Brevet FR2585126A1 — publié le 19870123

DISPOSITIF POUR MESURER LE DEBIT DANS UN CIRCUIT D'UN FLUIDE GAZEUX, NOTAMMENT DE L'AIR. L'invention concerne un dispositif pour mesurer le débit dans un circuit d'un fluide gazeux, tel que notamment de l'air. Elle vise plus particulièrement un débitmètre à air qui, dans les conditions pratiques d'utilisation, est linéaire et présente de faibles pertes de charge. Comme on le sait, il existe déjà plusieurs types de débitmètres à air. Les débitmètres volumétriques, bien que largement répandus, ont l'inconvénient de présenter des pertes de charge conséquentes. Les débitmètres déprimogènes qui ont l'avantage de présenter des pertes de charge réduites, mais encore significatives, ne sont malheureusement pas linéaires. Des débitmètres à traceurs, qui pallient généralement ces deux inconvénients, sont complexes à construire et à manipuler. L'invention pallie ces inconvénients. Elle vise un débitmètre à air facile à construire et à manipuler, qui dans les conditions pratiques d'utilisation (5 à 400m3/h), est sensiblement linéaire, ce qui alors facilite la lecture directe, et présente des pertes de charge peu significatives. Ce dispositif pour mesurer le débit dans un circuit d'un fluide gazeux, se caractérise en ce qu'il est constitué par une portion de conduit lisse, destinée à être insérée dans ledit circuit à vérifier, comprenant, dans le sens dudit écoulement - un redresseur, destiné à régulariser l'écoulement - un capteur anémométrique à hélice, avec son détecteur de proximité qui transmet un signal à chaque passage d'une pale de ladite hélice - un conditionneur électronique du signal ainsi détécté. Comme on le sait, un "capteur anémométrique à hélice" est un dispositif en soi connu qui sert à détecter une vitesse de déplacement d'un fluide gazeux, constitué par une hélice carénée et un détecteur de proximité destiné à transmettre un signal, notamment une impulsion à chaque passage d'une des pales de l'hélice lors de sa rotation. En d'autres termes, l'invention réside dans l'application nouvelle de ce moyen connu depuis fort longtemps. Avantageusement, en pratique - dans une configuration préférée, le conduit a la forme d'un venturi et l'hélice est placée au col de ce venturi ; l'angle au sommet du convergent d'entrée est voisin de 20 , alors que 1' angle au sommet du divergent de sortie est voisin de 7" et le redresseur est constitué par un ensemble de lames radiales, régulièrement espacées dans la section du conduit - dans une autre forme de réalisation, le conduit lisse a la forme d'un convergent et d'un divergent accolés par leur sommet, de meme angle au sommet, l'hélice étant placée à cette jonction et le redresseur est constitué par un ensemble en forme de nid d'abeilles dont les parois sont dirigées dans le sens de l'écoulement ;; - l'axe de rotation de l'hélice est monté sur un roulement à billes - le conditionnement électronique de signal comprend une alimentation électrique régulée et fil trée, un amplificateur de mise en forme du signal, un organe de contrôle de la fréquence, un convertisseur de signal, par exemple un convertisseur : fréquence/tension ou un di viseur, des bornes de sortie. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif mais non limitatif à l'appui des figures annexées. Dans ces figures, pour des raisons de commodité et de clarté, les proportions respectives n'ont pas été respectées. La figure 1 est une représentation schématique en coupe longitudinale d'un débitmètre conforme à l'invention. La figure 2 est une section de ce débitmètre selon l'axe II-II' de la figure 1 montrant le redresseur, alors que la figure 3 montre en coupe l'hélice caractéristique de l'invention selon une coupe III-III' de la figure 1. La figure 4 montre schématiquement en coupe longitudinale une autre forme d'exécution de l'invention. La figure 5 est une représentation symbolique de l'organe de conditionnement du signal du débitmètre selon l'invention. Enfin, la figure 6 est également une vue schématique