Brevet FR2593910A1 — publié le 19870807

La présente invention concerne la technique des mesures, et plus particulièrement, les débitmetres utilisés pour mesurer le débit des liquides ét des gaz. Le débitmètre propose sera avantageusement utilisé pour mesurer la quantité de carburant consommée par les voitures équipées de moteurs a carburateur. On peut aussi utiliser le débimetre proposé selon la présente invention pour mesurer la consommation d' autres liquiaes et gaz. On connaît des débitmètres à rotor et à bille qui comportent un corps renfermant un élément monté mobile, un rotor ou une bille, mu par le rlux de fluide à mesurer. Pour enregistrer la valeur du déplacement de l'élément monté mobile, on y utilise un transducteur dont le signal de sortie permet d' apprecier la valeur du débit. Les débitmètres décrits sont très largement utilisés pour mesurer la consommation de carburant. Cependant, le début du fonctionnement des débitmètres a bille ou à rotor se situe dans le domaine des consommations relativement élevées Ceci est d à l'inertie de ltélé- ment monté mobile et a son glissement par rapport au flux de fluide mesuré. Vu la croissance continue du nombre d'automobiles et les ressources en combustible limitées, le problème d'amélioration de la précision de mesure.de la consommation de carburant dans un large domaine présente un intérêt particulier, notamment, le problème d'elargis- sement du domaine de mesures precises dans le sens de faibles valeurs de consommation. Une plage plus étendue de mesures du debit de carburant permet de mieux apprécier l'état technique d'une voiture. Ceci permet d'autre part de prendre à temps les mesures qui s'imposent pour éliminer les défauts techniques caractérisés par une consommation exagérée de carburant. On connaít un débitmètre pour mesurer le débit d'un gaz comprenant une section d'une conduite d'amenée du fluide à mesurer. Entre la section de conduite et l'é lément sensible on dispose un convertisseur de la pression du gaz en effort mécanique agissant sur un élement sensible. L'élément sensible se présente sous la forme d'un levier å deux bras, dont l'un des bras est sollicité par ledit effort mecanique, tandis que l'autre bras est relié à une bobine électromagnétique. L'élément sen- sible coopere avec un transducteur de sa position. La sortie de ce transducteur est raccordée a l'entrée d'un amplificateur a la sortie duquel sont raccordés en série un indicateuret une bobine é électromagnétique ( voir, par exemple le brevet N 1184106 délivre en RFA). Ce débitmètre est prévu pour mesurer le débit d'un gaz dans des conditions stationnaires. Du fait que l'élément sensible, est r a c c o r d é p a r un bras à une bobine électromagnétique, son autre bras étant relié au transducteur de la valeur du débit en effort mécanique, la masse d'inertie de cet élément s'avère relativement importante, ce qui réduit, å son tour, la précision dynamique dudebitmètre.Etant donné qu'il est très difficile d'équilibrer un système composé d'un levier, d'une bobine électromagnétique et d'un convertisseur de la pression du gaz en effort mécanique jusqu'à un degré assurant l'insensibilité du débitmètre par rap port aux actions mécaniques dues à des chocs, aux vibrations et à l'orientation dans t'espace, ce débit- mètre est pratiquement inadaptable pour les mesures de la consommation de carburant d'une voiture. La présente invention vise à créer un débitmètre dans lequel l'élément sensible et'la bobine électromagnétique soient exécutés et positionnés l'un par rapport à l'autre de façon à réduire la sensibilité du débitmètre aux actions mécaniques et à l'orientation dans l'espace, ainsi que d'élargir la plage de mesure du débit d'un liquide dans le domaine des microdébits. Ce problème est résolu du fait que dans un dé- bitmétre comportant une section-de conduite enforme de tube par lequel le flux à mesurer se dirige vers un élément sen sible cooperant avec un transducteur de la position de l'élément sensible, dont la sortie est raccordée à l' entrée d'un amplificateur, a. la sortie duquel sont couplés en série un indicateur et une bobine électro magnétique selon l'invention, l'élément sensible est réalisé sous forme d'une plaque montée avec une possibilité de se déplacer sous l'effet de la pression du flux mesure et comportant au moins une portion réalisée en un matériau magnétique, la bobine électromagnétique etant montée sur ladite section de la conduite. I1 est avantageux de monter la plaque, pour qu' elle puisse être déplacée, sur un axe se situant dans son plan et passant