Brevet FR2534373A1 — publié le 19840413

La présente invention concerne le domaine de la mesure de débits de fluides ainsi que de la température de ces derniers, et a pour objet un débitmètre, en particulier adapte au comptage d'énergie calorifique. Les appareils de ce type existant actuellement sont souvent bases sur la mesure du nombre de tours d'une hélice ou d'un moulinet, sur mesure du nombre de tours d'un cylindre excentré, qui est une mesure volu métrique, ou encore sur la mesure de la différence de pression entre l'amont et l'aval d'un diaphragme. Ces appareils connus permettent une mesure fidèle des débits, mais sont cependant d'une constitution e- lativement complexe, de technologie vétuste, et sont d'un prix de revient SélevéO En outre, leur intégration dans des systèmes de comptage d'énergie conduit à la réalisation de dispositifs relativement encombrants et complexes, incompatibles avec une utilisation universelle. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. Elle a, en effet, pour objet un débitmètre, en particulier adapté au comptage d'énergie calorifique, caractérise en ce qu'il est essentiellement constitue par un élément de forme geometrique quelconque, de préférence de section homothétique a la section droite intérieure de la conduite, monté sur une tige, et centre à l'intérieur de la conduite dont les paramètres des fluides la traversant sont à mesurer, par un organe de flexion extérieur à la conduite, fixe à cette dernière, relié à l'autre extrémité de la tige de support de ltélement de forme géométrique, et muni d'un dispositif de mesure de flexion, par des éléments thermosensitifs montés en différentiel à I'entrée et à la sortie de la conduite, et par un ensemble électronique de traitement des signaux du dispositif de mesure et des éléments thermosensitifs. L'invention sera mieux comprise gra"ce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence au dessin schématique annexé, dont la figure unique est une vue en coupe d'un débitmètre conforme à l'invention. Conformément à l'invention, et comme le montre plus particulièrement, à titre d'exemple, la figure unique du dessin annexé, le débitmètre, en particulier adapté au comptage d'énergie, est constitué par un élément 1 de forme géométrique quelconque fixé sur I'extrémité d'une tige 2 et placé à l'intérieur de la conduite 3 dont les paramètres des fluides la traversant sont à mesurer. La tige 2 est fixée à son autre extrémité sur I'extrémité d'un organe de flexion 4 extérieur à la conduite 3. L'organe 4 est muni d'un dispositif 5 de mesure de flexion et est fixé à la conduite 3, par son autre extrémité, de telle manière que son extrémité liée à la tige 2 soit flexible. L'élément 1 presente avantageusement une forme telle que sa section droite soit-homothétique à celle de la section de la conduite 3. Ainsi, à titre d'exemple, cette section peut etre circulaire comme dans le cas de la figure du dessin annexé. Le débitmètre selon l'invention est pourvu, en outre, d'éléments thermosensitifs 6 et 7 montés en différentiel, respectivement à ltentrée et à la sortie de la conduite 3 et d'un ensemble électronique 8 de traitement des signaux du dispositif 5 et des éléments 6 et 7. L'élément 1 de forme géométrique quelconque (par exemple circulaire pour une conduite cylindrique) est centré à l'intérieur de la conduite 3, et sa face avant est calée perpendiculairement à la direction moyenne de ltécoulement, son taux d'obstruction pouvant etre choisi de façon à réaliser un compromis entre l'intensité de l'effort de traSnée impose par la sensibilité de l'appareil et la perte de charge admissible, de sorte qu'après un calage à zero du signal de tension la mesure devient indépendante de la position spatiale de l'ensemble 1, 2, 4, c'est-à-dire de la position de 1 r implantation dudit ensemble sur la conduite 3, et de la position de la conduite 3 elle-même. En outre, le centre de poussée de l'élément 1- est avantageusement contenu dans un plan moyen perpendiculaire au plan d'implantation de l'organe 4, de sorte que la mesure est indépendante d'un léger défaut de calage angulaire de ltélément 1 L'organe de flexion 4 est avantageusement constitué par une barre métallique de section rectangulaire qui est fixée à une de ses extrémités- sur la paroi extérieure de la conduite 3, la section de cette barre étant réduite dans sa partie médiane 4' pour présenter une bonne aptitude à la déformation par flexion. Le dispositif 5 de mesure de flexion équipant l'or- gane 4 est sous forme de jauges d'extensométrie, ou éléments piézo-électriques, disposées de part et d'autre de la partie médiane 4' de section réduite, et ces jauges sont reliées à l'ensemble électronique 8 de traitement des signaux, transformant la déformation de flexion en signal de tension ou de fréquence, qui est une fonction directe du débitmasse de la conduite 3. En effet, la tige 2 transmet à I'extérieur de la conduite 3, avec effet d'amplification, sous forme d'un couple, l'effort d'obstacle ou de-traSnée s'exerçant