Brevet FR2524979A1 — publié le 19831014

Domaine technique. L'invention concerne un appareil de contrôle de débit de gaz comprimé dans une enceinte d'où partent des conduites d'un circuit, gaz qui y est introduit puis expulsé, ladite enceinte comportant des vannes d'isolement à l'entrée et/ou à la sortie et une prise de pression. Problème posé. En fait de gaz comprimé, on considèrera ici le cas le plus général de l'air comprimé, très utilisé dans l'industrie comme source de force motrice pour machine de production et appareil de contrôle et/ou de régulation. Toutefois, les applications de l'appareil de la présente invention peuvent intéresser toutes sortes de réseaux de gaz comprimés divers. I1 s'agit de contrôler périodiquement les débits de gaz produits et/ou consommés qui passent généralement par un réservoir tampon de volume rixe où l'on peut effectuer la mesure. Ce réservoir peut être isolé soit à l'admission, soit à la sortie. Ce contrôle peut également s'effectuer sur tout tronçon isolé du circuit. L'intérêt de ces mesures, surtout si elles peuvent être pratiquées simplement, est de vérifier le bon état de l'appareil de production de gaz, des appareils qui le consomment et du circuit qui se trouve entre les deux. Etat de la technique et inconvénients. Certaines installations sont équipées de compteurs qui peuvent être du type rotatif, volumétrique ou du type dynamique (détente partielle au travers d'un orifice calibré). Dans le cas le plus générale les mesures précises de débit produit ou consommé nécessitent la mise en oeuvre temporaire d'appareils du type déprimogène qui déterminent la vitesse de passage de l'air ou du gaz se détendent à l'air libre aprs passage au traver d'un orifice calibre. Ces techniques obéissent à des procédures normalisées et elles mettent en oeuvre un appareillage imposant. Elles ne sont guère accessibles à l'usager qui doit, par conséquent, faire appel à es spécialistes (organisme de réception ou constructeur) chaque fois qu'il veut vérifier les débits mis en jeu dans son réseau. En dehors du coût de ces vacations, un inconvénient important rcside dans le fait que de telles mesures nécessitent l@ mise hors circuit J donc hors production, de tout ou partie du réseau concerné pendant un temps prolongé. A défaut, l'usager peut encore mesurer ces débits par calcul à partir du temps de remplissage d'une capacité de volume connu dans une gamme de pression déterminée. Cette méthode simple mais empirique suppose des erreurs expérimentales qui peuvent ètre importantes et, notamment en raison du fait qu'il est difficile de déclencher un chronomètre au moment précis où l'aiguille d'un manomètre indique les valeurs limites de la pression choisi- e pour la mesure.Aussi fiable et précis soit le manomètre, une erreur d'une demi-division sur un appareil gradué au cinquième suppose une erreur possible de 0,2 bar soit 20 % si la mesure est effectuée sur une gamme de 1 bar =d p ; soit 1C , si celle-ci est de 2 bars A cette erreur, il faudra a@outer bien entendu celle qui est due à l'lmpré- cision de l'appareil. Le ot du dispositif de l'invention est essentiellement de mettre à la disposition de l'usager un appareil léger et mobi@e d'un empl@i simple et pratique qui lui permette à tout moment et rapidemen@ de tester, d'ausculter son réseau, aussi bien d@ point de vue production que consommation, pour diagnostiquer, par comparaison avec les conditions normales de fonctionnement, toute modification de débit dans l'installation qui signale généralement un défaut. L'appareil a donc pour fonction d'alerter l'usager pour qu'il puisse intervenir préventivement avant que la panne ne survienne sans préavis. On voit donc que l'appareil de l'invention a pour but d'éliminer les inconvénients énumérés ci-dessus. Exposé de l'invention. L'appareil de l'invention est caractérisé principalement par la combinaison dans et autour d'un coffret a) d'un conduit de raccordement à la prise de pression, b) d'un appareil manométrique détectant les variations de pression dans une f-urchette déterminée et réglable en émettant un signal électrique à chaque franchissement vers le bas et vers le haut des limites de ladite four chette, c) d'un calculateur recevant les signaux de l'appareil manométrique pour calculer les débits produits en amont de l'enceinte. consommés en aval et/ou la résultante des deux, grâce à des circuits d'intégration de paramètres propres à l'enceinte et à ses tu;;auteries et appareils connexes, par la manoeuvre d'un réglage particulier avec contrôle par affichage dudit réglage et un dispositif de remise à zéro de l'affichage après chaque