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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX DISPOSITIFS DE REGLAGE DES MESUREURS
DE DEBITS MASSIQUES.
L'invention est relative à des dispositifs.de réglage de mesureurs de débits massiques.
Quand on mesure, le débit massique ou volumétrique-d'un fluide il est généralement possible de loger l'instrument dans une partie du courant ou les conditions de pression et de température ne varient que très peu, par exemple dans un conduit d'admission d'air dans laquelle règnent des con- ditions atmosphériques.. Par contre., des difficultés se présentent quand on doit tenir compte des conditions variables dans lesquelles le courant a lieu., notamment quand la pression et la température varient considéra- blement à l'endroit où les mesures sont faites., ces variations pouvant sou- vent atteindre jusque 100% pour ces deux valeurs. Dans ces conditions, une simple mesure du P (pression absolue) à 1-laide d'un débitmètre à venturi., qui serait suffisante sans cela, n'a plus aucune utilité.
L'invention a pour but, surtout, de réaliser un dispositif de réglage d'un mesureur du débit massique d'un courant fluide., qui fonctionne exactement quand les conditions de pression et de température varient consi- dérablement.
Elle consiste, principalement, à faire comporter aux dispositifs de réglage, du genre en question, des moyens séparés qui répondent., propor- tionnellement, aux variations de la pression absolue d'un fluide traversant un conduit, aux variations de la température absolue dudit fluide et aux variations de la différence de pression en un étranglement dudit conduit à proximité des points où se font les prises de pression et de température, des moyens étant prévus pour obtenir la somme algébrique des trois réponses de manière telle que la réponse résultante soit proportionnelle aux varia- tions qui affectent le débit massique.
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Chacune des trois réponses peut être matérialisée par un mouve- ment linéaire d'une pièce et les trois mouvements-peuvent être combinés mé- caniquement et algébriquement pour produire Le mouvement résultant d'un or- gane par lequel on obtient l'indication des variations qui affectent le débit massique, la position momentanée dudit organe étant une indication de la valeur absolue du débit massique. Les pièces, qui répondent aux va- riations, peuvent être agencées de manière à se déplacer suivant une propor- tion logarithmique des variations respectives par lesquelles'ces pièces sont déplacées. La combinaison algébrique des réponses peut, suivant une varian- te, être obtenue électriquement.
Avec des moyens mécaniques ou électriques l'amplification des réponses initiales est possible. par exemple pour un équipement mécanique, un système hydraulique avec servo-moteur peut fournir la puissance nécessaire pour modifier les conditions externes d'une manière qui dépend des variations de débit massique.
On peut démontrer que pour des faibles chutes de pression M2= KPàP/T., équation dans laquelle M = débit massique (en livres/sec); K = constante ; = pression absolue (en livres par pouce carré); Û P = chute de pression dans un venturi (en livres par pouce carré) et T = température absolue ( K).,
Pour plus d'exactitude il est préférable que des variations de P.P et T donnent des réponses qui conduisent directement aux indications des variations du débit massique. Le moyen le plus simple pour obtenir ceci est de donner à l'équation susdite une forme logarithmique ce qui donne logM = 1/2 (logK + logP + logP- logT)
En se servant de cette équation on peut faire la somme algébrique des réponses d'une manière simple.
Le dessin ci-annexé montre, à titre d'exemple, un mode de réali- sation de l'invention.
La fig, 1 montre, schématiquement, un balancier faisant partie d'un mesureur de débit massique, établi selon l'invention.
La fig. 2 montre le résultat obtenu quand on fait agir sur le balancier des forces différentes de celles de la figo 1.
La fig. 3 montre, en coupe verticale, le dispositif qui répond à la pression et qui est agencé de manière à fournir des indications loga- rithmiquement proportionnelles concernant les variations de la pression.
La Fig. 4 montre,en perspective (parties en coupe), le mesureur de débit massique, établi selon l'invention.
Des indications générales, données ci-dessus, il résulte que les trois termes logP, logP et logT doivent être additionnés algébriquement pour obtenir la valeur de logM. La fig. 1 montre un balancier 1 qui est soutenu à ses extrémités par des forces respectivement proportionnelles à log P et logP. Quand ces forces augmentent on obtient le soulèvement des extrémités du levier aux points 2 et 3 respectivement ce qui oblige une tige indicatrice 4, montée sur le centre du balancier, à monter suivant des hau- teurs désignées respectivement par 5 et 6. La hauteur totale, suivant laquelle la tige 4 monte, est une indication de la valeur 1/2 (log P + logP Par conséquent; si la température est constante cette indication est propor- tionnelle à log M.