montrant le schéma de branchement de l'appareil conforme à l'invention. Ce débitmètre à air, destiné par exemple à mesurer des débits aussi faibles que quatre mètres cube à l'heure et adapté pour mesurer des débits, du moins dans des conditions économiques, pouvant aller jusqu'à 400 m3/h, est destiné donc à être placé dans l'écoulement d'air à analyser, symbolisé par la flèche référencée F. Ce débitmètre se compose d'un conduit désigné par la référence générale (1) constitué par cinq portions successives, par rapport au sens de l'écoulement F, à savoir - un conduit cylindrique d'entrée (2), - un convergent (3) dont 1' angle au sommet est voisin de 150 ; - un capteur anémométrique (4) - un divergent de sortie (5) - une portion cylindrique rectiligne de sortie (6) de même diamètre que la portion cylindrique d'entrée (2). Ce conduit (1) peut être réalisé en tôle ou encore en matière plastique. I1 importe que sa surface interne soit la plus lisse possible. Le conduit d'entrée (2) (voir figure 2) présente un dispositif redresseur destiné à régulariser l'écoulement F à analyser, constitué - soit,dans la forme de réalisation préférée avec divergent de sortie (5) ayant un angle au sommet voisin de 4" (figure 1) par une série de lames (7,8) en tôle, disposées radialement depuis le centre (9) jusqu'à la périphérie (10) du conduit (2) où elles sont d'ailleurs soudées, régulièrement espacées angulairement et ainsi ces lames (7,8) dirigées dans le sens de la longueur analysent l'écoulement F ; - soit dans une autre forme de réalisation montrée à la figure 4, par une structure en nid d'abeilles dont les parois sont dirigées dans le sens de cet écoulement F. Les lames (7) et (8) peuvent ou non (comme montré sur la figure 1) aller jusqu'à l'extrémité de la portion cylindrique rectiligne d'entrée (2). Selon une caractéristique de l'invention, le capteur anémométrique (4) est placé au col du venturi formé par le convergent (3) et le divergent (5). Ce capteur anémométrique, par exemple du type commercialisé par AIRFLOW sous la dénomination "capteur assemblé pour anémomètre EDRA 5" comprend essentiellement (voir figure 3) une couronne d'étanchéité (11) formant carenage destinée à être fixée par des vis (12) au col du venturi (3-5). Ce capteur (4) comprend essentiellement une hélice désignée par la référence générale (13) formée par une pluralité de pales élémentaires (14,15), dont l'axe de rotation est monté sur un roulement à billes (16). Un détecteur de proximité (17) détecte le passage de chaque pale (14,15) lors de la rotation de l'hélice (13) et transmet une impulsion, à un ensemble (18) relié par un câble (19) au conditionneur électronique du signal désigné par la référence générale (20) montré à la figure 5.L'organe (14) du détecteur de proximité (17,18,19), est placé de manière connue dans un logement (21) prévu à cet effet dans la couronne (11). Dans une forme de réalisation pratique, l'hélice (13) a un diamètre de cent millimètres et un seuil de linéarité de 0,18 m/s. Elle peut être utilisée de manière économique et efficace jusqu'à environ 14 m/sec, 3 ce qui correspond à un débit d'environ 400 m /h, bien que les possibilités techniques de l'hélice lui permettent des vitesses de l'ordre de 25 m/s. Le conditionneur du signal montré à la figure 5 et désigné par la référence générale (20) comprend essentiellement une alimentation sur secteur (22) avec son fusible de protection (23) débouchant sur un filtre (24) destiné à assurer une alimentation régulée exempte de perturbation du secteur. L'impulsion (signal) transmise par le câble (19) est amenée à un connecteur (25) relié à la masse (26) et également à un amplificateur de mise en forme (27) qui, par le montage montré à la figure- 5, à un contrôle de fréquence (28) puis de là, à un convertisseur fréquence/tension (29). Ainsi, les impulsions amplifiées et mises en forme sont disponibles sur une borne de sortie (28) pour un contrôle éventuel ou selon le cas, une utilisation non analogique.Ainsi, la tension de