venturi d'une section intérieure de plus de 0,5 mm2, notamment plus de 1 mm2 ou encore plus de 2 mm2, mtme pour la mesure de débits très faibles. C'est que, quelle que soit la section du tube, on peut toujours y introduire un nombre convenable de fils de diamètres appropriés, pour élever suffisamment la perte de charge procurée par le tube.En d'autres termes, mdme dans un tube de diamètre relativement grand, l'invention permet de réduire la section S utile, réellement offerte au passage du fluide (voir formule indiquée plus haut), à une valeur suffisamment basse , par l'introduction de fils dans ce tube. Le nombre de fils,. introduits dans le tube, peut varier entre des larges limites, puisqu'il dépend de la perte de charge à créer dans le tube. Il est cependantà noter que, de préférence, il y a suivant l'invention au moins 2 fils côte à côte dans ce tube, et - mieux au moins ou plus de 3 fils. Pour la pratique courante, les appareils selon l'invention utilisent 3 à 12 fils de très faible section, bien que ces limites ne soient pas critiques. Selon la nature du fluide, dont il s'agit de mesurer le débit, suivant la température et la pression, l'organe déprimogène et les fils introduits peuvent etre en une des matières utilisées habituellement à la construction de débitmètres, notamment verre, céramique, quartz, métal ou matière plastique. L'invention est illustrée par la description non limitative, qui suit, des quelques-unes- des formes d'exécution possibles, représentées sur les dessins an nexés. Fig. 1 est une coupe axiale, schématique, d'un tube de Venturi, montrant le principe de l'invention. Fig. 2 représente, en coupe axiale, un débitmètre à organe déprimogène suivant l'invention. Fig. 3 montre schématiquement, en élévation la térale, un montage manométrique, comportant un dispositif de l'invention. Fig. 4 est le schéma d'un montage analogue à celui de la figure 3, mais avec trois débitmàtres en pa parallèle. Fig. 5 comprend un faisceau de courbes d'étalonnage d'un appareil suivant l'invention. Sur la Figure 1, on voit un tube 1 destiné à servir d'organe déprimogène ; ce tube est de faible section, mais tout de mdme bien plus grande que celle qu'il faudrait pour la mesure de certains débits lents t suivant l'invention, la section réelle, offerte au passage d'un fluide à travers ce tube 1, est réduite dans la proportion voulue par l'introduction de fils ou filaments 2, en nombre convenable, dans le tube 1. Ainsi, avec un mOme tube 1 de diamètre donné, on peut obtenir toute une série de débitmètres de sensibilités différentes, cest-à-dire des venturis pour lesquels la différence de pression h (foule donnée plus haut) varie pour le mOrne débit de fluide, en fonction du nombre de fils 2 placés dans le tube. Le dessin représente quatre fils, à titre d'exemple seulement. Réciproquement, le mOrne tube 1 permet de mesurer avec une bonne sensibilité, des débits très différents les uns des autres : il suffit pour cela d'augmenter ou de diminuer le nombre ou/et le diamètre des fils 2. Ainsi donc le tube 1 avec ses fils 2 constitue un ensemble déprimogène dont on peut faire varier à volonté les caractéristiques en jouant sur un ou plusieurs des paramètres s longueur du tube, sa séction intérieure, section des fils 2 et nombre de ces derniers. On peut ainsi adapter - dans tous les cas - ces caractéristiques è celles du transmetteur de la pression différentielle dont on dispose, de manière à obtenir une bonne précision pour la mesure d'un débit de fluide. Une forme d'exécution très pratique d'un appareil suivant l'invention est représentée sur la figure 2 où un tube 1, métallique, est fixé dans un corps cylindrique 3, portant deux bouchons à vis 4 et 5. Le tube 1 est maintenu par une membrane mdtallique 6, soudée à la périphérie de ce tube ; la membrane est serrée par le bouchon fileté 4 contre une partie saillante 7 du corps 