Brevet FR2551545A1 — publié le 19850308

Les domaines de la technique auxquels l'invention se rapporte concernent le domaine des dispositifs de mesure et de réglage des différences de pression, des débitmètres et des réducteurs de section de passage de con5 duits. Il a déjà été mis au point dans la technique antérieure une diversité de débitmètres dans lesquels un manomètre ou autre dispositif est raccordé aux deux côtés opposés d'un réducteur de débit ou orifice calibré. Les instruments de mesure du débit massique mesure le débit, non pas en déterminant directement la différence de pression de part et d'autre d'un réducteur de section, mais en mesurant le débit réel d'une petite fraction du fluide Ces applications exigent que le débit du 15 fluide soit divisé en deux ou plus de deux conduits avec maintien d'un rapport exact entre les débits individuels des divers conduits La détection du débit massique constitue un moyen de mesure du débit en poids d'un gaz Régler le débit massique revient au même que régler le débit ex20 primé en molécules puisque dans les mêmes conditions, des volumes égaux de gaz parfaits contiennent le même nombre de molécules Au contraire, pour donner un débit moléculaire, la mesure et le réglage des débits volumétriques doivent faire l'objet de corrections relatives aux conditions 25 locales de température et de pression. Dans un débitmètre de masse typique, on dévie un très petit pourcentage du courant ou débit dans une section de mesure ou une section de capteur Ce pourcentage doit être très petit, de 1/40 000 et la section de mesu30 re est typiquement un conduit tubulaire très mince qui est de longueur beaucoup plus grande que son diamètre de manière à ce qu'il règne un écoulement laminaire dans toute l'étendue du conduit Lorsqu'un fluide circule en écoulement laminaire, le débit est directement proportionnel à la per35 te de charge et inversement proportionnel à la viscosité. Au contraire, dans un écoulement turbulent, le débit est proportionnel à la racine carrée de la perte de charge et 2 2551545 il est largement indépendant de la viscosité Lorsqu'on étudie un instrument de mesure des débits massiques, il est donc important d'établir des conditions qui garantissent un écoulement laminaire dans chacun des conduits. L'ensemble de dérivation ou conduit de fluide principal divise le courant gazeux d'une façon précise, en faisant passer un échantillon du gaz à travers le capteur et en laissant le reste du gaz traverser l'instrument en écoulement laminaire L'ensemble de dérivation comprend 10 d'une façon générale plusieurs passages de fluide étroitement espaces, chaque passage ayant un diamètre effectif suffisamment petit pour garantir un écoulement laminaire du fluide Par exemple, plusieurs disques filtrants à mailles fines sont empilés les uns sur les autres pour obtenir 15 une perte de pression désirée en définissant plusieurs conduits continus de forme allongée délimités par la matière filtrante En variante, on enroule la matière filtrante en spirale autour d'un mandrin et on le fixe dans sa forme enroulée pour former des conduits entre les couches héli20 coidales On peut également obtenir un écoulement laminaire en utilisant comme réducteurs de débit un ou plusieurs disque(s) juxtaposé(s) dont chacun présente des conduits formés depuis sa périphérie jusqu'à une ouverture qui fait communiquer les côtés opposés du disque Le fluide est ame25 né à la périphérie du disque et guidé par les conduits jusqu'à l'ouverture, en formant ainsi un conduit de forme allongée ayant un rapport longueur/diamètre suffisamment grand pour garantir un écoulement laminaire du fluide. Les instruments de mesure du débit massique me30 surent et réglent de façon précise et fiable les débits de gaz inférieurs à 5 centimètres cubes par minute ( cm 3/mn) à environ 500 litres par minute ( 1/mn), dans les conditions normales de température et de presion sans nécessiter de correction de pression ou de température La section de mesure du débit ou de l'ensemble capteur peut comprendre un tube ou conduit sur lequel sont enroulés extérieurement deux thermomètres à résistance chauffée pour mesurer le dé- 3 2551545 bit de gaz Par exemple, dans un instrument particulier de mesure du débit massique, un circuit pont capte la différence de pression et développe un signal de sortie linéaire de O à environ 5 volts (tension continue), propor5 tionnel au débit de gaz sur l'intervalle d'étalonnage. Dans un appareil de réglage du débit massique, le signal est comparé à une tension étalon fournie par un potentiomètre ou une source de tension Cette comparaison engendre un signal d'erreur qui modifie l'ouverture du robinet ou 10 autre appareil obturateur, en modifiant le débit jusqu'à ce qu'on ait atteint un point établi Un circuit de réaction assure une compensation dynamique pour obtenir une stabilité et une réponse optimales Pour maintenir un étalonnage optimal de l'instrument de mesure du débit massi15 que, on doit maintenir le débit traversant dans le conduit capteur dans le domaine des écoulements laminaires, afin de conserver un signal de sortie linéaire sur toute la plage