Brevet FR2588376A1 — publié le 19870410

MESUREUR DEBITMETRIQUE PERFECTIONNE. La présente invention concerne un mesureur débitmétrique à turbine, c'est-à-dire d'un type comprenant - un corps tubulaire à l'intérieur duquel s'écoule le fluide dont on veut mesurer le débit - une hélice ou une turbine montée rotative à l'intérieur dudit corps, de préférence coaxialement à celui-ci - deux stabilisateurs d'écoulement, à savoir : un stabili sateur d'admission et un stabilisateur d'échappement, situés à l'intérieur dudit corps, de part et d'autre de l'hélice - un capteur monté sur ledit corps et agencé de manière à fournir un signal représentatif du mouvement de rotation de l'hélice, ce signal consistant habituellement en des impulsions marquant le passage d'une aube au droit d'une zone de détection fixe ; et - un dispositif de traitement du signal délivré par le capteur, ce dispositif permettant de fournir une valeur proportionnelle au flux de fluide traversant le mesureur. On sait que de tels mesureurs débitmétriques peuvent être utilisés dans de nombreuses applications, par exemple pour des mesures de débit instantanées de volume ou même pour des régulations sur des liquides de toutes natures, tels que huiles, eau, carburants, liquides alimentaires, etc... Grâce à leur simplicité et à leurs excellentes qualités de robustesse et de précision, associées à une excellente répétabilité et une hystérésis pratiquement nulle, leur emploi peut être généralisé dans des secteurs à haute technologie, tels que l'aéronautique, l'aérospatial ou autre. I1 est clair que dans ce type de mesureurs, le flux de fluide à mesurer est proportionnel au mouvement de rotation de l'hélice et, en conséquence, au nombre d'impulsions délivrées par le capteur, à un coefficient K près. Or, il s'avère que ce coefficient n'est pas constant et varie en fonction du débit. En effet, on constate que dans les faibles débits pour lesquels l'écoulement du fluide s'effectue en régime laminaire, la variation de ce coefficient est très rapide et que, par contre, dans les débits plus élevés qui conduisent à un écoulement en régime turbulent, cette variation est beaucoup plus faible et demeure comprise dans une zone acceptable. C'est la raison pour laquelle ces mesureurs débitmétriques sont habituellement utilisés pour des débits engendrant un régime d'écoulement turbulent. A ce problème se rajoute celui qui résulte du fait qu'en raison des tolérances de fabrication dans une même série de mesureurs, la courbe de variation du coefficient K peut se trouver décalée d'un mesureur à l'autre, de sorte que pour un même débit, le coefficient K pourra présenter des valeurs différentes, selon le mesureur utilisé. Par conséquent, il s'avère nécessaire, en vue d'obtenir des séries homogènes de mesureurs d'effectuer, à débit constant, une correction tendant, selon le cas, à accélérer ou à ralentir la turbine, de manière à ramener le coefficient K à la valeur souhaitée. L'invention a donc tout d'abord pour but de résoudre ce problème de façon simple, répétitive et sans avoir à effectuer un démontage du mesureur. A cet effet, elle propose d'utiliser dans un mesureur débitmétrique du type susdit - au moins un déflecteur orientable disposé dans une zone du stabilisateur d'admission adjacente à l'hélice, de maniè re à pouvoir provoquer, à l'entrée de l'hélice, une dévia tion du flux de fluide engendrant, selon son orientation, une augmentation ou une réduction de la vitesse de la turbine t et - un dispositif permettant de modifier l'orientation du déflecteur au moyen d'un organe de commande actionnable depuis l'extérieur du corps du mesureur. Comme précédemment mentionné, la courbe de variation K, en fonction du débit, comprend deux parties principales, à savoir : la partie correspondant à un régime laminaire qui présente une forte pente, et la partie correspondant à un régime turbulent dans laquelle le coefficient K subit une variation comprise dans la plage de tolérance du mesureur. A ces deux parties