Brevet FR2575824A1 — publié le 19860711

Appareil de mesure de débit massique selon le principe de Coriolis. L'invention concerne un appareil de mesure de débit massique selon le principe de Coriolis, dans lequel deux tubes.de mesure sont disposés l'un à c8té de l'autre, reliés l'un à l'autre mécaniquement par leurs extrémités et montés en parallèle selon la technique des courants à l'aide de deux connecteurs de tubes, qui sont de leur côté chacun relié à un raccord par l'intermédiaire d'une canalisation d'entrée ou d'une canalisation de sortie, dans lequel est prévu un générateur de vibrations agissant en sens contraires sur les tubes de mesure et dans lequel des capteurs sont associés aux tubes de mesure à une certaine distance du générateur de vibrations pour recevoir des signaux de mesure au moyen desquels on peut déterminer le débit massique. Dans un appareil de mesure connu de ce type (EP-OS 109 218), un réceptacle cylindrique muni sur ses c8tés frontaux de raccords pour l'amenée et la sortie du milieu à mesurer et en son centre de parois séparatrices supporte deux tubes recourbés en U, qui sont en liaison avec l'intérieur du réceptacle sur les deux côtés de la paroi séparatrice. Le réceptacle forme de ce fait le connecteur de tubes et les canalisations d'entrée et de sortie. Les branches voisines des tubes en U sont reliées mécaniquement l'une à l'autre à proximité du réceptacle par des pattes qui définissent les extrémités des tubes de mesure proprement dits pouvant être amenés à vibrer en sens contraires par le générateur de vibrations. Le générateur de vibrations coopère avec le milieu de la partie courbe de V'U. Les capteurs se trouvent au niveau de la transition entre les parties courbes et les branches rectilignes des tubes. On peut déterminer le débit massique à partir de la différence entre les phases du mouvement vibratoire aux deux extrémités de V'U. Comme les tubes de mesure vibrants doivent présenter une certaine longueur, mais doivent rester espacés latéralement du réceptacle, l'appareil de mesure que l'on obtient s'étend fortement en direction latérale. L'invention a pour but de proposer un appareil de mesure de débit massique du type décrit dans le préambule présentant une dimension latérale plus réduite. Selon l'invention, ce but est atteint du fait que les tubes de mesure sont rectilignes et disposés parallèlement l'un par rapport à l'autre, que l'on prévoit des tubes de compensation qui vont chacun d'un connecteur de tubes à une région centrale correspondant sensiblement au centre des tubes de mesure et présentant approximativement le même coefficient de dilatation thermique que les tubes de mesure, et que les canalisations d'entrée et de sortie s'étendent depuis cette région centrale jusqu'aux raccords associés. Quandon a recours à cette construction, on utilise des tubes de mesure rectilignes à la place de tubes de mesure courbés. Il en résulte que leur dimension latérale est réduite. Les tubes de mesure peuvent être parallèles à la conduite tubulaire dans laquelle est incorporé l'appareil de mesure. Mais comme les connecteurs de tubes sont situés à une distance axiale importante l'une de l'autre, il en résulte des modifications de longueur provenant des variations de la température. Si les connecteurs de tubes forment de la manière habituelle avec les raccords un ensemble compact qui est fixé dans l'espace par son montage dans la conduite tubulaire, la modification de longueur provoque des contraintes axiales dans les tubes de mesure qui modifient leur comportement aux vibrations et faussent la mesure. Des tensions axiales peuvent également appara!tre du fait d'un montage erroné de l'appareil, ainsi que pour d'autres raisons. C'est pourquoi sont prévus les tubes de compensation selon l'invention. Ces derniers subissent les mêmes modifications de longueur que les tubes de mesure quand il y a des modifications de la température, ce qui fait qu'aucune tension axiale n'est appliquée aux tubes de mesure eux-mêmes. Les résultats de la mesure sont donc indépendantide la température. Avantageusement, les tubes de mesure sont fermement reliés l'un à l'autre dans la région centrale. Ainsi, les tubes de mesure, les tubes de compensation et les connecteurs de tubes forment un ensemble de grande stabilité. Selon un mode de réalisation préféré, un support commun est fixé dans la région centrale sur les tubes de compensation pour maintenir les tubes de mesure et de compensation. L'ensemble de l'appareil de mesure peut être monté avec ce support sur un substrat. Malgré la génération des vibrations, aucun bruit n'est pratiquement transmis par ce pont mécanique. Avantageusement, les tubes de compensation sont disposés dans le plan des tubes de mesure. Ceci permet d'obtenir un agencement très compact. Il est très avantageux que les tubes de compensation soient disposés entre les deux tubes de mesure. Ceci permet d'obtenir un agencement symétrique qui autorise des mesures encore plus