Brevet FR2724226A1 — publié le 19960308

La présente invention concerne les dispositifs de détection et de mesure de débit des fluides en écoulement, et en particulier un dispositif de mesure du débit de l'air s'écoulant dans un tuyau. I1 existe de nombreux types de dispositifs de détection et de mesure de débit utilisés dans de nombreux domaines. Beaucoup de ces dispositifs comportent des organes rotatifs et sont donc relativement complexes, coûteux et pas toujours fiables. Pour les faibles débits, il existe des dispositifs de mesure des débits basés sur le principe d'un volet entraîné suivant un mouvement oscillant par l'action du fluide qui s'écoule, la fréquence du mouvement étant mesurée et convertie en une mesure du débit. Un tel dispositif décrit par exemple dans le brevet US 2.453.376 comporte un bras relié à l'axe d'oscillation et passant entre une source lumineuse et une cellule photoélectrique. De tels dispositifs, outre qu'ils manquent de précision, sont délicats et fragiles du fait que la force d'actionnement qui entraîne l'organe mobile en un mouvement oscillant est relativement faible. C'est pourquoi le but principal de l'invention est de réaliser un dispositif de mesure de débit d'un fluide en écoulement qui soit précis pour les faibles débits tout en n'étant pas fragile. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif de mesure de débit d'un fluide basé sur le déplacement d'un organe mobile mais non oscillant. L'objet de l'invention est donc un dispositif de mesure du débit d'un fluide en écoulement comprenant un volet plan et rigide suspendu par un bord supérieur dans le fluide en écoulement, un émetteur d'ondes telles que des ondes électromagnétiques ou acoustiques, placé d'un côté du volet, un récepteur pour les ondes émises placé de l'autre côté du volet par rapport à l'émetteur, et une unité de mesure connectée au récepteur pour mesurer la quantité d'ondes reçues par le récepteur, de manière à ce que le volet en position verticale en l'absence d'écoulement du fluide empêche les ondes émises par émetteur d'atteindre le récepteur, et à ce que, lorsqu'il y a écoulement du fluide, la force créée par cet écoulement provoque l'inclinaison du volet selon un angle fonction du débit, cette inclinaison dégageant en partie le trajet des ondes et permettant à une partie de celles-ci d'atteindre le récepteur et de fournir à l'unité de mesure une information qui est fonction du débit du fluide de sorte que l'unité de mesure fournisse une mesure du débit. Les buts, objets et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation préféré du dispositif de mesure de débit selon l'invention, et la figure 2 représente l'équilibre des forces appliquées au volet du dispositif de mesure de débit selon l'invention lorsque ledit volet se trouve soumis à l'écoulement du fluide dont on mesure le débit. Le dispositif selon l'invention a été représenté schématiquement sur la figure 1 dans le cas d'un tube ou tuyau 10 dans lequel s'écoule de l'air dont on veut mesurer le débit, l'air s 'écoulant dans le sens de la flèche illustrée sur la figure. Le dispositif de mesure comprend un volet 12 suspendu dans le tube par un bord supérieur représenté sur la figure par le point de rotation 14. Ce volet est plan, rigide, et de forme quelconque, par exemple rectangulaire. Le volet 12 a été représenté incliné sous l'effet de la force d'entraînement due au flux d'air s'écoulant dans le tube 10. Le volet 12 se trouve placé entre un émetteur de rayons infrarouges 16 alimenté par un générateur de rayons infrarouges 18, et un récepteur de rayons infrarouges 20. Le dispositif est conçu pour que le récepteur 20 ne reçoive pas de rayonnement lorsque le volet 12 est en position verticale, c'est à dire lorsqu'il n'y a pas d'écoulement d'air dans le tube 10. Au fur et à mesure que le volet 12 s'incline sous la force du flux d'air, il permet à une quantité de rayons de plus en plus importante d'être reçue par le récepteur 20. Le récepteur 20 transforme cette quantité de rayonnement variable selon la force d'écoulement de l'air, donc de la vitesse de l'air et finalement du débit, en un signal de tension sur la ligne de sortie 22 connectée à l'unité de mesure 24. Dans l'unité de mesure 24, le signal de