des débits, par exemple, de O à 5 volts dans le cas du capteur décrit plus haut. Les ensembles de dérivation décrits plus haut établissent un écoulement laminaire dans le conduit principal du fluide de l'instrument de mesure du débit massique et permettent d'obtenir une mesure et un réglage précis et fiables des débits massiques avec de tels instruments dans 25 certains intervalles Toutefois, étant donné que la sortie de l'ensemble capteur dépend du débit de fluide qui le traverse, et, par conséquent, de la perte de charge à travers le réducteur de débit de la dérivation, le rapport des débits, c'est-à-dire le rapport entre la quantité de fluide 30 qui passe dans la section de dérivation et celle qui passe dans la section de mesure ne peut être modifié qu'en remplaçant le réducteur de débit intercalé dans l'ensemble de dérivation de manière à permettre l'établissement d'un volume de fluide plus grand ou plus petit, avec une perte de char35 ge qui maintient le débit du capteur a une valeur optimale. C'est-à-dire que, lorsque l'instrument a été étalonné pour répondre à un intervalle donné de débit du capteur, on ne 4 2551545 peut pas faire varier considérablement le débit total tr%versant l'instrument en changeant la pression d'entrée du fluide, puisque les variations de la pression auront pour effet d'amener le débit du capteur en déhors des limites d'étalonnage, c'est-à-dire en dehors du domaine de l'écoulement laminaire du tube capteur. C'est pourquoi, dans le passé, on modifiait le rapport des débits en remplaçant des éléments interchangeables établissant un écoulement laminaire par d'autres 10 éléments possédant des dimensions de conduits ou de passages différentes, qui permettent d'établir un débit principal différent tout en conservant une perte de charge à peu près inchangée Toutefois, étant donné que ces éléments interchangeables exigent le démontage du réducteur de débit 15 de dérivation, il serait souhaitable de réaliser un ensemble de dérivation réglable à écoulement laminaire qui permette d'obtenir un réglage du rapport de débit par variation continue sans exiger de démontage du réducteur de débit de la dérivation ni de remplacer des conduits prédé20 terminés ménagés à travers ce réducteur. La présente invention se rapporteà un ensemble de dérivation que l'on peut régler par variation continue pour obtenir un large intervalle de débit volumiques tout en permettant de maintenir une perte de charge constante 25 à travers l'ensemble de dérivation pour assurer un débit constant et optimal dans le tube du capteur On obtient oe résultat en utilisant un réducteur de débit tronconique possédant une surface périphérique à peu près parallèle à la surface d'un alésage tronconique et capable de définir 30 entre les deux surfaces un conduit annulaire ayant une forme torique et possédant un rapport hauteur radiale/largeur approprié pour établir un écoulement laminaire, la partie tronconique pouvant être déplacée sélectivement dans l'alésage tronconique dans la direction axiale de ma35 nière à donner naissance à des sections en forme de tore qui possèdent des hauteurs variables On décrit plusieurs formes de réalisation différentes et a-parent 6 es dont cha- 2551545 cune apporte les avantages décrits L'ensemble de dérivation réglable à écoulement laminaire selon l'invention peut être combiné avec un conduit à écoulement laminaire de forme allongée qui sert de section de mesure pour cons5 tituer un débitmètre linéaire Un tel instrument comprend un corps ayant une entrée de fluide et une sortie de fluide, le corps définissant un conduit de fluide entre l'entrée et la sortie L'élément de réglage du débit est disposé dans ce conduit de fluide pour définir un conduit 10 annulaire qui possède des dimensions appropriées pour maintenir un écoulement laminaire, en parallèle avec le conduit de la section de mesure Des moyens sont prévus pour mesurer le débit du fluide dans le conduit de la section de mesure; ces moyens sont connus dans la technique 15 et ne font pas partie de la présente invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention aparaitront au cours de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexes, donnés uniquement à titre d'exemple, et sur lesquels: la Fig 1 est une représentation schématique des conduits d'écoulement du fluide formés dans un diviseur de débit la Fig 2 est une représentation schématique en coupe partielle de parties d'un débitmètre comportant 25 une forme de réalisation de la dérivation à débit réglable; la Fig 3 est une représentation schématique en coupe d'une partie d'une deuxième forme de réalisation de la dérivation à débit réglable; la Fig 4 est une représentation schématique en coupe d'une partie d'une troisième forme de réalisation de la dérivation à débit réglable; la Fig 5 est une vue en bout d'une variante du réducteur de débit tronconique selon l'invention; et la Fig 6 est une vue en coupe du réducteur de débit de la Fig 5. Conformément aux figures, on décrit dans le pré- 6 2551545 sent mémoire des détails de plusieurs formes illustratives de réalisation de l'invention Toutefois, il va de soi que ces formes de