Brevet FR2569002A1 — publié le 19860214

- 1 _ Appareil à mesurer le débit d'un liquide. L'invention concerne un appareil à mesurer le débit d'un liquide. On peut déterminer le débit d'un liquide en mesurant le niveau du liquide du c8té d'amont d'un déversoir, à condition que la relation entre le niveau de liquide du c8té d'amont du déver- soir et le débit du liquide à travers le déversoir au niveau de liquide existant soient connus. L'invention concerne particulièrement la structure d'un débitmètre équipé d'un tel déversoir. Quand la pression est modifiée, un condensat s'évapore à nouveau mais le condensats'écoule à travers le déversoir sans évaporation parce que la même pres- sion règne dans l'espace situé après le déversoir. Donc, le débitmètre de l'invention est particulière- ment utile pour mesurer le condensat dans un système de tuyauterie à vapeur. L'invention propose un débitmètre à liquide dans lequel on utilise un déversoir dit proportionnel dans lequel le débit de liquide est proportionnel au niveau de liquide du c8té d'amont du déversoir. L'espace intérieur du bottier de ce débitmètre est divisé par une paroi verticale en un espace d'amont présentant une entrée formée dans sa partie supérieure et communiquant avec le système de mesure et un espace d'aval présentant un orifice d'évacuation de liquide formé dans sa partie inférieure, l'espace d'amont et l'espace d'aval communiquant entre eux au moyen d'un espace situé au-dessus de la paroi de sépara- tion; une valve à flotteur capable dtévacuer auto- m;tiquementle liquide et disposée à l'orifice d'éva- cuation de liquide, le niveau de liquide dans l'espace d'amont étant mesuré -avec un flotteuretc. Etant donné que le débit de liquide s'écoulant à travers un orifice est proportionnel à la racine carrée de la dis- tance de la surface du liquide à l'orifice, le déver- soir proportionnel est une fente allongée verticale- ment, diminuant de largeur vers le haut. 25690O2 -2 - L'exactitude de mesure de débit du déversoir pro- portionnel ci-dessus diminue quand le débit diminue parce que lterreur de mesure du niveau de liquide dans l'espace d'amont est causée par la turbulence de la surface du liquide et/ou la résistance entre les sur- faces en contact des éléments coulissants d'un méca- nisme servant à convertir le déplacement du flotteur en signal électrique correspondant, et ces facteurs causant l'erreur de mesure sont constants quel que soit le niveau de liquide et donc le dégré d'influence de ces facteurssur l'exactitude de mesure augmente quand le débit diminue. Un but de l'invention est de fournir un déver- soir dit à exactitude constante dans lequel le rapport de la variation du débit à la variation du niveau de liquide soit réduit quand le débit diminue, ce qui fait que lton peut mesurer le débit avec une exactitu- de constante quel que soit le niveau de liquide, en tenant compte du fait que l'erreur de mesure du niveau de liquide est pratiquement constante quel que soit le niveau de liquide. Les mesuresselon l'invention, prises pour résou- dre les problèmes techniques ci-dessus, comportent un trop-plein de configuration telle que le rapport de la variation du débit causée par une variation constante du niveau de liquide est constant quel que soit le niveau de liquide. On détermine la largeur du déversoir par les calculs numériques suivants: Premièrement, on spécifie des valeurs pour l'exac- titude de mesure de débit et le débit à un niveau de liquide correspondant au bas du déversoir. En outre, il est prévu un orifice qui assure le débit spécifié au niveau de liquide correspondant au bas du déversoir et une exactitude de mesure de débit ne dépassant pas la valeur spécifiée. En outre, en supposant que le déversoir soit formé de plusieurs orifices rectangulaires ayant chacun une hauteur minime -3- fixée, superposés entre eux, on détermine les largeurs respectives des orifices rectangulaires de façon telle que le rapport d'un incrément de débit donné par ltem- placement d'un orifice rectangulaire au débit total coïncide avec l'exactitude spécifiée de mesure de débit. Le fonctionnement des moyens techniques ci-dessus est le suivant. Le liquide s'écoule à travers lfentrée jusqu'à