Brevet FR2596149A1 — publié le 19870925

COMPTEUR A JET OSCILLANT POUR FLUIDES La présente invention concerne un compteur à jet oscillant pour fluides comprenant un élément rapporté dans lequel sont ménagés, en majeure partie, des espaces et canaux du circuit d'écoulement qui conduisent le fluide. 5 L'orifice d'entrée et l'orifice de sortie de ce circuit d'écoulement commniquent chacun avec une tubulure de raccordement pour le montage du compteur. Dans le circuit d'écoulement, il se produit un jet oscillant de fluide dont la fréquence est, dans le domaine de mesure prévu, au moins approximativement proportionnelle à la vitesse d'écoulement du fluide et est mesurée par un dispositif de mesure pour la détermination du débit du fluide dans un calculateur. Le compteur à jet oscillant occupe une place à part l1 parmi les compteurs volumétriques directs et indirects, car ce type de compteur peut-être conçu de façon à ne pas avoir de pièces mobiles et à avoir ainsi en général une longue durée de vie. En outre, ce compteur a une haute précision avec une plage de mesure relativement grande. 20 Le fonctionnement du compteur à jet oscillant repose sur la force d'écoulement oscillant dans un plan qui a une composante perpendiculaire au débit-masse et produit - ainsi des changementsde direction périodiques du courant25 masse. Les circuits d'écoulement qui reposent par exemple sur l'effet Coanda ou sur d'autres effets connus présentent un tel comportement. Un jet de liquide ou de gaz sortant d'une sortie à arête vive pour entrer dans une chambre de plus grande section renfermant un diviseur de courant est 30 instable. Le jet libre emporte asymétriquement des particules de fluide d'un des coins de la chambre ou du brusque élargissement de section, de sorte qu'à cet endroit, il se crée une dépression et le jet de fluide est dévié laté- ralement. Dans la conduite de retour, formée d'un canal circulaire, il apparaît alors un mouvement du fluide qui produit une force d'écoulement et fait prendre au jet-masse dévié l'autre direction au-delà de sa position médiane. 1.1 se crée de cette manière un jet de fluide oscillant dont la fréquence est, dans certaines limites, proportionnelle à la vitesse d'écoulement du fluide, de sorte qu'en mesu10 rant cette fréquence, on connaît aussi le débit. Les compteurs à jet oscillant qu'on trouve sur le marché ont, malgré leur constitution simple, certains inconvénients du fait qu'ils sont en métal tel que fonte ou 15 bronze et fabriqués par usinage et que ce métal doit à la fois résister à la corrosion, l'érosion et l'abrasion de la part du fluide et former la limite résistant à la pression entre le compteur et l'environnement. Des fonctions aussi différentes conduisent nécessairement à des compro20 mis lorsque le compteur doit être fait d'un seul matériau, en outre un usinage entraîne un coQt de production relativement élevé. On connaît aussi des compteurs à jet oscillant, 25 décrits par exemple dans la demande de brevet suédois NO 77 10 745-6, dans lesquels les espaces et canaux du circuit d'écoulement qui reçoivent et conduisent le fluide sont faits dans un élément rapporté qui est en plastique injecté. Dans un tel compteur, il faut rendre étanche vis30 à-vis de l'environnement les cavités du circuit d'écoulement ouvertes vers un grand côté de cet élément rapporté. On le fait en couvrant d'une plaque métallique le côté ouvert de l'élément rapporté et en plaçant sur l'autre grand côté, fermé, de l'élément rapporté une pièce moulée portant les 35 tubulures de raccordement, de sorte que les pièces métal- liques situées de part et d'autre de l'élément rapporté peuvent être assemblées par des vis et que l'élément rapporté peut être serré entre ces pièces. Un tel compteur à jet oscillant a des avantages par rapport aux autres compteurs connus en ce qui concerne la qualité de surface de ce circuit d'écoulement en majeure partie en plastique. Ce compteur à jet oscillant a néanmoins lui aussi certains inconvénients