précises. En outre, on obtient par la constitution symétrique un point nodal défini dans la région centrale pour les six mouvements linéaires et rotatifs possibles, ce qui fait que l'on peut obtenir une isolation parfaite par rapport à la fréquence de résonance de l'environnement quand la fixation est réalisée en cet emplacement. Selon un mode de réalisation préféré, les tubes de mesure et de compensation sont enfermés dans un bottier et reliés à ce dernier seulement par des canalisations d'entrée et de sortie passant par les passages pratiqués dans la paroi du bottier. Un tel bottier peut être fermé hermétiquement et éventuellement mis sous vide pour qu'aucune condensation ne se forme sur les tubes qui pourrait perturber la précision des mesures. Comme la liaison n'est réalisée que par l'intermédiaire des canalisations d'entrée et de-sortie, les tubes de mesure ne sont pas influencés par les contraintes qui peuvent apparattre du fait de leur fixation dans le bottier. De préférence, les passages de traversée sont voisins de la région centrale. Comme aucune dilatation dépendant de la température n'apparalt en cet endroit, le bottier ne peut transmettre absolument aucune force perturbatrice au système de tubes. Dans un appareil de mesure dans lequel les capteurs sont disposés à l'avant et à l'arrière du générateur de vibrations monté sensiblement au milieu des tubes de mesure et détectent la position des tubes de mesuré l'un par rapport à l'autre, il est avantageux que la distance entre les capteurs et les extrémités des tubes de mesure soit plus 3 réduite que celle les séparant du centre des tubes de mesure. Grâce à cet écartement des capteurs, il est possible de détecter la différence de phase la plus importante. De toute manière, les capteurs doivent être cependant situés à une faible distance des extrémités des tubes de mesure pour pouvoir capter un signal de mesure suffisamment important. Il est facile de déterminer la position optimale par des essais. L'invention va maintenant être expliquée plus en détail à l'aide de modes de réalisation représentés sur les dessins annexés dans lesquels: la figure i est une vue en coupe longitudinale selon la ligne A-A de la figure 2, la figure 2 est une vue en coupe horizontale selon la ligne B-B de la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe transversale selon la ligne C-C de la figure 1, la figure 4 est une représentation schématique dans l'espace des tubes de mesure et de compensation, la figure 5 est une représentation schématique du montage de couplage destiné au fonctionnement du générateur de vibrations et des capteurs, et la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation. Dans l'appareil de mesure de débit massique de la figure 1, on prévoit deux tubes de mesure rectilignes 1 et 2, disposés parallèlement l'un par rapport à l'autre dans le même plan, qui sont raccordés à leurs extrémités E par des connecteurs de tubes 3 ou 4. Deux tubes de compensation 5 et 6 qui ont chacun sensiblement la moitié de la longueur d'un tube de mesure s'étendent dans le même plan que les tubes de mesure et entre ceux-ci depuis le connecteur de tubes 3 ou 4 jusqu'à une région centrale 7 qui est associée au milieu des tubes de mesure. Les cStés des tubes de compensation 5 et 6 qui sont tournés l'un vers l'autre sont reliés l'un à l'autre en étant fixes a un support commun 8. Dans le présent exemple, la fixation est réalisée par enfichage de tubulures coudées 9 ou 10 dans les extrémités constituées sous forme d'alésages de canalisations d'entrée et de sortie 11 ou 12 et par brasage sur une paroi verticale 13 du support. Les deux côtés frontaux du support 8 forment des raccords 14 et 15 auxquels peuvent être raccordées par leurs brides 18 ou 19 et au moyen de vis 20 des sections de tube 16 ou 17 d'une conduite tubulaire de circulation habituelle. Dans la région centrale 7 est monté un générateur de vibrations 21 qui peut faire vibrer les tubes de mesure 1 et 2 en sens contraires dans leur plan. Les vibrations ont lieu sur les longueurs libres des tubes de mesure 1 et 2, c'est-à-dire entre leurs extrémités E par lesquelles ils sont reliés fermement et mécaniquement aux connecteurs de tubes 3 ou 4. Des capteurs 22, 23, qui détectent la distance mutuelle entre les tubes de mesure 1 et 2 dans la région des capteurs sont disposés de manière à être à une plus faible distance des extrémités E que du centre des tubes de mesure. Leur montage est montré à titre d'exemple à la figure 1. Les tubes de mesure 1, 2, les connecteurs de tubes 3, 4 et les tubes de compensation 5, 6 sont montés dans un bottier 24 qui, dans la pratique, est constitué par une partie supérieure et une partie inférieure présentant un passage 25 fermé de façon étanche dans la région centrale 7 et destiné aux canalisations d'entrée et de sortie 11, 12. Le bottier 24 n'est relié au système de tubes que dans cet emplacement du passage. L'intérieur 26 est mis sous vide, ce qui fait qu'aucune condensation