Brevet FR2675897A1 — publié le 19921030

SYSTEME VOLUMETRIQUE MESUREUR DE DEBIT DE FLUIDE La présente invention a pour objet un sytème volumétrique mesureur de débit de fluide. De façon plus précise, l'invention concerne un système capable de mesurer des débits de fluide, notamment d'hydrocarbures, avec une grande qualité métrologique, ce système étant basé sur une mesure volumétrique du débit de fluide. L'invention s'applique notamment à la réalisation de groupes mesureurs pour des distributeurs d'hydrocarbure mais non exclusivement à ce domaine technique. Fonctionnellement, les distributeurs d'hydrocarbure se composent essentiellement d'une pompe pour aspirer l'hydrocarbure dans la cuve de stockage et le refouler vers la lance de distribution, d'un groupe mesureur pour mesurer le volume d'hydrocarbure effectivement délivré à l'utilisateur et d'un groupe calculateur pour convertir cette mesure et afficher l'indication fournie par le groupe mesureur sous forme d'un volume et un prix d'hydrocarbure délivré. Dans la quasi totalité des distributeurs d'hydrocarbure, il existe aujourd'hui un seul principe permettant d'obtenir un comptage de fluide avec une erreur ne dépassant pas 10-3 de la quantité mesurée dans un intervalle de débit allant de 1 à 20 au moins Ainsi, tous les distributeurs de carburant sont aujourd'hui équipés de compteurs volumétriques à piston étanche travaillant sur le principe de la machine à vapeur Le déplacement alternatif d'un piston dans un cylindre sous l'effet de la pression du fluide obtenu par l'ouverture automatique et synchronisé de clapets d'admission et de refoulement puis transformé en mouvement de rotation continue permet, grâce à: un calage correct des ouvertures et fermetures des clapets; une étanchéité interne parfaite un remplissage et une vidange complète à chaque cycle et une mesure incrémentale précise de l'angle de rotation de garantir la précision de mesure souhaitée Le compteur volumétrique ainsi réalisé est en général de taille importante et entraîne une perte de charge non négligeable pour vaincre les frottements internes entre les pistons mobiles et la paroi des cylindres Par voie de conséquence, ce type de compteur volumé- trique est également un véritable moteur hydraulique qui peut, sans problème, fournir l'énergie suffisante pour entraîner de plus les mécanismes complexes des calculateurs volume-prix utilisés le plus souvent. Cependant, les groupes calculateurs mécaniques sont le plus souvent maintenant remplacés par des calculateurs électroniques constitués par un détecteur électronique de la rotation du groupe mesureur sans contact Le besoin de puissance d'origine hydraulique qui était nécessaire pour entraîner le calculateur mécanique n'existe donc plus. En outre, on sait que, dans le cas d'un distributeur d'hydrocarbure, on dispose de la puissance mécanique qui est nécessaire pour l'entraînement de la pompe ou de puissance électrique. Compte tenu de cette situation, un objet de la présente invention est de transformer un système simple de compteur volumé- trique peu performant mais économiquement intéressant en un dispositif présentant la même précision que les compteurs antérieurs qui soit de plus insensible à la nature du fluide, qui soit de dimensions plus faibles et de prix réduit et qui enfin présente de plus faibles pertes de charge. Pour atteindre ce but, le principe de l'invention consiste à réaliser un système mesureur volumétrique de précision à partir d'un dispositif de comptage mécanique rotatif du type volumétrique connu en soi mais dans lequel le frottement est annulé à tout moment par l'application d'une force antagoniste dont l'intensité est déterminée par un servo-mécanisme. Pour atteindre ce but, le système mesureur de débit comportant un compteur volumétrique et rotatif présentant une entrée et une sortie du fluide à mesurer se caractérise en ce qu'il comprend en outre des moyens pour élaborer une information représentative de la perte de charge du fluide entre les entrée et sortie du compteur et des moyens commandés par ladite information pour fournir au compteur mécanique de l'énergie pour annuler sensiblement ladite perte de charge. On comprend qu'ainsi le système mesureur se présente sous la forme d'un système formant une boucle de régulation asservie qui fournit au compteur l'énergie nécessaire pour annuler la perte de charge entre son entrée et sa sortie due au frottement entre les parties mobiles et les parties fixes de celui-ci. Selon un mode préféré de mise en oeuvre, les moyens d'élaboration de l'information comprennent un capteur de pression différentielle entre l'entrée et la sortie du compteur et les moyens pour fournir de l'énergie comprennent des moyens moteurs commandés par ladite information de pression différentielle pour fournir un couple moteur audit compteur tendant ainsi à annuler la perte de charge. