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Dispositif pour mesurer les vitesses de flux.
La présente invention se rapporte à un procédé pour la compensation de l'erreur obtenue par suite de l'influence des variations du coefficient d'écoulement lors de la détermination des débita ou des densités d'éléments en mouvement.
Les valeurs d'une influence déterminante dans ces mesures sont réunies dans le coefficient dit de "Reynold", qui indique la relation dans laquelle se trouvent les énergies dynamiques existant dans un flux par rapport aux-résistances de la viscosité agissant dans l'élément en question, ainsi que la mesure dans laquelle elles influencent le coefficient de contraction,,/,/- d'un jet sortant de l'orifice de mesurage.
On sait qu'en présence de valeurs assez élevées du coefficient "Reynold", c'est-à-dire dans des limites de vitesses, dans lesquelles l'influence des résistances de la viscosité est infiniment minime par rapport à celle des forces dynamiques, les valeurs restent constantes, par conséquent indépendantes de la
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vitesse, de la viscosité et de la densité de l'élément à mesurer aussi bien pour un profil en forme de tuyère qu'en forme de déversoir. En passant à des valeurs moins élevées du coefficient "Reynold", c'est-à-dire à des vitesses auxquelles l'influence des résistances de viscosité dépasse celle des forces dynamiques, les valeurs,,4(-' deviennent variables.
En effet, en présence de valeurs décroissantes du coefficient "Reynold", les coefficients diminuent pour des tuyères et ils augmentent pour des déversoirs. Si les valeurs du coefficient "Reynold" sont très réduites, de faibles changements de pression et de température suffisent déjà à influencer considérablement les résultats des mesures.
Pour mesurer le débit Q, résultant de la formule Q = F.v, c'est exclusivement la valeur de la vitesse v, qui forme la base pour la détermination du débit. si maintenant par exemple, en présence de changements de pression ou de température, le coefficient fonction de la matière et influençant seulement la valeur de Q et non celle de la vitesse v, varie, les résultats, obtenus en présence de valeurs réduites du coefficient "Reynold" et dans la zone des limites, sont erronés.
Ceci est valable non seulement pour des mesurages se basant uniquement sur la détermination de la vitesse, comme par exemple au moyen de compteurs à ailettes, à hélices, ou à compteurs woltman, mais encore - (la pression effective variant proportionnellement à v2) - pour tous les mesurages effectués suivant le procédé de la différence des pressions, soit qu'ils utilisent une résistance à réactance (tuyère, déversoir, trompe Venturi, clapet de mesure ou autres) comme indicateur de pression effective, soit qu'ils utilisent des instruments à flotteur. Toutes ces mesures ont lieu pratiquement dans la plupart des cas dans les limites des valeurs très variables.
Etant donné que pour des raisons économiques et techniques, il est impossible de limiter la mesure à des vitesses d'écoulement à valeurs constantes, on a déjà essayé à plusieurs reprises d'éliminer de l'opération de mesurage l'influence indésirable du
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facteur dans la zone des limites ou en présence de valeurs réduites du coefficient "Reynold".
Ainsi par exemple, lors de mesurages suivant le principe des différences de pression au moyen de déversoir à arêtes vives, on a essayé de réduire l'influence des grandeurs physiques agissant spécialement sur la contraction du jet, en disposant l'ajuta- ge pour la pression inférieure directement dans le plan de la section la plus étroite du déversoir. Mais même dans ces dispositifs connus, il existe encore toujours une forte variabilité du coefficient- , les dits dispositifs supprimant seulement la déformation du jet provoquée par les énergies dynamiques, mais non pas celle obtenue par les influences de la viscosité.
Etant donné que, ainsi qu'il a été dit plus haut, la dépendance du coefficient du nombre "Reynold" est pour les tuyères de sens inverse à celle des déversoirs, on a préconisé de créer un orifice de mesurage, fonctionnant comme tuyère dans la première partie et comme déversoir dans la partie traversée ensuite.