réalisation ne constituent que des exemples de l'invention, laquelle peut revêtir des formes différentes de celles des exemples de réalisation particuliers décrits Par exemple, alors que l'ensemble de dérivation est décrit dans son application en regard à des instruments de mesure du débit massique, le débitmètre selon la présente invention peut également être utilisé 10 éventuellement avec des instruments de mesure du débit volumique Les détails de la structure et du fonctionnement ne doivent pas être interprétés nécessairement comme limitatifs mais ils doivent être considérés comme une base pour les revendications. Sur la Fig 1, les conduits de fluide A et B constituent le passage d'écoulement à travers un débitmètre, de l'entrée Pl à la sortie P 2 La ligne désignée par CONDUIT A représente l'écoulement du fluide dans la section de mesure du débitmètre et la ligne désignée par CON20 DUIT B représente l'écoulement du fluide aboutissant à la section de dérivation du débitmètre Dans les conditions optimales, la perte de charge devrait être la même dans les deux conduits. Dans les formes particulières de réalisation représentées ici, le CONDUIT A désigne le courant passant dans le capteur et il est constitué par un tube possédant un allongement suffisant pour garantir un écoulement linéaire Le CONDUIT B comprend l'ensemble de l'écoulement de dérivation tronconique réglable qui est proportionné de manière à garantir un écoulement linéaire comme décrit dans la suite. On se reportera maintenant aux Fig 2 et 3 qui représentent un débitmètre 10 comprenant une dérivation réglable à écoulement laminaire selon l'invention Le dé35 bitmètre comprend un corps 12, alésé et contre-alésé de manière à définir un passage 14 d'une façon qui sera décrite plus complètement ci-après Le passage 14 se termine par des orifices d'entrée et de sortie 16 et 18 respectivement, pour le passage du courant de fluide à mesurer. Une partie amont 20 du passage 14 est représentée sous une-forme qui présente un filetage intérieur 22 adapté pour recevoir un raccord 24 fileté extérieurement de manière à permettre de raccorder le passage 14 à une source de fluide non représentée La partie amont 20 présente un épaulement 26 qui reçoit un filtre 28 à mailles fines retenu par serrage par le raccord 24 et qui protège l'appa10 reil de la pénétration de particules d'impuretés Comme on l'a représenté sur la Fig 4, l'orifice de sortie 18 présente un filetage intérieur 30 qui reçoit un filetage extérieur correspondant non représenté, d'un raccord 32 qui permet de raccorder le passage 14 à son extrémité 15 aval. Sur chacune des Fig 2, 3 et 4, on a représenté, en amont de l'orifice de sortie 18, une partie intermédiaire 34 du passage 14 qui peut être adaptée pour recevoir un ensemble formant obturateur de réglage du débit, 20 non représenté, qui est normalement en position ouverte pendant le fonctionnement du débitmètre L'obturateur de réglage du débit et son fonctionnement sont bien connus dans la technique et ne font donc pas partie de l'invention Un obturateur de réglage du débit particulièrement 25 avantageux qui peut être utilisé dans la partie intermédiaire 34 est décrit dans le brevet des E U A n 3 650 505. Des prises amont et aval ménagées dans le corps 12, réalisées sous la forme de perçage, 36 et 38 respecti30 vement, sont prévues pour le montage des embouts de fixation respectifs 40 et 42 d'un tube de mesure ou tube capteur 44 Les embouts 40 et 42 sont des éléments tubulaires dans lesquels les extrémités du tube capteur 44 sont fixées à joint étanche de manière à ce que le fluide qui pé35 nètre dans l'extrémité 40 passe entièrement dans le tube capteur 44 et sorte par l'extrémité 42 Le tube de la section de mesure est très fin et allongé et, dans cette for- 8 2551545 me de réalisation donnée à titre d'exemple, le tube 44 possède un diamètre intérieur de 0,254 mm et une longueur de 63,5 mm Des éléments thermiques 46 et 48 détectent le débit massique d'un fluide qui passe par le tube 44 Le procédé par lequel ce résultat est obtenu est connu dans la technique et il n'est pas nécessaire de le décrire de façon plus complète bien qu'on puisse citer comme dispositif de mesure du débit de fluide avantageux dans ce cas celui décrit dans le brevet des E U A n 3 939 384. 10 Les circuits électroniques du débitmètre sont assemblés dans un deuxième corps 10 de la façon connue dans la technique et ils ne font pas en soi partie de l'invention. On décrira maintenant en se reportant à la Fig. 2 une première forme de réalisation de l'ensemble de déri15 vation réglable à écoulement laminaire Un épaulement 52 du corps 12 fait saillie dans le passage 14, en se prolongeant au-delà de l'axe 54 de ce passage, en laissant subsister un passage 56 qui fait communiquer la partie intermédiaire 34 avec la partie de courant principal 58 du pas20 sage 14, ladite partie de courant principal 58 étant limitée par une surface périphérique ou un alésage tronconique 60 formé dans le corps 12 La pente de l'alésage 60 n'est pas critique pour l'invention et elle est limitée seulement par la valeur de la turbulence qui peut être induite 25 