mesure, d) d'un dispositif d'affichage du résultat du contrôle. e) d'une s@urce de courant électrique d'alimentation des appareils repris en s), c) et d). AJn frit, l'appareil de mesure est un manomètre classique dont le déplacement d'un organe mécanique en fonction de la pression agit sur des contacts électriques dont la position est réglable ct repérable devant des index et qui envoie un signal à chacune des deux limites de pression supérieure et inférieure, signaux qui sont traités dans le comteur pour déterminer le temps #t qui s'écoule entre l'émission des deux signaux. Plus précisément, le calculateur peut avoir deux formes principales de réalisation. n utillsant une fonction analogique, le calculateur combine a) un condensateur qui se charge pendant le temps de la mesure déterminé par les deux signaux émis par le manomètre, d'une tension proportionnelle à ce temps, b) un oscillateur dont la fréquence est inversement proportionnelle à la tension de charge du condensateur et proportionnelle à une tension réglable au préalable à l'aide d'un potentiomètre de réglage pour introduire un coefficient déterminé (coefficient K) qui suit les caractéristiques de l'installation où l'on pratique la mesure pour combiner dans ledit oscillateur les deux valeurs reçues en une fréquence proportionnelle aux caractéristiques introduites de l'installation et inversement proportionnelle à la tension de charge du condensateur, c'est-à-dire au temps séparant les deux signaux émis par le manomètre, c) un convertisseur fréquence-tension qui envoie une tension proportionnelle au débit à un système d'affichage, d) un inverseur entre le potentiomètre et le système d'affichage permettant - soit d'afficher directement le coefficient K dépendant des caractéristiques de l'installavion, - soit d'envoyer à l'oscillateur la tension correspondante au débit, e) d'un interrupteur qui permet de remettre à zéro l'aff i- chage en envoyant une tension adéquate à l'oscillateur. En utilisant une fonction numérique, le calculateur combine a)une horloge à quartz mesurant le temps qui sépare les deux signaux émis par le manomètre en émettant un certain nombre d'impulsions proportisnnelles à ce temps, b) un compteur du nombre de ces oscillations, c) une mémoire où est stockée une valeur inversement proportionnelle au temps de mesure (nombre des oscillations reçues du compteur), d) un convertisseur numérique-analogique recevant les impulsions de la mémoire en fin de mesure et une tension proportionnelle aux caractéristiques de l'installation à partir d'un potentiomètre de réglage, ledit convertisseur envoyant une tension caractéristique du débit à l'affichage, e) un potentiomètre variable permettant de régler et, grâce à un inverseur, - soit d'afficher directement une tension dépendant des caractéristiques de l'installation, - soit d'introduire cette tension directement dans le convertisseur numérique-analogique qui 11 combine aux impulsions de la mémoire et dont la sortie, après manoeuvre appropriée dudit inverseur, est branchée sur l'affichage, f) un interrupteur qui permet de remettre à zéro le compteur en y envoyant une tension adéquate, ce qui a pour effet de remettre ainsi l'affichage à zéro. Solution au problème, avantages et résultat industriel. I1 faut noter que l'appareil procède de façon différentielle c'est-à-dire que, pour une installation donnée comprenant une machine productrice et divers organes récepteurs et consommateurs, la première opération consiste à établir un état des volumes produits ou consommés par les éléments du réseau supposé en bon état de marche. Par différence, l'utilisateur pourra des lors à tout mondent, déterminer par une opération de controle les modifications de débit qui peuvent apparaître au niveau d'un ou de plusieurs organes du circuit, qu'il soit récepteur ou producteur d'air comprimé, à condition bien entendu de considérer les mêmes volumes de référence pour chage contrôle différen- tiel. Par conséquent, la connaissance précise d'une capacité ou volume de référence n'intervient pas à priori pourvu que celui-ci soit le même d'un contrôle à l'autre. Seules des corrections relatives aux températures sont à prendre en considération - par référence à la température ambiante de l'air aspiré par le réseau, si l'on veut faire la comparaison en volume mesuré aux conditions d'aspiration (on suppose qu'à un même endroit la pression atmosphérique ne varie pas), - ou plus simplement par référence à la température qui règne dans la capacité de référence en faisant abstraction des différents traitements que cet air aura subi (refroidissement). I1 faut toutefois