Brevet FR2511503A1 — publié le 19830218

Débitmètre pour la mesure du débit d'un canal à surface libre. La présente invention concerne un débitmètre pour la mesure du débit d'un canal à surface libre et en particulier d'un égout. La mesure des débits dans les canaux fait actuellement recours à plusieurs types 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 l'ou- vrage, modification se répercutant plus ou moins loin en amont et en aval suivant les caractéristiques de l'écoulement (lignes de remous). La mesure du débit se fait à partir de là mesure d'un ou plusieurs niveaux de la ligne d'eau au voisinage de l'ouvrage - Niveau amont seulement, si l'ouvrage provoque localement un écoulement critique (passage local du régime fluvial d'écoulement au régime torrentiel) - Niveaux amont et aval, si l'écoulement reste partout du type "fluvial". De tels dispositifs ont les inconvénients suivants - ils nécessitent des travaux de Génie Civil - ils s'adaptent mal aux conduites de forme compliquée telle que celle des égouts. - ils créent une perte de charge importante et limitent le débit qui peut circuler. En outre ces dispositifs à contraction ne sont exploitables que combinés à une mesure de niveau. 2 - Les appareillages qui mesurent la vitesse locale : par moulinets, tubes de Pitot, etc... La mesure précise du débit nécessite l'exploration du champ de vitesses dans une section transversale du canal, soit par mesures simultanées soit par mesures successives (déplacement d'un moulinet eu 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 cependant un appareillage de mesure et d'exploration assez complexe, se prêtent mal au dépouillement instantané et ont une fiabilité médiocre pour emploi continu. Dans tous les cas, il est nécessaire de connaitre 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. Par ailleurs, les moulinets sont sujet à blocage par les corps flottants entrainés par l'eau et conviennent donc mal pour les égouts. 3 - Les méthodes par ultrasons nécessitent des appareillages complexes. I1 en est de même d'autres méthodes (électromagnétique, laser) qui sont complexes ou du domaine du laboratoire et inutilisables dans les égouts. Un but de l'invention est de réaliser un débitmètre robuste, insensible aux corps étrangers, aisément adaptable sur tout type de canaux et en particulier d'égouts sans nécessiter de travaux de Génie Civil, et qui par sa présence, ne perturbe pas l'écoulement. La présente invention a pour obJet un débitmètre pour la mesure du débit d'un canal à surface libre, caractérisé en ce qu'il comprend un tambour, pivotant librement autour d'un axe horizontal, et pouvant flotter sur l'écoulement liquide dans le canal de manière à être entraSné en rotation par cet écoulement, cet axe étant fixé à au moins un bras oscillant autour d'un point fixe, et des moyens de mesure, sensibles à la vitesse de rotation du tambour et à la position angulaire du bras oscillant de manière à permettre de déterminer le débit à mesurer par multiplication d'un signal "de vitesse" par un signal "de section", ce signal de vitesse étant une fonction prédéterminée de la vitesse de rotation du tambour pour représenter sensiblement la vitesse moyenne de l'écoulement liquide, et ce signal de-section étant une fonction prédéterminée de la position angulaire du bras oscillant pour représenter sensiblement la section de l'écoulement liquide. L'invention sera bien comprise par la description ci-apres de deux modes de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue schématique en élévation d'un premier ddbitmètre selon l'invention - la figure 2 est une vue de côté du même débitmètre - la figure 3 est une vue en élévation d'un deuxième débitmètre selon une variante de l'invention - la figure 4 est un diagramme de fonctionnement de l'appareil de la figure 3. Dans les figures 1 et 2, la référence 1 désigne un canal, tel qu'un égout, parcouru par un liquide 2 dont on souhaite mesurer le débit. Le principe de l'appareil est fondé sur la mesure de la vitesse moyenne d'écoulement du liquide et de celle de la hauteur d'eau, celle-ci étant liée géométriquement à la section du canal. De ces deux mesures on déduit le débit recherché. Les deux mesures sont réalisées simultanément par le dispositif qui comprend un tambour 3, pivotant librement autour d'un axe horizontal 4, ledit axe étant supporté par des bras 5 articulés autour d'un arbre horizontal 6 fixé à des supports fixes 7. Un contrepoids 8 équilibre partiellement le poids du tambour. Le tambour 3 flotte sur le canal et tourne à une vitesse proportionnelle à la vitesse du courant ; en ajustant les masses relatives du tambour et du contrepoids, ainsi que la longueur des bras de levier respectifs, l'enfoncement du tambour varie avec la hauteur de l'eau dans le canal et on peut obtenir une vitesse de rotation du tambour sensiblement proportionnelle à la vitesse moyenne du courant. Le tambour 3 présente une forme générale en tonneau, avec un diamètre plus petit sur ses faces extrêmes que sur sa section médiane, de manière à faciliter l'échappement latéral de corps flottants. Un capteur de vitesse 10 fournit un signal "de vitesse" El proportionnel à la vitesse du