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de mise en oeuvre de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles: la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un système mesureur selon un premier mode de réalisation; et la figure 2 montre en coupe verticale un deuxième mode de réalisation du groupe mesureur volumétrique. En se référant tout d'abord à la figure 1, on va décrire un premier mode de réalisation du système mesureur selon l'invention Celui-ci est enfermé à l'intérieur d'un boîtier 10 qui définit lui- même un premier carter 12 dans lequel est monté le compteur volumétrique 14 et un deuxième carter 16 dans lequel est monté le dispositif correcteur 18 Le carter 16 comporte la conduite de sortie 17 du système mesureur Le compteur 14 est par exemple du type à engrenage constitué par une denture externe 20 et par une denture interne 22 De tels compteurs sont bien connus et sont par exemple décrits dans la demande de brevet européen No O 344 059 déposée au nom de la demanderesse L'engrenage mené 22 est solidaire d'un arbre longitudinal 24 monté dans des paliers 26 et 28 ménagés dans des parois du boîtier 10 et dans une cloison séparant le carter 14 du compteur du carter 16 du système correcteur Le carter 14 du compteur comporte une canalisation 32 d'arrivée de l'hydrocarbure à mesurer et une canalisation ou passage 34 de sortie de cet hydrocarbure Plus précisément le passage 34 fait communiquer les carters 14 et 16. Le système correcteur 18 permet d'appliquer au compteur 12 un couple, délivré par un organe moteur 36 extérieur au boîtier , lorsque la différence de pression entre l'entrée 32 du compteur et sa sortie 34 n'est pas nulle Pour cela le système correcteur 18 se compose essentiellement d'un capteur de pression différentielle portant la référence générale 38 et d'un dispositif d'accouplement commandé par le capteur de pression différentielle 38 pour transmettre l'énergie mécanique produite par les moyens moteurs 36 au compteur 12 afin de supprimer en permanence la perte de charge dans celui-ci. Le capteur de pression différentielle 38 est essentiellement constitué par une membrane déformable 40 dont la périphérie est solidaire de la paroi latérale du boîtier 10 et par un plateau central 42 La partie centrale 44 du plateau 42 forme un moyeu qui peut coulisser librement sur l'arbre 46 relié aux moyens moteurs 36 Le plateau 42 et la membrane déformable 40 limitent avec la paroi 48 du boîtier 10 une chambre étanche 50 dans laquelle débouche une canalisation 52 qui relie la chambre 50 à la conduite d'entrée 32 du compteur 12 Ainsi, la chambre 50 est maintenue en permanence à une pression égale à la pression d'entrée du fluide dans le compteur 12 On comprend également que l'ensemble constitué par la membrane déformable 40 et le plateau 42 est soumis à une différence de pression qui est égale à la différence entre la pression d'entrée régnant dans la chambre 50 et la pression de sortie du compteur régnant dans le reste du carter 16 Le moyeu 44 se déplace donc lorsqu'apparaît une différence de pression. Comme le montre la figure 1, la face 1 moyeu 44 est munie d'un disque anti-friction plateau d'embrayage 56 est monté sur l'arbre 46 i sur l'arbre 46 terminale 54 Un de telle 44 a du premier manière qu'il soit libre en translation mais solidaire de celui-ci en rotation Celà est obtenu de préférence par la coopération de cannelures respectivement internes 58 et externes 60 ménagées autour de l'arbre 46 et dans le premier plateau d'embrayage 56. Un deuxième plateau d'embrayage 61 est solidaire en translation et en rotation de l'extrémité de l'arbre 24 du compteur 12 Un matériau à friction est interposé entre les faces en regard des plateaux d'embrayage 56 et 61, pour assurer une friction par glissement en rotation lorsqu'ils sont appliqués progressivement l'un contre l'autre. Sur la figure 1 on a représenté les moyens moteurs 36 par une poulie 62 montée sur l'extrémité de l'arbre 46 et par une courroie 64 