sur ltélément 1. Cet effort de tramée, qui réalise la variation de position de ltélément 1, et donc de la tige 2, a pour effet de déformer l'organe 4, dont l'amplitude de flexion est relevée par les jauges du dispositif 5, qui délivrent un signal en tension, qui est une fonction parabolique de la vitesse, et donc du débit. La tension ainsi délivrée est lincarisée et filtrée dans l'ensemble électronique 8. Il est également possible d'utiliser le même ensemble mécanique 1, 2, 4 pour un traitement électronique vibra tolre du signal. En effet, l'obstacle 1 réalise, en présence d'un écoulement une instabilité hydraulique locale qui est due à un effet tourbillonnaire à l'aval de 1. Cette instabilité excite mécaniquement l'ensemble 1, 2, 4, de sorte que la fréquence vibratoire enregistrée est fonction du débitmasse de la canalisation. Au niveau de l'orifice de passage 9 de la tige 2 à travers la paroi de la conduite 3 ltétanchéité est assurée par une membrane flexible 10 du type soufflet, et l'ensemble des éléments extérieurs à la paroi de la conduite 3 est entouré par un bottier étanche 11 fixé à ladite paroli de la conduite 3, ce bottier étanche 11 assurant, en outre, le passage étanche des connexions des jauges du dispositif 5, qui sont avantageusement protégées extérieurement par un enrobage souple. Selon une autre caractéristique de l'invention, le boîtier étanche est relié à la conduite 3 par un orifice 12 comportant une membrane déformable 13 et est rempli par un liquide neutre. Ainsi, dans le cas où la conduite 3 est parcourue par un fluide sous pression, les variations de volume introduites par les faibles déplacements de la tige 2 sont compensées par un déplacement correspondant de la membrane 13. Cette compensation peut s'effectuer quelles que soient les pressions et les températures règnant dans la conduite 3. L'élément 1, la tige 2 et l'organe 4 sont, de préférence, réalisés en acier inoxydable de manière à résister à une corrosion éventuelle par les fluides transportés par la conduite 3. L'elément thermosensitif 6, monté à l'entrée de la conduite 3 est avantageusement intégré à la surface de ltélément 1 et ses fils de connexion sont acheminés vers l'ensemble électronique 8 à travers la tige 2 et le bottier étanche 11, tandis que r'élément thermosensitif 7 est monté dans la conduite 3 au niveau de sa sortie, sur le retour du fluide, et ses fils de connexion sont également reliés à l'ensemble 8. Grâce à ce mode de réalisation, les éléments 6 et 7 fournissent une information de tension proportionnelle aux différences de température entre les sections considérées de la conduite 3. L'information de température ainsi obtenue peut être utilisée afin d'assurer une correction électronique de masse volumique par l'intermédiaire de l'ensemble 8, ainsi qu'une mise à zéro du signal de tem pérature. L'ensemble électronique 8 de traitement des signaux est constitué par des composants électroniques existants et permet des traitements de signaux tels que I'ajustement, l'intégration et le comptage. Un débitmètre tel que décrit ci-dessus peut facilement être integré dans un ensemble destiné au comptage d'énergie calorifique, par ailleurs facilement inséré au moyen de brides ou de raccords filetés dans une conduite existante ou encore par implantation directe dans une canalisation munie d'une ouverture d'accès. Dans le cas d'utilisation du débitmètre pour la mesure de débits seuls, il est uniquement constitué par ltélément 1 de forme géométrique quelconque, par la tige 2, par l'organe de flexion 4, par l'ensemble électronique 8 de traitement des signaux, et par le bottier étanche 11. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser une mesure instantanée de de bits en circulation dans une conduite, le signal fourni étant directement lié au débitmasse de ladite conduite et pouvant être traité facilement au moyen d'un dispositif électronique moderne connu. En outre, grâce à l'association d'une mesure différentielle de température, un débitmètre ainsi réalisé peut constituer L'élément de base d'un compteur d'énergie calorifique. Le débitmètre conforme à l'invention se présente sous forme d'un ensemble mécanique simple pouvant être adapté à toutes les dimensions de canalisations ou de conduites et quelle que soit la nature du fluide en circulation, et notamment qu'il s'agisse d'un fluide liquide, gazeux, corrosif, ou chargé de particules. Un tel débitmètre présente un coût de fabrication très bas ainsi qu'une robustesse et une fiabilité très grande du fait de l'absence d'élément mécanique en rotation, et du transfert de l'information dans une zone accessible et protégée. En effet, le transfert de l'information de débit hors de la conduite par la tige 2 assure une exploitation de cette information en dehors du domaine d'agression du fluide, et l'amplification mecanique au moyen de la tige 2 de l'information du débit est parfaitement controlable. Enfin, l'organe de flexion 4 peut etre choisi pour satisfaire à une sensibilité prédéterminée permettant d'affecter le débitmètre à un type de travail spécifique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté au dessin annexé. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments, ou par substitution d'equivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Débitmètre, en particulier adapté au comptage d'énergie calorifique, caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par un élément (1) de forme géométrique, de préférence de section homothétique à la section droite intérieure de la conduite (3), monté sur une tige (2)-, et centré à l'intérieur de la conduite (3) dont les paramètres des fluides la traversant sont à mesurer, par un organe de flexion (4) extérieur à la conduite (3), fixé à cette dernière, relié à l'autre extrémité de la tige (2) de support de ltélément (1) de forme géométrique, et muni d'un dispositif (5) de mesure de flexion, par des éléments thermosensitifs (6, 7) montés en différentiel à ltentrée (6) et à la sortie (7) de la conduite (3), et par un ensemble électronique (8) de traitement des signaux du dispositif de mesure (5) et des éléments thermosensitifs (6, 7). 2. Débitmètre, suivant la revendication 1, carac térisé en ce que ltélément (1) de forme geométrique quelconque (par exemple circulaire pour une conduite cylindrique) est centré à l'intérieur de la conduite (3), et sa face avant est calée perpendiculairement à la direction moyenne de ltécoulement, son taux d'obstruction pouvant être choisi de façon àréaliser un compromis entre l'in tensité de l'effort de traSnée imposé par la sensibilité de l'appareil et la perte de charge admissible, de sorte qu'après un calage à zéro du signal de tension la mesure devient indépendante de la position spatiale de l'ensemble (1, 2, 4,)c'est-à-dire de la position de l'implantation dudit ensemble sur la conduite (3), et de la position de la conduite (3) elle-même, 3. Débitmètre, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le centre de poussée de I > élement (1) est avantageusement contenu dans un plan moyen perpendiculaire au plan d'implantation de l'organe (4), de sorte que la mesure est indépendante d'un léger défaut de calage angulaire de ltélément (1). 4. Débitmètre, suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que l'organe de flexion (4) est avantageusement constitué par une barre métallique de section rectangulaire qui est fixée à une de ses extrémités sur la paroi extérieure de la conduite (3), la section de cette barre étant reduite dans sa partie médiane (4') pour présenter une bonne aptitude à la déformation par flexion. 5. Débitmètre, suivant l'une quelconque des revendications 1 et 4, caractérisé en ce que le dispositif (5) de mesure de flexion équipant l'organe (4) est sous forme de jauges d'extensométrie, ou éléments piézo-électriques, disposées de part et d'autre de la partie médiane (4') de section réduite, et ces jauges ou éléments piézoélectriques sont reliées à l'ensemble électronique (8) d traitement des signaux, transformant la déformation de flexion en signal de tension ou de fréquence, qui est une fonction directe du débitmasse de la conduite (3). 6. Débitmètre, suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au niveau de l'orifice de passage (9) de la tige (2) à travers la paroi de la conduite (3), l'étanchéité est assurée par une membrane flexible (10) du type soufflet, et l'ensemble des éléments extérieurs à la paroi de la conduite (3) est entouré par un boiter étanche (11) fixé à ladite paroi de la conduite (3), ce boiter étanche (11) assurant, en outre, le passage étanche des connexions des jauges du dispositif (5), qui sont avantageusement protégées extérieurement par un enrobage souple. 7. Débitmètre, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément (1), la tige (2) et l'organe (4) sont, de préférence, réalisés en acier inoxydable de manière à résister à une corrosion éventuelle par les fluides transportés par la conduite (3). 8. Débitmètre, suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que l'élément thermosensitif (6), monté à l'entrée de la conduite (3), est avantageusement intégré à la surface de l'élément (1) et ses fils de connexion sont acheminés vers l'ensemble électronique (8) à travers la tige (2) et le boîtier étanche (li)^ tandis que l'élé- ment thermosensitif (7) est monté dans la conduite (3) au niveau de sa sortie sur le retour du fluide, et ses fils de connexion sont également reliés à l'ensemble 8). 9. Débitmètre, suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que, pour la mesure de débits seuls, il est uniquement constitué par l'élément (1) de forme géométrique quelconque, par la tige (2), par l'organe de flexion (4), par l'ensemble électronique (8) de traitement des signaux, et par le bottier étanche (11). 10. Débitmètre, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier étanche est rélié à la conduite (3) par un orifice (12) comportant une membrane déformable (13) et est rempli par un liquide neutre assurant éventuellement une contre-pression.