3. De la mOme manière, le bouchon 4 serre contre la partie 7 I'extrdmité évasée 8' d'une canalisation 8 d'arrivée de fluide. Ainsi, l'organe déprimogène, formé par le tube 1, dans lequel on a introduit le nombre voulu de fils métalliques 2, se trouve maintenu axialement dans I' alésa- ge 9 du corps du débitmètre. La sortie de l'appareil est semblable à l'entrée: ltextrtmité évasée 112 de la canalisation de sortie 11 est serrée contre une partie saillante 10 du corps 3, en aval du tube 1. L'exemple décrit est celui d'un débitmètre industriel très robuste, dont toutes les pièces sont métalliques ; notamment le tube 1 peut être avantageusement constitué par une aiguille hypodermique en acier inoxydable, donc une pièce très courante, dont la fabrication est bien au point à l'heure actuelle. Bien entendu, les différents composants de l'appareil peuvent étre en d'autres matières compatibles avec les conditions mécaniques et chimiques de l'emploi. Un mode d'utilisation de l'appareil de la figure 2 est illustré par le montage de la figure 3. Cet appareil 4-3-5 est branché entre deux tubes à dérivation en T, 12 et 13. L'entrée 8 de l'appareil est reliée, par 12, au moyen d'une vanne 16, au cgté (amont) haute pression d'un manomètre différentiel 15, et à l'arrivée 14 du fluide dont il s'agit de déterminer ou régler le débit. La sortie Il du système déprimogène 4-3-5 communique avec le ctté (aval) basse pression du manomètre 15, par la dérivation 13 et la vanne 17. Une vanne 18, en by-pass par rapport au système 4-3-5 et au manomètre 15, permet de court-circuiter ces derniers. Les lignes en 19 schématisent un circuit, électrique ou autre, qui transmet la réponse du manomètre 15 à un dispositif tel qu'enregistreur, régulateur, cadran à aiguille, voyant lumineux ou similaire, qui peut être asservi au manomètre 15, à la manière connue. On peut d'ailleurs employer des moyens pour linéariser le signal de sortie du transmetteur de la pression différentielle. La figure 4 représente un montage similaire à celui de la figure 3, mais avec trois organes déprimogènes 3, 3a, 3b, - au lieu d'un seul - montés en parallèle, sur des T de dérivation respectivement 12, 12a, 12b et 13, 13a, 13b. Les vannes 16, 16a, 16b et 17, 17a, 17b permettent d'isoler ou de remettre en circuit chacun des organes 3, 3a, 3b, ce qui rend possible de faire fonctionner un, deux ou trois tubes de Venturi en parallèle. L'utilité du montage selon figure 4 apparait lorsque les débits à mesurer sont très variables d'une opération à l'autre ; il suffit alors d'actionner des vannes, pour mettre en parallèle deux ou plusieurs organes déprimogènes 3, 3a, 3b, etc. branchés sur l*itme transmetteur de pression différentielle 15o S'il le faut, on peut isoler un ou plusieurs de ces organes, au moyen des vannes correspondantes, pendant qu'un ou plusieurs autres organes fonctionnent ; cela permet de remplacer les tubes 1 ou/et les fils 2 des organes isolés par des éléments aux caractéristiques répondant aux nouvelles conditions, et cela sans interrompre les mesures effectuées par les organes restés en service. Bien entendu, le nombre de trois organes 3, 3a, 3b n'est indiqué qu'à titre d'exemples s selon les besoins, on peut en prévoir un nombre quelconque. La possibilité de mise en parallèle de plusieurs organes déprimogènes suivant figure 4 est égalementirès avantageuse, si - au cours d'une mdme opération - on assiste à des fortes variations de débit. Les organes 3, 3a, 3b, etc. peuvent ainsi hêtre mis en service successivement, ou bien en parallèle, à raison de quelques-uns ou tous. Dans ce qui précède, on a surtout parlé de la mesure des débits fluides, liquides ou gazeux, mais il va de soi que le nouveau système déprimogène, suivant l'invention, peut être appliqué à toutes les utilisations du paramètre vitesse d'écoulement. Ainsi, le signal pneumatique ou électrique, obtenu à