du fait que 10 dans les canaux et espaces du circuit d'écoulement, qui sont ordinairement de section rectangulaire, seules la paroi inférieure et les deux parois latérales ont des surfaces de plastique lisseset la paroi de limitation supérieure n'est favorable à l'écoulement que si la face intérieure 15 de la plaque métallique de couverture à été usinée de manière appropriée. En outre, sur les compteurs de ce type, même en cas d'utilisation supplémentaire de moyens d'étanchéité, 20 il apparaît des problèmes d'étanchéité, surtout lorsque le fluide est sous pression élevée et à température élevée. De plus, ces compteurs ont un poid relativement grand et nécessitent une dépense élevée de matière et de fabrication. L'invention a pour but de réaliser un compteur à jet oscillant de haute précision qui, tout en étant simple et peu coûteux, ne présente pas de problèmes d'étanchéité. L'invention prévoit dans ce but un agencement du 30 compteur à jet oscillant mentionné au début qui consiste: en ce que l'élément rapporté est formé d'uneboîte qui est fermée à l'exception des orifices d'entrée et de sortie, en ce que cette boite est entourée de toutes parts d'une enveloppe, etenceque cette enveloppe porte les deux tubulures de raccordement. Les canaux et espaces du circuit d'écoulement situés dans la boite, qui est en totalité en plastique ou métal moulé ou injecté, ont, en raison du procédé de fabrication, une surface partout lisse, et en outre, avec un choix approprié du matériau, résistent à la corrosion. Les problèmes d'étanchéité du genre mentionné précédemment sont supprimés du fait que la boite est fermée et doit avoir seulement les deux orifices habituels qui communiquent avec les tubulures de raccordement placées sur l'enveloppe. 10 Lorsque le fluide à mesurer contient des impuretés abrasives, la zone menacée sur ce point du circuit d'écoulementoudelaboîte est faite en métal ou en céramique et placée sous forme d'élément rapporté, d'une seule pièce 15 ou en plusieurs parties, dans la boite, qui est pour le reste en plastique. L'agencement prévu par l'invention remédie aux propriétés désavantageuses inhérentes des matériaux de la 20 boite, à savoir un comportement en matière de fluage défavorable pour le plastique et, pour la céramique, un manque de résistance à la flexion et une grande fragilité. En effet, la boite est seulement sous une pression qui est inférieure à la perte de charge de l'appareil de mesure, qui elle-même s'élève seulement à une fraction de la pression du circuit. En outre, les deux tubulures de raccordement se trouvent sur l'enveloppe, de sorte que des forces agissant sur le compteur par l'intermédiaire de conduites raccordées ne peuvent pas avoir d'influence mécanique (com30 pression, traction ou flexion) sur le circuit d'écoulement. Par cette division des fonctions, à savoir absorber la sollicitation mécanique du compteur ou de l'appareil de mesure par la pression du circuit et les forces de la tuyau35 terie par l'enveloppe, et pouvoir déterminer le circuit d'écoulement enfermé par.l'enveloppe, en ce qui concerne son mode de fabrication et le choix de son matériau, seulement sous l'angle de la mécanique des fluides et de la résistance au fluide, on crée un compteur à jet oscillant qui a une bien plus longue durée de vie et une bien plus grande stabilité de mesure que les compteurs connus jusqu'à présent et qui peut au surplus être fabriqué à moindres frais. A partir du compteur à jet oscillant, on peut par 1O combinaison avec un dispositif de mesure de différence de température et par extension du dispositif de mesure de fréquence au moyen d'un calculateur, réaliser un compteur de chaleur comme celui qui est prescrit aujourd'hui dans différents pays pour la construction de logements locatifs. D'autres caractéristiques et avantages du compteur à jet oscillant de l'invention ressortent de la description suivante d'exemples de réalisation représenté sur les des20 sins joints, sur lesquels: La figure 1 est