peut être également rajoutée une troisième partie qui correspond à une zone intermédiaire située entre le régime laminaire et le régime turbulent. Dans cette zone intermédiaire, le coefficient K passe par une valeur maximum pour décroître ensuite et s'établir à l'intérieur de la plage de tolérance. L'invention a donc également pour but d'améliorer les performances du mesureur en diminuant cette valeur maximum de manière à "aplatir" la forme de la courbe et permettre ainsi de réduire, autant que possible, la plage de tolérance et accroitre ainsi la précision du mesureur. Elle parvient à ce résultat en disposant dans une zone d'écoulement de fluide située à l'entrée du stabilisateur d'admission, au moins un élément en saillie, apte à provoquer prématurément l'établissement d'un régime turbulent éventuellement contrôlable. Avantageusement, cet élément en saillie peut consister en un second déflecteur orientable du type de celui précédemment décrit, également réglable au moyen d'un organe de commande actionnable de l'extérieur. Selon une autre caractéristique de l'invention, dans le but d'accroître encore les performances du mesureur débitmétrique, les organes de commande des premier et second déflecteurs sont reliés l'un à l'autre de manière à former un système auto-asservi au débit du fluide. Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ciaprès, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels La figure 1 est une coupe axiale schématique d'un mesureur débitmétrique selon l'invention La figure 2 est une vue éclatée, en perspective sché matique, des stabilisateurs et de la turbine utilisés dans le mesureur débitmétrique représenté sur la figure 1 La figure 3 est une représentation schématique, en coupe axiale, d'un déflecteur rotatif dans le cas d'un mesureur de faible section La figure 4 représente schématiquement un mode de couplage des déflecteurs permettant d'obtenir un système auto-asservi au débit La figure 5 est un diagramme représentatif des varia tions du coefficient K en fonction du débit, ce diagramme permettant d'illustrer le principe de fonctionnement du mesureur débitmétrique selon l'invention. Tel que représenté sur les figures 1 et 2, le mesureur débitmétrique comprend un corps cylindrique 1 en un matériau amagnétique tel que, par exemple, un acier inoxydable amagnétique. Ce corps 1 comprend un alésage cylindrique 2 avec, cependant, deux portions d'extrémité coniques 3, 4. Dans la partie cylindrique de cet alésage 2 sont successivement montés, dans le sens d'écoulement du fluide (flèche F), un premier stabilisateur d'écoulement 5 (stabilisateur d'admission), une turbine 6 et un deuxième stabilisateur d'écoulement 7 (stabilisateur d'échappement). Les deux stabilisateurs 5 et 7 sont sensiblement identiques et comprennent un noyau central cylindrique 8, 8' coaxial à l'alésage 2 et de plus faible diamètre. Ce noyau 8, 8' porte quatre palettes fixes 9, 9' formant croisillon qui s'étendent radialement et axialement le long d'une génératrice respective de la surface cylindrique du noyau 8. Les bords longitudinaux 10, 10' de ces palettes 9, 9' sont inscrits dans une surface cylindrique 11 (en traits interrompus, figure 2) de diamètre sensiblement égal au diamètre de l'alésage 2. Ces quatre palettes 9, 9' délimitent avec le noyau 8,8' et l'alésage 2, quatre canaux dans lesquels peuvent s'écouler et sont guidées quatre veines de fluide. La fixation des stabilisateurs 5, 7 à l'intérieur de l'alésage 2 est assurée, au niveau des bordures 10 des palettes 9, 9', au moyen d'un dispositif de fixation à butées axiales 12, 12' et à joncs 13, 13'. La turbine 6 comprend elle-même un noyau-cylindrique 14 qui vient s'intercaler jointivement et coaxialement entre les noyaux 8, 8' des deux stabilisateurs 5, 7. Ce noyau 14 comprend, à chacune de ses extrémités, un tourillon coaxial 15, 15' qui vient s'engager dans un palier 16, 16' (lisse ou à roulement à billes) logé dans un alésage 17, 17' du noyau 8, 8' d'un stabilisateur