Brevet FR2564968A1 — publié le 19851129

La présente invention concerne des dispositifs de mesure du débit des fluides et en particulier un dispositif du type qui comporte un tube évasé de circulation dans lequel est placé un flotteur. On connaît déjà, d'après la demande publiée de brevet britannique no 2 111 196A, un rotamètre qui a un tube de verre ayant un trou évasé dans lequel un fluide, dont le débit doit être mesuré, peut circular. Un flotteur est disposé dans le tube et il a une configuration telle que sa position dans le trou dépend du débit du fluide dans le tube. Un rayonnement est dirigé transversalement au trajet de déplacement du flotteur dans le tube, vers une bande évasée d'un film photoconducteur formé à la surface du tube de verre placée derrière le flotteur. La résistance électrique du film varie en fonction de la position de l'ombre portée, dépendant de la position du flotteur dans le trou du tube de verre. Le brevet britannique n 807 494 décrit un dispositif de détection du moment o le débit d'un fluide dans une tuyau- terie est tombé au-dessous d'une valeur prédéterminée. Le dis- positif comporte un tube vertical évasé destiné à la circula- tion du fluide. Un flotteur peut se déplacer librement le long du tube. Une cellule photoélectrique est placée à l'extrémité inférieure du tube ou près de cette extrémité afin que la lu- mière ambiante ou autre pénétrant dans le tube par les côtés soit réfléchie par la moitié inférieure du flotteur, vers la cellule photoélectrique. Lorsque le débit de fluide dans le tube diminue, le flotteur descend et, à un point prédéterminé de coupure, la lumière n'est plus réfléchie par le flotteur en quantité suffisante pour que la cellule photoélectrique soit déclenchée, et une alarme est manoeuvrée. Un appareillage médical, par exemple des machines d'anesthésie, nécessite souvent la mesure simultanée du débit d'au moins deux fluides et habituellement, l'opération est réalisée à l'aide d'une série de débitmètres ou de rotamètres placés côte à côte. Les rotamètres et dispositifs détecteurs du type décrit dans la demande précitée de brevet britannique n 2 111 196A et dans le brevet britannique n 807 494, dans lesquels de l'énergie est transmise transversalement au trajet de déplacement du flotteur,augmentent la largeur globale de la série ou empêchent l'observation du flotteur et du tube. L'invention concerne un dispositif de mesure du débit d'un fluide qui détecte de l'énergie émise axialement le long du tube, ne présentant donc pas les inconvénients des débit- mètres connus indiqués précédemment. Selon l'invention, un rotamètre comporte un tube ayant un trou évasé destiné au passage du fluide, un flotteur qui peut se déplacer librement le long du tube, une source d'un rayonnement électromagnétique et un capteur de détection du rayonnement émis par la source suivant l'axe du tube, la dis- position étant telle que, pour un débit donné de fluide dans le tube, le flotteur prend une position correspondante dans le trou du tube et détermine ainsi la quantité d'énergie électro- magnétique provenant de la source et atteignant le capteur. La source est de préférence placée à une première extrémité du tube alors que le capteur est placé à l'extrémité opposée du tube, l'espace annulaire compris entre le flotteur et la surface interne du tube déterminant la quantité d'énergie électromagnétique atteignant le capteur à partir de la source. Dans une variante, la source et le capteur sont pla- cés à la même extrémité du tube et une partie au moins de la surface externe du flotteur peut réfléchir le rayonnement élec- tromagnétique émis par la source afin qu'il soit renvoyé vers le capteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma d'un rotamètre selon l'in- vention; et la figure 2 est un schéma d'une variante de rotamètre selon l'invention. La figure 1 représente un rotamètre 1 qui comporte un tube allongé 2 de circulation ayant un trou évasé qui débouche aux deux extrémités et qui est destiné à la circulation d'un 3 264 968 fluide dont la vitesse doit être mesurée. Un flotteur sphéri- que 3 est placé dans le tube 2 et il est mobile librement le long du tube. A une première extrémité du tube 2 {l'extrémité in- férieure dans le mode de réalisation représenté), un ensemble émetteur 4 est disposé et comporte un boîtier 6 contenant, dans un compartiment 7, une source 8 d'un rayonnement électromagné- tique. Le compartiment 7 a une fenêtre iD qui permet à l'éner- gie électromagnétique de la source 8 de passer axialement le long de