Brevet FR2506010A1 — publié le 19821119

Débitmètre à masque mobile La présente invention est relative à un débitmètre destiné à mesurer le débit d'un canal. La mesure des débits dans les canaux fait actuellement recours à trois type de techniques 1 - Ouvrages à contraction : seuils jaugeurs, canaux venturi, déversoirs. Ces ouvrages, qui ne comportent pas d'éléments mobiles créent une modification des lignes d'eau au droit de 11 ouvrage, modi fication se répercutant plus ou moins loin en amont et en aval suivant les caractéristiques de l'éeoulement (lignes de remous). La mesure du débit se fait à partir de la mesure d'un ou plusieurs niveaux de la ligne d'eau au voisinage de ltouvrage : - Niveau amont seulement, si l'ouvrage provoque localement un écoulement critique (passage local du régime fluvial d'écoule ment au régime torrentiel) - Niveaux amont et aval, si ltécoulement reste partout du type "fluvial". De tels ouvrages ont les inconvénients de nécessiter des travaux de Génie Civil importants, inacceptables dans les grands canaux tels que les canaux d'irrigation, et de provoquer un remous important, en particulier à l'amont, avec risque de débordement en cas de surdébit. 2 - Mesure de vitesses locales : par moulinets, tubes de Pitot, etc... La mesure du débit nécessite l'exploration du champ de vitesses dans une section transversale du canal, soit par me sures simultanées (par exemple batterie de moulinets), soit par mesures successives (déplacement d'un moulinet ou d'un ensemble de moulinets dans toute la section). Lorsqu'on se contente d'une précision médiocre, on peut à la rigueur n'explorer qu'en un seul point, en plaçant le moulinet en un point convenablement choisi de la section. Ces dispositifs nécessitent un appareillage de mesure et d'exploration assez complexe, se prêtent mal au dépouillement instantané et ont une fiabilité médiocre pour emploi en continu. Dàns tous les cas, il est nécessaire de connaître en plus la valeur de la section débitante, ce qui implique en particulier la mesure de la hauteur d'eau dans la section de mesure. 3 - Mesure de la vitesse moyenne : cette technique fait recours à des couples émetteurs-récepteurs ponctuels d'ultra-sons disposés sur les parois du canal. Dans chaque couple, l'émetteur et le récepteur sont décalés par rapport au sens de l'écoulement (par exemple : émetteur en amont du récepteur) et placés sur des côtés opposés. Cette disposition permet la mesure de la vitesse moyenne dans le plan parallèle à l'axe du canal et contenant le point émetteur et le point récepteur. Cette technique présente l'inconvénient de nécessiter un appareillage complexe qui, en outre, exige une source d'énergie. Les buts de l'invention sont de réaliser un débitmètre fiable, ayant une bonne précision, sans entretiens fréquents, ne nécessitant pas de source d'énergie, n'engendrant, quelle que soit la valeur du débit, que des remous limités évitant ainsi tout risque de débordements, et fournissant la valeur du débit par une simple lecture. L'invention a pour objet un débitmètre pour la mesure du débit d'un canal, caractérisé en ce qu'il comprend un masque mobile obturant partiellement le canal dans sa hauteur et à peu près totalement dans sa largeur, ledit masque étant associé à des moyens de liaison qui n'autorisent audit masque qu'un degré de liberté, ledit masque étant en équilibre sous l'action de son poids, d'un contrepoids, des forces hydrauliques et des moyens de liaison, le déplacement du masque selon ledit degré de liberté étant fonction du seul débit, ledit masque étant constitué de deux plaques reliées entre elles par une pièce intermédiaire, les formes des deux plaques étant choisies de manière que la résultante des forces hydrauliques s'exerçant sur les deux plaques, à l'exclusion de la pièce intermédiaire, soit nulle. Dans un mode particulier de réalisation, le degré de liberté laissé au masque est la rotation autour d'un axe horizontal et les deux plaques ont la forme de portions de cylindre ayant pour axe commun ledit axe de rotation, ladite pièce intermédiaire étant une plaque plane et sensiblement horizontale, la mesure du débit étant fonction de l'angle de rotation du masque. En variante, le degré de liberté laissé au masque est une translation selon une droite située dans un plan de symétrie longitudinal du canal, lesdites plaques étant planes, parallèles entre elles et à ladite droite et perpendiculaires audit plan, la pièce intermédiaire étant plane, la mesure du débit étant fonction de la longueur du déplacement du masque selon ladite droite. De préférence, ladite droite est verticale et la pièce de raccordement est horizontale. D'autres particularités et avantages de l'invention apparat- tront de la description ci-après de divers modes de réalisation de l'invention en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un débitmètre à masque mobile à rotation, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un débitmètre à masque mobile à translation, - la figure 3 est une vue en plan d'un débitmètre à masque mobile à translation selon un premier mode de réalisation, - la figure 4 est une vue en plan d'un canal trapézoldal équipé de guideaux, - la figure 5 est une vue en coupe transversale du même canal selon la ligne V-V de la figure 4, - la figure 6 est une vue d'un masque à translation selon une variante de réalisation. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un débitmètre dans lequel le degré de liberté laissé au masque mobile est une rotation autour d'un axe horizontal. La figure 1 représente un canal 1 qui sert à l'écoulement d'un liquide 2 ; le canal est supposé à section rectangulaire. Le débitmètre comprend un masque mobile 3, assujetti à se déplacer en rotation autour d'un axe horizontal auquel il est relié par un bras 5 ; le bras se prolonge au-delà de l'axe et porte un contre-poids 6. Le masque est formé de deux plaques 3A et 3B, qui sont toutes deux des portions de cylindre ayant pour axe l'axe 4. Les plaques 3A et 3B sont réunies par une pièce intermédiaire 3C qui est une plaque plane et sensiblement horizontale. L'axe 4 est fixé à chaque extrémité aux bajoyers du canal. La largeur des plaques est un peu inférieure à celle du canal, de manière que le masque puisse pivoter autour de l'axe 4, sans frottement du masque sur les bajoyers. Le contrepoids est choisi de manière que le centre de gravité de l'équipage mobile soit, en position moyenne, sensiblement au même niveau que l'axe de rotation et en amont de cet axe. Les hauteurs respectives des plaques supérieure 3A et inférieure 3B sont définies en fonction des conditions suivantes qui doivent être satisfaites dans tout le domaine de variation du débit et des niveaux dans le canal, pour lequel est prévu le fonctionnement de l'appareil - la résultante des forces hydrauliques appliquées sur les plaques 3A et 3B est nulle. En outre la hauteur totale du masque est telle que l'arête supérieure de la plaque 3A reste émergée, même dans la position la plus fermée du masque la plaque intermédiaire 3C est située suffisamment bas pour rester toujours immergée sur ses deux faces cette plaque est cependant placée le plus haut possible, tout en satisfaisant à la condition précédente, de façon à être le plus loin possible du bas de la plaque 3B, qu'on désigne par couteau du masque. La présence du masque oblige l'écoulement à passer sous le couteau du masque, formant ainsi un jet qui se diffuse ensuite progressivement à l'aval. Le régime normal de fonctionnement est celui en "jet noyé" (on choisit si nécessaire le degré d'obstruction du masque pour qu'il en soit ainsi dans tout le domaine de débit). La ligne d'eau à l'amont du masque est légèrement exhaussée (niveau 8). La ligne d'eau à l'aval (niveau 9) est au contraire abaissée par rapport à la ligne d'eau en section constante du canal. La différence entre niveau amont et aval à proximité immédiate du masque est égale à la charge dynamique du jet 2 H = 2g H = dénivelée amont/aval V = vitesse du jet g = accélération de la pesanteur Le débit total Q est pratiquement égal au produit de la section Sj du jet ("veine contractée") par la vitesse V du jet Q -- Sj v (2) Ceci est la conséquence des dispositions décrites ci-avant pour limiter les fuites latérales. En l'absence de précautions particulières, la section Sj de la veine contractée dépend à la fois de la hauteur d'eau amont et de la position du masque, désignée par la variable géométrique x (position angulaire) - si la hauteur amont est constante, Sj ne dépend que de la position du masque, - si cette hauteur ne dépend que du débit, Sj dépend de la position du masque et du débit, - si cette hauteur peut varier indépendamment du débit, l'adoption des dispositions décrites précédemment a pour effet de réduire notablement l'influence du niveau amont sur la contraction du jet et, par conséquent, sur la valeur de Sj : Sj ne dépend alors que de la position du masque. Aux trois cas ci-dessus s'applique donc une relation telle que Sj = f (x, Q) (3) Le rapprochement de (1), (2) et (3) conduit à une relation de la forme H : F (Q, x) Un cadran fixe gradué 10 associé à une aiguille 11 liée au bras permet la lecture du débit. Bien entendu, tout autre moyen de lecture de l'angle de rotation du bras peut être utilisé. Le débitmètre qui vient d'être décrit présente les avantages suivants - mesure précise, car elle se ramène à la mesure de la position d'équilibre d'un mobile soumis à des forces d'équilibrage importantes devant les frottements de liaison et à "bruits de fond" nuls (poids) ou relativement faibles (forces hydrauliques), - fiabilité résultant de la simplicité des mécanismes, - aucune source d'énergie extérieure n'est nécessaire, - remous limité puisque la dénivelée est constante quel que soit