<Desc/Clms Page number 1>
@ TRANSVALUATEUR VOLUMETRIQUE POUR LA MESURE DE QUANTITES DE GAZ.
Dans les transvaluateurs volumétriques de construction usuelle, le dispositif de réglage est constitué par un récipient à parois flexibles dans lequel est enfermé un gaz de comparaison., Ce récipient, qu'il s'agisse d'une botte-membrane élastique réalisée à l'aide d'un soufflet tubulaire ondulé à parois minces, d'une enveloppe souple immergée dans un bain de li- quide, d'une cloche plongeuse, ou analogue, est exposé à l'action du gaz à mesurer. Le gaz de comparaison prend la pression et la température du gaz à mesurer et son changement de volume commande une transmission variable ou un mécanisme totalisateur prévu dans 1'entraînement du mécanisme enregis- treur du compteur à gaz.
On connaît les inconvénients des transvaluateurs connus construits de cette manière. Si l'on utilise des soufflets tubulaires, l'élasticité pro- pre de ces derniers, dont il faut tenir compte lors de l'étalonnage du trans- valuateur et qui impose des tensions considérables à la matière, varie pro- gressivement jusqu'à ce que, finalement, la déformation permanente atteigne une valeur exigeant le remplacement du soufflet tubulaire. C'est d'ailleurs pour cette raison que ces transvaluateurs présentent, en cas d'élévation ou d'annulation brusque de la pression dans la tuyauterie, le risque permanent de devenir inutilisables par détérioration de la boite-membrane.
Avec les enveloppes souples immergées dans un liquide, l'équili- brage des températures entre le gaz de comparaison et le gaz à mesurer s'ef- fectue avec une lenteur extrême à cause du liquide interposé. La correction des indications est retardée par rapport au passage du gaz dans le compteur et l'on obtient de faux résultats de mesure. De plus, étant donnée la diffé- rence entre les températures du liquide dans les tuyauteries de transmis- sion et du gaz à mesurer, la valeur du volume du gaz de comparaison n'est pas indiquée correctement. Enfin, avec les cloches plongeuses, on rencontre des difficultés importantes de transmission et la lenteur de l'équilibrage des températures ainsi que les difficultés de transport rendent impossible l'acceptation par les bureaux d'étalonnage.
<Desc/Clms Page number 2>
La présente invention a pour objet un nouveau transvaluateur de ' quantités qui ne présente pas les défauts précités. L'invention consiste es- sentiellement en ce que le récipient contenant le gaz de comparaison est constitué à la manière d'une balance' annulaire dans laquelle le volume de gaz enfermé est retenu par un liquide (de préférence du mercure), la ba- lance annulaire ou sa partie contenant le gaz de comparaison étant placée au sein du courant de gaz à mesurer dont la pression de service agit direc- tement ou. indirectement sur le liquide obturateur, la déflexion de la ba- lance annulaire déterminant la valeur de la grandeur de commande (facteur de transvaluation).
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La fig. 1 représente schématiquement un exemple de réalisation de l'invention. Une balance annulaire 2 est montée oscillante sur des cou- teaux en 1. Cette balance annulaire est fermée à l'une de ses extrémités 3 et porte un robinet 4,tandis que son extrémité opposée 5 est ouverte. La partie inférieure du tube annulaire 2 est supposée remplie de mercure jus- qu'au niveau A (=Al), tandis que la partie en arc de cercle comprise entre Al et l'extrémité close 3 est remplie de gaz de comparaison, le robinet 4 étant fermé.
La balance annulaire est montée dans une chambre close 6 que tra- verse le gaz à mesurer qui remplit donc également la partie en arc de cercle de la balance comprise entre le niveau A et l'extrémité ouverte 5. On suppo- se également que la balance est mise au point de façon qu'elle soit en équi- libre indifférent avec tous les dispositifs qu'elle porte, sans remplissage de mercure ou lorsque le robinet 4 est ouvert, c'est-à-dire qu'elle se'main- tienne dans toutes les positions qu'on lui donne.