une coupe longitudinale d'un compteur à jet oscillant conforme à l'invention, la figure 2 est une vue de dessus de la partie inférieure de la boite en deux parties, la figure 3 est une vue de dessus correspondant à la figure 2 avec un élément rapporté en céramique ou en métal, la figure 4 est une coupe longitudinale d'un compteur suivant un autre mode de réalisation, la figure 5 est une coupe transversale d'un compteur à jet oscillant à enveloppe à symétrie de révolution, et la figure 6 montre un compteur à jet oscillant à enveloppe à symétrie de révolution suivant encore un autre mode de réalisation. Le compteur à jet oscillant représenté peut être utilisé par'exemple comme compteur d'eau. Il est constitué d'une enveloppe extérieure par exemple en acier inoxydable ou en matière non métallique qui est composée d'un couver5 cle 1 et d'une partie 2 également moulée, qui sont assemblés, par exemple par soudage, dans la zone du bord du couvercle. Un assemblage par collage ou par d'autres moyens de fixation usuels est également utilisable. A la partie 2 de l'enveloppe sont jointes les deux tubulures de raccordement 3 et 4, par lesquelles le compteur peut être monté sur la tuyauterie d'une installation conduisant de l'eau, par exemple d'une installation de chauffage. Sur le compteur représenté sur la figure 1, les 15 tubulures 3, 4 sont sur le même axe 5, de sorte que le compteur peut être monté en ligne. L'enveloppe 1, 2 entoure de toutes parts la boîte en plastique constituée de deux parties 6 et 7. Ces deux parties sont assemblées de manière étanche dans la zone de la surface de séparation 6a, 7a et rendues étanches visà-vis de l'enveloppe extérieure 1, 2 autour d'au moins une des tubulures 3, 4. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, l'étanchéité a été réalisée autour de 25 la tubulure d'entrée 3 au moyen d'un joint torique 8, de sorte que l'espace la existant entre l'enveloppe et la boîte ne communique qu'à un endroit non étanchéifié situé à proximité de la tubulure de sortie 4 avec le canal d'écoulement voisin intérieur à la boîte. Dans ce cas, l'enve30 loppe doit donc former entre l'installation et l'environnement une limite résistant à la pression. Cette solution est avantageuse en ceci que les parois de la boîte 6, 7 sont soumises seulement à une pression correspondant à la perte de charge dans le compteur et peuvent par conséquent 35 être relativement minces. Il est cependant aussi possible de rendre les canaux d'écoulement intérieurs à la boite 6, 7 complètement étanches vis-à-vis de l'enveloppe 1, 2 en prévoyant dans la zone de la tubulure de sortie 4 un joint supplémen5 taire qui agira comme le joint torique 8 entre la boite et l'enveloppe. Cette solution est indiquée dans le cas de la mesure de courants de gaz avec faible surpression. Au surplus, dans ce cas, il n'est pas nécessaire que l'enveloppe 1, 2 forme la limite résistant à la pression vis10 à-vis de l'environnement, de sorte qu'il suffit de concevoir l'enveloppe de façon qu'elle puisse absorber les forces agissant de l'extérieur et serrer de manière suffisamment sûre la boite placée dedans. Il convient cependant de noter dans le cas de cette construction que les parois 15 de la botte 6, 7 doivent être suffisament stables, car elles sont soumises à la pleine pression du circuit. Le fluide entre dans le compteur par la tubulure 3 et arrive d'abord dans une chambre d'entrée- 9. Il entre ensuite, à travers un orifice de sortie 10, dans la chambre 11, qui forme un élargissement de section et forme une partie d'une conduite circulaire de retour 12. Le jet de fluide arrivant dans la chambre 11 gagne la tubulure de sortie 4 soit par un canal 13, soit par un canal 14, en passant 25 autour d'un corps de retenue oudiviseur d'écoulement 15. La position actuelle du jet de fluide produit dans la chambre 11l une différence de pression qui provoque un mouvement du fluide se trouvant dans la conduite de retour 12 et fait prendre au jet l'autre position, de