Une forme connue d'exécution de ce genre représente un déversoir à double biais ; dans une seconde forme. d'exécution connue, la tuyère est constituée par une chemise à cône tronqué d'un angle d'ouverture d'environ 100 et le déversoir par la face terminale opposée à la pointe du cône tronqué, coupée à angle vif à ces fins.
Des expériences pratiques ont démontré que des formes pareilles d'exécution permettent tout au plus de réduire d'une faible proportion la valeur limite du coefficient "Reynold" pour laquelle le coefficient- commence à devenir constant. En outre, ces dispositifs présentent encore le grand inconvénient qu'à la moindre souillure, il est obtenu, non seulement une forte modification en soi du coefficient , mais encore une dépendance imprévisible du coefficient par rapport au nombre "Reynold", de sorte que les résultats de mesure ne soient pas seulement faussés dans un sens ou dans l'autre, mais encore complètement incontrôlables en général.
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La présente invention, ne présentant pas d'inconvénients de ce genre, consiste en principe en ce que la section utilisée pour le mesurage ou une grandeur de commande y obtenue, est modifiée en fonction du rapport des grandeurs mesurées (pression effective ou différence de pression) constatées à deux orifices à caractéristique,4,c- opposée (différente) traversés par l'élément à mesurer.
Un dispositif servant à la réalisation de la présente invention consiste essentiellement en ce que dans une conduite traversée par l'élément à mesurer, il est disposé en série et à distance un orifice d'écoulement avec, en présence d'un coefficient croissant "Reynold", une caractéristique croissante du coefficient de débit (caractéristique de tuyère) et un autre orifice d'écoulement avec, en présence d'un coefficient croissant Reynold, une
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caractéristique décroissante du coefficient (caractéristique de déversoir), les résultats constatés séparément aux deux orifices et atteints des erreurs précitées (pression effective ou différence de pression) etant rendus effectifs sur un dispositif à quotient (par exemple une balance à quotient), en d'autres mots sur un dispositif auxiliaire,
dont la déviation est une mesure pour la variation du coefficient , la dite déviation pouvant donc servir immédiatement d'impulsion de correction.
Dans ce but, la déviation du dispositif à quotient est transmise en l'espèce sur un étrangleur à position réglable dans la section de mesurage ou dans une section auxiliaire correspondante, prévue dans une déviation à la section principale, Si la section prévue pour le mesurage est un compteur à roue à ailettes ou analogue, la disposition peut être prévue de manière que la déviation du dispositif à quotient est transmise sur un dispositif n'étant pas objet de la présente invention, au moyen duquel la direction du flux de l'élément à mesurer par rapport au compteur en mouve ment (roue à ailettes ou à hélice, compteur woltman etc.) est modifiée d'une manière connue en soi dans le sens d'une correction
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d'erreur,
ou bien d'une manière telle que la déviation du dispo- sitif à quotient règle d'une manière convenable la transmission de commande au compteur.
Dans la figure 1 du dessin, il est représenté une disposi- tion suivant la présente invention, dans laquelle la déviation obtenue de la manière décrite d'une balance à quotient commande la section utilisée pour le mesurage dans un orifice auxiliaire disposé dans une déviation à l'orifice de mesurage. La figure 2 représente une variante du même dispositif très souvent employée pour un cas spécial. Les parties correspondantes des deux figures sont désignées des mêmes repères.
Dans cette forme d'exécution, un déversoir 2 et une tuyère
3 sont montés en série et à une certaine distance dans une dévia- tion 1, traversée par une partie de l'élément à mesurer. La perte de pression obtenue au déversoir et transmise, par l'intermédiaire des conduites 4. et 5, sur le diaphragme mobile 6 d'un manomètre à différentiel 7 à diaphragme, de même la perte de pression obte- nue à la tuyère 3 est transmise, par l'intermédiaire des condui- tes 8 et 9, sur le diaphragme mobile 10 d'un second manomètre à différentiel 11, construit de la même manière. il va sans dire que le manomètre à diaphragme peut être remplacé par tout dispo- sitif pouvant être employé comme manomètre à différentiel.
