Brevet FR2587481A1 — publié le 19870320

Perfectionnement aux appareils mesureurs de débit ou de volumes de fluides. L'invention se rapporte aux appareils pour la mesure de débits ou volumes de fluides circulant dans une canalisation. De tels appareils trouvent application dans la mesure des débits ou volumes de gaz ou liquides délivrés dans ou à partir de réservoirs, et notamment des carburants; mais ils sont susceptibles d'autres applications telles que la mesure des flux respiratoires (application médicale). Dans le passé, il était habituel -d'effectuer ces mesures au moyen de compteurs volumétriques. Plus récemment, on a proposé d'utiliser les ultrasons, ou le comptage des tourbillons engendrés par un obstacle placé dans la canalisation. La méthode consiste à transformer en impulsions électriques les variations de pression engendrées par les tourbillons sur un capteur disposé sur l'obstacle ou lié à celui-ci. L'expérience montre, en effet, que la fréquence de passage des tourbillons sur les capteurs est proportionnelle au débit de fluide. Cependant, pour que cette méthode puisse fournir un appareil de mesure utilisable industriellement, il est nécessaire de parvenir à une précision importante, le taux d'emurs restant inférieur à O, 1 9iS environ, et à une très grande fiabilité. Ceci suppose, d'une part, que les signaux recueillis au passage des tourbillons soient très nets et distincts, mais aussi que les tourbillons émis par l'obstacle soient réguliers et que les capteurs soient disposés de façon à effectuer la distinction entre tourbillons successifs sans être perturbés par les variations propres à un même tourbillon. La présente invention a pour objet un ensemble de dispositions dont la combinaison permet d'atteindre la précision souhaitée. Conformément à l'invention, un tel compteur de débit et/ou de volume de fluide comporte un tronçon de canalisation dans lequel est disposé un obstacle générateur de tourbillons, un capteur sensible aux variations de pressions hydrauliques exercées par le passage des tourbillons et un moyen transformant ces variations en impulsions électriques et il est caractérisé en ce que la section de la canalisation est rectangulaire, l'obstacle ayant la forme d'un barreau transversal, à bords biseautés, reliant les zones médianes de deux faces opposées de la canalisation, et le capteur a la forme d'une plaque plane, sans liaison mécanique avec le barreau-obstacle, disposée sensiblement parallèlement à l'axe de la canalisation et à celui du barreau, cette plaque étant dépourvue de contacts avec les parois de la canalisation et montée mobile par rapport à ladite canalisation sur un support relié à un générateur d'impulsions électriques, la longueur de la plaque dans le sens du courant de fluide étant de l'ordre de deux fois la largeur du barreau et sa distance audit barreau étant supérieure à environ trois fois ladite largeur. L'invention vise également les dispositions suivantes: a) La plaque est montée, par son bord aval, sur un axe support et le capteur transforme en impulsions électriques les efforts de torsion alternés que les tourbillons appliquent à l'axe support en agissant sur le bord amont de la plaque: b) La plaque est montée sur un support coulissant perpendiculaire au plan de la plaque, et le capteur transforme en impulsions électriques les déplacements alternés que les tourbillons impriment à la plaque selon une direction perpendiculaire à son plan; c) La plaque est montée par un bord latéral sur un support parallèle au barreau-obstacle et le capteur transforme en impulsions électriques les efforts de flexion alternée que les tourbillons appliquent au support par l'intermédiaire de la plaque; d) La plaque est ajourée par des perforations ou par une constitution en treillis ou en grille;; e) Le barrau-obstacle est biseauté vers l'aval et sa section est trapézoïdale ou en lunule, la grande base etant la base aval. L'invention est illustrée par le dessin joint sur lequel: La figure 1 est une vue schématique en perspective avec arrachement partiel d'un exemple de réalisation de dispositif selon l'invention; La figure 2 illustre schématiquement le fonctionnement de l'appareil; La figure 3 est une vue en coupe selon A-A de la figure 1; Les figures 4 et 5 illustrent schématiquement deux variantes de réalisation en coupe transversale au niveau du capteur; La figure 6 illustre schématiquement, en coupe longitudinale, un appareil selon l'invention capable d'effectuer le comptage dans les deux sens d'écoulement. En se reportant à ces figures, on voit que le compteur selon l'invention est formé d'un tronçon de canalisation 1 dans lequel est placé un obstacle générateur de tourbillons 2, en aval duquel on trouve un capteur 3 sensible aux turbulences des tourbillons, ce capteur etant combiné avec un moyen 4 transformant en impulsions électriques 5 les variations de pressions exercées sur le capteur 3 par ces turbulences. Il est en effet connu qu'un obstacle dans une canalisation