Brevet FR2673293A1 — publié le 19920828

ANEMOMETRES,NOTAMMENT POUR INDIQUER DES DEBITS, ET INSTALLATIONS D'AERATION DOTEES DE TELS APPAREILS La présente invention concerne des anémomètres, et plus particulièrement des anémomètres utilisables pour mesurer des débits d'air dans des passages tels que des ouvertures d'aération. Elle concerne également des installations d'aération équipées de ces appareils. I1 existe divers moyens pour mesurer la vitesse d'un flux gazeux en un point donné, tels que le capteur anémométrique à fil chaud, ou le capteur électromagnétique. Toutefois, ces capteurs connus souffrent de plusieurs inconvénients : le capteur à fil chaud est coûteux, fragile, et il manque de fiabilité, tandis que le capteur électromagnétique présente une inertie non négligeable au démarrage, en raison des forces électromagnétiques mises en jeu, ce qui le rend inopérant pour mesurer des vitesses au-dessous d'un certain seuil. Par ailleurs, ces capteurs connus sont inaptes à indiquer les changements de sens d'un flux. Ces divers inconvénients font qu'il existe un réel besoin dans certaines applications, notamment dans le domaine de l'aération de locaux tels que les bâtiments d'élevage. L'atmosphère y est renouvelée par création d'un courant d'air entre des ouvertures d'admission d'air extérieur et des ouvertures de sortie. L'importance du courant d'air et, par conséquent, du volume d'air renouvelé, est réglée en modulant la grandeur des ouvertures d'admission et de sortie. Au moins pour l'admission, cette modulation est réalisée au moyen de volets fermant plus ou moins de grandes ouvertures longitudinales dans les murs d'enceinte. On comprend donc que la section d'entrée d'air est toujours importante, même quand les volets sont presque fermés, et que le débit reste significatif si la vitesse de passage est très faible. D'où la nécessité pour mesurer ces débits d'appareils sensibles jusqu'à des vitesses très proches de zéro, et aptes à donner le sens du flux, pour déduire à partir des débits instantanés les volumes d'air entrant ou sortant pendant une période donnée. L'invention procure de tels appareils qui, de plus, sont simples, fiables et capables de résister dans des atmosphères défavorables, par exemple chargées d'humidité ou de poussière. Un anémomètre selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un passage d'écoulement de fluide gazeux ouvert à ses deux extrémités; un axe monté libre en rotation en un point le long et sur le côté dudit passage, lequel axe est pourvu de moyens pour l'entrainer en rotation sous l'effet d'un flux gazeux dans ledit passage, selon une vitesse et un sens de rotation dépendant respectivement de la vitesse et du sens dudit flux; et des moyens optiques pour détecter l'amplitude de déplacement angulaire dudit axe afin d'en déduire la vitesse du flux dans ledit passage, et pour détecter également le sens du flux. Cette lecture optique de l'amplitude de déplacement angulaire de l'axe présente l'intérêt de n'induire aucun effort résistant susceptible d'augmenter l'inertie du système. Par conséquent, celle-ci ne dépend pratiquement que des forces de frottement dans les paliers portant ledit axe, et elle est donc quasi négligeable. Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdits moyens optiques comprennent un disque codé à sa périphérie, dont le déplacement en rotation est fonction de celui dudit axe. Dans une forme de réalisation simple, le disque codé est monté sur l'arbre, solidaire de celui-ci en rotation, mais en variante, il peut également y être relié par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission, notamment si on désire que sa vitesse de rotation soit différente de celle dudit axe. Selon une autre caractéristique de l'invention, les codes à la périphérie du disque sont prévus tels que les séquences de signaux émis par le moyen de détection optique de ces codes soient différentes selon le sens de rotation. Par exemple, les codes sont différents en taille ou, de préférence, inégalement espacés les uns des autres, afin que les séquences de signaux soient génératrices d'un rythme indicateur du sens de rotation. Les moyens a'entraînement en rotation dudit axe peuvent être du type à hélice, à cuillères ou autres. Toutefois, dans une forme de réalisation préférée, il s'agit d'ailettes de forme sensiblement rectangulaires, disposées régulièrement autour de l'axe, et dont la surface correspond sensiblement à la section dudit passage au droit de l'axe, lequel se trouve dans le plan d'un côté dudit passage. Les ailettes sont soit galbées, toutes dans le même sens et transversalement par rapport à l'axe, ou bien planes, notamment si l'anémomètre doit être utilisé en tant qu'indicateur de débit de façon bidirectionnelle. De préférence, pour augmenter la sensiblité de l'appareil, au moins une des extrémités dudit passage est évasée, de manière à augmenter la section de 1' ouverture d'admission. L'invention concerne également des installations d'aération comprenant un anémomètre du type décrit ci-dessus, dont l'une des ouvertures est placée dans le plan d'une ouverture d'aération, pour indiquer la vitesse et le sens du flux par cette ouverture, afin d'en déduire le débit d'air entrant ou sortant. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, faite en relation avec les dessins annexés, dans lesquels la Fig. 1 est une vue schématique de dessus représentant les principaux éléments fonctionnels d'un anémomètre selon l'invention, la Fig. 2 est une vue en coupe, selon la ligne Il-Il de la Fig. 1, la Fig. 3 est une vue de dessus d'un support d'ailettes dans l'anémomètre des Figs. 1 et 2, la Fig. 4 est une vue similaire à la Fig. 1, représentant un autre anémomètre selon l'invention, la Fig. 5 est une vue en perspective illustrant schématiquement et partiellement un bâtiment d'élevage, la Fig. 6 est une vue de côté, avec arrachement partiel de la paroi latérale, d'un appareil selon l'invention monté sur une ouverture d'aération d'un bâtiment tel que celui de la Fig. 5, et la Fig. 7 est une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la Fig. 6. Dans l'ensemble des dessins, les mêmes références ont été utilisées pour désigner les mêmes éléments. L'anémomètre représenté aux Figs. 1 et 2 comprend un passage d'écoulement P rectiligne et ouvert à ses deux extrémités 1 et 2. I1 est de section rectangulaire, sensiblement plus haut que large, et délimité par deux parois latérales 3 et 4, une paroi de base 5 et une paroi supérieure 6, Fig. 2. Ces deux dernières, avec la paroi latérale 3, forment sur un côté du passage P, à distance des extrémités 1 et 2, un renflement semi-cylindrique R, pour loger le capteur anémométrique proprement dit C. Le capteur C comporte un axe vertical 7 monté libre en rotation dans le plan de la paroi latérale 3, et portant une pluralité d'ailettes 8 régulièrement écartées angulairement. Comme on le voit à la Fig. 2, les ailettes 8 sont rectangulaires, leur hauteur et leur largeur n'étant que légèrement plus petites que la hauteur et la largeur du passage P. Ainsi, sous l'effet d'un flux dans le passage P, seules les ailettes 8 qui s'y trouvent sont sollicitées, et elles sont donc capables d'entraîner l'axe 7 en rotation, même si la vitesse de ce flux est très faible. D'autre part, le sens de rotation dépend de celui du flux. L'axe 7 est monté entre un palier inférieur 9 prévu dans la paroi de base 5 et un palier supérieur 10 dans le couvercle d'un petit boîtier B, fig. 2, fixé sur la paroi supérieure 6. Au niveau de celle-ci, l'axe 7 passe dans un palier intermédiaire 11. Autour de l'axe 7, les ailettes 8 sont fixées entre deux éléments de support identiques, tels que l'élément 12 de la Fig. 3. Cet élément présente un moyeu central 13 engageable sur l'axe 7, duquel partent vers l'extérieur des bras 14 présentant d'un même côté un bord d'appui 14a pour les ailettes 8 et, aux extrémités de ce bord, des encoches d'accrochage 15. Les éléments 12 peuvent être fixés sur l'axe 7 au moyen de goupilles, de telle façon que les bras de l'un et l'autre soient deux à deux dans une même position angulaire. Le boîtier B précité contient des moyens optiques pour, selon l'invention, engendrer des signaux relatifs à la rotation de l'arbre 7, ces signaux étant traités par des moyens électroniques, non montrés, qui en déduisent des informations de vitesse de flux, de sens et de débit, etc. Les moyens optiques comprennent d'une part un disque 16 solidaire en rotation de l'arbre 7, présentant à sa périphérie un codage optique et, d'autre part, un détecteur optique 17 engendrant des signaux en fonction des codes défilant devant lui lorsque le disque 16 tourne. En variante, le disque 16 est monté à l'écart de l'axe 7, relié à celui-ci par un mécanisme d'engrenages. Selon l'invention, ces codes sont prévus de telle façon que les séquences de signaux produites lors de la rotation de l'axe 7 soient reconnaissables par les moyens de traitement en tant que résultant d'un sens de rotation ou de l'autre. Les codes se distinguent, par exemple, par leur taille. Dans la forme de réalisation montrée dans les dessins, ils sont inégalement écartés les uns des autres, de sorte que les séquences de signaux soient porteuses d'un rythme indicateur du sens de rotation. En pratique, les codes peuvent être des perforations 18, ou des encoches, à la périphérie du disque 16, le détecteur 17 étant un cavalier à cellule photoélectrique, Fig. 2. Dans l'anémomètre de la Fig. 1, les ailettes 8 sont galbées, de manière à se présenter dans le passage P concaves vers l'extrémité 1. Le galbe est obtenu par la forme courbe du bord d'appui 14a des bras des éléments de support 12, les ailettes 8 