par la transition entre une surface de conicité excessive et des parties du passage 14 qui sont perpendiculaires à l'axe 54 ou par des facteurs tels que la finesse ou résolution du réglage ou d'autres considérations décrites dans le présent mémoire Dans les formes de réalisation qui sont décrites ici, on indique à titre d'exemple une pente de 3 O. On voit que l'épaulement 52 présente un alésage 62 fileté intérieurement qui reçoit une partie 64 filetée extérieurement d'une broche 66 qui est disposée sur l'axe 35 central 54 du passage 14 On voit que la broche 66 comprend une partie intermédiaire renflée 68 et se termine par une partie amont 70 filetée extérieurement qui se prolonge au-delà. 9 2551545 Sur la Fig 2, on voit également que la broche 66 supporte un réducteur de débit tronconique 72 à l'intérieur du passage 14, le réducteur de débit 72 présentant une surface périphérique à peu près parallèle à la surfa5 ce de l'alésage tronconique 60 Le réducteur de débit 72 est supporté par la partie renflée 68 de la broche 66, avec interposition de bagues toriques 76 et 78 disposées respectivement dans des gorges 80 et 82 de la broche 66. Le réducteur de débit 72 comprend une partie 84 formant moyeu qui, à son tour, présente un perçage 86 fileté intérieurement et adapté pour se visser avec une forme complémentaire sur la partie amont 70 filetée extérieurement de la broche 66. La broche 66 peut être mise en place dans le corps 12 avec le réducteur de débit 72 déjà monté ou encore, on peut tout d'abord mettre la broche 66 en place dans le corps 12 et la fixer séparément puis emmancher ensuite le réducteur de débit 72 sur cette broche, selon le cas. Dans chaque cas, on enfile la partie filetée 64 de la bro20 che 66 dans le perçage 62 et on la serre, en agissant au moyen d'une fente 88 formée dans la partie 70 jusqu'à ce qu'une extrémité aval 90 de la partie renflée 68 bute contre l'épaulement 52 Une rondelle de blocage 92 peut être interposée entre cette partie renflée et l'épaulement pour 25 mieux bloquer la broche 66 On voit que le réducteur de débit 72 comprend, dans la face amont du moyeu 84, des empreintes 94 adaptées pour recevoir une clé de serrage, non re Drésentée, ou encore d'autres moyens qui permettent de régler l'écartement entre la surface périphérique 74 et l'alésage 60, ainsi qu'on le décrira en détail dans la suite en regard de la Fig 3. Dans la description de la Fig 3, étant donné que certains détails de base de cette description sont identiques à ceux de la description de la Fig 2, on utili35 sera les numéros de référence de la Fig 2 pour désigner des éléments analogues de la Fig 3. Sur la Fig 3, on voit que le réducteur de dé- bit 72 est supporté par une broche 95 filetée extérieurement comprenant une partie aval cannelée 96 qui est fixée dans un perçage 98 ménagé dans l'épaulement 52 et monté sur l'axe, par ajustement à serrage entre cette partie et ce perçage Le réducteur de débit 72 présente un perçage axial 100 qui se visse avec des formes complémentaires sur la broche 95 filetée extérieurement pour permettre de faire tourner le réducteur de débit 72 autour de cette broche, en faisant avancer et reculer le réducteur de débit 72 en 10 conséquence par rapport au corps 12 Cette rotation peut être commande en engageant un outil approprié dans l'encoche 102 du réducteur de débit 72 Il va de soi que ces mouvements d'avance et de recul peuvent amener le réducteur de débit 72 à des positions indiquées par les lignes inter15 rompues 104 et 106 respectivement, en entraînant une modification de la hauteur de la fente annulaire 108 formée entre la surface périphérique 74 et l'alésage 60 Lorsque le réducteur de débit 72 se déplace axialement de la façon décrite, il est bloqué par un ressort hélicoidal 110 qui bu20 te contre l'épaulement 52. En ce qui concerne la fente 108 et les autres fentes ou intervalles décrits dans le présent mémoire, le caractère de l'écoulement circulant dans le conduit annulaire du débitmètre (caractère représenté par le nombre de 25 Reynolds) est décrit ci-après comme étant fonction du cube de la hauteur de la fente La surface périphérique du réducteur de débit et la surface de l'alésage tronconique doivent donc être aussi concentriques que possible pendant la rotation du réducteur de débit afin de garantir l'éta30 blissement d'un écoulement laminaire dans la section annulaire sur toute la plage de réglage. On décrira maintenant en regard de la Fig 4 une variante de réalisation dans laquelle les éléments identiques à ceux décrits en regard des Fig 2 et 3 sont 35 désignés par des numéros de référence analogues. Dans ce cas, on voit que le corps 12 présente un alésage 120 à peu près cylindrique qui communique avec la partie intermédiaire 34 par un passage 122 On peut vor que la partie intermédiaire 34 communique à son tour avec un passage 123 qui mène à l'orifice de sortie 18 On voit également que le corps 12 présente des prises amont et aval 36 et 38 respectivement qui débouchent dans l'alésage 120. On voit qu'un manchon 124 est logé dans l'alésage 120 et retenu dans cet alésage par des filetages extérieurs 126 prévus à son extrémité amont 128, les fileta10 ges 126 se vissant de façon complémentaire dans des filetages intérieurs 22 du corps 12 On fait tourner le manchon 124 autour de son axe lorsqu'on le met en place et lorsqu'on visse les filetages 22 et 126 au moyen d'une clé de serrage, non représentée, ou d'un autre dispositif 15 analogue qui attaque les empreintes 130 ménagées dans l'extrémité amont 128. On voit que le manchon 124 définit un alésage i 32 présentant une partie tronconique 134 qui, dans cette forme de réalisation, se rétrécit vers une partie aval 136. 