Si l'on établit, dans la chambre 6, tout d'abord, par exemple,- une pression absolue de 760 mm de mercure, le robinet 4 étant ouvert, cette pression agit sur les deux surfaces A et A1 du mercure. Si l'on ferme alors le robinet 4 et si l'on double ensuite la pression absolue, le volume de gaz que contient la branche de droite entre la surface A1 du mercure et l'extré- mité 3 du tube est comprimé, le mercure se déplace vers la droite à l'inté- rieur du tube annulaire et transmet la pression portée à 1520 mm au volume enfermé de gaz de comparaison.
Ce déplacement du mercure vers la droite en- tratne également un déplacement du centre de gravité de la colonne de mer- cure A-A1. '
Précédemment, c'est-à-dire sous la pression de 760 mm de mercure, le centre de gravité S se trouvait dans le plan vertical 1-1, alors qu'il est maintenant décalé vers S'.
L'équilibre du système formé par la balance annulaire et la colonne de mercure est ainsi rompu et la balance annulaire 2 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre jusqu'à ce que le nouveau centre de gravité S' soit situé dans le plan vertical 1-1 et que, grâce à la compression du gaz de comparaison, qui en résulte dans l'arc compris en- tre le niveau A1 et l'extrémité 3 du tube, la pression exercée sur la surface A1 soit égale à la pression exercée sur la surface A, c'est-à-dire à 1520 mm de mercure dans le cas envisagé. Le mercure occupe alors de nouveau la position indiquée sur la fig. 1 et la différence entre les pressions est égale à zéro entre les deux côtés du fond 3.
Seule la longueur de l'arc compris entre A1 et l'extrémité 3 du tube est réduite à la moitié de la longueur précédente, car le volume enfermé de gaz de comparaison a été ré- duit de moitié par la pression absolue portée au double.
Or étant donné que, d'après ce qui précède, la force exercée sur le fond 3 de la balance annulaire est égale à zéro, celle-ci ne subit plus aucun couple et donc, elle s'arrête dans sa nouvelle position. Cette défle-' xion angulaire de la balance annulaire (que l'on désignera par @ dans la suite du présent mémoire) est une fonction exacte du volume de gaz de compa-
<Desc/Clms Page number 3>
raison enfermé dans l'arc compris entre le niveau A1 et le fond 3.
Etant donné que le gaz de comparaison doit prendre la pression et la température du gaz à mesurer circulant autour de la balance annulaire et que son volume peut en outre se modifier librement, c'est-à-dire sans être contrarie par ' la balance annulaire,conformément à l'équation d'état, cette déflexion angu- laire donne une mesure exacte du facteur de transvaluation z ainsi que le montrent les considérations ci-après :
On sait que l'on peut écrire l'équation :
EMI3.1
(1) V . Po = V. P ou V = V .
Po T o $T T o T P T0 T T0 p dans laquelle V désigne le volume, sous la pression p et la température T, et V0 désigne le volume, sous la pression P0 et la température T , du gaz auxiliaire enfermé dans l'arc compris entre le niveau A1 et l'extrémité 3 du tube.
Etant donné, par ailleurs, que le volume du gaz à mesurer par le compteur, réduit à l'état normal P0, T0, est donné par l'équation :
EMI3.2
( II ) Vi Vi Pl . TO = v 1 . z P0. T1 dans laquelle z désigne le facteur de transvaluation, V1 le volume à rédui- re du gaz de service, kP1 la pression de service, T1 la température de ser- vice et V10 le nombre de mètres cubes normaux, il en résulte, lorsque le gaz à mesurer circule autour de la balance annulaire et que, de ce fait, ± devient égal à P1 et T à T1, l'équation suivante en partant de l'équation (I) : (III) V ( = @ ) = V0. 1 z ce qu'il fallait démontrer.