correspondant. Dans cet exemple, le noyau 14 porte, sur sa surface cylindrique, quatre aubes radiales 20 qui s'étendent axialement selon un tracé hélicoldal. Ces aubes présentent, du côté opposé au noyau, des bordures hélicoldales 21 qui s'inscrivent dans la même surface cylindrique 11, coaxiale au noyau 14 et d'un diamètre sensiblement égal à celui de l'alésage 2. Grâce à ce montage, la turbine 6 est montée rotative et peut librement pivoter dans l'alésage 2 du corps 1, sous l'effet des veines de fluide traversant la turbine et canalisées par les stabilisateurs 5 et 7. Par ailleurs, le corps 1 présente, au droit de la turbine, un perçage radial 22 dans lequel peut venir se monter un capteur 23, par exemple un capteur magnétique qui émettra une impulsion chaque fois qu'une aube 20 de la turbine se présentera au droit de sa surface sensible. Cette impulsion pourra, par exemple, être envoyée sur un récepteur (non représenté) dont l'afficheur pourra indiquer une valeur proportionnelle au flux traversant la turbine. Bien entendu, le signal délivré par le capteur pourra être exploité sur un indicateur numérique ou analogique ou par tout autre système de traitement, étant entendu qu'à chacune des impulsions du capteur 23 correspond un volume de fluide déterminé passant au travers de la turbine. La conversion impulsion/volume débité fait donc intervenir un coefficient de proportionnalité K qui correspond à un nombre d'impulsions par unité de volume. Or, il s'avère que, comme précédemment mentionné, pour un même mesureur débitmétrique, ce coefficient K varie en fonction du débit. Une telle variation se trouve illustrée sur le diagramme de la figure 5, dans laquelle la courbe 24 (en trait plein) représente la variation du coefficient K d'un mesureur en fonction du débit de fluide circulant dans ce mesureur. Sur cette courbe, on distingue une première zone zl (faible débit) pour laquelle on obtient un écoulement en régime laminaire et dans laquelle le coefficient K subit une forte croissance, une deuxième zone z2 dans laquelle la valeur de K passe par un maximum, et une troisième zone z3, à faible variation, qui correspond à un écoulement selon un régime turbulent. Sur le diagramme, on a également représenté, par les droites dl et d2, les limites de la variation du coefficient K dans les zones z2 et z3, ces limites définissant les tolérances, c'est-à-dire la précision du mesureur. Comme précédemment mentionné, il s'avère que, du fait des tolérances de fabrication, dans une même série, les courbes de variation du coefficient K des mesureurs peuvent se trouver décalées les unes par rapport aux autres. A titre indicatif, on a représenté sur le diagramme, une courbe 25 décalée vers le haut qui correspond donc à un mesureur dont la turbine tourne plus vite pour un même débit, et une courbe 26 décalée vers le bas, cas d'une turbine plus lente. o Il convient donc, dans ces deux cas, d'effectuer une correction en agissant sur les caractéristiques hydrodynamiques du mesureur afin de ralentir la turbine correspondant à la courbe 26 ou, au contraire, accélérer la turbine correspondant à la courbe 25, de manière à obtenir une courbe similaire à la courbe 24. Pour parvenir à ce résultat, l'invention propose d'utiliser un déflecteur réglable permettant de dévier la veine de flux circulant dans au moins un canal du stabilisateur d'admission 5, et ce, dans une région adjacente à la turbine. Ainsi, selon le sens de déviation de la veine de fluide, la vitesse de la turbine pourra être augmentée ou diminuée. Un exemple d'exécution d'un tel déflecteur réglable se trouve illustré sur les figures 1 et 2. Dans cet exemple, l'une des palettes 9 du stabilisateur a été diminuée en longueur de manière à ménager, entre son bord transversal 26 et l'extrémité de son noyau adjacente à la turbine, un espace vide 27 dans lequel vient s'engager un déflecteur formé d'une languette radiale 28, montée pivotante autour d'un axe radial X, X' passant sensiblement par sa bordure 29 