Brevet FR2539228A1 — publié le 19840713

L'invention concerne un débitmètre à fluide comprenant une cavité, une entrée menant à la cavité et une sortie partant de la cavité, un rotor monté à l'intérieur de la cavité entre l'entrée et la sortie et dont la vitesse de rotation est prati- quement proportionnelle au débit de fluide traversant le débit mètre , le le rotor étant muni d'un aimant ou autre moyen detecta- ble, d'un inducteur électrique ou autre détecteur capable de détecter le moyen détectable et disposé hors de la cavité de manière à donner un signal sous la dépendance do la rotation du rotor sans être relié mécaniquement à celui-ci, et des moyens de mesure reliés au détecteur de manière à assurer une mesure du débit de fluide traversant le débitmètre en partant du signal venant du détecteur. Un débitmètre proposé antérieurement adopte le principe bien éprouvé du volume deplase' par deux rotors ovales dans une cavité de volume connu. Les rotors tournent en sens opposé et sont à 90 l'un de l'autre lorsque l'un est perpendiculaire à la direction d'écoulement. Un instrument utilisant ce principe est appelé débitmètre ovale tournant. Un tel débitmètre est entrafné par l'écoulement d'eau, ou autre fluide qui le traverse, la vitesse de rotation des rotors étant directement proportionnelle à la quantité d'eau déplacée.Jusqu'ici, on réalisait la mesure du débit comme indiqué schématiquement sur la Fig. 1 des dessins annexés, au moyen d'un- entraînement 1 qui part de l'un des rotors (non représenté sur le Fig. 1), à travers un palier étanche prévu dans une paroi de la cavité 2, et aboutit à un train d'engrenages placé dans une boîte d'engrenages 3 et conçu pour actionner un compteur mécanique 4, monte' dans une fenêtre d'affichage (non representée sur la Fig. 1), par l'intermédiaire d'un accouplement 5 entre compteur et train d'engrenages. Le débitmètre ci-dessus tend à présenter un ou plusieurs des inconvénients suivants : a) l'usure des paliers de rotor, en traînant un grippage et une restriction d'écoulement, à cause de la sorte de palier nécessaire pour accoupler l'un des rotors au train d'engre nage; b) la détérioration du joint de l'arbre d'entrainement entre la cavité et un logement destiné à la boîte d'engrenages et/ou à l'affichage; c) la nécessité d'un grand nombre de pièces mobiles qui réduit le l'temps moyen entre défaillances" et réduit donc la fiabilité; d) aucune possibilité d'étalonnage en réglant le rapport entre les tours du rotor et les tours du compteur, ce qui est un facteur inhérent à la conception, bien que la précision de l'instrument soit directement proportionnelle aux tolérances de fabrication permises. L'invention vise à fournir un débitmètre qui soit moins sujet à un ou plusieurs de ces inconvénients. En conséquence, l'invention propose un débitmètre à fluide caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens d'étalonnage variable reliés aux moyens de mesure de manière à faire varier l'étalonnage de la mesure sous la dépendance du débit traversant l'instrument. Un exemple de débitmètre selon l'invention est illustré par les Fig. 2 à 11 des dessins annexés, sur lesquels : Fig. 2 est un schéma montrant la disposition fondamentale du débitmètre, Fig. 3 est une vue du débitmètre par l'arrière, une plaque postérieure et des roues dentées de rotors étant enlevées pour plus de clarté, Fig. 4 montre plus en détail la disposition de deux rotors de l'instrument, Fig. 5 montre un chapeau d'extrémité postérieure de l'instrument, Fig. 6 est une coupe axiale du débitmètre, Fig. 7 est une coupe axiale de l'un des rotors du débit mètre, une coupe perpendiculaire à celle qui est indiquée en trait plein étant indiqué par les tiretés, Fig. 8 est une vue du débitmètre par l'arrière, Fig. 9 est une vue du débitmètre par l'avant, Fig. 10 est uns vue latérale du débitmètre Fig. 11 est un schéma par blocs