tension sur la ligne 22 est reçu à une entrée + d'un comparateur 26 dont l'autre entrée - est connectée à une tension de référence VRef. La sortie du comparateur sous la forme d'impulsions est fournie à un intégrateur 28, et la sortie de l'intégrateur 28 est connectée à un étage de traitement et d'affichage 30. Le montage ci-dessus est justifié par le fait que le volet 12 ne garde pas une position immobile mais est soumis à des fluctuations dues à l'écoulement de l'air. L'éclairement reçu par le récepteur 20 est donc également fluctuant ainsi que le signal de tension sur la ligne 22. On prévoit donc une tension de référence VRef sensiblement égale à la tension moyenne reçue sur la ligne 22. Ainsi, lorsque la tension sur la ligne 22 est plus élevée que VRef, la sortie du comparateur est positive (par exemple +5 volts), et lorsque la tension sur la ligne 22 est inférieure à VRef, la sortie du comparateur est nulle. L'intégrateur 28 a donc pour but d'intégrer la suite des impulsions reçues et donc de fournir un signal de sortie représentant précisément l'éclairement moyen reçu par le récepteur 20. Le signal de sortie de l'intégrateur 28 est ensuite fourni à l'unité de traitement et d'affichage 30 qui calcule le débit de l'air s'écoulant dans le tube 10 comme il est expliqué ci-après, et peut fournir un affichage de ce débit sur un cadran gradué directement en valeurs de débit. On peut prévoir, seul ou en combinaison avec l'affichage du débit, un voyant qui s'allume lorsque la valeur moyenne du débit est supérieure à un certain seuil (correspondant à la tension de référence VRef) de manière à ce que l'utilisateur sache rapidement si l'écoulement de l'air se fait correctement ou non. On doit noter que le comparateur n'est pas absolument indispensable lorsque l'écoulement n'est pas sujet à de grandes fluctuations, et le signal de tension de la ligne 22 peut alors être directement fourni à l'intégrateur 28. A la limite, en l'absence de fluctuations de l'écoulement d'air, le signal de tension représentatif de l'éclairement reçu par le récepteur 20 pourrait être directement fourni à l'unité de traitement et d'affichage 30. En écoulement continu, le volet 12 est soumis à des forces égales qui le maintiennent en équilibre selon une inclinaison a comme illustré sur la figure 2. Une première force d'entraînement E due à l'écoulement du fluide tend à faire monter le volet. Si V est la vitesse d'écoulement, cette force est égale à E=kV2 La composante normale de cette force est F1-kV2cosa Par contre, le poids P du volet tend à faire descendre le volet et sa composante suivant la normale au volet peut s'exprimer F2 =Psina A l'équilibre, on a F1=F2 kv2cosa = Peina soit tga = p En supposant que le volet ait une forme rectangulaire et si s est la surface du volet, la surface dégagée par l'inclinaison du volet et laissant passer les signaux infrarouges est égale à s' = s - scosa s' = s(l-cosa) L'angle d'inclinaison a est donc fonction du carré de la vitesse d'écoulement. La surface d'éclairement s' étant fonction de cosa, il est aisé pour l'unité de traitement de déterminer la vitesse d'écoulement V en fonction de l'éclairement reçu. Et puisque le débit est le produit de la section S du tube par la vitesse d'écoulement V, l'unité de traitement et d'affichage 30 détermine facilement le débit du fluide dans le tube. On notera d'ailleurs que le dispositif de l'invention peut être installé dans une dérivation d'écoulement du fluide de section bien moins importante que la section du tube ou tuyau pour lequel on veut mesurer le débit.Il suffit en effet de mesurer la vitesse d'écoulement de la façon décrite ci-dessus et de faire ensuite le produit par la section du tube pour déterminer le débit du fluide. Le dispositif de l'invention peut être utilisé dans de nombreuses applications où le fluide peut être de l'air, un gaz, mais également de l'eau (alimentation en eau), un hydrocarbure (pipeline), ou tout autre fluide dont on veut mesurer le débit. Il est quelquefois utile de détecter l'existence d'un écoulement sans en mesurer pour autant le débit. C'est ainsi que l'exemple illustré sur la figure 1 peut être celui d'un détecteur d incendie dans lequel l'air est aspiré à partir d'une enceinte pour y déceler