Brevet FR2552225A1 — publié le 19850322

COMPTEUR DE CALORIES La présente invention concerne un appareil de mesure, calorimétrique ou compteur de calories du type dans lequel la puissance fournie à un échangeur de chaleur est obtenue par la multiplication du débit d'un fluide alimentant l'échangeur par la différence de -température entre l'entrée et la sortie de ltéchangeur. L'objet de l'-invention est un compteur.de calories simple et de faible cot de fabrication, utilisable notamment pour la mesure de la puissance consommée par les radiateurs domestiques. Le compteur de calories de l'invention comprend un débitmètre vortex à bille d'un type connu produisant un signal proportionnel au débit du fluide qui le traverse, et il est caractérisé en ce qutil comprend en outre un générateur d'un courant proportionnel audit signal de débit et un pont de Wheatstone alimenté par ledit courant et dont deux résistances sont respectivement proportionnelles aux températures de l'entrée et de la sortie d'un échangeur de chaleur, ledit pont de Wheatstone fonctionnant en multiplicateur de son courant d'alimentation par la différence de températures d'entrée et de sortie de l'échangeur. On connaît par le brevet américain N" 3 872 3O4 du18 Mars 1975 un débitmètre vortex à bille comportant une piste ou chambre circulaire dans laquelle une veine fluide est introduite tangentiellement à la paroi circulaire de la chambre et qui contient une bille. La bille est poussée par le fluide et tourne dans la chambre. Le nombre de tours de piste fait par la bille est compté par des moyens photoélectriques. Le brevet américain NO 3 827 297 du 6 Août 1974 décrit un débitmètre vortex de mème type dans lequel la chambre a, en section droite, la forme d'une spirale logarithmique et dans lequel la bille est guidée dans des rainures ménagées dans les plaques de fond et de couvercle de la chambre. L'invention va être maintenant décrite en détail en relation avec les dessins annexés dans lesquels - la Fig. 1 représente sous la forme d'un diagramme de blocs, le compteur de calories de l'invention - la Fig. 2 représente le débitmètre vortex à bille - la Fig. 3 représente une courbe donnant la perte de charge en fonction du débit ; et - la Fig. 4 représente le compteur de calories. Sur la Fig. 1, les numéros de référence représentent respectivement 1 le débitmètre vortex à bille, 2 le système de mesure photoélectrique du débit, 3 un convertisseur fréquence-tension, 4 un générateur de courant et 5 le comptur de calories proprement dit. Le débitmètre 1 est monté en shunt sur la conduite 6 et cette conduite aboutit à un échangeur 7. C'est la puissance fournie à l'échangeur qui est mesurée. Le liquide dont on veut mesurer le débit arrive par la conduite 6 et passe dans un orifice 11e (Fig. 2) qui débouche tangentiellement à travers une fente d'injection 12 dans une cavité 13. Ce liquide mis en rotation entraîne une bille 14 et s'échappe axialement par un tube de sortie lis. La cavité peut être torique et fournir ainsi un chemin de guidage à la bille comme dans la première des références citées ou la cavité peut être cylindrique avec des rainures creusées en opposition dans le fond et le couvercle de la cavité, ces rainures guidant la bille comme dans la seconde référence citée. La mesure du débit est effectuée au moyen d'un système photoéleetrique 2 travaillant par réflexion sur la bille (diode électroluminescente 21 et photo-transistor 22 > ,pla- cé sur une perpendiculaire au plan de rotation de la bille. Ce dispositif fournit un signal dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation de la bille et par là même au débit. Un convertisseur fréquence-tension 3 vient compièter ce dispositif en fournissant un signal de tension proportionnel au débit. Afin de réduire la perte de charge du débitmètre (dp = 850- mm de mercure pour un débit de 30/h, il s'est avéré nécessaire de lui adjoindre en parallèle une perte de charge siflgulière. Cette dernière, réalisée au moyen d'un diaphragme amovible 16 d'épaisseur e = 2 mm, percé en son centre d'un trou 18 de diamètre 1 mm et logé dans le tube 6 de 12 mm de diamètre. Deux orifices 17e -et 17s situés de part et d'autre du diaphragme 16 débouchent respectivement sur l'entrée 11e et la sortie ils du débitmètre (Figs. 1 et 2). Un tel dispositif