l'intérieur du tube 2. Le boîtier 6 est fermé par un couvercle 12 et comprend une entrée 14 destinéeà la circulation du fluide. Des butées 16 destinées au flotteur sont montées dans le bottier 6 et sont disposées comme représenté au-dessus de l'extrémité inférieure du tube 2. Un joint 18 permet le montage de l'ensemble émetteur 4 autour de l'extrémité inférieure du tube 2 d'une manière hermétique. A l'extrémité opposée du tube 2 {l'extremite supérieure représentée), un ensemble détecteur 22 est dispose et comporte un boitieur 26 contenant, dans un compartiment 27, un capteur 28 destiné à détecter le rayonnement électromagnétique émis par la source 8 suivant l'axe du tube 2. Dans le mode de réalisation considéré,e la source 8 est une source à diode photoémissive infrarouge et le capteur 28 est une photodiode de grande surface. Le compartiment 27 contient aussi un filtre infrarouge 29 et une fenêtre 30. Le boitier 26 est fermé par un couvercle 32 et il a une sortie 34 permettant au fluide de sortir du bot- tier. Des butées 36 destinées au flotteur sont montées dans le boîtier 26 et sont disposées comme représente à l'extrémité supérieure du tube 2. Un joint 38 permet à l'ensemble détecteur 24 d'être monté autour de l'extrû. éiité supérieure du tube 2 d'une manière hermétique. Les faces 37 d'extrémité du tube 2 de circulation sont de préférence noircies afin que le rayonnement électromagnétique provenant de la source 8 ne puisse pas traverser la paroi du tube de circulation. Un filtre 40 représenté en partie en trait interrompu, 64968 entoure le tube afin qu'il protège celui-ci du rayonnement ambiant. Il faut noter que les filtres 29, 40 peuvent être supprimés lorsque le capteur utilisé n'est pas sensible a la lumière ambiante à sa fréquence de fonctionnement. Un circuit de traitement électronique qui peut com- prendre des amplificateurs, des circuits de linéarisation, des convertisseurs analogiques-numériques, et analogues, est dis- posé près du tube 2 et il est relié électriquement à la source 8 et au capteur 28. Ce circuit peut contenir des éléments électroniques destinés à la mise en oeuvre d'une technique d'émission-détection par impulsions ou par découpage. Lors du fonctionnement, le fluide dont le débit doit être mesuré pénètre dans le bottier 6 par l'entrée 14 et remonte dans le tube 2 dans le bottier 26 puis sort du dispositif 1 par la sortie 34. Lorsque le débit dans le tube 2 varie, le flotteur 3 monte ou descend dans le tube. Lorsque le flotteur 3 remonte, à la suite d'une augmentation du débit, l'espace annulaire délimité entre la surface externe du flotteur 3 et la surface interne du tube 2 augmente et permet ainsi à une plus grande partie de l'énergie électromagnétique de la source 8 d'atteindre le capteur 28. Celui-ci crée un signal correspon- dant à la quantité d'énergie qu'il détecte en provenance de la source 8, et ce signal est transmis au circuit électronique qui donne une lecture indiquant le débit de fluide dans le tube 2. En conséquence, comme le tube 2 est évasé, lorsque le flotteur se déplace le long du tube à la suite des variations de débit, la section de l'anneau délimité entre le flotteur 3 et le tube 2 varie si bien que le signal créé par le capteur 28 varie. On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente une variante dans laquelle un condenseur 42 peut être placé dans le compartiment 7, entre la source 8 et la fenêtre 10, afin qu'il dirige le rayonnement électromagnétique de la source 8 sous forme d'un faisceau le long du tube 2, ce faisceau diver- geant suivant un angle qui est pratiquement égal à l'angle de g49'8 divergence du tube évasé 2. Un avantage particulier des modes de réalisation décrits précédemment est que le niveau d'énergie détecté par le capLcur 28 est détermné par l'espace annulaire délimité entre le flotteur 3 et la surface.interne du tube 2 et est dci une mesure directe du désbit de fluide. Si l'intérieur du tube 2 se salit ou est partiellement bouché, il est manifeste que les rotamètres décrits dans les modes de réalisation précédents donnent un signal meilleur que ceux qui ne mettent en oeuvre que la relation existant entre le débit et la hauteur du flot- teur 3 dans le tube 2 Bien que l'ense;ble émetteur 4 et l'ensemble détec- teur 24 soient placés à des extrémités opposées du tube 2 dans les modes de réalisation décrits précédemment, ils peuvent tous deux être placés à la même extrémité du tube 2, dans un autre mode de réalisation, l'ensemble détecteur recevant la lumière réfléchie par une surface