toute trace de début d'incendie. I1 est donc nécessaire que l'aspiration de l'air de l'enceinte au moyen d'un tuyau se fasse correctement. C'est pourquoi le dispositif de l'invention est utile dans ce cas pour vérifier la présence d'un écoulement en détectant que le débit de l'air s'écoulant dans le tuyau est supérieur à un seuil. Ceci peut être réalisé en prenant comme récepteur d'infrarouges 20, un phototransistor dont la conduction dépend de l'éclairement reçu. Si cet éclairement est supérieur à un seuil prédéterminé, le phototransistor conduit et un premier signal de tension d'une valeur donnée (par exemple 5 volts) est fourni dans la ligne 22. Sinon, le phototransistor est bloqué, et la ligne 22 fournit un deuxième signal de tension (par exemple O volt). Dans un cas si simple, on peut vérifier de visu s'il y a un écoulement ou non en vérifiant l'inclinaison du volet. Bien qu'un exemple de réalisation ait été donné en utilisant des rayons infrarouges, il est évidemment possible d'utiliser toutes ondes telles que des ondes électromagnétiques (spectre visible, ondes radio, ultraviolet...), des ondes acoustiques ou autres, dans la mesure où ces ondes peuvent être bloquées en tout ou partie par un volet plus ou moins incliné. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure du débit d'un fluide en écoulement comprenant: un volet plan (12) suspendu par un bord supérieur (14) dans le fluide en écoulement, un émetteur (16) d'ondes telles que des ondes électromagnétiques ou acoustiques, placé d'un côté dudit volet, un récepteur (20) desdites ondes placé de l'autre côté dudit volet par rapport audit émetteur, et une unité de mesure (24) connectée audit récepteur pour mesurer la quantité d'ondes reçues par ledit récepteur, de manière à ce que ledit volet en position verticale en l'absence d'écoulement du fluide empêche les ondes émises par ledit émetteur d'atteindre ledit récepteur, et à ce que, lorsqu'il y a écoulement du fluide, la force créée par cet écoulement provoque l'inclinaison dudit volet selon un angle fonction du débit, cette inclinaison dégageant en partie le trajet desdites ondes et permettant à une partie de celles-ci d'atteindre le récepteur et de fournir à ladite unité de mesure une information qui est fonction du débit du fluide de sorte que ladite unité de mesure fournisse une mesure dudit débit. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ladite unité de mesure (24) comprend un intégrateur (28) recevant comme entrée le signal de tension fourni par ledit récepteur (20) et une unité de traitement et d'affichage (30) connectée à la sortie dudit intégrateur pour fournir une mesure du débit du fluide et un affichage dudit débit, ledit intégrateur permettant d'obtenir une valeur moyenne stable du signal reçu dudit récepteur lorsque l'écoulement du fluide est soumis à des fluctuations. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel ladite unité de mesure comprend en outre un comparateur (26) interconnecté entre ledit récepteur (20) et ledit intégrateur pour fournir à ce dernier des signaux positifs à intégrer lorsque le signal de tension fourni par ledit récepteur est supérieur à une tension de référence VRef. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel lesdites ondes émises par ledit émetteur (16) sont des ondes électromagnétiques. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel lesdites ondes émises par ledit émetteur (16) sont des ondes infrarouges. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, dans lequel ledit récepteur (20) est un phototransistor adapté pour devenir conducteur lorsqu'il reçoit une partie des ondes émises par ledit émetteur (16) du fait de l'inclinaison dudit volet (12) due à l'écoulement du fluide. 7. Dispositif selon la revendication 6, destiné à détecter un écoulement du fluide lorsque ledit phototransistor (20) devient conducteur parce qu'il reçoit une quantité d'ondes supérieure à un seuil prédéterminé du fait que l'inclinaison dudit volet (12) dépasse un angle prédéterminé. 8. Application du dispositif selon la revendication 7, à la détection d'un écoulement d'air dans un tuyau d'aspiration d'air dans une enceinte destiné à la détection de traces de fumées dans un dispositif de détection d'incendie.