20 On voit qu'une broche 138 filetée extérieurement est posie tionnée axialement dans la fourrure 124 et fixée, par soudage ou autre moyen, à la partie terminale aval 140 de cette fourrure La broche 138 porte un filetage extérieur 142 adapté pour recevoir de façon complémentaire le filetage 25 intérieur 144 d'un réducteur de débit 146 On voit que le réducteur de débit 146 est de forme tronconique et présente une circonférence a peu près parallèle à celle de la partie tronconique 134 de l'alésage Lorsqu'on engage le réducteur de débit 146 dans la partie 134 de l'alésage et 30 que les filetages 142 et 144 sont en prise, on peut faire tourner le réducteur de débit 146 au moyen d'un outil approprié, non représenté, engagé dans une fente 148 pour pouvoir effectuer le réglage longitudinal du réducteur de débit 146 par rapport au manchon 124 afin de régler la hauteur de la fente annulaire 150 entre ces deux éléments. Le blocage de la rotation intempestive du réducteur de débit 146 est assuré par un ressort 152 disposé entre le ré- ducteur de débit 146 et la partie aval 140 du manchon 124. Dans la forme de réalisation représentée sur la Fig 4, le fluide arrivant par l'orifice d'entrée 16 passe dans la fente 150 entre le réducteur de débit 146 et la partie tronconique 134 de l'alésage, à travers la partie aval 136 de l'alésage puis à travers des passages cylindriques 154, vers la partie intermédiaire 34 Le fluide progresse alors à travers le passage 123 pour atteindre l'orifice de sortie 18 A cet égard, l'écoulement 10 dans la fente 150 est laminaire et il est mesuré par des capteurs, qui seront décrits ci-après en regard de la Fig. 2, et qui communiquent avec les prises 36 et 38 Les surfaces en prise constituées par les filetages 22 et 126 empêchent le fluide de passer entre le manchon 124 et le corps 12 En outre, des rondelles d'étanchéité, non représentées, peuvent être prévues entre l'extrémité amont 128 et le corps 12 si nécessaire On voit que la prise 36 communique avec le courant de fluide passant dans la fente , par un passage 155 ménagé dans le manchon 124 De mê20 me, la prise aval 38 communique avec la fente 150 à travers un passage 156 L'écoulement indésirable entre les passages 155 et 156, c'est-à-dire entre le manchon 124 et le corps 12, est arrêté par une bague torique 158 et, de même, l'écoulement en aval du passage 156 est arrêté par 25 une bague torique 160 Ces bagues toriques sont respectivement logées dans des gorges 162 et 164 ménagées sur la surface du manchon 124. En se reportant à nouveau aux Fig 5 et 6, on décrira une variante de réalisation d'un réducteur de dé30 bit 170 Le réducteur de débit 170 peut être utilisé dans n'importe laquelle des formes de réalisation qui ont été décrites jusqu'à présente, ou dans n'importe quelle autre application dans laquelle on désire faire passer un volume de gaz beaucoup plus grand dans un conduit de fluide 35 principal, c'est-à-dire un conduit dans lequel le débit du fluide exige une fente qui excède la hauteur nécessaire pour maintenir un écoulement laminaire Sur la Fig 6, on voit que le réducteur de débit 170 possède une forme tronconique qui, dans une application donnée quelconque, possède une paroi circonférentielle 172 à peu près parallèle aux alésages tronconiques déjà décrits et qui présen5 te un perçage fileté 174 adapté pour recevoir une broche comme on l'a décrit plus haut Pour permettre de faire passer un débit massique supplémentaire, on voit que le réducteur de débit 170 comprend une partie centrale cylindrique 176, une partie tubulaire intermédiaire 178 et une 10 partie tubulaire extérieure 180, ces-différentes parties du réducteur étant assemblées par des soudures 182 et étant disposées de manière à former des fentes annulaires 184 et 186 qui possèdent une hauteur radiale appropriée pour garantir un écoulement laminaire dans ces passages. Bien que l'on puisse former d'autres conduits à écoulement laminaire dans le réducteur de débit 170, par exemple plusieurs conduits percés longitudinalement à travers ce réducteur, les conduits annulaires concentriques représentés sur les Fig 5 et 6 se sont révélés donner des débits plus 20 élevés et un meilleur écoulement laminaire que de telles conduites tubulaires Ainsi qu'on l'a décrit plus haut en regard des Fig 1 et 2, le réducteur de débit 170 présente une fente 188 destinée à permettre de mettre en place et de régler le réducteur de débit 170 dans le corps 12 au 25 moyen d'un outil approprié. On décrira maintenant le maintien et le réglage de l'écoulement laminaire à propos de chacun des ensembles de dérivation