l'espace d'amont défini par la paroi de sépara- tion, puis s'écoule à travers l'orifice et le déversoir dans ltespace d'aval et ensuite, s'écoule vers l'exté- rieur par la sortie. Etant donné que la relation entre le niveau de liquide dans l'espace d'amont et le débit au déversoir est connue, on détermine le débit au déversoir sur la base du niveau de liquide mesuré. Le rapport de l'incrément ou du décrément du débit avec une variation constante du niveau de liqui- de au débit total est constant et coïncide avec ltexac- titude de mesure spécifiée, du moment que la marge de la variation du niveau de liquide dans l'espace d'amont se situe dans la hauteur du déversoir. D'autre part, l'erreur de mesure de niveau de liquide est pratique- ment constante, comme dans la masure classique du niveau de liquide, quel que soit le niveau de liquide. En conséquence, lt'exactitude de mesure de débit est cons- tante quel que soit le niveau de liquide. L'effet de l'invention est le suivant. Etant donné que l'exactitude de mesure de débit du débitmètre de l'invention est constante, indépendamment du niveau de liquide, le débitmètre de l'invention est capable de mesurer exactement le débit, indépendamment du débit ou de la variation du débit. Dans un déversoir d'exactitude constante, tel qu'on l'utilise selon l'invention, le débit varie en fonction exponentielle du niveau de liquide et par suite le déversoir d'exactitude constante a une gamme de mesure de débit très supérieure à celle d'un déversoir propor- tionnel classique de la même hauteur. On décrira maintenant un mode d'exécution -4 - préférentiel de l'invention, à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une coupe de l'unité de détection d'un débitmètre, dans un mode d'exécution préférentiel de l'invention et La figure 2 montre une vue de profil dtun déver- soir selon l'invention, choisi à titre d'exemple, et une représentation graphique indiquant la relation entre la hauteur du niveau de liquide au déversoir et le débit. Comme on le voit sur les dessins, une unité de détection 10 d'un débitmètre à liquide est munie d'un bottier formé d'un corps 12 et d'un couvercle 14 fixé au corps 12 par des boulons. A l'intérieur du bottier se trôuve un élément de séparation en forme de cuvette 16. L'intérieur de l'élément de séparation 16 et un espace s'étendant au-dessus de celui-ci forment ensem- ble un espace dtamont 18, l'extérieur de l'élément de séparation 16 et un espace s'étendant en-dessous de celui-ci formant un espace d'aval 20. Une entrée 22, destinée à être reliée à un système à mesurer, est en communication avec la partie supérieure de l'espace d'amont 18, à travers un tamis cylindrique 24, un fond de liquide 15 formé par lt'élément 13 et le canal d'amenée 17. Dans la partie inférieure de l'espace d'aval 20 est formé un orifice d'évacuation de liqui- de 26. L'orifice dtévacuation de liquide 26 communi- que avec une sortie 28 au moyen d'un passage vertical. L'espace d'amont 18 et l'espace d'aval 20 sont en communication entre eux au moyen de trous passants formés dans ltélément de séparation 16 à son extré- mité supérieure. En service, une-valve automatique dtévacua- tion telle qu'une valve à flotteur non représentée est prévue à la sortie 28 pour maintenir l'espace d'aval 20 à la même pression que l'espace d'amont 18. LMélé- ment de séparation 16 est en outre muni d'un orifice 32 et d'un déversoir 34 dans la paroi qui l'entoure. On détermine la forme du déversoir 34 en spécifiant -- 5 -- d'abord des valeurs de ltexactitude de mesure de débit et du débit à un niveau de liquide correspondant au bas du déversoir, en prévoyant deuxièmement un orifice qui assure le débit spécifié à un niveau de liquide correspondant au bas du déversoir et une exactitude de mesure de débit ne dépassant pas la valeur spécifiée et, troisièmement, en admettant que le déversoir soit formé de plusieurs orifices rectangulaires, chacun d'une hauteur minime fixée, superposés entre eux, en déter- minant les largeurs respectives des orifices rectan- gulaires de façon que le rapport dtun incrément de débit, causé par l'emplacement d'un orifice rectangulaire, au débit total, coincide avec l'exactitude de mesure de