étant par exemple des feuilles minces d'aluminium. Cette disposition, en privilégiant l'entraînement en rotation de l'arbre 7 dans un sens - le sens anti-horaire correspondant à un flux dirigé selon la flèche F à la Fig. 1 - convient plus spécialement pour des anémomètres unidirectionnels, lesquels sont néanmoins aptes à informer des inversions de flux. En vue d'augmenter la sensibilité de l'appareil, il est intéressant que l'ouverture 1 soit évasée. L'appareil de la Fig. 4 diffère de celui de la Fig. 1 en ce que les ailettes 8 sont planes, et en ce que les parties du passage P de chaque côté de l'axe 7 sont identiques. On peut donc effectuer les mêmes mesures indépendamment du sens du flux, lequel est également indiqué. Cette aptitude de fonctionnement bidirectionnel permet d'avoir des indications de volume de gaz passant dans un sens sur une période donnée, en même temps que des indications du volume passant dans le sens opposé en cas de reflux, et de la différence entre ces deux valeurs. Les anémomètres selon l'invention trouvent une application intéressante dans les installations d'aération de locaux tels que les bâtiments d'élevage. En effet, le renouvellement d'air journalier dans ces bâtiments est actuellement un paramètre qu'il faut maîtriser de façon relativement précise. Généralement, l'admission d'air se fait par de grandes ouvertures latérales, et l'extraction par des sorties au niveau du toit ou du faîtage. On comprend donc que pour apprécier le volume journalier d'air renouvelé, on doit disposer de moyens permettant de mesurer précisément les flux passant dans ces ouvertures, même en cas de vitesses de passage très faibles; et qu' il est également nécessaire d'être informé sur le sens des flux car sinon, si par exemple il y a reflux intempestif dans une ou plusieurs des ouvertures d'admission, le calcul du volume d'air renouvelé est complètement faussé. Dans cette application, on peut, par exemple, utiliser un appareil tel que celui de la Fig. 1, dont on place l'ouverture 1 dans le plan de l'ouverture d'aération. Si celle-ci est une ouverture d'admission d'air, l'appareil est alors placé à l'intérieur, de manière à pouvoir donner des indications de vitesse et de débit d'air entrant. A partir du volume d'air v entrant par l'appareil, le volume V d'air entrant par l'ouverture d'aération est donné par la relation: V = v. S/s où s est la section de l'ouverture 1 de l'appareil, et S la surface de l'ouverture d'aération. Au cas où l'appareil doit fournir des indications de vitesse et de débit d'air sortant, il suffit de le placer dans l'autre sens, c'est-à-dire à l'extérieur. Si on désire avoir les mêmes informations pour les deux sens, par exemple si les ouvertures d'aération doivent être tantôt des ouvertures d'admission, tantôt des ouvertures de sortie, on a la possibilité de placer deux appareils sur ces ouvertures, l'un à l'intérieur et l'autre à l'extérieur. Avec des ouvertures d'aération rectangulaires, on prévoiera, de préférence, qu'elles soient recouvertes sur l'intégralité de leur hauteur par l'ouverture 1 des appareils. La Fig. 5 montre schématiquement un bâtiment d'élevage E tel qu'il se présente généralement, dans lequel le renouvellement d'air a lieu entre de longues ouvertures rectangulaires 20 dans les murs d'enceinte, et des ouvertures de sortie hautes, non montrées, au niveau du toit ou du faîtage. Les ouvertures 20 sont généralement des ouvertures d'admission, mais les reflux sont toutefois fréquents, dûs au vent par exemple. Pour contrôler l'aération, les ouvertures 20 sont modulables jusqu'à la fermeture complète par l'intermédiaire de volets 21 dont on peut faire varier l'inclinaison. Un appareil selon l'invention, spécialement adapté à ces ouvertures, est montré aux Figs. 6 et 7. L'appareil est placé, de préférence, à une extrémité d'une ouverture d'aération, par exemple en 20a à la Fig. 1, à l'intérieur du bâtiment. Comme les appareils précédemment décrits, il comporte un passage P avec un renflement semi-cylindrique R pour loger le capteur anémométrique proprement dit C, lequel est représenté ici avec des ailettes 8 planes. Le passage P présente deux extrémités 1 et 2. Pour son adaptation à l'ouverture 20, l'appareil comprend, au-delà de l'extrémité 1, un caisson 22 qui recouvre une partie de l'ouverture 20 sur l'intégralité de sa hauteur. Il est formé par prolongement des parois latérales et supérieure du passage P, et par un panneau inférieur incliné 23 entre la paroi de base 5 et le bas de l'ouverture 20. Outre le fait qu'il recouvre toute la hauteur de l'ouverture 20, le caisson 22 est prévu pour loger un volet 24 de même largeur. Le volet 24 a la même hauteur que le volet 21 de l'ouverture 20, est articulé pareillement, et déplaçable en ensemble avec lui, de manière à assurer une modulation de l'ouverture 20 au niveau de