tambour. Un second capteur 11 mesure la position angulaire des bras 5 et permet l'élaboration d'un signal "de section" E2 représentant sensiblement la section d'eau dans le canal. La forme du canal étant connue, il s'en suit en effet que la section d'eau est une fonction connnue de la position angulaire des bras. Un circuit électronique lia élabore le produit des deux signaux et fournit un signal de sortie qui est proportionnel au débit cherché. Pour améliorer la précision il peut cependant être nécessaire de corriger le signal de vitesse par un facteur de correction dépendant de la hauteur d'eau, qui est définie par la position angulaire des bras. Ceci permet de tenir compte de l'inhomogénéité des vitesses dans l'écoulement. Le second capteur peut être supprimé et on lit alors simplement la valeur de la position angulaire du bras 5 sur une échelle graduée ; la valeur du signal de vitesse El est lue sur un cadran du capteur 10. Le débit est alors fourni par utilisation d'un abaque. Pour faciliter la rotation du tambour et la proportionnalité de sa vitesse de rotation à celle du courant, le tambour est avantageusement muni de reliefs ou corrugations 12 à sa surface. On notera que le tambour est disposé en aval par rapport à l'arbre d'articulation des bras, ce qui le rend insensible à la présence des corps flottants. En effet le tambour se soulève et roule par dessus les corps flottants. La figure 3 représente une variante de réalisation qui permet de supprimer le capteur 10 placé au voisinage de l'eau. Le tambour comporte quelques grosses excroissances 14 qui sont réparties angulairement de manière régulière autour de l'axe du tambour. Ces exoroissances soulèvent l'axe de rotation 4 chaque fois que l'une d'elle passe dans l'eau. Le signal "de position" E2 fourni par le capteur angulaire il es; représenté dans le diagramme de la figure 4 en onction du temps t9 est la somme de deux composantes - l'une a, continue fonction de la hauteur d'eau, - l'autre b, pulsatoire dont la @réquence est fonction de la vitesse d'écoulement. Un circuit électronique 11a élabore un aignal "de section" qui est une fonction prédéterminée de cette composante eontinue, pour représenter la section actuelle de l'écoulement, et un signal "de vitesse" qui est une fonction prédéterminée de la fréquence de la composante pul.atoire au signal de position. De préférence ce circuit effectue 'ui même la multiplication du signal de vitesse par le signal de section pour fournir un signal de sortie représentatif du débit à mesurer REVENDICATIONS 1/ Débitmètre pour la mesure du débit d'un canal à surface libre, caractérisé en ce qu'il comprend un tambour (3J, pivotant librement autour d'un axe horizontal (4), et pouvant flotter sur 11 écoulement liquide dans le canal de manière à être entraîné en rotation par cet écoulement, cet axe étant fixé à au moins un bras oscillant (5) autour d'un point fixe (6), et des moyens de mesure (10, 11) sensibles à la vitesse de rotation du tambour et à la position angulaire du bras oscillant de manière à permettre de déterminer le débit à mesurer par multiplication d'un signal "de vitesse" par un signal "de section", ce signal de vitesse étant une fonction prédéterminée de la vitesse de rotation du tambour pour représenter sensiblement la vitesse moyenne de l'écoulement liquide, et ce signal de section étant une fonction prédéterminée de la position angulaire du bras oscillant pour représenter sensiblement la section de l'écoulement liquide. 2/ Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tambour (3) est disposé en aval du point (6) d'articulation du bras oscillant (5). 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une échelle graduée, pour mesurer la position angulaire du bras oscillant. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit tambour porte au moins une excroissance (14) provoquant un soulevement périodique dudit axe lors du passage de l'exerois- sance dans l'eau au cours de la rotation du tambour, lesdits moyens de mesure comprenant un capteur (11) fournissant un signal électrique "de position" représentatif de la position angulaire instantanée du bras (5) et comportant une composante continue représentative de la hauteur d'eau dans le canal et une composante pulsatoire résultant dudit soulèvement périodique, ces moyens de mesure comprenant en outre un circuit électronique (1 la) recevant ce signal de position et élaborant un signal "de section" qui est une fonction prédéterminée de cette composante continue, pour représenter la section actuelle de l'écoulement, et un signal "de vitesse" qui est une fonction prédéterminée de la fréquence de la composante pulsatoire du signal de position. 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit circuit électronique effectue lui même la multiplication du signal de vitesse par le signal de section pour fournir un signal de sortie représentatif du débit à mesurer. 6/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par. le fait que le tambour (3) représente une forme génerale en tonneau, avec un diamètre plus petit sur ses faces extrêmes que sur sa section médiane, de manière à faciliter l'échappement latéral de corps flottants.