des circuits électroniques de l'instrument. Le débitmètre représenté schématiquement par la Fia. 2 comprend une cavité 10 munis d'une cloison 12 qui est 1' l'une des parois séparant la cavité 10 d'un boîtier de Composants électroniques et de compteur 14. Un compteur à affichage à cris taux liquides 16 relié à une plaquette de circuit imprimé 18 est monté à l'intérieur du boitier. Un certain nombre de compo- satis électriques et électroniques sont fixés à la plaquette t8 y compris un inducteur électrique ou bobine exploratrice 20, des transistors à effet de champ 22 et d'autres composants semiconducteurs ou électroniques 24 branchés de manière a jouer les rôles ici décrits. La structure du débitmètre est représentée plus en détail par les Fig. 3 à 10. Une paroi de cavité et de bordier 26 en polypropylène est oblongue dans une section perpendiculaire à un axe central de l'instrument, comme le montre la Fig. 3. Cette section comprend deux parties semi-circulaires 28 espacées par deux parties parallèles rectilignes 30.Une cloison 32 divise les espaces intérieurs de la paroi 26 en cavité de débitmètre 10 et boîtier de composants électroniques et de compteur 14o La cloison 32 et la paroi de cavité et de boîtier 26 sont moulées d'une seule pièce par injection Un chapeau d'extrémité postérieure 34 représenté sur la Fig. 5 isole de l'extérieur la cavité 10 et une plaque antérieure 35 isole le boitiez 14. La plaque antéricure 35 présente une fenêtre d'affichage 36 indiquée sur la Fig 9, pour laisser voir le compteur à affichage à cristaux liquides 16. La cavité 10 est munie d'une entrée 37 et d'une sortie 38 prévue respectivement dans les parties rectilignes opposées 30 de la paroi 26. Deux rotors en polypropylène 39 et 40 sont montés à l'intérieur de la cavité 10 de manière a pouvoir tourner autour de leurs arbres respectifs 42 et 44. Ces axes sont situés dans les plans ou les parties semi-circulaires 28 de la paroi 26 de la cavité rencontrent les parties rectilignes 30 Les rotors ont la même grandeur et sont tous deux ovales en section transversale Le grand axe de chaque ovale est égal au rayon intérieur de chaque partie semi-circulaire 28 et la somme du grand axe et du petit axe est égale à la distance entre les arbres 42 et 44. La géométrie. de la forme ovale est telle qu'en partant de posi- tiens OÙ le grand axe d'un ovale est parallèle aux parties rec- tilignes 30 de la paroi de cavité et de boitier 26 et où le grand axe de l'autre ovale est perpendiculaire à ces parties rectilignes. Les ovales se touchent toujours suivant une ligne parallèle aux arbres 42 et 44 et située entre ceux-ci, en vue d'une rotation égale des deux rotors en sens opposée La Fig. 4 montre des roues dentées coopérantes 46 et 48 fixees respectivement à l'arrière des rotors 39 et 40 pour assurer que les deux rot ors tournent toujours en sens oppose et d'un mGme angle.Les roues dentées peuvent être chacune fabri- quées d'une seule pièce avec le rotor correspondant. Des ai- mants frittés respectifs 50 et 52 sont encapsulés dans les rotors 39 et 40 près d'une extrémité extérieure du grand axe dans chaque cas et des poids 54 et 56 équilibrent les aimants près des extrémités opposées des grands axes. La Fig. 6 montre comment les diverses parties de l'instrüment sont assemblées entre elles par des tourillons 58, 60, 62 et 64, en"nylon" moulé par injection, prévus aux extrémités des arbres 42 et 44 aussi en "nylon" moulé par injoction, un tourillon 58 ou 60 de chaque arbre étant enfoncé dans la cloison 32 et un autre 62 ou 64 dans le chapeau postériour 34. D'un côté de la cloison 32, dans le boîtier de composants électroniques et de compteur 14, la plaquette de circuit imprimé 18 est montée dans la cloison, avec la bobine exploratiice 20, les transistors à effet de champ 22 et d'autres composants électroniques 24 et aussi le compteur à affichage à cristaux