On peut donc utiliser cette loi pour la trans- valuation ou réduction de l'indication du compteur à un état normal, par exemple en commandant une transmission variable, du genre connu pour les transvaluateurs volumétriques, placée avant le mécanisme enregistreur du compteur.
Dans le mode de réalisation que montre la fig,. 1, cette commande a lieu par des moyens mécaniques. Naturellement, on peut également l'effec- tuer par des moyens pneumatiques, électriques ou autres. A la balance 2 est fixée une coulisse 7 dont l'action sur la balance est neutralisée par un contre-poids 8. La coulisse 7 est destinée à limiter vers le bas la course d'une pointe tactile 10 d'un levier 12 articulé à un tourillon fixe 11, une butée réglable 9 limitant ladite course vers le haut. Le levier 12 est actionné par l'arbre 13 du compteur à l'aide d'un pignon 14, d'un dispositif manivelle-bielle 15, 16 et d'un organe élastique intermédiaire 17 (ressort ou similaire), la pointe tactile exécutant un va-et-vient à chaque tour de l'arbre 13 du compteur.
Une bielle 18 transmet l'amplitude de l'oscillation du levier 12 à un mécanisme comprenant un cliquet et une roue à rochet 19, 20 dont l'avancement périodique est donc une fonction de l'amplitude et du nombre d'oscillations du levier 12.
D'après ce qui précède, le nombre des oscillations est propor- tionnel à la consommation en mètres cubes de service (V1) mesurée par le compteur, et la rampe 7' de la coulisse 7 est déterminée par le calcul ou empiriquement de façon que pour la déflexion @ de la balance annulaire qui est associée au facteur z de transvaluation de chaque temps, la longueur de la course de la pointe tactile 10 soit proportionnelle à ce facteur. Dans ces conditions, l'avancement dans le temps du mécanisme à cliquet 19, 20 est proportionnel au produit V .z, c'est-à-dire au volume de service V1 mesuré par le compteur et réduit a l'état normal P0, T0.
L'arbre 21 de la roue à ro-
<Desc/Clms Page number 4>
chet 20 actionne le mécanisme enregistreur 23 par l'intermédiaire d'une trans- mission 22 qui ramène à 1 le facteur de proportionnalité. Le mécanisme 23 indique alors en mètres cubes normaux (V10) la consommation mesurée à partir de V1.
Etant donné que les règlements officiels fixent, d'une manière très stricte, à # 1 %, les limites des erreurs d'indication admissibles, il est nécessaire que de faibles écarts de la balance annulaire à partir de la déflexion exacte ne puissent entraîner que de faibles erreurs d'indica- tion. Dans ce sens, les conditions sont d'autant plus favorables que la courbe de la rampe de la coulisse est plus aplatie.
La possibilité d'uti- lisation d'une coulisse à courbe plus aplatie que celle que représente la fig. 1 et la fidélité d'une telle courbe, ressortent des considérations ci- après :
Si l'on part notamment de ce que, dans la plupart des cas se présentant en pratique, le facteur de transvaluation le plus petit zmin correspondant au cas envisagé et le facteur le plus grand zmax sont connus, on peut écrire l'équation (II) sous les formes suivantes :
EMI4.1
Il vi z - Vl smin + Il "Min 0 V 10 = VI" z - VIe z max V1 zmax Pour les facteurs de référence zmin et zmax que l'on peut choisir à volonté, on peut introduire la désignation générale a et l'on obtient ainsi l'équation simple suivante :
EMI4.2
(Iia) VIa::: VI . Z :; via + VIa = VI (z T a) + V 1a.