ne peut se former sur les tubes de mesure et de compensation. Le matériau des tubes de mesure 1, 2 et des tubes de compensation 5, 6 doit présenter approximativement le même coefficient de dilatation thermique. De préférence, il s'agit du même matériau, seule la section transversale des tubes de compensation étant un peu supérieure à celle des tubes de mesure. De ce fait, quand il y a modification de la température, la somme des modifications de longueur des tubes de compensation 5, 6 est la même que celle des modifications de longueur des tubes de mesure 1, 2. Les tubes de mesure ne subissent de ce fait aucune contrainte axiale provoquée par la température et pouvant fausser le résultat de la mesure. On suppose qu'un milieu, notamment un liquide, traverse l'appareil de mesure dans le sens des flèches. Les deux tubes de mesure 1 et 2 2 575824 forment alors un circuit en parallèle selon la technique des courants. Quand les tubes de mesure 1, 2 sont soumis à des vibrations en sens contraires dans leur plan par le générateur de vibrations 21, et dans la mesure du possible selon une vibration de résonance, il en résulte un décalage des phases des vibrations des tubes de mesure sur leur longueur du fait des forces de Coriolis qui sont exercées par la masse du milieu qui y circule. Du fait des vibrations en sens contraires, il est facile de bien détecter ce décalage de phases par les capteurs 22, 23 qui détectent la position relative des tubes de mesure 1, 2 l'un par rapport à l'autre. Comme les capteurs sont proches des extrémités E, le décalage de phases est relativement important. Mais comme il subsiste une certaine distance jusqu'aux extrémités E, le signal de mesure est encore suffisant par comparaison avec tous les signaux perturbateurs. Les tubes de mesure et de compensation sont représentés schématiquement à la figure 4. Une position extrême des vibrations des tubes de mesure 1, 2 est représentée en tiretés. On peut voir que du fait du mouvement en sens contraire, les forces de vibration au niveau des connecteurs de tubes 3, 4 s'annulent et que des vibrations dans ce plan ne sont pas renvoyées vers l'extérieur par l'intermédiaire du support monté au centre, ce-qui fait qu'aucun bruit correspondant n'est transmis. Du fait du bombement provoqué par les vibrations, les tubes de compensation 5, 6 subissent une compression périodique. Comme les forces de compression sont égales et en sens contraire, elles se neutralisent dans la région du support 8. Elles ne sont donc pas non plus transmises à l'environnement. Il en va de même, en raison de la constitution symétrique, de tous les autres mouvements de translation et de rotation qui peuvent apparaître du fait de la génération des vibrations. L'emplacement de la liaison entre les deux tubes de compensation 5, 6 forme de ce fait un point nodal K, ce qui fait qu'aucun bruit provenant des vibrations n'est transmis à l'extérieur par l'intermédiaire du support, ou au pire un léger bruit. Les canalisations d'entrée et de sortie 11, 12 passent par le support 8 qui présente une stabilité suffisante pour supporter l'ensemble de l'agencement. Comme les raccords 14, 15 du support sont également dans la région centrale 7, aucune dilatation thermique perturbatrice n'est à craindre. Il en va de même en ce qui concerne la position de fixation entre le bottier 24 et le support 8 dans la région de l'emplacement du passage 25. En cet endroit également d'éventuellement modifications des dimensions du bottier et du support qui sont provoquées par la température sont négligeables. Pour déterminer la différence entre phases des vibrations entre les deux capteurs 22, 23, on peut utiliser des capteurs de signaux de mesure divers. Notamment, les capteurs doivent fonctionner sans contact. On peut obtenir ce résultat par voie optique, magnétique, capacitive ou par toute autre voie connue. La détermination de la position des phases peut être réalisée par exemple par la mesure de l'accélération, de la vitesse ou de l'amplitude. Le signal de mesure n'a pas besoin d'être une vibration. On peut d'ailleurs également mesurer la durée à l'intérieur de laquelle la distance entre les tubes de mesure est inférieure ou supérieure à des valeurs limites déterminées. Dans le mode de réalisation de la figure 5 o les mêmes parties sont désignées par les mêmes références qu'aux figures 1 à 4 mais augmentées de 100, on prévoit des capteurs électromagnétiques 122 et 123 qui présentent chacun une bobine d'induction 126 ou 127 fixée à un tube de mesure 102, et des aimants permanents 128 ou 129 fixés à l'autre tube de mesure 101. Du fait des mouvements vibratoires relatifs entre les deux parties du capteur, une tension alternative est engendrée dans la bobine d'induction, cette tension étant transmise par les conducteurs 130 et 131 à un détecteur 132 qui est muni d'un dispositif d'affichage 133 pour indiquer le débit mesuré. Le générateur de vibrations 121 est constitué par une bobine excitatrice 134 