adjacente à la bordure 26. Cette languette 28 est montée en bout d'une pièce cylindrique 31, montée pivotante dans un perçage radial 32 du corps 1, d'axe X, X', la liaison de la languette 28 à cette pièce 31 étant située sur la face d'extrémité de celle-ci, le long d'un rayon. L'étanchéité au niveau du perçage 32 est assurée par un joint torique 33 monté dans une gorge annulaire réalisée sur la pièce cylindrique 31. Par ailleurs, cette pièce cylindrique 31 présente une tête d'actionnement 34 accessible de l'extérieur et pouvant, par exemple, être entralnée en rotation, manuellement ou automatiquement au moyen d'un organe d'actionnement, à pans carres ou hexagonaux. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à une telle disposition. Le mesureur pourrait en effet comprendre plusieurs déflecteurs réglables, par exemple un déflecteur par palette 9 du régulateur d'admission. De même, ces déflecteurs réglables pourraient présenter une orientation ixe et être mobiles radialement en translation, à la façon de plongeurs. Dans ce cas, il serait possible d'utiliser à la fois un ou plusieurs plongeurs provoquant une accélération de la turbine et un ou plusieurs plongeurs provoquant une diminution de cette vitesse. Comme précédemment mentionné, l'invention a également pour but d'augmenter la précision des mesureurs débitmétriques précédemment mentionnés, en provoquant prématurément un écoulement en régime turbulent à l'intérieur du mesureur. Ainsi, l'établissement prématuré du régime turbulent permettra d'obtenir une courbe de variation du coefficient K plus aplatie, telle que la courbe 35 représentée sur la figure 5. Ainsi, dans la zone d'exploitation, les limites des variations du coefficient K (droites d'l et d2) seront plus rapprochées et l'on obtiendra donc une meilleure préci-sion. Pour parvenir à ce résultat, l'invention propose de disposer à l'entrée du régulateur d'admission, un ou plusieurs éléments venant en saillie dans la veine d'écoulement de fluide et agencé de manière à provoquer un régime turbulent, même pour de faibles débits. Cet élément doit être, de préférence, réglable et peut, par exemple, consister en un pointeau (ou analogue). Toutefois, selon un mode d'exécution particulièrement avantageux, cet élément peut consister en un déflecteur orientable d'un type analogue à celui utilisé pour le réglage du coefficient K. Un tel mode d'exécution se trouve illustré sur les figures 1 et 2, dans lesquelles le déflecteur orientable consiste en une languette 40 solidaire d'une pièce cylindrique 41 montée pivotante avec étanchéité (joint torique 42) dans un perçage radial 43 du corps 1. D'une façon analogue, cette pièce cylindrique 41 comprend une tête 44 permettant son actionnement de l'extérieur du corps 1. On notera que dans les exemples précédemments décrits en regard des figures 1 et 2, la face d'extrémité de la pièce cylindrique 31, 41, de laquelle s'étend la languette 28, 40, peut être plane et constituer une surface de section droite. Ceci est valable pour les mesureurs de diamètres relativement importants. Par contre, dans le cas de mesureurs de faibles diamètres, cette surface sera, de préférence, cylindrique, de diamètre égal à celui de l'alésage, de manière à assurer la continuité de forme de cet alésage. Une telle réalisation se trouve représentée sur la figure 3, sur laquelle sont simplement montrées l'extrémité de la pièce cylindrique 60 avec sa face d'extrémité cylindrique 61, de laquelle part la languette 62. Si l'on observe la courbe "aplatie" 35 de la figure 5, on constate que dans la zone z2 le coefficient passe toujours par un maximum, tandis qu'il décroît ensuite dans la zone z3 pour présenter une valeur voisine de la valeur minimum de tolérance (droite d2). I1 s'avère donc que pour rendre sensiblement constant le coefficient K dans la zone d'exploitation (zl + 22), il est nécessaire, en plus des dispositions prévues pour créer un régime turbulent, de décélérer la turbine 6 dans la zone z2 et de l'accélérer