liquides 16. La bobine exploratrice 20 est logée dans un évidoment de la cloison 32, du côté sec de celle-ci. Un autre évidement, diamétralement opposé au premier, loge une deuxième bobine exploratrice 66 branchée de manière à charger une cellule nickelcadmium 68 qui fait corps avec elle, par l'intermédiaire d'un. redresseur (non représenté sur la Fig. 6). La cellule est branchée de mamière à alimenter les divers composants électroniques de la plaquette de circuit imprimé 18, y compris le compteur à affichage à cristaux liquides 16. Le fonctionnement du débitmètre est le suivant. A mesure que de l'eau sous pression entre dans la cavité 10 de l'instrument, par l'entrée 37, elle entraîne les rotors 39 et 40 en sens opposé, comme l'indiquent les flèches sur la Fig. 3, de façon qu'ils se meuvent autour de l'intérieur des parties semi-circulaires 28 de la paroi 26 de la cavité, avant d'arriver au côté opposé.des retors et de sortir de de la cavité 10 par la sortie 38.Etant donné que la quantité d'eau ainsi transférée de l'entrée à la sortie est pratiquement 9a même pour chaque tour complet des rotors 30 et 40, le débit d9eau traversant l'instrument est directement proportionnel a la vitesse de rotation des rotors, autrement dit, le volume total d'eau déplacé est proprotionnel au nombre total de tours des rotors. Les roues dentées 46 et 48 portées par les rotors respectifs 39 et 40 assurent que les rotors tournent toujours d'angles égaux, bic que ce soit en sens opposé, en tout laps de temps donné.Il est ainsi assuré que les ovales se touchent toujours suivant une ligne parallèle aux arbres 42 et 44 et située entre ceux-ci. Le nombre de tours des rotors en tout laps de temps donne est compte au moyen de l'aimant fritté 50 du rotor 39 qui engendre une impulsion électrique dans la bobine explora- trice 20 chaque fois qu'il dépasse celle-ci. La bobine 20 est ainsi capable de détecter l'aimant 50.Les impulsions provenant de la bobine 20 sont comptées électroniquement et le total mémorisé est affiché au moyen du compteur à affichage à cristaux liquides 16 sur la plaquette de circuit imprimé 18o L'affichage donne ais une lecture du volume total d'eau qui a traverse l'instrument depuis que le compteur 16 a été remis à zéro pour la dernière fois. Le compteur 16 est étalonné de telle sorte que la lecture de l'affichage indique ce volume en mètres cubes. La sortie pulsée de de loauAre bobine exploratrice 66, engendéée lorsque T'aimant fritté 52 du roter 40 dépasse la bobine, maintient un niveau de charge dans la cellule nickel- cadmium 68. Outre qu'elle joue le rôle de source d'énergie pour les diverses parties électroniques de l'instrument, la cellule 68 maintien@ le total mémorisé dans le compteur 16 pendant des temps prolongés de non utilisation. Cette structure de l'instrument, avec son nombre réduit de pièces mobiles et ses caractéristiques d'alimentation auto- nome qui éliminent la nécessité doum arbre d'entraînement et d'un train d'engrenages, conserve les avantages du compteur antérieur tout en offrant de meilleures qualités pratiques et une plus grande fiabilité. Elle a l'avantage de pouvoir être fabriquée en grande série par des procédés qui diminuent les opérations d'assemblage par du personnel qualifié. Le résultat net est un produit que l'on peut maintenant fabriquer pour une fraction du prix de revient des modèles existants équivalents. La Fig. 11 montre un montage électronique que l'on peut utiliser dans l'instrument. La première bobine exploratrice est reliée à un compteur électronique 70 du compteur à affichage à cristaux liquides 16 des Fig. 2 à 10. Ce compteur 70 actionne un affichage à cristaux liquides 72 et peut aussi être lu, par l'intermédiaire d'une interface téléphonique 74, au moyen de la ligne téléphonique de l'usager. Cela permet la lecture directe de l'instrument par un ordinateur central. La deuxième