Brevet FR2652904A1 — publié le 19910412

L'invention se rapporte à un capteur de vitesse d'écouLement d'un fluide qui peut servir à mesurer en particuLier Le débit d'écoulement Laminaire ou turbulent d'un liquide dans une canaLisation. Le capteur présente comme avantages principaux d'être de construction simple, robuste, fidèle même sur de longues périodes d'utilisation et d'être doté d'un temps de réponse très bref qui Le rend intéressant pour des écoulements à variation rapide. IL présente comme avantages supplémentaires, pour certaines réalisations, d'influencer très peu l'écoule- ment et de pouvoir résister à des fluides soumis à des températures ou des pressions très diverses, corrosifs ou radioactifs. Il se compose d'une manière générale d'une poutre munie de jauges de contrainte encastrée à une extrémité dans un support et à L'autre extrémité de Laquelle est fixé un obstacle à L'écouLement ; L'obstacLe s'étend principalement perpendiculairement à l'écoulement et perpendiculairement à La poutre pour recevoir du fluide un effort prépondérant dirigé parallèlement à La poutre et excentré par rapport à La poutre. On peut envisager deux réalisations prin cipaLes : dans La première, La poutre est perpendiculaire à l'écoulement et L'obstacLe est une aile Légèrement inclinée par rapport à La direction de L'écoulement et fixée par son milieu à La poutre. Une carène en forme d'aile peut alors entourer la poutre pour réduire La force de traînée du capteur. L'autre type de réalisation principale comporte une poutre parallèle à l'écoulement, et l'obstacle consiste alors en un corps, fréquemment une plaque, comprenant une face dirigée vers L'amont de l'écoulement et dont l'orientation est, en moyenne, normale à la direction de l'écoulement. La poutre est fixée à un emplacement excentré de la plaque, fréquemment une extrémité. Une plaque intéressante consiste en un profilé hémicylindrique à concavité orientée vers L'amont. Une constitution analogue caractérise Le capteur, conçu par Le même inventeur, du brevet fran çais 2 602 334. Toutefois, ce capteur antérieur est utilisé pour mesurer La pression statique d'un fluide et comporte en outre un soufflet étanche, dont L'intérieur est maintenu sous vide, qui isole une partie de la surface de la plaque du fluide. Par ailleurs, seule une plaque plane est considérée. La poutre a généralement une section rectan glaire allongée. Les jauges sont collées sur les faces Les plus spacieuses, et la poutre est orientée de façon à subir les déformations tes plus grandes. On va maintenant décrire L'invention pLus en détail à L'aide des figures suivantes, annexées à titre illustratif et non Limitatif : - la figure 1 représente un mode de réalisation de L'invention ; - La figure 2 est une vue en perspective de la même réalisation ; et - la figure 3 représente une autre réalisation de l'invention. Sur Les figures 1 et 2, La référence 1 désigne une conduite à section circulaire d'axe X dans Laquelle Le fluide circule à une vitesse moyenne V colinéaire à l'axe X. Une poutre 2 est encastrée à une extrémité 3 sur la conduite 1 par soudage et s'étend radialement sensiblement jusqu'à l'axe X. Sur son autre extrémité 4 est fixé par soudage Le milieu d'une aile 5 qui s'étend en Longueur perpendiculairement à L'axe X et à la poutre 2, suivant un diamètre de La conduite, de préférence jusqu'à proximité des parois de La conduite 1 pour réduire les effets de bord s'exerçant sur L'ai le 5. L'aile 5 est Légèrement inclinée par rapport à l'axe X et aux plans perpendiculaires à La poutre 2, d'un angle i qui peut être égaL à 50 environ, de manière à accroître au maximum La portance tout en maintenant une faible traînée. La poutre 2 est de section rectangulaire et son épaisseur la plus faible est disposée dans le sens de L'écoulement. Deux jauges de contrainte 6 sont collées sur ses faces de plus grande surface, perpendiculaires à L'écoulement. Une carène 7, dont La section a une forme d'aiLe afin de réduire autant que possible L'énergie qui serait perdue par Le fluide en circulant autour de la poutre 2, enveloppe celle-ci et s'étend sur tout un diamètre de la conduite 1; elle est munie d'ouvertures 8 qui Laissent passer transversalement l'aile 5 avec un jeu suffisant pour éviter que L'aiLe 5 ne touche La carène 7 quelles que soient les déformations de la poutre 2. L'aiLe 5 reçoit du fluide une force de traînée T parallèle à L'axe X, une force de portance P parallèle à la poutre 2 et beaucoup plus importante, et un moment de rotation. F désigne la résultante de la traînée T et de La portance P. Le centre d'inertie de la section de l'ai le 5 est avantageusement sur L'axe X, avec un excentrement e (suivant L'axe X) par rapport à La poutre 2. La portance, La traînée et le moment sont des actions toutes proportionnelles au carré de La vitesse V et qui exercent sur La poutre 2 et Les jauges de contrainte 6 des déformations proportionnelles à leur intensité. Après un étaLonnage préalable, il est donc facile de déduire La vitesse V et de là le débit dans la conduite 1 à partir des déformations mesurées par Les jauges de contrainte 6. Dans La seconde réalisation (figure 3), la poutre 12 s'étend parallèlement à L'axe X et une de ses extrémités 13 est encastrée dans un support 11 dont Les extrémités sont reliées rigidement aux parois de La