Il ressort de cette équation que l'on peut par exemple choisir la course de la pointe tactile 10 proportionnelle à (Z - a). Il devient ain- si possible de donner à la rampe de la coulisse 7 une forme aplatie pratique- ment avantageuse. Dans ce cas, il est cependant nécessaire de transmettre le mouvement de rotation de la roue à rochet 20 d'abord à un totalisateur (dif- férentiel); intercalé en amont du mécanisme régulateur 22 et ajoutant au mouvement de rotation V1.(z -a) un mouvement de rotation supplémentaire pris sur la roue à manivelle 14 et rendu proportionnel à a . V1 grâce à une transmission spéciale, le mécanisme régulateur 22 recevant alors la som-
EMI4.3
me des mouvements de rotation V 1 c (z-a) et g a.
Etant donné que l'on peut réaliser cette variante sans aucune difficulté, il ne semble pas né- cessaire de la représenter sur le dessin.
Pour rendre l'appareil transportable sans riquer de contrarier l'étalonnage préalablement effectué ni modifier le volume du gaz de compa- raison, on prévoit, selon une autre particularité de l'invention, une vis de pression 24 ou un organe similaire, dont le serrage a pour effet de sou- lever la balance annulaire 2 hors de sa cuvette de pivotement en 1 pour 1' appliquer contre deux butées fixes 25. Dans le mode de réalisation que mon- tre le fig. l, la balance annulaire 2 comporte d'autres robinets 26, 26', et 26". Ceux-ci doivent être ouverts lorsque le transvaluateur est en servi- ce et ne sont fermés que pour le transport, ce qui empêche le mercure de s' échapper.
La fig. 2 représente un autre exemple de réalisation de l'inven- tion. Dans ce cas la balance annulaire 2 se présente sous la forme d'un tube à peu près semi-circulaire, monté de la manière indiquée sur la fig. 1, et selon l'axe central duquel (cuvette à couteau 1) est centré un tambour 27.
L'intérieur de ce tambour est relié rigidement au tube annulaire 2 par un conduit 28. Au sommet du tambour est pratiquée une ouverture 5 qui corres- pond à l'orifice 5 du mode de réalisation; que montre la fig. 1.
Une tige 29 mobile longitudinalement est guidée en 30 sans pou-
<Desc/Clms Page number 5>
voir tourner. Son extrémité inférieure porte une soupape 31 coopérant avec un siège 32. La partie supérieure de la tige 29 est munie d'un filetage 33 sur lequel est vissé un écrou à chapeau 34. Cet écrou à chapeau forme, par son extrémité inférieure,une soupape 35 dont le siège est constitué par 1' ouverture 5 du tambour. Lorsque l'on visse l'écrou 34, les soupapes 31 et
35 sont appliquées sur les sièges correspondants; l'intérieur du tambour
27 est alors isolé du tube annulaire 2 tandis que l'ensemble est séparé de la chambre 6 dans laquelle circule le gaz à mesurer (voir fig. 1).
En ser- vice, cette communication est rétablie et la pression règnant dans la cham- bre 6 se propage par l'ouverture 5 pour agir sur le niveau A du mercure.
Cette pression est transmise, de la manière indiquée en regard de la fig.
1, par l'intermédiaire du mercure, au niveau A1 de celui-ci et, par consé- quent, au gaz de comparaison entre ce niveau et le fond 3 du tube.
8 et 8' désignent des contrepoids à l'aide desquels la balance annulaire est mise en équilibre indifférente On peut également remplacer la balance annulaire à équilibre indifférent par une balance à équilibre sta- ble. Dans ce cas on lui donne un centre de gravité artificiel, en la munis- sant par exemple d'un contrepoids 36 indiqué en pointillés sur la fig, 1 et qui se trouve également dans le plan vertical I-I lorsque le volume du gaz de comparaison enfermé dans l'arc compris entre le niveau Al et le fond 3 du tube présente la pression P0 et la température To et lorsque les niveaux A et A1 du mercure occupent la position indiquée sur la fig. 1.