reliant la poulie 62 à un moteur qui est par exemple le moteur de la pompe du distributeur d'hydrocarbure. En l'absence de débit dans le compteur 12, le plateau 42 occupe sa position de repos, la partie centrale 44 du plateau 42 n'étant pas en contact avec le disque 54 En conséquence, les plateaux d'embrayage 56 et 61 ne sont pas en contact non plus. Lorsque le débit s'installe dans le compteur 12, il apparaît nécessairement une différence de pression entre l'entrée 32 et la sortie 34 du compteur qui, n'étant pas étanche, tourne avec une vitesse qui nécessite une correction pour être métrologique. La membrane déformable et son plateau 42 se déplacent alors dans la direction indiquée par la flèche F Ce déplacement entraîne un déplacement en translation dans la même direction du premier plateau d'embrayage 56 jusqu'à venir l'appuyer sur le deuxième plateau d'embrayage 61 et l'entraîner progressivement par friction Le plateau 56 tourne toujours plus vite que le plateau entraîné 61 et lui transmet par frottement un couple qui, en accélérant le compteur 12 diminue progressivement sa perte de charge laquelle tend vers zéro C'est finalement une perte de charge résiduelle notablement diminuée qui assure l'appui permanent des plateaux 56 et 61 l'un sur l'autre De l'énergie mécanique est donc transmise au compteur 12 Celle-ci est augmentée jusqu'à ce qu'un appui permanent, dosé par le servomécanisme, assure un état d'équilibre o le compteur à engrenage 12 tourne pratiquement sans fuite interne et a ainsi acquis une grande qualité métrologique. On tend d'autant mieux vers cet état idéal de perte de charge nulle qu'on assure au servo-mécanisme ainsi réalisé un grand gain en boucle ouverte Celà est obtenu essentiellement en donnant une section efficace élevée au capteur de pression différentielle, c'est-à-dire au plateau 42 et à la membrane déformable 40 Ce résultat est également obtenu en donnant une vitesse de rotation élevée à l'arbre 42 entraîné par les moyens moteurs 36. La rotation de l'arbre 24 du compteur est donc celle du plateau d'embrayage 61 et représente le débit du fluide traversant le compteur 12 Un capteur de rotation, non représenté sur la figure, peut être intégré dans le fluide au voisinage du plateau 61 pour mesurer la rotation de ce dernier et assurer le comptage du débit de fluide Il faut également préciser que le fluide remplissant le carter 16 et qui entoure donc le système mécanique de transmission d'énergie assure sa lubrification et son refroidissement. En se référant maintenant à la figure 2, on va décrire un deuxième mode de réalisation du système mesureur. Celui-ci comprend également un boîtier 100 qui est partagé en deux carters respectivement référencés 102 et 104 par une cloison interne étanche 106 Dans le carter 104 est monté à rotation un compteur à engrenages 108 du type déjà décrit en liaison avec la figure 1 Le carter 104 comporte une canalisation d'arrivée de l'hydrocarbure 110 et une canalisation de sortie 112 qui est directement connectée au carter 102 Le compteur volumétrique 108 comporte un arbre de sortie 114 qui est monté à pivotement étanche dans la cloison 106 et pénètre ainsi dans le carter 102 Le carter 102 contient le système correcteur 116. Celui-ci est essentiellement constitué par un capteur de pression différentielle 120 et un organe de transmission d'énergie mécanique 122 Comme dans le cas de la figure 1, le capteur de pression différentielle 120 est constitué par une membrane déformable 124 sur laquelle est fixé un plateau central 126 La membrane 124 et le plateau 126 limitent avec une paroi du boîtier une chambre interne 127 La chambre interne 127 est mise en communication avec la canalisation d'entrée d'hydrocarbure 110 par une canalisation 128 La pression dans la chambre 127 est donc en permamence égale à la pression d'entrée de l'hydrocarbure dans le compteur 108 En outre, le plateau 126 est solidaire d'un arbre monté à coulissement dans un logement 132 de la paroi du boîtier. L'énergie mécanique de correction est fournie par un moyen moteur 134 dont la sortie est reliée à une poulie 136 par un courroie 138 La poulie 136 est montée à l'extrémité d'un arbre qui traverse de façon étanche la paroi du boîtier 100 L'arbre constitue l'axe central d'un système différentiel portant la référence générale 142 Comme celà est bien connu, le système différentiel 142 comporte également un premier arbre de sortie 144 qui est solidaire