par son centre de gravite. Une telle solution, dont la réalisation construc- tive est relativement simple assure un meilleur équi- libre de l'élément sensible. On peut également prévoir un montage de la plaque lui permettant de se déplacer parallèlement à elle-meme. Une telle disposition ne la plaque permet de reduire quelque peu l'encombrement du débitmètre. Il est aussi avantageux de disposer la bobine e'- lectromagnétique coaxialement avec ladite section de conduite. Ainsi, on fait coincider le point d'application des forces résultantes de la pression dynamique du flux du fluide mesuré et de l'induction électromagnétique sur la plaque. Ceci permet, d'autre part, d'utiliser une plaque la plus mince possible, ce qui réduit complémentai- rement sa masse d'inertie. Pour faire accroítre l'induction électromagnétique, la section de conduite sur laquelle est installee la bobine électromagnétique, sera de pre0fe'rence réalisée en un matériau magnétique. Si le débitmètre est exécuté avec une plaque montée sur un axe se situant dans le plan de cette der- nière et passant par son centre de gravité, le transducteur de la position de l'élément sensible peut etre aisément réalisé selon un schéma connu, comportant un générateur, deux redresseurs hétéropolairesj dont les entrées sont raccordées à des capacités comparees et les sorties sont raccordées aux entrées d'un additionneur. I1 est avantageux dans ce cas du point de vue construction, de rormer les capacités comparées entre 1' élément sensible et des plaques fixes, placées à proximité de la surface plane de l'élément sensible, des deux cotés opposés de son axe. Une telle réalisation assure, d'autre part, une bonne linéarité du transducteur, car lors du deplace- ment de la plaque la modification des capacités comparées a lieu selon des lois identiques dans les deux sens, ce qui compense réciproquement la non linéarité de la modification des deux capacités. Il est raisonnable de réaliser l'un des bras de l'additionneur avec la possibilité de régler sa résistance proportionnellement au courant circulant dans la bobine de ltélectro-aimant. Une telle solution permet d'élargir encore plus la gamme dynamique de mesure du débit dans le domaine des faibles valeurs. Le débitmètre réalisé selon l'invention proposée est simple du point de vue construction, il est peu sensible aux sollicitations mécaniques, ce qui permet de l'utiliser pour mesurer la consommation de carburant des voitures à moteur à carburateur. D'autre part, le débitmètre proposé permet de mesurer le débit de carburant dans un gamme relativement étendue. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante don- née à titre d'exemple et faite en se référant aux des sinA donnés en annexe, qui représentent: la fig. 1, le shcéma d'un débitmètre selon l'invention; la fig. 2, un élément sensible monté avec la possibilité de se déplacer parallèlement à lui-meme; la fig. 3 représente le schéma du débitmètre selon l'invention, dans lequel le transducteur dé la po position de l'élément sensible permet de regler la position d'équilibre de l'élément sensible proportionnellement au courant circulant dans la bobine électromag- nétique. Le débitmètre comporte un corps 1 (fig. 1) comprenant une section d'une conduite d'amenée du carburant à mesurer et une section 3 d'une conduite d'éva- cation du carburant hors du corps 1. La section de conduite 2 possede à sa sortie une ouverture d'admission calibré 4. Dans le corps 1 e s t monte un élément sensible 5 réalisé sous la forme d'une plaque ayant la même révérence 5. Dans l'exemple décrit, la plaque 5 est réalisée en un materiau magnétique. On peut prevoir la réalisation en un matériau magnetique d'au moins une partie de la plaque. La plaque 5 est montee avec la possibilité de pivoter par rapport à un axe 6 solidaire du corps.L'axe 6 se situe dans le plan de la plaque 5 et passe par son centre de gravité. Une plaque 7 peut (fig.2) etre installée dans le corps avec la possibilité de se déplacer parallèlement à elle-mème, à cet effet elle est montée sur des guides 8. La plaque 5 (fig. 1) coopère avec un transducteur 9 de sa position, dont la sortie est raccordée a l'ent- rée d'un amplificateur 109 A la sortie de l'amplifica- teur 10 sont raccordés en série un indicateur 11 et une bobine électromagnétique 12. La bobine électromagnéti- que 12 est montée coaxialement avec la conduite 2. La section de conduite 2 est réalisée en un matériau ma gnétique et sert de noyau à la bobine électromagné tique. 