Les mouvements des diaphragmes mobiles 6 et 10 des deux ma- nomètres à différentiel agissent par l'intermédiaire des tiges ajoutées 12, 13 et 14 sur la balance à quotient 15-18. Dans ce cas, la force de réglage du diaphragme 6 est transmise par l'in- termédiaire de, la.tige 12 sur le secteur circulaire du levier 16, celle du diaphragme 10 étant transmise par l'intermédiaire de la tige 13 et de la pièce articulée 14 sur le levier coudé. 17 de la balance à quotient. La déviation est transmise du levier 18 au moyen d'un engrenage à correction 19, 20 - (pouvant être supprimé éventuellement) - et par l'intermédiaire de tiges 21, 22 sur un , dispositif de réglage 23, pouvant être déplacé dans un orifice 24.
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Cet orifice 24 est disposé dans une déviation parallèle 25 à la conduite à mesurer 26, formant orifice complémentaire de l'orifi- ce 27 prévu pour le mesurage et en constituant pour ainsi dire une partie intégrante. Cet orifice complémentaire peut avoir aussi bien le profil d'une tuyère que celui d'un déversoir.
Le réglage est effectué d'une manière telle que la section complémentaire 24, et par conséquent la section totale résultant des orifices 24 et 27, est augmentée, si le coefficient diminue pour l'orifice utilisé pour le mesurage et inversement. En d'autres termes, le réglage est effectué de manière telle que la vitesse d'écoulement v à l'orifice prévu pour le mesurage reste constante ou du moins très approximativement constante, si pour une quantité totale d'écoulement constante (y compris la quantité d'écoulement passant à travers une déviation éventuelle), le coefficient varie, le but recherché par la présente invention étant ainsi atteint.
Il va sans dire que le dispositif de réglage 24 (mandrin, plaque ou autre) peut encore être réalisé ou bien l'engrenage de correction peut être choisi de manière à ce que la vitesse d'écoulement se trouve dans une proportionnalité différente quelconque par rapport aux valeurs du coefficient- .
En outre, il est évident que le réglage peut être effectué sans difficulté directement à la section 27, utilisée pour le mesurage, au lieu de l'être sur l'orifice complémentaire 24. La déviation 25 avec l'orifice auxiliaire 24 est alors supprimée.
La tuyère 27 représentée sur le dessin naturellement peut être remplacée comme section de mesurage par une tuyère élargie, un déversoir ou une trompe Venturi, ou bien (si la section employée pour le mesurage est montée devant une roue à hélice, une hélice Woltman ou autre), par une plaque à tuyère ou un autre orifice quelconque convenant à ces fins, avec effet de tuyère ou de déversoir.
Ensuite, dans la disposition représentée sur le dessin, le dispositif combiné déversoir-tuyère, agissant sur le dispositif
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formant quotient, est disposé dans une déviation (naturellement on peut encore prévoir toute autre combinaison de deux orifices d'écoulement disposés en série et à distance, dont l'un est à effet de déversoir, l'autre à caractéristique de tuyère par rapport au coefficient de débita, telles que la combinaison déversoir-trompe Venturi, déversoir-étrangleur capillaire, déversoir (tuyère) à ouvertures de proportions élevées - déversoir (tuyère) à ouvertures de faibles proportions Il est évident que la dite combinaison avec l'orifice'utilisé pour le mesurage peut être aussi bien disposée dans la conduite même de mesurage 26.
Par contre, la disposition dans la déviation protège la combinaison d'une manière efficace contre tout danger de souillure.
En disposant la combinaison dans la conduite principale 26, la disposition peut être réalisée de manière que l'un des deux orifices d'écoulement du dispositif auxiliaire, tel que la tuyère 3, soit utilisé comme section de mesurage. si alors par exemple la différence de pression comme mesure du débit est prise à l'orifice 3, il faut prévoir, à côté du manomètre à différentiel 11, agissant sur le dispositif formant quotient, un second manomètre à pression effective ou un manomètre à différence de pression, enregistrant le volume du débit. La déviation de la balance à quotient influencerait dans ce cas le rapport de la transmission entre le diaphragme mobile et le dispositif indicateur de ce compteur.