en rotation de l'arbre 114 du compteur 108 et un deuxième arbre de sortie 146 qui est solidaire d'un plateau de freinage 148 disposé en regard du plateau 126 du capteur de pression différentielle Le plateau 148 est muni sur sa face 148 a d'un matériau de friction Enfin le carter 102 comporte une canalisation de sortie 150 qui constitue la sortie du système mesureur. Le fonctionnement de ce deuxième mode de réalisation du système mesureur est le suivant: lorsque le compteur volumétrique 104 présente une perte de charge, une différence de pression est appliquée à la membrane déformable 124 Il en résulte un déplacement du plateau 126 dans le sens indiqué par la flèche F'. Le plateau 126 vient au contact du disque de freinage 148, ce qui a pour effet de faire chuter la vitesse de rotation V 2 de l'arbre 146 du différentiel 142 La vitesse de rotation V de l'arbre 140 entraîné par les moyens moteurs 134 étant constante, la vitesse de rotation V 1 de l'arbre 144 augmente transmettant ainsi de l'énergie mécanique au compteur volumétrique 108 Cet apport d'énergie tend à annuler les pertes de charge et donc la différence de pression du fluide entre l'entrée 110 et la sortie 112 La perte de charge reste annulée tant que le plateau 126 est maintenu en appui avec une pression dosée par le servomécanisme à membrane On comprend qu'on réalise ainsi une boucle de régulation asservie du compteur telle que la différence de pression aux bornes du compteur soit toujours nulle. On comprend également que cet asservissement en compensant les pertes de charge empêche l'apparition de fuites à l'intérieur du compteur Il en résulte que les qualités métrologiques du compteur qui, au départ, étaient médiocres sont considérablement améliorées, même durant les phases d'accélération du compteur. Il va de soi qu'on ne sortirait pas de l'invention si l'on associait au compteur volumétrique un autre type de capteur de pression différentielle et un autre mécanisme d'accouplement entre les moyens moteurs externes et l'arbre du compteur afin de compenser en permanence les frottements internes du compteur. REVENDICATIONS 1 Système mesureur de débit comportant un compteur mécanique volumétrique rotatif présentant une entrée et une sortie de fluide à mesurer, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 38, 120) pour élaborer une information représentative de la perte de charge du fluide entre lesdites entrées ( 32, 110) et sorties ( 34, 112) et des moyens ( 116, 18) commandés par ladite information pour fournir audit compteur mécanique ( 14, 108) de l'énergie pour annuler sensiblement ladite perte de charge. 2 Système mesureur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'élaboration de l'information comprennent un capteur de pression différentielle ( 38, 120) et en ce que lesdits moyens pour fournir de l'énergie comprennent des moyens moteurs ( 36, 134) commandés par ladite information pour fournir un couple moteur audit compteur. 3 Système mesureur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit capteur de pression différentielle comprend une membrane déformable ( 40) soumise à la différence des pressions du fluide auxdites entrée et sortie, et en ce que ladite membrane ( 40) commande un système d'embrayage ( 54, 56, 61) pour relier lesdits moyens moteur ( 36) à l'arbre ( 24) dudit compteur ( 14) lorsque la différence de pression n'est pas nulle. 4 Système mesureur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la boucle d'asservissement comprenant le compteur ( 14), le capteur de pression différentielle ( 38) et l'embrayage ( 54, 56, 61) présente un gain élevé pour faire tendre effectivement la perte de charge du compteur vers zéro. Système mesureur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit capteur de pression différentielle comprend une membrane déformable ( 124) soumise à la différence des pressions du fluide auxdites entrée ( 110) et sortie ( 112) et en ce que ladite membrane ( 124), lorsque ladite différence n'est pas nulle, est capable de provoquer l'augmentation de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie ( 144) d'un système différentiel ( 142), relié à l'arbre ( 114) dudit compteur ( 108), l'arbre d'entrée ( 140) dudit système différentiel étant relié aux moyens moteurs 6 Système mesureur selon l'une revendications 1 à 5, caractérisé en ce que volumétrique ( 14, 108) est du type à engrenages. externes ( 134). quelconque des ledit compteur