noter qu'une variation de 10 sur une température de refou:ement de 30 représente une variation de volume ou du débit de l'ordre de 3 dont il faudra tenir compte i les précisins des comparaisons l'exigent. L'appareil permet un réglage évitant un recours aux abaques de correction. On note enfin que l'appareil permet des mesures de débit en valeur absolue dès lors que les vzlumes de référence sont déterminés avec précision et les corrections faites. De même, 1 > connaissance du débit du compresseur permettra de déterminer le volume de la capacité de référence (réservoir de stockage fermé par une vanne). Mais aussi celui de tous les tronçons ou mailles du réseau, les récepteurs étant hors service, et par différence la capacité d@ réseau hors réservoir si cela est nécessaire. Inversement, la connaissance de ces volumes permet de déterminer la consommati n de tout ou partie des récepteurs, l'organe producteur (compresseur) étant isolé. Le dispositif évite l'indisponibilité prolongée de l'installation pendant le contrôle. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après qui en donne un exemple non limitatif de réalisation pratique et qiii est illustré par les dessins joints. Brève description des figures. La figure 1 est une vue schématique de l'ensemble de l'appareil de l'invention et d@ circuit pneumatique sur lequel il doit effectuer et mesures. La figure 2 est un schéma p2' blocs synoptique d'une première v ri@nte du calculateur utilisant une fonction numérique. La figure 3 est un schéma par bl@@ d'une deuxième variante du c@lcul@teur utilisant une f@nction ana1 gique. L'appareil de l'invention est destiné à effectuer des mesures dans une enceinte d@nt le v@l@me est repéré par V. qui est relié à un compresseur (1) par une conduite (2) pour alimenter des appareillages (4) auxquels l'enceinte V est relié par la cond@ite (5). Des vannes (3) et (6) permettent d'@soler dans un sens ou d@ns l'@utre ou dans les deux à ~! fols 'enceinte V. Naturellement l'enceinte V peut être constituée par tout tronçon ou maille du réseau susceptible 9 être isolé par deux vannes. L'appareil de l'invention est contenu dans un c-ffret (7) qui est relié à l'enceinte V par un conduit de raccordement (8) rattaché à une prise de pression convenable de l'enceinte V. Le conduit (8) aboutit à un appareil manométrique (9), qui peut etre un manomètre avec deux contacts. i'un pour le minimum (1@), l'autre pour le maximum de pression (11). I1 peut etre aussi un double manostat avec un contact de minimum et un contact de maximum.I1 peut être encore tout dispositif susceptible de piloter le compteur de l'appareil par mesure d'un écart de pression. Les deux contacts de minimum et de maximum sont réglables ou non; la fourchette des pressions est choisie dans la zone où n effectue la mesure. Les contacts (10) et (11) sont reliés respectivement par les Dignes (12) et (13) à un ca@culateur (14) qui sera décrit plus en détail plus après. Le cffrzt (7) comporte encore une source de courant (16) qui est relié par une ligne (17) à un boîtier de clavier (18) même connecté par les lignes (19) au calculateur (@4). Le tableau (18) comprend un système d'affichage (20), un bouton de remise à zéro (21) et un bouton de réglage (22) du coefficient K dépendant des caractéristiques de l'installation. Avant d'aller plus avant dans la description, on va expliquer la théorie et le fonctionnement de l'appareil qui fera mieux comprendre les fonctions du calculateur que Ion va décrire ensuite. La capacité de référence V qui renferme, par exemple de l'air sous les conditions de pression absolue P2 et de température absolue T2, se vide pendant un certain temps t pour alimenter un appareillage (4) dont la consommation est Q m3/mn. Au bout du temps t, les conditions de pression et température sont devenues pl et T1.Mesurés aux conditions ambiantes pO, TO, qui prévalent à l'aspiration du compresseur d'alimentation, les volumes d'air stockés en fin et début d'opération s'expriment par V01 = V (1) p2 T0 p2 T0 V02 = V (2) p0 T2 et le débit ainsi consommé pendant le temps t par V02 - V01 T0 (P2 - PI) Q = = I/t V P0 T2 TI Si l'on considère que la température T dans la capacité est constante pendant l'opération (T2 = T1 = TO) et en posant p2 - pl = & on obtient la formule #p T0 Q = 1/t V Po T qui mesure la consommation de l'air pris dans la capacité de référence entre p1 et p2 ramené aux conditions d'aspiration pO, TO. Si p2 et pl sont des valeurs choisies de part et d'autre de la pression nominale pn du réseau et telles que la valeur de pn soit leur moyenne, on peut dire que Q mesure la consommation moyenne ramenee à 