dans la zone Z3. Pour résoudre ce problème d'une façon très simple, l'invention propose de coupler les têtes d'actionnement des deux déflecteurs orientables (palettes 28 et 40), de manière à faire en sorte que - pour les faibles débits (zone 22), la palette 40 s'étende en travers de la veine de circulation du fluide et provo que l'établissement prématuré du régime turbulent, et que la palette 28 soit orientée de manière à diminuer la vitesse de rotation de la turbine 6 , et - pour les forts débits (zone Z3), la palette 40 prenne une position effacée, de manière à limiter les pertes de charge (cette palette 40 n'est, en effet, plus nécessaire puisque pour cette gamme de débit, le régime est automati quement turbulent), et la palette 28 prenne une orienta tion telle qu'elle accroît la vitesse de rotation de la turbine 6. La figure 4 illustre un mode de couplage simple permettant d'obtenir ce résultat. Sur cette figure, on a représenté très schématiquement- les deux palettes 28, 40, leur pièce d'actionnement 31, 44 et la turbine 6 montée dans le corps 1. Les stabilisateurs n'ont pas été représentés pour plus de clarté (excepté la palette 9). Dans cet exemple, la pièce d'actionnement 44 commandant l'orientation de la palette 40 est munie d'un levier 51 sur lequel est articulée une bielle 52, elle-même articulée sur l'extrémité d'un levier 53 solidaire de la pièCe d'actionnement 31 commandant l'orientation de la palette 28. Cette pièce d'actionnement 31 comprend, en outre, un deuxième levier 54 dont l'extrémité est sollicitée par un ressort 55 dont le point d'appui 56 peut être réglé au moyen d'une vis 57 montée sur une structure 58 solidaire du corps 1. Le réglage de cette vis 57 est effectué de manière à ce que, dans la gamme des faibles débits, le ressort 55 agisse sur le levier 54, de manière à orienter la palette 28 vers le bas, et obtenir ainsi une réduction de la vitesse de la turbine 6 et que, parallèlement, grâce à la bielle 52 et au levier 51, la palette 40 soit orientée de manière oblique par rapport à l'axe d'écoulement du fluide et provoque un régime turbulent. Selon ce montage, lorsque le débit s'accroît, la palette 40 subira une pression hydrostatique plus élevée et tendra à prendre une position effacée (dans l'axe d'écoulement) en entraînant en rotation la pièce 44 contre l'action du ressort 55. Parallèlement, la pièce 31 sera entraînée en rotation par la bielle 52 et prendra une orientation (vers le haut) tendant à accélérer progressivement la turbine 6. On obtient donc un phénomène d'autorégulation ne faisant intervenir aucune source de puissance extérieure. Dans cet exemple, le mouvement de rotation des pièces 31 et 44 est limité par deux butées réglables (vis 59 et 59'), respectivement situées de part et d'autre du levier 54. Revendications de brevet 1. Mesureur débitmétrique perfectionné du type comprenant - un corps tubulaire (1) à l'intérieur duquel s'écoule le fluide, - une turbine (6) ou analogue, montée rotative à l'intérieur dudit corps, - au moins un stabilisateur d'admission (5) situé d'un côté de la turbine (6), - un capteur (23) monté sur ledit corps et agencé de manière à fournir un signal représentatif du mouvement de rotation de la turbine (6) et, éventuellement, - un dispositif de traitement du signal délivré par le capteur (23), ce dispositif permettant de fournir une valeur proportionnelle au flux de fluide traversant le mesureur, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, au moins un déflecteur orientable (28) disposé dans une zone du stabilisateur d'admission (5) adjacente à la turbine (6), de manière à pouvoir provoquer une déviation du flux de fluide engendrant, selon son orientation, une augmentation ou une réduction de la vitesse de la turbine (6), et un dispositif permettant de modifier l'orientation du déflecteur (28) depuis l'extérieur du corps (1) du mesureur. 