Par contre, si l'orifice 3 est disposé devant une roue à. hélice, une hélice Woltman ou analogue pour l'indication de la pression effective, alors la déviation de la balance à quotient peut encore modifier ou bien la section de l'orifice ou le rapport de la transmission entre l'arbre de la roue à hélice et le dispositif indicateur ou enfin la direction d'arrivée du flux de l'élément à mesurer en direction de la roue à hélice et par là son impulsion de commande.
Dans tous les cas, l'indication est indépendante de la variation du coefficient , de sorte que, même en présence de fai-
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bles valeurs du coefficient Reynold, on ait la garantie d'une détermination exempte d'erreurs du volume d'écoulements Q par la mesure de la vitesse d'écoulement v.
Dans des compteurs Woltman ou à hélice et des compteurs analogues pour la mesure du volume d'écoulement avec dispositif rotatif de mesurage, on se voit souvent placé devant l'obligation de supprimer simultanément sur le même compteur, à côté de l'erreur obtenue par suite de la variation des valeurs en présence d'une viscosité ou d'une vitesse variant dans la zone des limites ou en présence de faibles valeurs du coefficient Reynold, encore d'autres erreurs provoquées par exemple par des forces de friction provenant de la construction, des pertes de glissement etc. ;
dans ce but et en dépendance d'une grandeur variable, il est également possible de modifier la section de l'orifice d'écoulement, disposé devant le compteur ou le rapport de la transmission du compteur au dispositif indicateur ou enfin la direction d'arrivée du flux de l'élément à mesurer en direction du compteur.
L'exécution suivant la figure 2, correspondant d'ailleurs à celle de la figure 1, possède un dispositif se rapportant au cas précité. Dans celle-ci, le levier 18 de la balance à quotient déplace le coulisseau 28 du levier 21, formant dans sa partie moyenne une coulisse en arc de cercle. Le dispositif commandé par le levier 21 est identique à celui de la figure 1.
Supposons maintenant que le levier 30 soit déplacé sous l'effet d'une action, ne faisant pas l'objet de la présente invention, par exemple pour régler le dispositif 2-27 en vue de la correction d'erreurs de friction ou de glissement, alors le levier 21 oscille autour du coulisseau 28 du levier 18 engagé dans la coulisse 29, le mandrin 23 se déplaçant ainsi dans l'orifice 24, pour en modifier la section dans le sens de la correction. Le chemin du coulisseau 28 lors du déplacement du levier 18 est représenté par l'arc dessiné en pointillé.
Si la forme de la coulisse était identique à celle de cet
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arc de cercle, alors, en'présence d'un déplacement du coulisseau 28 dans la coulisse 29, provoqué par la déviation de la balance à quotient, toute déviation du levier 21 serait supprimée ; en d'autres termes, aucun déplacement du mandrin 23 dans l'orifice 24.n'aurait lieu ; ce serait uniquement le rapport de la transmission au levier 21, qui serait modifié. Mais du fait que la coulisse 29 est déplacée par rapport à l'arc de cercle, on obtient lors de la déviation du coulisseau 28 à côté de la modification du rapport de la transmission au levier 21, encore une déviation de celui-ci et par conséquent un déplacement du mandrin régulateur 13.
Par suite d'une exécution (courbure) convenable de la coulisse 29, le dit déplacement peut être amené à une valeur du coefficient proportionnelle à toute déviation du levier 18 ou à toute déviation de la balance à quotient. Toute déviation du levier 21 obtenue par un effet de correction quelconque par l'intermédiaire du levier 30, ainsi que le déplacement en résultant du mandrin régulateur 23, sont corrigés de cette manière en proportion de la variation du coefficient .
Par conséquent, il est également possible d'utiliser l'invention pour des compteurs de débit, dans lesquels, soit pour corriger d'autres erreurs quelconques, soit pour la transformation en quantités des sections à l'orifice de mesurage, la transmission au dispositif indicateur ou un dispositif pour le réglage du flux de l'élément à mesurer en direction du compteur en rotation sont commandés déjà d'une manière quelconque, de sorte que la déviation du dispositif formant quotient influence de son côté le dispositif existant de commande par l'intermédiaire d'une transmission ou analogue.