12 température d'aspiration de l'appareil 4 à la pression pn. un verra que l'appareil man@métrique (9) mesure les pressions pl et p2. En d'autres termes, l'appareil mesure le débit V#p To 60 d'air libre Q (m3/mn) = x x P0 T t (sec) Comme on vient de le voir, que dans l'appareil les pressions pl et p2 sont déterminées, on peut résumer ces formules par Q (m3/ mn) = 60K = t en posant K =V#p T0 (m3) p0 t étant entendu, comme on l'a vu que T2 = T1 @ = = T0. On est donc ramené à mesurer le débit en M3/mn par la mesure de 60K 7. K étant une valeur fixe que l'on règle sur l'appareil et t étant la valeur en secondes mesurée par l'appareil. On voit qu'il est important de pouvoir régler l'appareil en ce qui concerne le coefficient K représentatif de l'enceinte et de l'appareillage où l'on fait la mesure ce qui peut se faire à l'aide d'un inverseur qui branche directement le potentiomètre relatif au bouton de réglage (22) avec le système d'affichage (20) et introduit les données dans le calculateur (@). Celui-ci est conçu pour mesurer le temps t entre les deux pressions pl et p2 de référence déterminées par l'appareil manométrique (9). On va donc décrire maintenant le principe de fonctionnement du calculateur (î)). En se reportant à la figure 2 qui apporte une solution numérique. on reconnaît les signaux électriques relatifs aux pression pl et p2 qui actionnent un contacteur (24) qui est chargé d'envo;er un signal de temps venant d'une horloge (25) pour les envoer à un compteur d'impulsions (26) qui par une adresse mémoire (27), les stocke dans la mémoire (28).Le contenu (29) de la mémoire (28) est envoyé à un convertisseur numérique analogique (30) qui par la ligne (31) reçoit une tension délivrée par le potentiomètre variable (P1) relié au bouton de réglage (22) et qui introduit le coefficient K relatif à l'installation ci-dessus évoqué. I1 existe un inverseur (33) qui dans la position représentée en pointillés à la figure 2, permet d'afficher ledit coefficient K directement sur le système d'affichage (20) en actionnant le potentiomètre variable (21) en passant par la ligne (32). Lorsque l'inverseur (33) est dans la position représentée en traits pleins à la figure 2, il permet d'afficher en (20), la valeur qui a été calculée par le calculateur de l'invention à la sortie du convertisseur numérique analogique (30) qui a combiné le contenu de mémoire (29) avec la valeur de K reçue par la ligne (31).Les réglage sont prévus pour que l'affichage (2G) donne directement des débits en m3/mn. I1 est prévu un contacteur de remise à zéro (34) qui envoie une tension dans le compteur de façon à déterminer la remise à zéro de l'affichage (20). Dans la version utilisant une fonction analogique, représentée à la figure 3 > le contacteur (35) est actionné par les deux limites de pression p1 et p2 de l'appareil manométrique (9). Grâce à une source de courant constant (36), il charge un @ ndensateur C4 qui. après ouverture du contacteur (35) se décharge dans l'oscillateur (40). D'un autre c té, le potentiomètre variable pl permet de régler le coefficIent K en envoyant une tension approprlée dans la ligne (38) l@rsque l'inverseur (37) est dans la position représentée en pointillés, ledit coefficient étant affiché en 20. Lorsque l'inverseur (37) est dans la position représentée en traits pleins, cette même tension représentative du coefficient K est envoyée par la ligne (39) dans l'@scillateur (4u).Celui-ci reçoit donc une tension vl = &alpha; t,8 t étant le temps séparant le passage entre les deux pressions pl et p2 et &alpha; une constante de proportionnalité ; il reçoit aussi une tension représentative de K si bien qu'il émet dans la ligne (41) une fréquence f = 60K . Cette fréquence est envoyée par la ligne (41) dans le convertisseur fréquence tension (42) qui én;et dans la ligne (43) une tension Vs qui est représentative du débit en m3/mn affiché en (20). I1 est prévu un contacteur de remise à zéro (44) relie au bouton 21 qui envoie une tension déterminée dans l'oscil1ateur (40) par la ligne (45) et qui G pour effet de remettre l'affichage (20) à zéro pour qu'il soit pret à une nouvelle mesure. REVssNDICATIONS 1. Appareil de contrôle de débit de gaz comprimé dans une enceinte V d'où partent des conduites (5) d'un circuit, gaz qui y est introduit puis expulsé, ladite enceinte comportant des vannes d'isolement à ltentrée (3) et/ou à la sortie (6) et une prise de pression, c a r a c t é r i s é par la combinaison a) d'un conduit de raccordement (8) à la prise de pression, b) d'un appareil manométrique (9) détectant les variations de pression dans une fourchette déterminée et