reliée au tube de mesure 102, et par un aimant permanent 135 relié au tube de mesure 101. La bobine excitatrice 134 est alimentée en tension alternative par un circuit de commande 136 conçu pour les vibrations des tubes de mesure 101, 102. Elle doit être située dans toute la mesure du possible dans la région de la fréquence de résonance de ces tubes pour qu'une puissance de commande aussi faible que possible suffise pour mesurer le mouvement transversal imposé-aux tubes de mesure. On peut obtenir particulièrement facilement cette condition de résonance par rétroaction du signal de mesure par le conducteur 130. Les deux tubes de compensation sont situés dans ce mode de réalisation dans un autre plan que les tubes de mesure 101 et 102. Dans ce but, les connecteurs de tubes 103, 104 comprennent des tubulures 137, 138 faisant saillie vers le haut, au moyen desquelles les tubes de compensation sont reliés dans un plan situé au-dessus du plan de la planche du dessin. Dans le mode de réalisation de la figure 6, on a utilisé pour désigner les parties les mêmes références qu'aux figures 1 à 4, mais augmentées de 200. Les tubes de compensation 205 et 206 sont dans ce cas également situés dans un plan entre les tubes de mesure disposés parallèlement et non visibles. Les tubes de compensation sont reliés l'un à l'autre dans la région centrale 207 par l'intermédiaire d'un élément de fixation 213. Les canalisations d'entrée et de sortie 211 et 212 sont sensiblement parallèles aux tubes de mesure et de compensation. Leurs positions de traversée 225 et 225a au travers du bottier 224 se trouvent dans les parois frontales opposées de ce bottier. Leur fixation au bottier est également prévue en cet endroit. Si le bottier 224 et les canalisations d'entrée et de sortie 211 et 212 présentent des coefficients de dilatation thermique différents, ceci est sans effets sur la mesure car des contraintes axiales éventuelles apparaissant dans les canalisations s'annulent mutuellement et sont sans influence sur les tubes de mesure. REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure de débit massique selon le principe de Coriolis, dans lequel deux tubes de mesure sont disposés l'un à c8té de l'autre, reliés l'un à l'autre mécaniquement par leurs extrémités et montés en parallèle selon la technique des courants à l'aide de deux connecteurs de tubes, qui sont de leur c6té chacun relié à un raccord par l'intermédiaire d'une canalisation d'entrée ou d'une canalisation de sortie, dans lequel est prévu un générateur de vibrations agissant en sens contraires sur les tubes de mesure et dans lequel des capteurs sont associés aux tubes de mesure à une certaine distance du générateur de vibrations pour recevoir des signaux de mesure au moyen desquels on peut déterminer le débit massique, caractérisé en ce que les tubes de mesure (1, 2; 101, 102) sont rectilignes et disposés parallèlement l'un par rapport à l'autre, que l'on prévoit des tubes de compensation (5, 6; 205, 206) qui vont chacun d'un connecteur de tubes (3, 4; 103, 104; 203, 204) à une région centrale (7; 107; 207) correspondant sensiblement au centre des tubes de mesure et présentant approximativement le même coefficient de dilatation thermique que les tubes de mesure, et que les canalisations d'entrée et de sortie (11, 12; 211, 212) s'étendent depuis cette région centrale jusqu'aux raccords (14, 15; 214, 215) associés. 2. Appareil de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes de compensation (5, 6; 205, 206) sont reliés fermement l'un à l'autre dans la région centrale (7; 207). 3. Appareil de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un support commun (8) destiné à maintenir les tubes de mesure et de compensation est fixé dans la région centrale (7) sur les tubes de compensation (5, 6). 4. Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tubes de compensation (5, 6) sont situés dans le plan des tubes de mesure (1, 2). 5. Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les tubes de compensation (5, 6) sont disposés entre les deux tubes de mesure (1, 2). 6. Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les tubes de mesure et de compensation sont enfermés dans un bottier (24; 224) et reliés à celui-ci seulement par les canalisations d'entrée et de sortie (11, 12; 211, 212) à l'emplacement de leur passage (25; 225, 225a) au travers de la paroi du bottier. 7. Appareil de mesure selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'emplacement du passage (25) est voisin de la région centrale (7). 8. Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les capteurs sont disposés à l'avant et à l'arrière du générateur de vibrations monté sensiblement au centre des tubes de mesure et détectent la position relative des tubes de mesure l'un par rapport à l'autre, caractérisé en ce que la distance entre les capteurs (22, 23; 122, 123) et les extrémités (E) des tubes de mesure est plus faible que celle les séparant des milieux des tubes de mesure.