réglables à écoulement laminaire qui ont été décrits plus haut L'écoulement dans un conduit peut être 30 caractérisé par un coefficient sans dimension connu sous la désignation de nombre de Reynolds, o: ( 1) R = 4 m ?Vm/p of est le poids spécifique du fluide, Vm est la vitesse moyenne dans le conduit, p est la viscosité du fluide et m 35 est le rayon hydraulique défini par l'aire de section du conduit A divisée par le périmètre du conduit (L) Le diamètre effectif du conduit peut être considéré égal à 4 m. Le nombre de Reynolds exprime le rapport entre les forces d'inertie et les forces de viscosité dans le fluide Aux faibles valeurs de R, l'écoulement est laminaire tandis qu'aux grandes valeurs de R, les forces d'inertie prédomi5 nent et l'écoulement tend à être turbulent Le régime transitoire se produit à des valeurs du nombre de Reynolds comprises entre environ 1 600 et environ 2 800, c'est-àdire qu'un nombre de Reynolds de moins de 1 600 peut être considéré comme garantissant la formation d'un écoulement 10 laminaire Pour une structure particulière quelconque, on peut déterminer le nombre de Reynolds du régime transitoire en notant la vitesse moyenne à laquelle un fluide de poids spécifique et de viscosité connus s'écoule enécoulement turbulent et en introduisant cette information dans 15 la formule définie plus haut Chacune des formes de réalisation décrites illustre une structure particulière permettant d'établir un écoulement laminaire dans la section de dérivation, le conduit B, en combinaison avec un écoulement laminaire dans la section de mesure, le conduit A. 20 Dans chacune des formes de réalisation, le fluide à mesurer est gazeux mais la structure et les principes sont également applicables aux liquides. Une autre équation connue pour un écoulement laminaire stable est la suivante: 25 ( 2) dp V 1 p Vm 2 _ __ dl m 2 o V est un coefficient de résistance sans dimension qui, sur la plage de l'écoulement laminaire peut être donné 30 par l'équation: ( 3) V = C/R o C est une constante En combinant les équations 1 à 3, on obtient une équation qui exprime la linéarité du gradient de pression dans le courant volumétrique circulant 35 dans le conduit: ( 4) dp CL 2 p Vm = K/p Vm di 8 A 2 On peut montrer par les équations précédentes que le nombre de Reynolds pour le tube capteur contenu dans le conduit A est ( 5) Rt = 4 K 2 L j d o d est le diamètre du tube et C est le débit massique en centimètre cubes par minute (cm 3/mn) dans les CNTP et ( 6) K'11 d 4 d C= dp 41 L Pour une section annulaire mince, de rayon moyen égal à W et d'une hauteur de fente égale à t, o w est beaucoup plus grand que t, le nombre de Reynolds est donné oar: ( 7) R = 2 K tu a 2 w+C et ( 8) Ua= K 1 t 3 W dp 12 L Dans les formes de réalisation représentées, le tube ca Pteur ou tube de mesure possédait une longueur (L) de 63,5 mm, un diamètre (d) de 0,254 mr et il conserve un calibrage optimal à un débit massique de 2 cm 3/mn dans les CNTP et si l'on applique l'équation ( 6) on obtient 25 ( 9) K 1 = 205 x 108/dp En introduisant cette valeur de K 1 dans l'équation ( 6), on obtient ( 10) C = 5 x 108 d 4/L En conséquence, pour un anneau ayant le même 30 dp, en appliquant l'équation ( 8), on obtient ( 11) pu= 205 x 108 x t 3 W 17 x 108 t 3 w 12 L L A partir de données empiriques concernant le tube capteur décrit, pour un Rt de 28,7 à un C de 5 cm 3/mn 35 dans les CNTP et en appliquant l'équation ( 5) on a calculé que K 2 valait 4,5 x 10-2 En introduisant ce K 2 dans l'équation ( 5), on obtient ( 12) Rt = 6 x 10-2 Cú/d, et en introduisant la valeur de K 2 dans L'équation ( 7) on obtient ( 13) Ra = 9 x 10-2 Cv/W + t o la hauteur t est suffisamment petite pour permettre de simplifier en ( 14) Ra = 9 x 10-2 Ai /W pour ainsi accroître le débit massique () sans accroître le nombre de Reynolds (R) si l'on n'a pas augmenté proportionnellement la circonférence moyenne de l'anneau (W). Les dimensions à adopter pour les ensembles de dérivation réglables à écoulement laminaire qui ont été décrits peuvent être déterminées empiriquement Par exemple, dans le réducteur de débit de dérivation décrit sur la Fig 3, le réducteur de débit tronconique ( 72) possède un diamètre minimum (D) de 10,5664 mm et la fente 108 entre le réducteur de débit et l'alésage 160 possède une longueur (L) de 12,7 mm entre les prises 36 et 38 du capteur La fente 108 possède donc une circonférence ou largeur (W) égale à 1 r( 10,5664) = 33,1953 mm Pour un débit massique de 20 x 10 cm 3/mn, dans les CNTP l'équation ( 11) donne un t de 0,4191 mm En introduisant cette donnée dans l'équation ( 7) on obtient un nombre de Reynolds (R) maximum de 1354 Etant donné que ce R est inférieur au nombre de Reynolds du régime transitoire de 1 600, l'ensemble de dérivation de la Fig 3 donnera un écoulement laminaire. Il est préférable que les prises 36 et 38 soient positionnées dans la fente entre le réducteur de débit et l'alésage tronconique de l'ensemble de dérivation. Il a été déterminé empiriquement qu'il se forme un écoulement laminaire dans un conduit annulaire de dimensions 35 appropriées telles qu'on l'a décrit plus haut à une distance