12. Une telle aisposition de la bobine électromagné- tique 12 assure la coincidence sur la plaque 5 des points d'application des forces resultantes de la pression dynamique du flux de liquide à mesurer et de l'induction magnetique. Avec une telle disposition des forces résultantes le couple sollicitant la plaque 5 est absent, ce qui permet de-reallser la plaque 5 très mince Ceci réduit notablement la masse d'inertie de la plaque 5. La bobine electromagnétique 12 peut etre installée non coaxialement sur la section de conduit 2. La coopération de la plaque 5 avec le transducteur 9 de sa position est assurée par une comparaison de c a p a c i t é s 13 et 14 formées entre la plaque 5 et des plaques 15 et 16 placées à proximité de la surface plane de la plaque 5 des deux cotes opposés de son axe 6. Les plaques 15 et 16 sont Mixées au corps 1, à l'extérieur, et sont realisees en un matériau électroconducteur. Une telle disposition des plaques 15 et 16 exclue tout contact galvanique entre le circuit de mesure et le milieu mesure, ce qui élimine le danger dlincandie. Le transducteur 9 de la position de la plaque 5 comporte un générateur 17, deux redresseurs hétéropolaires 18 et 19 et un additionneur 20. La sortie du générateur 17 est raccordée à la plaque 5 à traversune capacité 21 à 5. La capacité 21 est formée par la plaque 5 et une plaque 22 fixée à demeure sur le corps 1 et réalisée en un matériau éléctroconducteur. Les redresseurs hétéropolaires 18 et 19 sont raccordés par leurs entrées aux plaques 15 et 16, respectivement, et par leurs sorties, aux entrées de l'additonneur 20. Le générateur 17, les redresseurs héteropolaires 18 et 19, l'additionneur 20 et l'amplificateur 10 peuvent étre réalisés avec n'importe quel schéma convenant aL ce but. Pour élargir encore la plage de mesure du débit, l'additionneur 20 (fig.3) comporte un bras 23 réalise avec la possibilité de le régler proportionnellement au courant passant par la bobine électromagnétique 12. Le bras 23 de l'additionneur 20 est reglé en branchant en série avec lui un élément 24 à résistance interne réglable. L'élément 24 à résistance interne réglable peut étre réalisé avec n'importe quel moyen connu con venant à cet effet. Pour obtenir un signal de commande proportionnel au courant circulant à travers la bobine électromagnétique 12 u n e s o r t i e d e t e n sion 25 est créée en introduisant une résistance 26 branchée en série avec la bobine électromagnétique 12. La sortie 25 est raccordée å l'entrée de commande de l'élément 24 à résistance interne réglable. Dans l'ex emple donné ,la résistance interne de l'élément 24 est la fonction inverse de la tension à la sortie 25, c'est-à- -dire que lorsque la tension de sortie 25 accroít la résistance interne de l'élément 24 diminue Lorsque c'est un bras 27 de l'additionneur 20 qui est réalisé réglable, cette relation doit être inverse à celle décrite. I1 est avantageux de réaliser l'élément 24 de telle façon que sa résistance interne atteigne sa va- leur minimale quand la tension de sortie 25 correspond à un débit, dont la valeur se situe a la fin de la gamme des faibles débits mesure's. Ceci permet d'obtenir une précision maximale de mesure du débitmètre dans une large gamme de débit$ moyens et maximaux mesurés. Le débitmètre fonctionne de la-fason suivante. Le flux du fluide a mesurer, qui arrive a travers l'orifice calibré 4 de la section de conduite 2 dans le corps 1 du débitmetre, crée une pression dynamique agissant sur la. plaque 5 en déviant celle-gi par rapportà sa position d'équilibre. Lorsque la plaque 5 quitte sa position d'équilibre le rapport entre les capacités 13 et 14 est modirie. Respectivement, la répartition du sig- nal du générateur 17 entre les redresseurs 18 et 19 va- rie et à la sortie de l'additionneur 20 un signal diffé- rentiel apparaît. Ce signal est amplifié par l'amplifi- cateur 10 et attaque à travers l'indicateur 11 la bobine électromagaétique 12.La force de l'électro-aimant créée par la bobine électromagnétique 12 à l'intérieur de laquelle se trouve la section de conduite 2, est orientée de façon à rappeler la plaque en position d'équi libre. Plus le débit est important, plus la pression dynamique du flux du fluide à mesurer est grande et plus la déviation de la plaque 5 par rapport a' sa position d'équilibre est importante. Respectivement, le courant de sortie de l'amplificateur 10 enregistré par 1' indicateur 11 gradué en unites de debit accroit. Vu que la plaque 5 possède une masse d'inertie et perçoit directement par sa surface la pression dynamique du flux mesuré, le débitmètre possedeune gamme dynamique élargie dans le