débit spécifiée. On décrira ci-après un exemple de procédé pour la conception du déversoir 34. On suppose que ltexacti- tude de mesure de débit est de 2%, pour 0,5 mm de hau- teur,que le diamètre de l'orifice 32 est de 5mm, et que la distance de l'orifice 32 à ltextrémité inférieure du déversoir 34 est de 12,4 mm. Avec ces dimensions, l'eau s'écoule à travers l'orifice 32 à un débit de , 91 kg/h quand le niveau de liquide correspond au bas du déversoir 34. Les valeurs calculées de la hauteur (mm) du déversoir 34 (la hauteur du niveau de liquide par rapport au bas du déversoir 34), de la largeur (mm) du déversoir et du débit (kg/h) sont indiquées au Tableau I ci-après. Tableau I Hauteur (mnm) Largeur (mm) Débit (kg/h) I 0,23 21,75 2 0,34 22,63 3 0,42 23,55 4 0,49 24,50 0,55 25,49 0,80 31,07 1,30 46,17 1,97 68,60 2,95 101,94 - 6- -2569002 4,40 151,47 6,55 225,08 9,73 334,45 14,47 496,97 21,50 738,48 31,95 1097,33 La Figure 2 montre les formes respectives de l'orifice 32 et du déversoir 34, déterminées sur la base des données indiquées au Tableau I, et un graphi- que indiquant les données du Tableau I sous la forme d'une relation entre le débit (Q) et la hauteur (H) du déversoir 34. Un connecteur de câblage est indiqué en 43 (figure 1). Un plaque isolante 36 et des éléments supports 38 et 40 sont montés par dessus le couvercle 14. Un potentiomètre 42 est disposé au centre de l'élément support 40. Le potentiomètre 42 est couvert dtun capu- chon protecteurs44/.Le câblage électrique et les bornes, non représentés, sont disposés à l'intérieur du capu- chon protecteur 44. Un tuyau à paroi mince 46 se dirige du potentio- mètre vers le bas et passe hermétiquement à travers le couvercle 14 pour arriver à la partie centrale du fond de ltélément de séparation 16. Un tuyau 50 passant à travers un flotteur sphérique creux 48 et fixé à celui- ci est adapté de manière à pouvoir coulisser sur le tuyau 46. Au tuyau 50 du flotteur 48 et à la tige d'actionnement 54 du potentiomètre sont fixés des aimants respectifs 52 et 56. Le flotteur 48 est muni d'ailettes 49. Un tube en U renversé 51, se dirigeant vers le bas, est disposé à l'endroit du fond de liquide 15. Une extrémité 53 du tube en U atteint le niveau des ailettes 49 quand le flotteur 48 repose sur le fond, étant dirigé tangentiel- lement. On mesure le niveau de liquide de la'manière sui- vante. Le flotteur 48 se meut vers le haut et vers le bas conformément à la variation du niveau de liquide -7- dans l'espace d'amont 18. La tige d'actionnement 54 se déplace alors conformément au mouvement du flotteur 489 par suite des interactions des aimants 52 et 56. Le déplacement de la tige d'actionnement 54 est converti par le potentiomètre 42 en un signal électrique corres- pondant. De cette manière, le niveau de liquide dans l'espace d'amont 18 est indiqué par un signal électri- que. Si le débit est faible, le liquide venant de l'en- trée 22 s'accumule dans le fond 15, s'écoule vers le bas par intermittence par le tube en U renversé 51 et atteint les ailettes 49 de manière à faire tourner le flotteur 48. Si le débit est grand, du liquide afflue aussi, par le canal d'amenée 17, à l'espace d'amont 18, tangentiellement autour du flotteur 48 pour faire tourner le liquide dans celui-ci. Etant donné que le flotteur tourne de façon correspondante, il peut monter et descendre régulièrement selon le niveau de liquide. Le débitmètre nécessite des parties servant à calculer le débit sur la base du niveau de liquide dé- tecté de la façon indiquée plus hautetà afficher le résultat calculé, mais étant donné que ces parties sont en elles-mêmes connues, on se passera de les décrire. -8- REVENIDCATIONS Appareil à mesurer le débit dtun liquide, dans lequel on détecte le niveau de liquide dans l'espace d'amont d'un déversoir (34) et on détermine le débit du liquide sur la base de la relation entre le niveau de liquide et le débit du liquide passant par le dé- versoir, appareil caractérisé par le fait que la largeur du déversoir (34) est telle que le rapport de la variation de débit causée par une variation cons- tante du niveau de liquide au débit total, au niveau existant, est constant indépendamment du niveau de de liquide.