génère des tourbillons qui se propagent en trains équidistants dont la fréquence de passage ou le nombre sont proportionnels au débit ou au volume de fluide transitant dans la canalisation. Conformément à l'invention, en vue d'obtenir des mesures précises et fiables, la section de la canalisation 1 est rectangulaire et l'obstacle a la forme d'un barreau transversal à bords 6, 7 biseautés de façon à former des arêtes aiguës 8. De préférence, ces arêtes sont situées vers l'aval du barreau qui a une section trapézoïdale ou en lunule, la grande base vers l'aval. Cette forme en biseau, avec aretes aiguës, provoque des tourbillons mieux formés et mieux détachés. Comme le montre la figure 3, cette- disposition réalise au-dessus et au-dessous du barreau 2 un espace de passage de largeur constante, ce qui assure l'homogénéité des tourbillons d'un coté la à l'autre lb de la canalisation et surtout leur détachement en phase à partir de l'obstacle. Avec des sections de forme circulaire ou ovoïde, en effet, il se produit des déphasages entre les tourbillons qui se détachent sur les côtés la, lb et ceux de la zone centrale i c et ces déphasages produisent un brouillage et un étalement des signaux reçus par le capteur 3 et transmis en 5. De préférence, le rapport de longueur entre les côtés la et ld (figure 3) du rectangle est compris entre 0,8 et 1,2, tandis que la largeur du barreau occupe environ le tiers de la canalisation. Le capteur 3 est une plaque plane disposée à l'aval du barreau 2 au centre de la veine, selon le plan formé par l'axe du barreau et l'axe de la canalisation. Le bord antérieur 9 de la plaque 3 est distant de la face frontale 10 du barreau d'une distance au moins égale à trois fois la hauteur du barreau, tandis que la longueur de la plaque est de l'ordre de deux fois ladite hauteur. Ces dispositions permettent d'obtenir des signaux nets et distincts : la distance entre le barreau 2 et la plaque 3 permet aux tourbillons d'etre bien formés au moment où ils abordent la plaque 3 tout en ayant encore conservé une énergie suffisante. A ce titre, il est préférable que la distance entre le bord 9 et la face 10 soit comprise entre 2,5 et 5 fois la hauteur du barreau. D'autre part, la longueur de la plaque doit être inférieure ou voisine de la distance entre deux trains de tourbillons pour que deux trains de tourbillons successifs n'interfèrent pas simultanément de façon telle que le signal reçu perde sa netteté. L'expérience montre que les trains de tourbillons se détachent alternativement aux extrémités supérieure et inférieure de l'obstacle comme représenté figure 2 trains T1, T2, T;3, T, Tg ); et les études systématiques ont permis de situer la longueur optimale de la plaque 3 entre 1,5 et 2,5 fois la hauteur du barreau: au-delà de 2,5, plusieurs trains de tourbillons interfèrent simultanément avec la plaque 3 dans des proportions qui altèrent les signaux ; au-dessous de 1,5, la plaque 3 transmet des signaux relatifs aux variations internes d'un seul tourbillon, ce qui altère également la capacité de différenciation des tourbillons et par suite leur comptage. Dans l'exemple de la figure 1, la plaque est montée par son bord aval sur un axe il et le moyen 4 transformant les variations tourbillonnaires en signaux électriques est un capteur de forces de torsion, du type jauge de contrainte connu en soi. L'avantage de cette disposition est que la partie mobile de la plaque est le bord frontal 9 qui reçoit l'action la plus forte des tourbillons et que cette action est reçue de façon homogène sur toute la longueur du bord 9 > tandis que cette action est fortement amoindrie au niveau de l'axe 11. Dans l'exemple représenté figure 4, la plaque 3 est montée mobile sur une tige 12 perpendiculaire à la plaque et coulissant à travers la paroi de la canalisation 1. Les déplacements de la plaque sont transformes en signaux électriques, par exemple au moyen d'un dispositif 13 du type à quartz pléto-électrique. Dans l'exemple de la figure 5, la plaque 3 est montée sur un support latéral 14 auquel elle transmet des efforts de flexion alternée qui sont transformés en signaux électriques par la jauge 15. La plaque 3 peut être réalisée, comme le barreau 2, en materiaux très divers. Pour alléger la plaque 3, on peut la réaliser sous forme de grille, de treillis ou de plaque perforée. Il a été indiqué que la plaque 3 était disposée sensiblement selon un plan contenant l'axe de la canalisation 1 et celui du barreau 2. Une légère inclinaison, pouvant aller jusqu'à environ 10 à 15 ne nuit pas au fonctionnement de l'appareil. La figure 6 représente un appareil permettant le mesurage quel que soit le sens d'écoulement (fleches F1 ou F2) alors que les schémas des figures 1 et 2 se rapportent à un écoulement selon la flèche F1 seulement. A cette fin, l'appareil comporte deux barreaux générateurs de tourbillons 2 et 16 distants l'un de l'autre d'environ 8 fois, au moins, la largeur d'un barreau et le capteur 3 en forme de plaque