Dans l'expression générale du débit massique, la valeur T se trou- ve au dénominateur. Dans l'expression logarithmique la valeur de T est donc négative. Mécaniquement on tient compte de ce fait en se servant d'un balan- cier comme celui de la fig. 2, dont une extrémité est sollicitée par une force orientée vers le bas et proportionnelle à log T. L'autre extrémité de ce balancier répond à une force représentant log P ou logP. Les dépla- cements des extrémités vers les points 7 et 8 ne provoquent pas un déplace- ment du point central auquel est attachée une tige indicatrice.
Pour le mode de réalisation dont on s'occupe, les déplacements des balanciers agissent sur une tige indicatrice commune qui se déplace donc
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proportionnellement à log M. La description détaillée du dispositif-est in- diquée ci-après mais on attire l'attention sur les moyens qui répondent logarithmiquement aux variations de la pression, de la température et de la différence de pression.
La fig. 3 montre un dispositif avec soufflet déformable, sensi- ble à la pression, ce dispositif comportant une boite étanche 9, un soufflet 10 élastiquement déformable et dans lequel on fait le vide et une tige indi- catrice 11. La pression agit dans la boite 9 à l'aide du conduit 12 et l'é- quilibre obtenu entre la pression et la force élastique du soufflet détermine 1'emplacement de la tige indicatrice 11.
Ces mécanismes, sensibles à la pression, sont bien connus mais pour que les déplacements de la tige indicatrice 11 soient logarithmiques, un supplément est ajouté à la force élastique qui provoque l'extension ou la dilatation du soufflet 10. Ce supplément a la forme d'une lame élastique 13 qui est montée extérieurement sur,-la boite 9 et dont l'extrémité libre' est engagée dans un trou 14 percé dans la tige 11. La lame 13 est soutenue par une came 15 dont le profil est tel que la longueur de l'extrémité libre de la lame soit, à tout moment, en relation logarithmique avec le déplace- ment de la tige 11.
L'indicateur de la différence de pression est pratiquement iden- tique au dispositif de la Fig. 3 excepté que l'intérieur du soufflet 10 est relié à une des prises de pression au lieu d'être évacuée. Le déplacement de la tige-indicatrice est, par conséquent, proportionnel à la différence des pressions règnant à 1'intérieur et à l'extérieur du soufflet 10 et la variation logarithmique est obtenue comme expliqué plus haut.
On envisage de se servir d'un dispositif connu qui est sensible à la pression en donnant la préférence à un dispositif mercure dans acier car il donne lieu à une variation de.pression convertible en un mouvement :. linéaire de sorte que. son fonctionnement est comparable.à celui des deux dispositifs sensibles aux pressions. Une lame élastique, de longueur utile variable, est également utilisée pour obtenir la variation logarithmique.
Les indicateurs de la pression, de la différence de pression et de.la température sont montrés respectivement en 16, 17, -'et 18 sur la fig.4.
Leurs tiges indicatrices respectives, soutiennent, par des articulations, les extrémités libres d'un balancier flottant 19 à trois bras de sorte que les tiges se.trouvent aux sommets d'un triangle qui est de préférence équi- latéral sans que cela soit essentiel. En se basant sur les explications données au sujet des'Figs. l'et 2 et sur les indications ci-après on se rend compte que le déplacement axial de la tige 20 correspond à la valeur de log.M.
Si la pression monte, la tige 11 de l'indicateur de pression 16 monte également et'le balancier s'incline par rapport à un axe passant par les pivcts qui se trouvent au-dessus des indicateurs 17 et 18. Il en est de même des deux autres variables considérées séparément. Si l'on désigne les mouvements des trois tiges indicatrices respectivement par x, y et z on obtient 1 = a log P, y = b log&P et z = c log T, les coefficients a, b et 0 étant des constantes.
Suivant les longueurs des bras 19 et en négligeant.la légère er- reur résultant du fait que leur mouvement n'est pas exactement linéaire; les mouvements respectifs de la tige 20 sont donnés par hx: Aa log P ; hy= Bb logP et hz = -Ce log T.
Le mouvement total h de la tige 20 est donné par h = hx + hy +hz=As logP+Bh logp-Cc logTABb Si h = log M on a : M = k.PAaxPBb TCc
En revenant à 1.' expression initiale de M on trouve que les deux expressions sont identiques quanddAa = Bb = Ce = 1/2. '
Si A =B= C, c'est-à-dire si lesbbras 19 ont des longueurs égales, .on obtient ab c ce qui explique qu'un .mouvement dé la tige 11 des moyens 16, sensibles à la pression, correspond au quadruple de la pression qui doit
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être équilibrée par le mouvement des pièces qui répondent aux variations, dans le même rapport, des deux autres variables.