l'appareil qui soit la même que celle du volet 21. On comprend que l'appareil fournit ainsi des informations fiables quel que soit le réglage de l'ouverture 20. De préférence, comme montré dans les dessins, l'extrémité 2 du passage P est évasée de manière qu'elle ait une section sensiblement égale à la surface de l'ouverture 20 recouverte par le caisson 22. En cas de reflux, il est ainsi possible d'effectuer des mesures en volume, sinon aussi précises que dans le sens normal, tout au moins significatives. Par ailleurs, pour une meilleure canalisation de l'air, on peut prévoir de fermer l'espace entre le volet 24 et le panneau 23 par une cloison souple. L'intérêt majeur d'une installation d'aération ainsi équipée réside dans le fait que l'on peut développer en aval des appareils selon l'invention des moyens de pilotage entièrement automatiques. Par ailleurs, outre leur fiabilité, d'autres avantages de ces appareils dus à leur simplicité sont leur coût relativement peu élevé et leur facilité de maintenance avec un boîtier B étanche, le seul élément exposé aux conditions extérieures est le capteur C, dont les ailettes 8 en cas d'encrassage ou de défectuosité peuvent être rapidement démontées pour être nettoyées ou changées, par exemple par une porte d'accès prévue au niveau du renflement R ou de la paroi 4 du passage P. REVENDICATIONS 1) Anémomètre caractérisé en ce qu'il comprend un passage d'écoulement de fluide gazeux (P) ouvert à ses deux extrémités (1, 2); un axe (7) monté libre en rotation en un point le long et sur le côté du passage (P), lequel axe est pourvu de moyens pour l'entraîner en rotation sous l'effet d'un flux gazeux dans le passage (P), selon une vitesse et un sens de rotation dépendant respectivement de la vitesse et du sens dudit flux; et des moyens optiques pour détecter l'amplitude de déplacement angulaire de l'axe (7) afin d'en déduire la vitesse du flux dans ledit passage, et pour détecter également le sens du flux. 2) Anémomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce qué lesdits moyens optiques comprennent un disque (16) codé à sa périphérie et apte à tourner sur lui-même, dont la rotation est fonction de celle dudit axe. 3) Anémomètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que le disque codé est monté sur ledit axe, de façon à en être solidaire en rotation. 4) Anémomètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que le disque codé est relié à l'axe par l'intermédiaire d'un mécanisme de transmission. 5) Anémomètre selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les codes à la périphérie du disque (16) sont prévus tels que les séquences de signaux émis par le moyen de détection optique (17) de ces codes soient différentes selon le sens de rotation, et reconnaissables par les moyens de traitement des signaux en tant que résultant d'un sens de rotation ou de l'autre. 6) Anémomètre selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits codes à la périphérie du disque (16) diffèrent par la taille. 7) Anémomètre selon la revendication 5, caractérisé en ce que les codes à la périphérie du disque (16) sont des perforations (18) ou encoches inégalement écartées les unes des autres, de sorte que lesdites séquences de signaux soient génératrices d'un rythme indicateur du sens de rotation. 8) Anémomètre selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement en rotation de l'axe (7) sont des ailettes (8) de forme sensiblement rectangulaire, régulièrement écartées autour de l'axe (7), et dont la surface correspond sensiblement à la section du passage (P) au droit de l'axe (7), lequel se trouve sensiblement dans le plan d'un côté (3) du passage (P). 9) Anémomètre selon la revendication 8, caractérisé en ce que les ailettes (8) sont toutes glabées dans le même sens, autour d'axes parallèles à l'axe (7). 10) Anémomètre selon la revendication 8, caractérisé en ce que les ailettes (8) sont planes. 11) Anémomètre selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'au moins une ouverture (1) du passage (P) est évasée 12) Installation d'aération comprenant un anémomètre selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que l'une des ouvertures dudit passage est placé dans le plan d'une ouverture d'aération, pour indiquer la vitesse et le sens du flux par cette ouverture, afin d'en déduire le débit d'air entrant ou sortant. 13) Installation d'aération selon la revendication 12, caractérisée en ce que ladite ouverture d'aération est rectangulaire et en ce que l'ouverture dudit passage dans son plan la recouvre sur toute sa hauteur. 14) Installation d'aération selon la revendication 13, caractérisée en ce que l'ouverture d'aération est réglable au moyen d'un volet, et en ce qu'un volet correspondant dans ledit passage de l'anémomètre permet de moduler celui-ci de la même façon que l'ouverture d'aération.