d'environ 20 fois la largeur (t) de la fente en aval du début du conduit annulaire L'écoulement reste laminaire au moins jusqu'à un point très proche de l'extrémité aval du conduit On observera donc que, si les prises 36 et 38 sont toutes deux disposées dans la région d'écoulement réellement laminaire, la perte de charge en5 tre les prises sera proportionnelle au débit s'écoulant dans l'ensemble de dérivation Toutefois, dans certaines applications, les prises peuvent être placées à l'extérieur de la région d'écoulement laminaire, c'est-à- dire en amont et en aval du réducteur de débit dans la partie 10 de dérivation, selon le besoin Etant donné que la non linéarité de sortie est un petit coefficient comparé à la non linéarité d'entrée, il est également possible de placer la prise amont dans la région d'écoulement laminaire et la prise aval en dehors de la fente à écoulement lami15 naire tout en conservant une linéarité raisonnable pour certaines applications Que les prises 36 et 38 soient placées dans la fente ou à l'extérieur de celle-ci, on doit noter l'avance et le recul du réducteur de débit pour pouvoir maintenir l'écoulement désiré, laminaire ou non 20 linéaire, dans l'une quelconque de ses positions. En ce qui concerne les ensembles de dérivation décrits dans le présent mémoire, on remarquera qu'on utilise une fente à 3 pour l'alésage tronconique et pour le réducteur de débit Pour une fente de 3 et ne course longitudinale du réducteur de débit de 8,467 mm, la largeur maximale de la fente annulaire (tmax) de l'ensemble de dérivation réglable à écoulement laminaire de la Fig. 3 est de 8,467 sin O = 0,4423 mm En introduisant cette valeur, avec une largeur moyenne de fente (W) de 35,052 mm 30 et une longueur de fente de 12,7 mm dans l'équation ( 11), on obtient un débit massique maximum (ô) de 25 1/mn dans les C N T P A ce débit maximum, le réducteur de débit de dérivation réglable de la Fig 3 donne un nombre de Reynolds d'environ 1 600 qui se trouve dans les limites 35 désirées de l'écoulement laminaire. L'ensemble de la Fig 3 a été expérimenté pour déterminer ses performances sur un large intervalle de ré- glage du réducteur de débit La broche 95 et l'alésage 100 sont filetés, avec des filetages complémentaires de 22,047 filets au centimètre Comme on l'a décrit, la course du réducteur de débit 72 était de 8,467 mm, mesurée entre la 5 position d'enfoncement maximum jusqu'à la position de recul maximum vers l'amont Le réglage total utilisable comprend donc 18,6 tours, et la variation de la hauteur de la fente (t) est égale à 0,0254 mi par tour Une résolution de réglage supposée de plus ou moins 10 permet donc 10 un réglage de la fente (t) de 0,7112 ym En appliquant l'équation ( 11), on voit que le rapport entre la hauteur (t) de la fente et le débit massique est donné par la formule ( 15) t 3 = 2,1 x 10-6 ú; L'ensemble de dérivation réglable à écoulement laminaire de la Fig 3 a été intercalé dans un débitmètre, comme décrit et on a mesuré le débit massique (cô) par rapport au recul du réducteur de débit, exprimé en nombre de tours à partir de la position d'enfoncement maximum. Les résultats de cette expérience sont représentés au tableau 1. TABLEAU 1 ( Indiqué Ajdans: o 10 cm 3/mn:100 cm 3/mn: 500 cm 3/mn 1 1/mn 10 1/mn 20 1/mn) ( les C N T P) :: à) ( ( 1) Nombre de: 1,40: 3 t O 00 6,44 13 72 173) (de 1 l'enfonce-::) (: :::::) (ment maximum:: 3 ( 2) Course () 0,635 1,3462: 2,2:6: 2,921 6,:23 7,874 3) t calculé (n) 0,033 0,0711 0,1194 * 0,1524 0,3251 J 0,4115 () 4) Résolution 7 3 % 2 % 1:5 7, 5 % ( calculée:: :) ) R: 0,65 65 32 6 65,2 652 1304 (: :: : *:) Or 7 * Ln Comme cela est montré par le nombre de Reynolds calculé, on voit que tous ces écoulements sont laminaires Selon l'invention, le débitmètre comportant la dérivation réglable à écoulement laminaire telle que celle décrite dans le présent exemple, a calibré avec précision des débits massiques allant de 10 cm 3/mn à 20 1/mn dans les C N T P. avec le même tube capteur, c'est-à-dire un tube de mesure ayant un diamètre de 0,254 mri et une longueur de 63,5 mm et le débit massique a été réglé par simple rotation du 10 réducteur de débit tronconique Le réglage visuel du réducteur de débit a donné un ajustement très précis. 21 2551545 REVENDICATIONS 1 Débitmètre caractérisé en ce qu'il comprend un corps ( 12) de forme allongée ayant une entrée de fluide ( 16), une sortie de fluide ( 18) et un alésage longitudinal ( 20) entre l'entrée et la sortie, une partie ( 60) de cet alésage ( 20) comprenant une paroi présentant une onigue longitudinale, cette partie de l'alésage renfermant un réducteur de débit ( 72, 146, 170) qui possède une périphérie à peu près parallèle à au moins une partie de la paroi coni10 que ( 60, 134) et étant capable de former un conduit annulaire entre cette périphérie et cette partie de la paroi, qui est capable de maintenir un écoulement laminaire dudit fluide, et ce réducteur ( 72, 146, 170) pouvant être ajusté en longueur pour modifier la largeur dudit conduit, et des moyens ( 36 à 48) permettant de mesurer le débit de l'écoulement du fluide. 