sens de faibles débits et reagit très sensiblement aux faibles variations du débit. La faible masse d'inertie de meme qu'un bon équilibrage de la plage 5 assurent une sensibilite relativement faible du débitmètre par rapport aux sollicitations mecaniques et a son orientation dans ltespace. Du fait que la surface plane de la plaque 5, immergée dans le liquide à mesurer, est relativement grande, la plaque 5 joue simultanément un role d'amortisseur, ce qui réduit encore plus la sensibilité du debit- metre aux actions mécaniques et réduit les variations impulsionnelles du débit. Vu que les moyens de l'électronique moderne permettent de réaliser un gain tres important de lamplifi- cateur, dans le débitmètre propose la valeur de la déviation de la plaque 5 est reduit au minimum ( dans l' exemple donné de réalisation du débitmètre elle est de l'ordre de 0,5 mm pour toute la gamme dynamique), ce qui exclue en pratique l'influence de la résistance dynamique du fluide mesuré sur le résultat de la mesure. Du fait qu'au cours de la déviation de la plaque 5, les capacités comparées 13 et 14 varient selon une me loi, mais en sens opposés on confère une bonne linéarite au transducteur 9 de la position de la plaque 5, et simuLtanément, à l'ensemble du débitmètre. Un débitmètre dont l'additionneur 20 comporte un bras 2f, réalisé avec la possibilité d'un réglage proportionnel au courant circulant dans la bobine électromagnétique 12, fonctionne de la façon suivante. Comme pour le débitmètre d é c r i t dans le premier exemple, la pression dynamique du flux mesuré est captée par la plaque 5, dont la déviation est enregistrée par le transducteur 9 de sa position. Le signal de sortie du transducteur 9 de la position de la plaque 5 est amplifié par l'amplificateur 10 et attaque à travers l'indicateur 11 la bobine électromagnétique 12. t'effort qelectromagnétique créé par la bobine 12 est orienté de manière à rappeler la plaque dans sa position d'équilibre. Par position d'équilibre de la plaque 5,on entend la position qu'elle occupe en absence de débit et en présence d'une tension nulle à la sortie de l'additioune- ur 20. La tension ne devient nulle que si les courants dans les bras 23 et 27 sont égaux, ce qui, a son tour, ne peut se procuire que lorsque l'impédance du circuit composé par la capacité 13 et le bras 27 de l'addition- neur 20 est egale à l'impédance du circuit constitué par la capacité 14 et le bras 23 de l'additionneur 20. Ceci démontre q dans le cas d'une variation du rapport des résistances internes des bras 23 et 27 de l'additionneur 20, il faut pour maintenir a sa sortie une tension nulle de telle façon que lerapport des capacités comparées 13,14 soit modifiée, ce qui correspond, en pratique, à une modirica- tion de la position d'équilibre de la plaque 5. Ce facteur est mis à profit dans la variante en question d'exécution du débitmètre. Selon le principe de fonctionnement du débitmètre proposé, lorsque le débit est uul, le courant dans la bobine électromagnétique 12, et respectivement la tension de sortie 25, est égal à zéro. La résistance interne de l'élément 24 à résistance interne réglable est maximale. Dans ce cas, pour obtenir à la sortie de l'additionneur 20 une tension nulle, la capacité 14 doit adopter sa valeur maximale. Ceci signifie, qu'ea absence de débit, la position d'équilibre de la plaque 5 est rapprochée au maximum de l'ouverture d'admission 4 de la section de conduite 2. Ensuite, lorsqu'un débit apparaît, un courant survient dans la bobine électromagnétique 12 et à la sortie 25 du débitmètre, une tension proportionnelle au débit apparaît. Simultanément, la résistance interne de l'élément 24, commandée par la tension à la sortie 25 dimi- nue. Comme décrit plus naut, ceci est suivaient à une déviation de la plaque 5 par rapport a l'ouverture d'admission 4 de la section de conduite 2; Ainsi, chaque valeur concrète du débit mesure correspond à une certaine déviation de la plaque 5 sous l'action de deux composantes: l'une due à la pression dynamique du flux mesure et l'autre, provoquée par une commande selon la tension à la sortie 25 de la résistance interne de l'élément 24. Lorsque le débit mesuré atteint la valeur assignée, qui correspond å la fin de la gamme des dépits minimaux mesurés, la résistance interne de l'élément 24 atteint sa valeur minimale et dans le reste de la gamme des débits mesures le débitmètre fonctionne comme décrit dans le premier exemple de réalisation. Au moyen de la solution décrite de l'additionneur 20 et par le procédé de commande de la resistance interne