réglable en émettant un signal électrique à chaque franchissement vers le bas et vers le haut des limites de ladite fourchette, c) d'un calculateur (14) recevant les signaux de l'appareil manométrique (9) pour calculer les débits produits en amont de l'enceinte V, consommés en aval et/ou la résultante des deux, grâce à des circuits d'intégration de paramètres propres à l'enceinte et à ses tuyauteries et appareils connexes (4), par la manoeuvre d'un réglage particulier (22)avec contrôle par affichage (20) dudit réglage et un dispositif de remise à zéro (21) de I'afflchage après chaque mesure, d) d'un système d'affichage du résultat (20) du contrle du débit e) d'une source de courant électrique (16) d'alimentation des appareils repris en b), c) et d). 2. Appareil de contrôle, tel que défini dans la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que l'appareil manométrique (9) est un manomètre classique dont le déplacement d'un organe mécanique en fonction de la pression agit sur des contacts électriques (10-11) dont la position est réglable et repérable devant des index et qui envoient un signal à chacune des deux limites de pression supérieure t inférieure, signaux qui sont traités/ dans le calculateur (14) pour déterminer le temps t qui s'écoule entre l'émission de deux signaux. 3. Appareil tel que défini dans la revendica- tion 2, c a r a c t é r i s é par le fait que le calculateur (î4) permet d'intégrer au préalable un coefficient K déterminé à l'avance pour chaque enceinte V eW ses tuyauteries connexes (4), K étant représentatif de la fourchette de la variation de pression mesurée, du volume de l'enceinte et aes tempé- ratures ou est portée l'enceinte. 4. Appareil, tel que dini dans l'une quelconque des revendications 1 à 3 2 a r a c t é r i s é par le fait qu'il utilise une fonction analogique et, Q 'à cet effet, le calculateur combine a) un condensateur C4 qui se charge, pendant le temps de la mesure déterminé par les deux signaux émis par le manomètre (9), d'une tension proportionnelle à ce temps, b) un oscillateur (40) dont la fréquence est inversément proportionnelle à la tension de charge du condensateur C4 et proportionnelle à une tension, réglage au préalable à 1 aide d'un potentiomètre variable P1 de réglage pour introduire un coefficient déterminé (coefficient K) quireprd- senteles caractéristiques de l'installation où l'on pratique la mesure pour combiner dans ledit oscillateur (40) les deux valeurs reçues en une fréquence proportionnelle aux caractéristiques introduites de l'installation et inversement proportionnelles à la tension de charge du condensa Teur, c'est-à-dire au temps séparant le deux signaux P1, P2 émis par le manomètre (9) c) un convertisseur fréquence-tensin (42) qui envoie une tension proportionnelle au débit à un système d'affichage (20), d) un inverseur (37) entre le potentiomètre variable, l'affichage et le convertisseur (42) permettant - soit d'afficher directement le coefficient K dépendant des caractéristiques de l'installation, - soit d'envoyer à l'oscillateur (40) la tension correspondante au débit Q. e) d'un interrupteur (44) qui permet de remettre à zéro l'affichage en envoyant une tension adéquate à l'oscil- lateur (4). 5. Appareil, tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 3, qui utilise une fonction numérique et dont le calculateur combine a) une horloge à quartz (25) mesurant le temps qui sépare les deux signaux P1 et P2 émis par le manomètre (9) en émettant un certain n@mbre d'impulsions pr@portionnelles à ce temps, b) un compteur (26) du nombre de ces osci@lations, c) une mémoire (28) où est stockée une valeur inversement proportionnelle au temps de mesure (nombre des oscillations reçues du compteur) d) un convertisseur numérique analogique (30) recevant les impulsions de la mémoire (28) en fin de mesure et une tension proportionnelle aux caractéristiques de l'installation à partir d'un potentiomètre Pîde réglage, ledit convertisseur (30) envoyant une tension caractéristique du débit à l'affichage (20), un un potentiomètre variable Pl permettant de régler et, grâce à un inverseur (33) - soit d'afficher directement une tension dépendant des caractéristiques de l'installation, - soit d'introduire cette tension directement dans le convertisseur numérique-anal@gique (SO) qui la combine aux impulsions de la mémoire (26) et dont la sortie, après manoeuvre appropriée dudit inverseur (33), est branchée sur l'affichage (20), f) un interrupteur (34) qui permet e remettre à zéro le compteur (26) en y envoyant une tension adéquate, ce qui a pour effet de remettre ainsi l'affichage (20) à zéro.