sortie sur la borne (30) peut être ajustée à l'étalonnage pour permettre une lecture approchée en débit, par exemple un volt pour cent mètres cubes par heure grâce au fait que l'appareil est linéaire dans les conditions d'utilisation. Comme déjà dit, le débitmètre à air selon l'invention est placé dans l'écoulement (F) à analyser. Ce dispositif présente de nombreux avantages par rapport à ceux commercialisés à ce jour. On peut citer - la possibilité de mesurer des débits aussi faibles que 5 m3/h avec une très faible perte de charge, ce qui permet de les adapter à la VMC (ventilation mécanique contrôlée), notamment pour l'habitat individuel ou le petit collectif ; - le fait d'être insensible aux conditions de montage, ce qui permet de l'utiliser immédiatement après un coude ou dans un écoulement présentant une giration, ce que ne permettent pas toujours les autres débitmètres actuels - la possibilité d'assurer un suivi permanent de l'évolution de faibles débits - le fait de-donner une réponse linéaire, donc la facilité d'étalonnage et de traitement du signal ; - une erreur relative maximale de l'ordre de 1,2 % sur la lecture, dans les conditions de référence. De la sorte, ce débitmètre peut être utilisé avec succès pour - l'enregistrement simultané de débit d'air neuf et d'air extrait d'un récupérateur de chaleur utilisé en VMC - en association à des capteurs de température et à un moyen de calcul pour permettre de suivre l'énergie thermique fournie à un local - pour mesurer les débits de fuite d'installation de conditionnement d'air ; - d'une façon générale, pour mesurer des débits sur une installation sans modification des caractéristiques aérauliques du circuit. REVENDICATIONS 1/ Dispositif pour mesurer le débit dans un circuit d'un fluide gazeux (F) , caractérisé en ce qu'il est constitué par une portion de conduit lisse (1), destinée à être insérée dans ledit circuit à vérifier, comprenant dans le sens dudit écoulement (F) : - un redresseur (7,8), destiné à régulariser ledit écoulement (F) - un capteur anémométrique (4) à hélice, avec son détecteur de proximité (18) qui transmet un signal à chaque passage d'une pale de ladite hélice - un conditionneur électronique (20) du signal ainsi détecté. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit lisse (1) a la forme d'un venturi (3,5) et l'hélice (13) est placée au col de ce venturi (3,5). 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le convergent (3) d'entrée du venturi a un angle au sommet voisin de 20 et en ce que le divergent (5) de sortie du venturi a un angle au sommet voisin de 7-. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit lisse (1) comprend un convergent (3) et un divergent (5') de même angle au sommet, accolés par leur sommet sur le capteur anémométrique (4). 5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, -caractérisé en ce que l'axe de rotation des pales (14,15) de l'hélice (13) du capteur anémométrique (4) est monté sur roulement à billes (16). 6/ Dispositif selon la revendication 1 à 5, caractérisé en ce que le redresseur est constitué par un ensemble de lames radiales (7,8) régulièrement espacées dans la section d'entrée cylindrique (2), accolées au convergent (3). 7/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le redresseur est constitué par un ensemble en forme de nid d'abeilles dont les parois sont dirigées dans le sens de l'écoulement (F). 8/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le conditionneur électronique (20) du signal détecté par le détecteur de proximité (17,18) du capteur anémométrique (4) à hélice (13) se compose - d'une alimentation électrique régulée (24) et filtrée, - d'un amplificateur de mise en forme (27) du signal détecté, - d'un contrôle de fréquence (28), - d'un convertisseur de signal(29), - d'une borne de sortie (30). 9/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les bornes de sortie (30) sont associées à un organe de visualisation tel qu'un afficheur ou un enregistreur ou à une centrale de mesure.