Dans ce cas, pour un angle de déflexion / de la balance annu- laire, la pression extérieure p est transmise au gaz de comparaison situé entre le niveau A1 et le fond 3 du tube avec une valeur (p - ) réduite de @, ce dernier facteur @ étant alors proportionnel au couple.
G . r .sin @ produit par le contrepoids G (36 sur la fig. 1) sur le tube annulaire 2.
(r = la distance radiale entre le point de fixation du contrepoids 36 et le point de suspension 1).
Etant donné que @ et, par conséquent, la petite erreur sur z résultant de cette différence de pression sont une fonction exacte de 1' angle de déflexion @, il est sans difficulté possible de tenir compte de cette petite erreur lors de la détermination de la forme de la rampe 7' de la coulissée La course de la pointe tactile 10 est alors encore propor- tionnelle à z (ou à z-a), même si l'angle de déflexion de la balance annu- laire à équilibre stable est un peu plus petit que pour une balance à équi- libre différent.
Le mercure que contient le tube .annulaire 2 subit des variations de volume qui sont fonction des variations de la température, de sorte que les niveaux A et A1 se déplacent d'une même quantité lorsque l'on ouvre le robinet 4, l'espace contenant le gaz de comparaison entre le niveau A1 et le fond 3 du tube se trouvant modifié.
Pour empêcher que cela n'introduise une erreur dans la transva- luation, une autre particularité de l'invention consiste à munir le tube annulaire 2 (en bas dans le secteur contenant le mercure, ou en haut dans le secteur de l'espace contenant le gaz de comparaison au-dessus du niveau A1) d'un fond mobile (piston, membrane, etc.) qui est déplacé par un ther- mostat en fonction des variations du volume du mercure résultant des varia- tions de la température.
De cette manière, l'espace contenant le gaz de comparaison est maintenu constant, dans le premier cas par variation compensatrice de l'es- pace contenant le mercure (maintien de la constance des niveaux A-Al), dans le deuxième cas par compensation directe assurée par la modification résul- tant du déplacement des niveaux lorsqu'on ouvre le robinet 4.
De préférence, on choisit alors l'agencement de façon que la direction du déplacement des organes mobiles soit perpendiculaire au plan du déplacement de la balance an-
<Desc/Clms Page number 6>
nulaire. La dilatation et la contraction de la balance annulaire proprement dite peuvent être compensées sans difficulté par le mécanisme de réglage, entre le fond mobile et le thermostat,
La fig. 3 montre un mode de réalisation de ce genre dans lequel la balance annulaire 2 est équipée du dispositif compensateur à sa partie inférieure;, dans la zone occupée par le liquide obturateur.
Le tube annulaire 2 porte un thermomètre à liquide constitué par un thermostat 37 et une membrane 38 remplissant la fonction d'organe régu- lateur, tandis qu'une partie de la paroi du tube annulaire est conformée en fond mobile 39. Ce fond mobile et la membrane 38 sont reliés par des tiges 40 et 41 à un levier 42, dont le pivot 43 est prévu sur un support 44 soli- daire de la balance annulaire. Le fond mobile 39 s'écarte d'autant plus de la position représentée, dans un sens ou dans l'autre, que la variation de la température est plus importante. Le rapport de transmission du levier 42 doit être choisi tel que les déplacements du fond 39 compensent les modifi- cations du volume du liquide obturateur résultant des variations de la tem- pérature. Pour plus de clarté, on a représenté le dispositif compensateur dans le même plan que la balance annulaire.
Pour ne pas contrarier le tara- ge de la balance annulaire il est cependant préférable, pour la réalisation pratique, d'améliorer l'agencement de façon que les déplacements de la mem- brane 38, du fond mobile 39 et de la tringlerie 40-42 s'effectuent dans un plan perpendiculaire au plan de déplacement de la balance annulaire.
Il va de soi que des modifications peuvent être apportées au transvaluateur qui vient d'être décrit, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente inven- tion.