2 Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi conique longitudinale ( 60, 134) est de forme tronconique et le réducteur de débit est un tronc 20 de cône ( 72, 146, 170) disposé dans la paroi tronconique. 3 Débitmètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens ( 36 à 48) servant à mesurer le débit de l'écoulement du fluide sont disposés de manière à mesurer le débit d'écoulement laminaire circulant dans le 25 conduit annulaire. 4 Débitmètre selon la revendication 3, caractérisé en ce que le courant de fluide est un courant gazeux. Débitmètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tronc de cône ( 72, 146, 170) est supporté 30 par une broche axiale filetée ( 66, 95, 138) disposée dans ledit corps ( 12) ledit tronc de cône ( 72, 146, 170) étant rotatif par rapport audit corps ( 12) pour pouvoir régler la largeur dudit conduit annulaire. 6 Débitmètre selon la revendication 5, caracté35 risé en ce que les moyens de mesure ( 36 à 48) comprennent un conduit ( 44) de forme allongée, qui est associé au conduit annulaire, et des moyens ( 36, 38, 40, 42, 155, 156) 22 2551545 qui font communiquer le conduit allongé ( 44) avec des points situés sur la longueur du conduit annulaire. 7 Débitmètre selon la revendication 6, caractérisé en ce que le courant de fluide est un courant gazeux. 5 8 Débitmètre caractérisé en ce qu'il comprend un corps ( 12) présentant une entrée de fluide ( 16) et une sortie de fluide ( 18) et qui définit un premier conduit de fluide entre cette entrée et cette sortie, ledit premier conduit de fluide comprenant un alésage tronconique ( 60, 134) qui définit une partie de ce conduit, un réducteur de débit ( 72, 146, 170) intercalé dans ledit premier conduit de fluide, ce réducteur comprenant un tronc de cône ( 72, 146, 170) ayant une surface périphérique à peu près parallèle à la surface périphérique de l'alésage tronconique; 15 ce tronc de cône étant capable de définir avec la partie tronconique ( 60, 134) un conduit à section annulaire qui donne naissance à un écoulement laminaire dans ce conduit et ce tronc de cône ( 72, 146, 170) pouvant être déplacé axialement et sélectivement dans l'alésage tronconique ( 60, 20 134) pour donner naissance à des conduits à section annulaire qui possèdent une hauteur radiale variable. 9 Débitmètre selon la revendication 8, caractérisé en ce que le courant de fluide est un courant gazeux. Débitmètre selon la revendication 8, carac25 térisé en ce qu'il comprend en outre un conduit allongé ( 44) définissant un deuxième conduit de fluide à écoulement laminaire, des moyens ( 46, 48) servant à mesurer le débit de l'écoulement dans le deuxième conduit de fluide et des moyens ( 36, 38, 40, 42) servant à raccorder le deuxième con30 duit de fluide au premier conduit de fluide. 11 Débitmètre selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de raccordement comprennent une prise ( 36, 38) à chacune des extrémités du conduit allongé ( 44), ces prises étant espacées axialement dans le conduit 35 à section annulaire qui donné l'écoulement laminaire. 12 Débitmètre selon la revendication 11, caractérisé en ce que le courant de fluide est un courant gazeux. 13 Débitmètre comprenant des moyens permettant de mesurer le débit d'un courant de fluide, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens qui définissent un premier conduit de fluide et qui comprennent une partie d'alésage tronconique ( 60, 134); un réducteur de débit ( 72, 146, 170) logé dans le premier conduit de fluide et comprenant un tronc de cône ( 72, 146, 170) qui possède des parois à peu près parallèles à l'alésage tronconique ( 60, 134), ce tronc de cône et cet alésage étant capables de définir entre eux 10 une fente annulaire qui forme un conduit capable de maintenir un écoulement laminaire axial dudit fluide, le tronc de cône ( 72, 146, 170) pouvant être réglé de manière à donner naissance à des sections annulaires de hauteur radiale variable; un conduit allongé ( 44) dans lequel s'écoule le 15 fluide, le conduit allongé ( 44) comprenant les moyens de mesure ( 46, 48) et définissant un deuxième conduit de fluide à écoulement laminaire; et des moyens ( 36, 38, 40, 42) servant à connecter le deuxième conduit de fluide en parallèle avec le premier conduit de fluide. 14 Débitmètre selon la revendication 13, caractérisé en ce que le courant de fluide est un courant gazeux. Débitmètre selon la revendication 14, caractérisé en ce que le tronc de cône ( 72, 146, 170) est supporté par une broche axiale filetée ( 66, 95, 138) et peut être 25 tourné par rapport à ladite broche et par rapport à l'alésage tronconique ( 60, 134) pour permettre de régler la fente annulaire par incréments. 16 Débitmètre selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens de raccordement ( 36, 38, 40, 42) 30 permettent de raccorder le deuxième conduit de fluide en parallèle avec le premier conduit de fluide à l'intérieur dudit conduit. 17 Débitmètre selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens de raccordement ( 36, 38, 40, 42) 35 comprennent une prise ( 36, 38) à chacune des extrémités du conduit allongé ( 44), lesdites prises étant espacées axialement dans la fente annulaire.