sorte que celui-ci os30 cillera en raison des conditions instables. Comme déjà indiqué au début, le débit dans le compteur peut être déterminé par mesure directe ou indirecte de la fréquence d'oscillation du jet de fluide. On peut réaliser cela par exemple avec une thermosonde ou suivant le même principe que dans la demande de brevet suédois précitée en plaçant dans le canal circulaire 12 une bille métallique 16 qui peut se déplacer de manière limitée entre deux butées 17 sous l'action du fluide. Le sens et la fré5 quence de mouvement de cette bille dépendent du sens d'écoulement du fluide dans le canal circulaire et des chan-. gements de ce sens. Un capteur non représenté permet alors de détecter de l'extérieur, par voie électromagnétique, le mouvement de la bille et d'en déduire directement la fré10 quence d'oscillation du jet de fluide et ainsi, après conversion appropriée, le débit. Le compteur représenté sur les figures 1 et 2 est conçu surtout pour un fluide sans impuretés abrasives. Une 15 solution appropriée pour des fluides renfermant des impuretés abrasives est représentée schématiquement sur la figure 3. les parties du circuit d'écoulement qui influent sur la précision de mesure et sont menacées d'abrasion sont ici en céramique ou autre matière appropriée. Un bloc en 20 céramique 18 dont le contour rectangulaire est représenté en trait mixte et dans lequel se trouvent entre autres une partie de la chambre 9, l'orifice de sortie 10, la chambre 11, les canaux 13 et 14 et le diviseur d'écoulement 15 est placé et fixé dans un évidement de forme correspondante de 25 la partie 7 de la boite. Ce bloc en céramique 18 pourrait aussi être un élément rapporté en plusieurs parties si c'est avantageux pour des raisons de fabrication ou de simplification du montage. Un bloc 18 en céramique d'une seule pièce ou en plusieurs parties sera envisagé en particulier pour de l'eau contenant des impuretés abrasives, tandis qu'un bloc en métal, par exemple en aluminium, conviendra pour des gaz à mesurer. Comme on le voit sur les figures 1 et 2, le canal circulaire de retour 12 du circuit d'écoulement est incurvé vers le bas (figure 1), de sorte que sa partie située à droite est au-dessous de l'axe 5 et qu'il est possible de placer les deux tubulures de raccordement 3 et 4 sur le même axe pour réaliser un montage en ligne. En outre, cette solution donne un faible encombrement en hauteur. La figure 4 montre un compteur à jet oscillant dans 10 lequel le circuit d'écoulement est établi suivant un plan droit et les tubulures 3, 4 peuvent être placées soit sur le même axe 5, soit d'équerre, par exemple par remplacement de la tubulure 3 par la tubulure 3a dessinée en trait interrompu. Dans les deux formes de réalisation représentées sur les figures 1 à 4, un fagonnage approprié de la partie 1 ou 2de l'enveloppe permet de créer un espace libre 19 accessible de l'extérieur et pouvant être fermé vis-à- vis 20 de l'environnement par un couvercle non représenté. Dans cet espace peuvent alors être placés le calculateur, des parties du dispositif de mesure de fréquence, des piles et des éléments analogues. La figure 5 montre une autre forme de réalisation d'un compteur à jet oscillant. Ici, l'enveloppe, représentée en coupe transversale, est constituée de deux parties 1 et 2 à symétrie de révolution. L'élément rapporté constitué de deux parties en plastique 6 et 7 contient le cir30 cuit d'écoulement décrit précédemment à propos des autres exemples de réalisation, qui, pour plus de clarté, n'a pas été de nouveau représenté. La boite 6, 7 est rendue étanche, autour de la tubulure d'entrée 3, vis-àvis de la partie 2 de l'enveloppe par le joint torique 8, de sorte que tout 35 le courant peut passer dans le circuit d'écoulement. Dans le cas de cette construction, l'axe 5 traversant les tubulures 3, 4 et l'axe 21 des parties de l'enveloppe se coupent à angle droit ou à peu près. Un chapeau 22 fixé par des-vis 23 à la partie 1 de l'enveloppe permet 5 de