réfléchissante du flotteur 3. Lorsque le flotteur 3 s'élève à '.a suite d'une augmentation du débit de fluide circulant dans le tube 2, l'énergie renvoyée varie suivant l'inverse du carré de la distance parcourue, et cette variation apparaît sous forme d'un changement du signal de sortie du capteur placé près de la source. Dans une variante, le capteur peut détecter la lu- mière réfléchie provenant d'un petit miroir placé près de l'ex- tramité opposée du tube. Les ensembles émetteur et détecteur peuvent aussi être placés aux deux extrémités du tube afin qu'ils mesurent toute combinaison de rayonnement transmis ou réfléchi. La configuration particulière des butées 16, 36 du flotteur représenté sur les figures 1 et 2 est telle qu'une partie du rayonnement électromagnétique provenant de la source 8 ne peut pas passer axialement le long du tube 2 et dans l'es- pace annulaire délimité entre la surface interne du tube et le flotteur 3. Des butées de flotteur, connues dans la technique, peuvent être utilisées de manière qu'elles comportent une butée centrale partiellement coaxiale au tube 2 de circulation, avec de minces flasques de fixation qui sont emmanchés à force aux extrémités du tube de circulation, afin que cette tendance pertubatrice des butées des flotteurs soit minimale. Les min- ces flasques ne présentent qu'une très faible résistance au passaye du rayonnement électromagnétique de la source 8 le long du tube 2. Bien qu'on se soit référé à une source émettant un rayonnement infrarouge, une source peut aussi émettre un rayon- nement blanc, monochromatique ou ultraviolet. De toute manière, les capteurs sont choisis afin qu'ils aient un fonctionnement actif, selon lequel une force électromotrice continue propor- tionnelle à la quantité d'énergie tombant sur les capteurs est formée, ou un fonctionnement passif, une propriété quelcon- que telle qu'une résistance ou une capacité, variant en fonc- tion de la lumière, la variation étant mesurée par un disposi- tif électronique convenable. REVENDICATIONS 1. Rotamètre comprenant un tube ayant un trou évasé dans lequel un fluide, dont le débit doit être mesuré, peut s'écouller, un flotteur librement mobile le long du tube afin que, pour un débit donné de fluide dans le tube, le flotteur prenne une position correspondante dans le trou du tube, et un capteur destiné à détecter un rayonnement électromagnétique, placé à une extrémité du tube ou près d'une telle extrémité, caractérisé en ce qu'il comprend une source {B) d'un rayonne- ment électromagnétique, placée à une extrémité du tube (2) ou à proximité d'une telle extrémité afin que la position du flot- teur (3) le long du tube (2) détermine la quantité du rayonne- ment électromagnétique émis par la source (8) suivant l'axe du tube (2) qui atteint le capteur (28). - 2. Rotamètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source (8) est placée à une première extrémité du tube (2) et le capteur (28) à l'autre extrémité du tube (2), l'espace annulaire délimité entre le flotteur (3) et la sur- face interne du tube (2) déterminant la quantité d'énergie électromagnétique provenant de la source {B) et atteignant le capteur (28). 3. Rotamètre selon la revendication!, caractérisé en ce que la source (8) et le capteur 128) sont placés à la même extrémité du tube (2), et une partie au moins de la sur- face externe du flotteur (3) peut réfléchir le rayonnement électromagnétique émis par la source {8) afin qu'il soit ren- voyé vers le capteur (28>. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que le capteur (23) crée un signal électrique correspondant à la quantité de rayonnement qu'il détecte, le signal étant traité électroniquement afin qu'il donne une lecture representative du débit de fluide dans le tube (2). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que la source {8) du rayonne- ment électromagnétique est une diode émettant de la lumière infrarouge et le capteur 28 est une photodiode. 8 2564968 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un condenseur (42) destiné à diriger le rayonnement électromagnôttque émis par la source (8) sous forme d'un faisceau formé dans le ttbe (2) et le long de celui-ci, l'angle de divergence du faisceau étant sensiblement égal à celui du tube évasé (2). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre (40) du rayonnement électromagnétique, entourant le tube (2). 8. Rotamêtre selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des buttes (16, 36) destinées à arrêter le flotteur, à chaque extrémité du tube évasé (2).