le débit. Le débitmètre peut être associé à un dispositif de transmission de la mesure. Les figures 2 et 3 illustrent une variante du débitmètre, dans lequel le degré de liberté laissé au masque est une translation. Dans cet exemple, ladite translation est verticale. Le masque est formé de deux plaques planes verticales 3'A et 3'B séparées par une plaque horizontale 3'C. Le masque est guidé latéralement au moyen de galets 20 roulant sur des rails 21. Ces rails sont disposés dans des rainures 22 pratiquées dans les bajoyers du canal. Le masque est équilibré par un contrepoids 5' disposé à une extrémité d'un câble 25, passant sur une poulie 26 d'axe fixe et dont l'autre extrémité est fixée au masque. Les plaques 3'A et 3'B ont des largeurs un peu inférieures à celle du canal de manière à permettre un déplacement vertical du masque, sans frottements contre les bajoyers. En outre, elles ont des hauteurs telles que la résultante des forces hydrauliques qui leur sont appliquées soit nulle lorsque l'équipage est en équilibre. Elles satisfont en outre aux mêmes conditions que les plaques 3A et 3B de l'exemple de réalisation précédent. De la sorte, le débit est une fonction du déplacement vertical du masque. Une simple graduation 30 d'un élément fixe du bajoyer associé à un index 31 lié au masque, permet la mesure du débit. Les avantages du débitmètre à translation verticale du masque sont les mêmes que ceux du débitmètre à masque rotatif. On peut, en variante, prévoir des plaques 3'A et 3'B de largeur supérieure à la largeur moyenne du canal, à condition de prévoir des échancrures appropriées dans les bajoyers. Les figures 4 et 5 montrent un canal à section trapézoidale ; des guideaux latéraux 31 et 32 permettent de donner au canal, sur une certaine longueur, une section rectangulaire. Des rainures 33 et 34 permettront d'y insérer les éléments de guidage d'un débitmètre à masque à translation verticale, comme celui décrit en référence aux figures 2 et 3. La figure 6 est une variante du débitmètre à-masque à translation dans laquelle celle-ci se fait selon une direction qui n'est plus verticale, mais fait avec la verticale un angle compris entre 30 et 450 ; l'orientation du masque est telle que celui-ci constitue avec le fond du canal et les bajoyers un canal convergent. Un contrepoids 5n, relié au masque 3"A, 3"B, 3nC par un câble 25" assure l'équilibre du dispositif. Les autres dispositions et les propriétés sont les mêmes que précédemment. L'invention s'applique à la mesure du débit des canaux, en particulier des canaux d'irrigation. REVENDICATIONS 1/ Débitmètre pour la mesure du débit d'un canal, caractérisé en ce qu'il comprend un masque (3) mobile obturant partiellement le canal dans sa hauteur et à peu près totalement dans sa largeur, ledit masque étant associé à des moyens de liaison qui n'autorisent audit masque qu'un degré de liberté, ledit masque étant en équilibre sous l'action de son poids, d'un contrepoids, des forces hydrauliques et des moyens de liaison, le déplacement du masque selon ledit degré de liberté étant fonction du seul débit, ledit masque étant constitué de deux plaques (3A, 3B) reliées entre elles par une pièce intermédiaire (3C), les formes des deux plaques étant choisies de manière que la résultante des forces hydrauliques s'exerçant sur les deux plaques, à l'exclusion de la pièce intermédiaire, soit nulle. 2/ Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le degré de liberté laissé au masque est la rotation autour d'un axe horizontal et les deux plaques (3A, 3B) ont la forme de portions de cylindre ayant pour axe commun ledit axe de rotation (4), ladite pièce intermédiaire (3C) étant une plaque plane et sensiblement horizontale, la mesure du débit étant fonction de l'angle de rotation du masque. 3/ Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le degré de liberté laissé au masque est une translation selon une droite située dans un plan de symétrie longitudinal du canal, lesdites plaques (3'A, 3'B) étant planes, parallèles entre elles et à ladite droite et perpendiculaires audit plan, la pièce intermédiaire (3C) étant plane, la mesure du débit étant fonction de la longueur du déplacement du masque selon ladite droite. 4/ Débitmètre selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite droite est verticale et la pièce de raccordement (3'C) est horizontale. 5/ Débitmètre selon la revendication 3,-caractérisé en ce que ladite droite fait avec la verticale un angle compris entre 30 et 45 degrés et est inclinée vers l'amont. 6/ Débitmètre selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est associé à des guideaux (31, 32) assurant des bajoyers verticaux du canal. 7/ Débitmètre selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le masque porte des galets (20) coopérant avec des rails (21) disposés dans des rainures (22) pratiquées dans les bajoyers du canal.