2. Mesureur débitmétrique selon la revendication 1, dans lequel le stabilisateur d'admission (5) comprend un noyau central cylindrique (8) portant une pluralité de palettes radiales (9) qui s'étendent axialement selon des génératrices respectives de la surface cylindrique du noyau (8) caractérisé en ce qu'au moins l'une des palettes radiales (9) présente une longueur inférieure à celle des autres, de manière à ménager, entre son bord transversal (26) et l'extrémité du noyau (8) adjacente à la turbine (6), un espace vide (27) dans lequel vient s'engager un déflecteur formé d'une languette radiale (28) montée pivotante autour d'un axe radial (X, X') passant sensiblement par ledit bord (26) ou au voisinage de celui-ci. 3. Mesureur débitmétrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite languette (28) est montée au bout d'une pièce cylindrique (31) pivotant dans un perçage radial (32) d'axe (X, X'), et en ce que la liaison de la languette (28) à ladite pièce (31) est située sur la face d'extrémité de celle-ci, le long d'un rayon. 4. Mesureur débitmétrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans le cas où il présente un diamètre relativement important, la susdite face d'extrémité est plane et s'étend dans un plan de section droite de la pièce cylindrique (31). 5. Mesureur débitmétrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans le cas où il présente un petit diamètre, la susdite face d'extrémité est cylindrique et présente un diamètre sensiblement égal au diamètre de l'alésage (2) du corps (1). 6. Mesureur débitmétrique selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la susdite pièce cylindrique (31) présente une tête d'actionnement (34) accessible de l'extérieur et pouvant être entraînée en rotation, manuellement ou automatiquement au moyen d'un organe d'actionnement. 7. Mesureur débitmétrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, dans une zone d'écoulement du fluide située à l'entrée du stabilisateur d'admission (5), au moins un élément en saillie (40), apte à provoquer prématurément l'établissement d'un régime turbulent. 8. Mesureur débitmétrique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le susdit élément (40) est réglable en position. 9. Mesureur débitmétrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le susdit élément (40) consiste en un pointeau réglable depuis l'extérieur du corps (1). 10. Mesureur débitmétrique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le susdit élément consiste en un déflecteur orientable (40) d'un type analogue à celui utilisé pour ajuster la vitesse de rotation de la turbine (6). 11. Mesureur débitmétrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les-organes de commande (31, 44) du premier déflecteur orientable (28) qui sert à ajuster la vitesse de rotation de la turbine (6) et du second déflecteur orientable (40) qui sert à provoquer l'établissement d'un régime turbulent, sont couplés l'un à l'autre en vue de réaliser un système auto-asservi fonctionnant de la façon suivante - dans la gamme des faibles débits (zones zl, z2), le second déflecteur (40) s'étend obliquement dans la veine de circulation du fluide, de manière à provoquer l'établisse ment prématuré du régime turbulent, le premier déflecteur (28) étant alors orienté de manière à diminuer la vitesse de rotation de la turbine (6) ; et - dans la zone des débits élevés (zone z3), le second déflecteur (40) prend une position effacée dans le sens d'écoulement du fluide et le premier déflecteur (28) prend une orientation telle qu'il accrclt la vitesse de rotation de la turbine (6). 12. Mesureur débitmétrique selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'organe d'actionnement (44) du susdit second déflecteur (40) est muni d'un levier (51) sur lequel est articulée une bielle (52), elle-même articulée sur l'extrémité d'un levier (53) solidaire de l'organe d'actionnement (31) du susdit premier déflecteur (28), et en ce que cet organe d'actionnement (31) du premier déflecteur (28) comprend en outre un deuxième levier (54) dont l'extrémité est sollicitée par des moyens élastiques (55).