la sortie du transmetteur de pression différentielle, peut-il servir à l'indication visuelle de la pression directement sur un manomètre ou sur un enregistreur, ou bien au déclenchement d'une alarme, à la régulation automatique du débit de fluide, comptage des quantités de fluide utilisé, ou à toute autre indication ou action possible. On n'a pas représenté sur les dessins les filtres à poussières qui sont généralement prévus dans des installations de ce genre, pour éviter les bouchages des orifices, tubes étroits et capillaires. Leur utilité, dans les montages, suivant l'invention, est évidente. A noter également que,pour ses applications par ticuliârement intéressantes aux gaz sous pression, le nouvel appareil est, de préférence, muni de moyens de déshydratation préalable du gaz. De tels moyens, bien connus dans l'art, n'ont pas à entre décrits ici. Comme exemple pratique, sans aucun caractère limitatif, on indique ci-après les détails d'un organe déprimogène réalisé suivant l'invention. En tant que tube 1 (figure 1), on a employé un tube de 1,5 mm de diamètre intérieur et 36,7 min de longueur. On y a introduit 8 fils de 0,25 mm de diamètre, de longueur dépassant légèrement celle du tube. Le manomètre de pression différentielle indiquait 100% de sa graduation pour 300 mm de colonne d'eau. Le graphique de la figure 5 représente les courbes d'étalonnage de cet appareil pour 10,20,30 et 40 bars de pression de l'air à l'entrée de l'appareil t ces valeurs sont inscrites sur les courbes correspondantes. On a trouvé d'autre part que, pour obtenir sensiblement les mêmes courbes d'étalonnage, avec le mOrne gaz, dans les mOrnes conditions, mais avec un tube déprimogène ne contenant pas des fils, il a fallu un capillaire de 0,42 ma de diamètre intérieur pour une longueur de 47,5 min. C'est donc que, grtce à l'invention, il devient possible d'employer un tube de diamètre plus de 3 fois plus grand, soit I rara au lieu de 0,42 u (section 12,7 fois plus grande), ce qui présente un avantage pratique de résistance et de facilité de construction considérable. REVENDICATIONS lo Appareil pour la mesure du débit d'un fluide, com- portant un organe déprimogène, caractérisé en ce que, dans le passage offert au fluide (1) dans cet organe sont placés des fils ou filaments de faible section (2). 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le passage (1) danshequel sont placés les fils (2) présente une section-lntérieure de plus de 0,5 mm2, et de préférence supérieure à 1 mm2. 3. Appareil suivant la revendication 1 ou 2, dans lequel le passage (1) du fluide est un tube de Venturi, le nombre de fils y logés étant d'au moins 2, et de préférence d'au moins 3. 4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le nombre de fils (2) est de 3 à 12. 5. Appareil suivant la revendication 3 ou 4, carac térisé en ce que le tube déprimogène de Venturi (i) est fixé dans l'alésage (9) d'un corps (3) par serrage, contre une saillie (7), d'une membrane (6) soudée à la péri- phérie du tube (i). 6. Appareil suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une pluralité de corps (3), renfermant chacun un tube déprimogène (i) muni de fils (2), sont montés en parallèle par rapport à un manomètre (15), avec un système de vannes (16, 16a, 16b-17, 17a, 17b) permettant d'isoler individuellement chacun de ces corps ou plusieurs d'entre eux à la fois. 7. Appareil suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le passage pour le fluide ou I' organe déprimogène est en métal, en verre, céramique, quartz ou matière plastique. 8. Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le tube déprimogène (9) est une aiguille hypodermique. 9. Application de 11 appareil suivant une des reven dications 1 à 8 à l'enregistrement du débit d'un fluide, au déclenchement d'une alarme, à la régulation automatique du débit ou au comptage des quantités de fluide.