est disposé dans la partie médiane. Le capteur pourra être du type de celui décrit figure 4 ou 5, c'est-à-dire symétrique par rapport au plan transversal passant par son support 12, 14 ou encore composé de deux capteurs du type décrit figures 1 et 2 dirigés en sens inverses et agissant chacun pour un seul sens d'écoulement, les axes supports 1 1 étant situés sur les côtés voisins ou adjacents des capteurs 3, ce qui fournit également une symétrie par rapport à un plan transversal approximativement médian. L'appareil est dès lors réversible, ce qui présente un grand intérêt pour certaines applications. Si le capteur 3 est en lui-même symétrique (figures 4 et 5) et agit pour les deux sens, sa longueur répond aux conditions exposées plus haut, ainsi que sa position par rapport à chaque obstacle 2 et 16. S'il s'agit de deux capteurs opposés, chaque capteur 3 répond aux conditions dimensionnelles exposées plus haut par rapport à l'obstacle 2 ou 16 auquel il est associé, et, selon le sens du courant F1 ou F2 une seule jauge 4 est agissante, l'autre étant mise hors circuit. L'ensemble des perfectionnements et caractéristiques de l'appareil selon l'invention permet, par leur combinaison, d'obtenir une précision de mesure de fréquence ou de période suffisante pour réaliser, par exemple, un débitmètre ayant une précision de 0,1 %, ce qui correspond aux besoins de l'industrie dans de nombreux domaines de transport, de stockage et de délivrance de fluides gazeux ou liquides tels que les hydrocarbures ou les produits chimiques. Mais cet appareil peut recevoir d'autres applications et notamment des applications médicales dans la mesure des volumes respiratoires inspirés et expirés. Revendications. 1. Dispositif de comptage de débits ou de volumes de fluides comportant un tronçon de canalisation (1) dans lequel est disposé un obstacle (2) générateur de tourbillons, un capteur (3) sensible aux variations de pressions exercées par le passage des tourbillons et un moyen (4) transformant les variations en impulsions électriques (5), caractérisé en ce que la section de la canalisation 1 est rectangulaire; l'obstacle (2) a la forme d'un barreau transversal, à bords biseautés (8), reliant les zones médianes de deux faces opposées (la, lb) de la canalisation ( 1), le capteur a la forme d'une plaque plane (3), sans liaison mécanique avec le barreau (2), disposée sensiblement selon un plan contenant l'axe du barreau 2 et l'axe de la canalisation (1), la plaque (3) étant dépourvue de contacts avec les parois de la canalisation et montée mobile par rapport à celle-ci sur un support relié à un générateur d'impulsions électriques (4), la longueur de la plaque (3) dans le sens du courant de fluide étant de l'ordre de 1,5 à 2,5 fois la largeur du barreau (2) et sa distance à la face frontale dudit barreau étant au moins égale à environ 3 fois ladite largeur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque est montée, par son bord aval, sur un axe support et le capteur transforme en impulsions électriques les efforts de torsion alternés que les tourbillons appliquent à l'axe support en agissant sur le bord amont de la plaque. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque est montée sur un support coulissant perpendiculaire au plan de la plaque, est montée sur un support coulissant perpendiculaire au plan de la plaque, et le capteur transforme en impulsions électriques les déplacements alternés que les tourbillons impriment à la plaque selon une direction perpendiculaire à son plan. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque est montée par un bord latéral sur un support parallele au barreau-obstacle et le capteur transforme en impulsions électriques les efforts de flexion alternée que les tourbillons appliquent au support par l'intermédiaire de la plaque. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque est ajourée par des perforations ou par une constitution en treillis ou en grille. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le barreau-obstacle est biseauté vers l'aval et sa section est trapézoïdale ou en lunule, la grande base étant la base aval. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport de longueur des côtés de la section de la canalisation est compris entre 0,8 et 1,2. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'inclinaison de la plaque sur le plan des axes de la canalisation et du barreau n'est pas supérieure à 15' 9. Dispositifselon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la largeur du barreau est de l'ordre du tiers de la dimension correspondante de la canalisation. 10. Dispositif de comptage. réversible selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte deux barreauxobstacles (3, 16), distants l'un de l'autre d'au moins huit fois la hauteur approximative d'un barreau (3, 16) , le capteur (3) étant disposé dans la partie médiane de la zone séparant les capteurs (3 et 16) et symétrique par rapport à un plan transversal approximativement médian.