On peut adopter d'autrés amplitudes de mouvements ou d'autres longueurs relatives des bras et, d'une manière plus générale, d'autres distances entre le point, où-le balancier agit sur la tige 20, et les trois points d'appui distincts-du balancier, en respectant les indications générales spécifiées plus haut.. Par exemple, on doit vouloir s'occuper seulement d'une zone de température relativement réduite, notamment de 600 à 700 alors que la pression peut varier entre 2' et 5 atm. On peut tenir compte de ces conditions en choisissant convenable- ment les constantes A, B, C, a, b et c.
En pratique, le déplacement du centre du balancier flottant 19 de la Fig. 4 est, dans tous les cas, relativement petit et la force dont on dispose en ce point est également faible. L'amplitude du déplacement et la force disponible peuvent être considérablement amplifiées jusqu'à tou- te valeur voulue pour agir sur des commandes appropriées, quand on relie le balancier 19 à un servo-moteur hydraulique 21. Le cylindre principal 22 de celui-ci est à double effet et reçoit de l'huile sous pression à l'aide d'un distributeur 23. Le tiroir de celui-ci est relié au piston du cylindre 22 et à la tige 20 commandée par le balancier 19 à l'aide d'un levier de rappel 24.
Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. Une variation du débit massique provoque un déplacement du balancier flottant 19. Gomme le piston'du servo-moteur 22 est, à ce moment, immobile, le tiroir 23 du distributeur se déplace pour l'admission d'huile dans le cylindre 22 dont le piston se déplace dans une direction opposée à celle du levier,24 et ce mouvement continue jusqu'à ce que le tiroir soit revenu à sa position neutre et que le piston ait,atteint sa nouvelle position d'équilibre. En choisis- sant convenablement les longueurs des bras du levier 24 on peut amplifier fortement le déplacement du balancier flottant. La force, dont on dispose à l'aide du piston, dépend de son diamètre et de la pression d'huile et peut être ainsi rendue aussi grande que nécessaire.
Il est à noter que le fonctionnement du piston du servo-moteur est extrêmement sensible et stable. Il y a une correspondance complète en- tre les positions du balancier flottant et du piston et le fonctionnement du dispositif est indépendant de la viscosité de l'huile et des fuites le long du piston ou du distributeur.
Le mouvement final de la tige indicatrice 20 et le déplacement amplifié de la tige 25.du servo-moteur sont tous deux proportionnels à log Mo De la manière connue, ce mouvement peut être converti mécaniquement, si on le désire, en un mouvement linéaire qui varie directement avec Mo
11 est possible de mesurer la température absolue par un thermo- couple et de faire agir une force appropriée sur le balancierl9 à l'aide d'un dispositif électro-mécanique qui reçoit son courant de commande par la différence de potentiel fournie par le thermos-couple. Il est également possible de faire agir les tiges indicatrices 11 des deux dispositifs sen- sibles à la pression sur des curseurs faisant partie de potentiomètres lo- garithmiques afin que les différences de potentiel varient logarithmiquement avec les variations de pression et celles des différences de pression..
Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de prévoir des lames élastiques sup- plémentaires 13. Par l'adjonction de ces dispositifs sensibles à la pres- sion, mun-s d'un indicateur électrique, à un thermo-couple et par l'adoption de proportions correctes des différences de potentiel obtenues par ces dis- positifs ont peut réaliser un ensemble électrique qui est une variante du dispositif décrit plus haut.
Ces trois différences de potentiel peuvent, d'une manière simple, être combinées algébriquement pour fournir un courant proportionnel à log Mo Ce courant peut, si on le désire être transformé en un courant qui varie directement avec M et peut servir à donner une indi- cation sur un appareil de mesure ou à déclencher à distance une opération
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à l'aide d'un relaiso
L'influence du frottement sur le fonctionnement du dispositif de réglage de la figo 4 est faible. On obtient donc une précision élevée.
Si une exactitude de l'ordre de 10 à 20% est suffisante, il est inutile de transformer les variations en valeurs logarithmiques. Les trois forces P,A P et T agissent alors dans les mêmes directions sur le balancier que dans- le cas expliqué plus hauto Un tel dispositif ne donne pas une mesure directe de M mais des indications suffisamment,approximatives peuvent être obtenues dans certaines conditions d'écoulement.