permet de diminuer la perte de char ge (Ap = 20 mm de mercure pour le même débit de 30Q/h) et d'adapter le débitmètre à la dynamique de mesure. La courbe de perte de charge du débitmètre vortex à bille en fonction du débit est représentée sur la Fig. 3. La mesure du flux dissipé dans un échangeur est régie par la relation : W = p Cy Q AO= KQ## (1) où p désigne la masse volumique . de l'eau en kg/m3 cp la chaleur spécifique de l'eau en J/kg. C Q le débit dans l'échangeur en m3/s AO la différence de température entre. l'entrée et la sortie de l'échangeur en C W la puissance dissipée par l'échangeur en W. Si l'on suppose que la température de l'eau est comprise entre iOCC et 700C, la masse volumique de l'eau et sa chaleur spécifique ne sont pas rigoureusement constantes et 1a quantité K ne l'est pas non plus. K reste compris entre 1,140 4 K 4 1,164 soit une valeur moyenne de 1,152 et un écart par rapport à cette valeur moyenne de 1,152 - 1,140 = 1,164 - 1,152 ~ 1% 1,152 1,152 On peut donc avec une précision de 1% admettre que la puissance dissipée dans l'échangeur est proportionnelle au produit Q xA0 Ainsi la mesure du flux de chaleur est ramenée à celle du produit du débit par la différence de température aux bornes de l'échangeur. Le circuit servant à effectuer ce produit comprend un générateur de courant 4 fournissant un courant proportionnel à la tension de sortie-du convertisseur fréquence - tension 3, c'est-à-dire au débit,- et un pont de Wheatstone 8. Le pont de Wheatstone 8 (Fig.4) comprend deux résistances thermométriques R1 et R2 placées respectivement à l'entrée et à la sortie de ltéchangeur. Le déséquilibre du pont est à la fois proportionnel au courant d'alimentation du pont et à la différence des résistances thermométriques. Un amplificateur opérationnel 9 vient compléter ce dispositif afin d'adapter la tension de sortie à la dynamique de mesure désirée. Les sondes thermométriques Rr et R2 sont basées sur le principe de la variation en fonction de la température,de la résistance électrique -d1un bobinage réalisé en fil de cuivre très pur. La valeur de ces résistances à 0 C est de dR 233 ohms avec do = 1 ohm/0C Si les deux autres résistances du pont ont une valeur commune R, le déséquilibre s'écrit : R (R1-R2) ) V = I (2) 2R + R1 + R2 Comme R1 = Rg (1 + i1) R2 = Rg (1 + a02) (R0 valeur des résistances thermométriques à 0 C) on obtient ce qui peut également s'écrire R0 &alpha; ## / 2(R + R1) V = IR (4) 1 - R0 &alpha; ##/ 2(R+R1) Cette équation est de la forme V = IR x (5) en posant R0 &alpha; ## x = 2(R+R1) , V = IR x si x #1.- Pour montrer que le pont de Wheatstone multiplicateur reste linéaire pour un grand écart des températures d'entrée et de sortie de l'échangeur, on peut prendre l'exemple suivant = = 50 C a R0 = 1 R1 = 300 ohms R = 700 ohms Bien que. l'invention ait. été décrite d'après un exemple de réalisation, il doit être entendu que des modifications sont possibles tout en restant dans le domaine de l'invention tel que défini dans les revendications en appendice.Notam- ment il n'est pas nécessaire que la bille du débitmètre vortex soit guidée par des rainures- ou dans un tunnel, le guidage par la veine liquide dans la chambre se révèlant dans la pratique suffisant. Revendications. 1 - Compteur de calories comprenant un débitmètre vortex à bille (1) produisant- un signal proportionnel au débit du fluide qui le traverse, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un générateur (4) d'un courant proportionnel audit signal de débit et un pont de Wheatstone (8) alimenté par ledit courant et dont deux résistances (R1, R2) sont respectivement proportionnelles aux températures de l'entrée et de la sortie d'un échangeur de chaleur (7), ledit pont de Wheatstone fonctionnant en multiplicateur de son courant -d'alimentation par la différence de températures d'entrée et de sortie de l'échangeur. 2 - Compteur de calories conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le débitmètre est shunté par un dispositif à perte de charge (16-18). 3 - Compteur de calories conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les résistances (R1, R2), respectivement proportionnelles aux températures d'entrée et de sortie de l'échangeur sont des résistances thermométriques sous la forme de bobinages de fil de cuivre très pur.