Les limites pratiques extrêmes, entre lesquelles le coefficient varie, permettent dans certains cas d'utiliser la différence des pressions effectives obtenues à la tuyère d'un côté et au déversoir de l'autre côté, pour autant que les déviations en résultant peuvent être équilibrées par la forme d'exécution d'une
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courbe de chariotage ou autre (dispositif de correction 19, 20 de la figure 1 ou coulisse 28 de la figure 2).
La balance à quotient ou analogue serait remplacée dans ce cas par une balance simple (à différentiel), les manomètres différentiels 7 et 11 ou la balance elle-même étant munis d'un organe de rappel, tel qu'un ressort, une pendule à poids ou un dispositif analogue. vans ce cas aussi, il est possible (par une exécution convenable de la coulisse ou d'un autre dispositif de transmission utilisé), d'établir toute autre dépendance, exigée par des conditions de service éventuelles ou par des particularités du dispositif choisi de mesurage, de la vitesse d'écoulement v, existant à la section utilisée pour le mesurage, par rapport à la valeur du coefficient.
Par l'invention décrite, il est possible d'obtenir, même en présence de débits d'écoulement très réduits, une stabilité de l'exactitude de mesurage jamais atteinte avec les dispositifs connus jusqu'à ce jour. En même temps, le résultat peut encore être utilisé, même en présence d'une souillure grossière du dispositif employé, l'erreur provoquée par cette souillure restant constante pour tous les coefficients Reynold. pour ces raisons, la présente invention permet d'employer à volonté le même dispositif de mesurage sans nouvel étalonnage pour les éléments à mesurer les plus divers.
On connaît déjà des compteurs de débit, dans lesquels on a monté en série et à distance dans la conduite de mesurage deux orifices d'écoulement de même caractéristique ou d'une caractéristique de même sens du coefficient de débit En même temps, la différence de pression, utilisée pour le mesurage, n'est enregistrée que des deux côtés du second orifice d'écoulement ou bien devant le premier et derrière le second orifice d'écoulement.
Ces dispositifs connus servent à résoudre d'autres problèmes.
Toutes les caractéristiques essentielles de la présente invention y font défaut, de sorte qu'avec les dispositifs connus, il soit impossible de réaliser les résultats obtenus par la présente in-
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vention ; par conséquent, ces résultats ne peuvent non plus être réalisés involontairement.
REVENDICATIONS.
1. procédé pour la compensation de l'erreur obtenue par suite de l'influence des variations du coefficient d'écoulement lors de la détermination des débits ou des densités d'éléments en mouvement, caractérisé en ce que la section utilisée pour le mesurage ou une grandeur de commande y obtenue est modifiée en fonction du rapport des grandeurs mesurées (pression effective ou différence de pression) enregistrées à deux réactances d'étranglement à caractéristique opposée (différente) du coefficient de débita ,traversées par l'élément à mesurer.
2. Dispositif pour la réalisation du procédé suivant revendication 1, caractérisé. en ce que, dans une conduite traversée par l'élément à mesurer, il est disposé en série et à distance un orifice d'écoulement avec, en présence d'un coefficient croissant Reynold, une caractéristique croissante du coefficient de débit,, - (caractéristique de tuyère) et un autre orifice d'écoulement avec, en présence d'un coefficient' croissant Reynold, une caractéristique décroissante du coefficient (caractéristique de déversoir) et en ce qu'il est prévu un dispositif formant. quotient, tel qu'une balance à quotient, sur le ou laquelle agit d'un côté.
une grandeur de mesure enregistrée à l'orifice avec caractéristique à tuyère et de l'autre côté la grandeur correspondante enregistrée à l'orifice avec caractéristique à déversoir, la déviation du dit dispositif étant transmise sur un dispositif de correction commandant la section d'écoulement dans la conduite de mesurage ou une section complémentaire disposée dans une conduite de déviation.