conduite 1. Le support 11 a avantageusement une section en aile qui Limite Les pertes de charge. Comme précédemment, L'autre extrémité 14 de la poutre 12 porte un obstacle mais qui prend ici la forme d'un demi-cylindre 15 s'étendant perpendiculairement au support 11 et à La poutre 12 et dont la concavité est dirigée vers l'amont de L'écouLement ; l'axe X passe de préférence par La mi-longueur du demi-cylindre 15. Le demi-cylindre 15 est fixé à la poutre 12 par un emplacement excentré ou même, comme ici, par une extrémité.Par ailleurs, La poutre 12 est comme précédemment à section rectangulaire ; ses deux faces principales portent deux jauges 16 et son épaisseur la pLus forte (sa largeur) est orientée dans Le sens du support 11. On remarquera enfin que Le contour 17 de La poutre 12 à L'extrémité 14 est évidé pour correspondre à la courbure du demi-cylindre 15. Avec cette disposition, on obtient donc un écoulement symétrique du fluide autour- du demi-cylindre 15 avec une composante unique de traînée, d'ailleurs élevée à cause des tourbillons à l'extrados du demi-cylindre 15. Le demi-cylindre 15 peut cependant être remplacé par une surface plane normale à L'écoulement ou d'une façon générale par un corps présentant une face dirigée vers L'amont de L'écoulement et dont l'orientation moyenne est perpendiculaire à l'écoulement, c'est-à-dire qui ne soit pas inclinée. La traînée se traduit par une sollicitation de flexion pure exercée sur la poutre 12. On sait que Les déformations consécutives à une telle sollicitation sont constantes Le long de La poutre 12, si bien que les jauges de contrainte 16 peuvent avantageusement s'étendre sur toute La Longueur de la poutre 12 ou, en d'autres termes, que Le capteur peut être miniaturisé sans inconvénient, ce qui réduit les temps de réponse transitoire du capteur. Cette constatation s'applique également en gros à La première réalisation de L'invention, pour Laquelle La flexion pure est produite par la portance et Le moment qui sont les efforts prépondérants. La traînée, qui produit une flexion simple, est négligeable dans ce cas. La première réalisation de l'invention a comme avantages principaux La mesure de la vitesse sur une Largeur plus importante, une bonne sensibilité, L'introduction d'une perte de charge minime, et de bonnes caractéristiques d'amortissement sans introduire de turbulences. La seconde réalisation réagit avec précision et rapidité aux chocs et aux variations d'écoulement mais modifie éventuellement fortement L'écoulement du fluide en aval. Le capteur peut être construit en matériau inoxydable à haute résistance. Un bon état de surface est nécessaire. Les j auges de contrainte 6 ou 16 peuvent être en nickel-chrome ou en platine-tungstène. Le cas échéant, on peut Les protéger en Les recouvrant d'une couche imperméable ou par un étui étanche entourant La poutre 2 ou 12. D'autres formes de réalisation, conçues à partir de ces deux types principaux, peuvent être proposées sans sortir du cadre de L'invention. REVENDICATIONS 1. Capteur de vitesse d'écoulement d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend une poutre (2, 12) munie de jauges de contrainte (6, 16), encastrée à une extrémité (3, 13) dans un support (1, 11) et à L'autre extrémité (4, 14) de laquelle est fixé un obstacle (5, 15) à l'écoulement qui s'étend principalement perpendiculairement à l'écoulement et perpendiculairement à la poutre pour recevoir du fluide un effort prépondérant dirigé parallèlement à la poutre et excentré par rapport à La poutre. 2. Capteur de vitesse d'écoulement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la poutre (2) est perpendiculaire à l'écoulement et en ce que l'obstacle est une aile légèrement inclinée (i) par rapport à la direction (X) de l'écoulement et fixée à la poutre par son centre. 3. Capteur de vitesse d'écoulement suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le support est fourni par une conduite dans laquelle l'écoulement a lieu. 4. Capteur de vitesse d'écoulement suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'aile s'étend sur un diamètre presque entier de la conduite. 5. Capteur de vitesse d'écoulement suivant L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la poutre a une section rectangulaire dont l'épaisseur la plus faible est orientée parallèlement à l'écoulement. 6. Capteur de vitesse d'écoulement suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'une carène (7) en forme d'aile entoure la poutre. 7. Capteur de vitesse d'écoulement suivant les revendications 3 et 6, caractérisé en ce que la carène s'étend sur un diamètre de la conduite perpendiculaire à l'obstacle et est pourvue d'ouvertures (8) laissant passer l'obstacle. 8. Capteur de vitesse d'écoulement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la poutre est parallèle à L'écoulement et l'obstacle consiste en un corps ayant une face dirigée vers l'amont de l'écoulement et dont l'orientation moyenne est normale à la direction de l'écoulement. 9. Capteur de vitesse d'écoulement suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'obstacle est un profilé hémicylindrique à concavité orientée vers l'amont de l'écoulement. 10. Capteur de vitesse d'écoulement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les jauges s'étendent sensiblement sur toute la longueur de la poutre.