créer l'espace 19 déjà mentionné et accessible de l'extérieur, cet espace étant destiné à recevoir l'électronique et le calculateur. La figure 6, enfin, montre-une autre variante d'un 10 compteur à jet oscillant comportant des parties d'enveloppe 1 et 2 à symétrie de révolution. Ici l'axe 5 des tubulures 3, 4 est confondu avec l'axe 21 des parties de l'enveloppe. L'élément rapporté, ici encore constitué de deux parties en plastique 6 et 7, contient le circuit d'écoulement avec 15 tous les canaux nécessaires et les éléments déjà décrits. L'élément rapporté est rendu étanche, autour de l'entrée, vis-à-vis de la partie 1 de l'enveloppe par un joint torique, de sorte que tout le courant doit, dans ce cas aussi, obligatoirement passer dans le circuit d'écoulement. Dans ce cas, contrairement au cas du compteur à jet oscillant de la figure 5, l'union entre les parties 1 et 2 de l'enveloppe est supprimée du fait que ces parties sont maintenues assemblées par un anneau métallique 26 qui 25 coiffe circulairement des brides de ces parties. En mettant un joint de forme appropriée 24 dans la zone de jonction, on peut assembler les parties de l'enveloppe de manière étanche sous pression même sans soudage. 2596 1 49 REVENDICATIONS 1. Compteur à jet oscillant pour fluides comprenant un élément rapporté dans lequel sont ménagés, en majeure partie, les espaces et canaux du circuit d'écoulement qui conduisent le fluide, l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie du circuit d'écoulement communiquant chacun avec une tubulure de raccordement pour le'montage du compteur, le dit circuit d'écoulement donnant naissance à un jet oscillant de fluide dont la fréquence est, dans le domaine de mesure prévu, au moins approximativement proportion10 nelle à la vitesse d'écoulement du fluide et est mesuré par un dispositif de mesure pour la détermination du débit du fluide dans un calculateur, le dit compteur étant caractérisé en ce que l'élément rapporté (6,7) est formé d'une boite qui est fermée à l'exception des orifices 15 d'entrée et de sortie (3,4); en ce que cette boite est entourée de toutes parts d'une enveloppe (1,2) étanche sous pression; et en ce que cette enveloppe porte les deux tubulures de raccordement (3,4). 2. Compteur à jet oscillant selon la revendica20 tion 1, caractérisé en ce que l'enveloppe est en t6le d'acier inoxydable et est constituée de deux parties (1,2) assemblées de manière étanche, de préférence par soudage, portant les deux tubulures (3,4). 3. Compteur à jet oscillant selon l'une des re25 vendications 1 ou 2, caractérisé en ce que un espace (la) existant entre l'enveloppe (1,2) et la boîte (6,7) communique à un endroit avec un des canaux d'écoulement (9 à 14) de la boite et en ce que l'enveloppe forme la limite résistant à la pression vis-à-vis de l'environnement. 4. Compteur à jet oscillant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des parties du circuit d'écoulement sont en métal ou en céramique et sont placées sous forme d'élément rapporté, d'une seule pièce ou en plusieurs parties (18), dans la boite (6,7), qui est pour le reste en plastique. 5. Compteur à jet oscillant selon l'une des re5 vendications i à 4, caractérisé en ce que le canal circulaire de retour (12) du circuit d'écoulement (9 à 15) est incurvé dans l'espace. 6. Compteur à jet oscillant selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une partie de 10 l'enveloppe (6,7) est faite de façon à former un espace libre (19) accessible de l'extérieur et pouvant être fermé. 7. Compteur à jet oscillant selon l!une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'axe (21) des 15 parties (1,2), à symétrie de révolution, de l'enveloppe et l'axe (5) des tubulures de raccordement (3,4) se coupent sous un angle d'environ 900. 8. Compteur à jet oscillant selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'axe (21) des parties (1,2), à symétrie de révolution, de l'enveloppe et l'axe (5) des tubulures de raccordement (3,4) coincident.