du bras 23 de l'additionneur 20, on obtient une plage de mesure encore plus étendue dans le sens des faibles débits. Ceci devient possible du fait que au rapprochement de la position d'équilibre de la plá- que 5 de l'ouverture d'admission 4 de la section de conduite 2, on réduit considerablement l'influence de l'af- faiblissement du flux du fluide mesuré dans l'espace entre l'ouverture d'admission 4 et la plaque 5 sur le résultat de la mesure. Il existe une exigence particulière à laquelle doivent satisfaire les débitmètres de carburant: ceux -oi ne doivent pas introduire une résistance dynamique importante dans le courant de carburant mesuré. Dans la variante décrite de réalisation du débitmètre, l'intro- duction d'une résistance dynamique superflue est évitée grace, à la commande de la résistance interne de 1 ' é 1 é m e n t 2 4 c e q u i a s s u r e, l'écart entre la plaque 5 et l'ouverture d'admission 4 dans les gammes des débits moyens et maximaux à mesurer.Dans la gamme des débits mesurés minimaux l'introduction d'une résistance dynamique importante est physiquement exclue, au les faibles vitesses du flux du fluide mesurez Dans l'exemple d'exécution décrit du débitmètre, on a augmenté la distance entre les positions possibles extrêmes de la plaque 5 correspondant d'une part a un dé- bit nal et d'autre part, au débit mesure maximal. Autre- ment dit, on a allonge la plan des de'viations dela pla- que 5. L'accroissement de la gamme des déviations possibles de la plaque 5 peut également être obtenu par d'au- tres moyens, par exemple en réduisant le gain de l'am- plificateur 10, mais alors on réduirait la précision dy- namique de mesure du débitmètre dans toute la plage des débits mesurés. En effet, à mesure qu'accroît la plage des déviations de la plaque 5, augmente l'influence sur le résultat de la mesure de la résistance dynamique du fluide mesure' aux déviations de la plaque 5 plongée dans ce fluide. L'avantage principal de l'exemple décrit de réa lisation du débitmètre selon l'invention, réside en ce que pour prolonger u n e plage dynamique des mesures élargie dans le sens des faibles débits, on garde dans çelui-ci la précision de mesure maximale dans une large gamme de débits moyens et maximaux å mesurer. REVENDICATIONS 1. Débitmètre comportant une section de conduite (2) dirigeant le flux à mesurer sur un élément sensible (5) coopérant avec un transducteur (9) de la position de l'élément sensible (5), dont la sortie est raccordée à l'entrée d'un amplificateur (10), a la sortie duquel sont raccordés en serie un indicateur (11) et une bobine électromagnétique (12) coopérant avec l'élément sensible (5), c a r a c t é r i s é en ce que l'élément sensible (5) est réalisé sous la forme d'une plaque (5) montée avec une possibilité de se déplacer sous l'action directe de la pression du flux mesuré, dont au moins une partie est réalisée en un matériau magnétique, la bobine électromagnétique (12) étant montée à la section de conduite (2). 2. Débitmètre selon la revendication 1, c a r a c t é r i a é e n ce que la plaque (5) est montée, pour pouvoir être déviée, sur un axe (6), se trouvant dans son plan et passant par son centre de gravité. 3. Débitmètre selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce qu'une plaque (7) est montée avec une possibilité de se déplacer parallèlement à elle-meme. 4. Débitmètre selon l'une des revendications 1 ou 2, c a r a c t é r i s é en ce que la bobine électromagnétique (12) est disposée coaxialement à ladite section de conduite (2). 5. Débitmètre selon les revendications 1 à 4, c a r a c t é r i s é en ce que la section de conduite (2), sur laquelle est installée la bobine électromagnétique (12), est réalisée en un matériau ferromagnétique. 6. Débitmètre selon les revendications 1,2,4 et 5 dans lequel le transducteur (9) de la position de l'élément sensible comporte un générateur (17), dont la sortie est raccordée à travers des capacités à comparer (13,14) aux entrés de deux redresseurs hétéropolaires (18,19), raccordés par leurs sorties aux entrées d'un addition neur (20), c a r a c t é r i s é en ce que les capacités à comparer (13,14) sontformées par l'élément sensible (5) et des plaques fixes (15,16) disposes à proximité de la surface plane de l'élément sensible (5), des cotés opposes de son axe de pivotement (6). 7. Débitmètre selon les revendications 1,2,4,5 et 6 c a r a c t é r i 5 é en ce que l'additionneur (20) a un de ses bras (23) réalisé avec une possibilité de réglage proportionnel au courant passant par la bobi- ne électromagnétique (12).