bobine exploratrice 66 présente une première ligne de sortie menant à un redresseur 76 qui charge la cellule nickelcadmium 68 et une deuxième ligne de sortie menant à un convertisseur fréquence/tension 78.La cellule 68 est branchée de manière à appliquer une tension de fonctionnement aux diverses parties du montage. Le convertisseur fréquence/tension 78 est branché de manière à appliquer une tension de commande à un organe de réglage de rapport de division 80o Ce dernier fournit un signal de commande au compteur 70 pour régler le rapport de division de ce dernier. L'organe de réglage de rapport de division 80 se comporte donc comme un moyen d'étalonnage variable en étalonnant la vitesse de comptage conformément a débit traversant l'instrument et corrigeant ainsi les erreurs qui tendraient autrement à se produire pour des débits se situant aux extrémités supérieure et inférieure de l'étendue de mesure de l'instrument. Au lieu que l'on utilise le convertisseur fréquence/ tension 78 pour commander l'organe de réglage de rapport de division 80, ce dernier pourrait être commandé directement par la fréquence du signal venant de la bobine exploratrice 66. Il est possible aussi d'utiliser une autre forme de cellule au lieu de la cellule nickel-cadmium et une autre forme de capteur au lieu des bobines exploratrices. R E V E N D I C ART I O N S 1. Débitmètre à fluide comprenant une cavité, une en- trée menant à la cavité et une sortie partant de la cavité, un rotor monté à l'intérieur de la cavité entre l'entrée et la sortie et dont la vitesse de rotation est pratiquement pro portionnelle au débit de fluide traversant le débitmètre, le rotor étant muni d'un aimant ou autre moyen détectable, d'un inducteur électrique ou autre détecteur capable de détecter le moyen détectable et disposé hors de la cavité de manière à donner un signal sous la dépendance de la rotation du rotor sans être relié mécaniquement à celui-ci, et des moyens de mesure reliés au détecteur de manière à assurer une mesure du débit de fluide traversant le débitmètre en partant du signal venant du détecteur, débitmètre caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens d'étalonnage variable (80) reliés aux moyens de mesure (70) de manière à faire varier l'étalonnage de la mesure sous la dépendance du débit traversant l'instrument. 2. Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le roter (39) est l'un des deux retors ovales (39, 40) montés dans la cavité (10) de manière à tourner en sens opposé autour d'axes qui sont transversaux a l'écoulement de fluide a travers l'instrument, les grands axes des deux roters ovales (39, 4Q) étant a 90' l'un de l'autre lorsque l'un d'eux est perpendiculaire à la direction d'écoulement. 3. Débitmètre selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la vitesse de rotation de chaque roter (39,40) est maintenue égale à celle de l'autre par des pièces ou parties engrenant entre-elles (46, 48) prévues sur les deux rotors (39, 40). 4. Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la ou les parois (26, 32) de la cavité, le rotor (39) ou les rotors (39, 40) et/ou l'arbre de rotor (42) ou les arbres (42, 44) et les tourillons (58, 60, 62, 64) sont formés d'une ou plusieurs matières plastiques. 5. Débitmètre selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la ou les parois (26, 32) de la cavité ainsi qu'une boite (26) et une cloison (32) sont moulées par injection, d'une seule pièce, en polypropylene ou autre matière plastique synthétique. 6. Débitmètre selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait qu'il comporte des arbres de rotor (42, 44)moulés par injection en "nylon". 7. Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que les rotors ovales (39, 40) sont moulés en polypropylène ou autre matière synthétique, au moins un des rotors (39) étant muni d'un aimant fritté encapsulé (50).