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CORRECTEUR AUTOMATIQUE BE POIDS SPECIFIQUE POUR COMPTEUR DE FLUIDE
GAZEUX.
La présente invention, système Marcel FIORA, concerne un correcteur automatique de poids spécifique pour compteur de fluide gazeux et en particulier pour compteur de gaz, lorsque la pression et la température absolues du gaz varient entre des limites assez écartées pour rendre insuffisante la précision des indications du compteur employée
On sait que, pour tenir compte des variations de la pression et de la température du gaz dont le volume est mesuré par un compteur, par exemple du type volumétrique, il est nécessaire de multiplier les indications de celui-ci par un coefficient de correction K, dont la valeur s'exprime par la relation
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K =...2- x ± x 0
T1 Po Z1 dans laquelle on a représenté respectivement par P1 et T la pression absolue et la température absolue du gaz dans les conditions d'entrée au compteur;
Po et To la pression absolue et la température absolue de réfé- rence, et Z1 et Z la valeur du coefficient de compressibilité du gaz dans les deux cas considérés
Dans les installations gazières, la pression et la température variant en fonction du temps, il est intéressant de disposer d'un appareil corrigeant automatiquement le volume brut du gaz mesuré par un compteur., pour obtenir le volume corrigé ramené aux conditions de référencée
Il existe différents principes d'appareils permettant d'effec- tuer cette correctiono On peut, en particulier, utiliser un manomètre et un thermomètre, et faire agir chacun de ces appareils sur un multiplica- teur entraîné par le compteur
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0-e-- peut aussi employer un densimètre four=iissant, à chaque in- stant,
des indications proportionnelles à la densité du gaz., dans les conditions de pression et de température où il se trouve lorsqu'il entre dans le compteur, mais cet appareil, dans la forme où il a été réalisé jusqu'ici ne présente pas le degré de précision et l'étendue de mesure désirables.
La présente invention a pour objet la combinaison d'un compteur totalisateur de fluide gazeux, d'un densimètre de réalisation particulière et d'un mécanisme permettant la liaison de ce densimètre avec un multipli-
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cateur mécanique quelconquee dans le but d JJ obtenir les volumes corrigés des variations de la pression et de la température.
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Les figures jointes indiquent un mode de réalisation de l'invaz- tion donné à titre d'exemple non limitatif.,plus particulièrement la fig. 1 représente une vue schématique de l'ensemble de Il'appareil.,
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la frigo 2 représente une vue partielle de profil de l' appareil, la fig. 3représente, partiellement et schématiquement une variante du mécanisme de liaison, la fig. 4 représente une vue en coupe du densimètre.
Sur les fig.1 et 2, 1 représente un compteur à gaz d'un type quelconque, volumétrique par exemple, (mais non exclusivement) réuni par un arbre de transmission 2 à un multiplicateur intégrateur 16,d'un type connu quelconque. 3 représente schématiquement un densimètre à gaz., détaillé sur la fig. 4, qui sera décrite plus loin. 4 est l'arbre de sortie de ce densimètre- 5 et 5 sont deux manivelles de longueur égale, calées respectivement,la première sur l'arbre 4 à l'extérieur du densimètre,la seconde sur l'arbre 4".
6 représente une crémaillère articulée aux extrémités des manivelles 5 et 5", les points d'attache de celles-ci sur la crémaillère 6 étant écartées rigoureusement de la distance qui sépare les axes
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des arbres 4 et 482., de telle sorte que l'ensemble 4, 5 , 6, 5 Ir, z constitue -un parallélogramme, quelles que soient les positions relatives occupées par les manivelles 5 et 5 dans leur replacemento Les traits mixtes représen- tent les positions extrêmes atteintes par celles-ci. 7 représente un tambour denté engrenant avec la crémaillère 6. 8 représente une roue dentée calée sur le même axe 10 que le tambour 7 et engrenant avec la crémaillère 9.
Celle-ci possède un guidage, non représenté sur les figures, qui lui permet de se déplacer longitudinalement. Elle est articulée en D avec un
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levier Al Dl, lui-même articulé en Ai â deux leviers A 1 C 1 et 1 0. Au point .fixe 0 se trouve également articulé un levier CA2
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EN A2 se trouvent articulés deux leviers A2C2 et A 2 D2.
Les points C1 et C2 sont réunis par une manivelle articulée au point fixe P.
Un mode de réalisation intéressant consiste à utiliser'certains leviers de même longueur, en particulier
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AlDI = AZCl = A2G2 = A2D2 , et
OA1=OA2' de même que le point P peut être situé au milieu de C1C2 Mais ces condi- tions ne sont pas exclusives pour le fonctionnement correct du mécanisme.
11 représente une crémaillère guidée de façon à autoriser son déplacement longitudinal par un moyen quelconque connu, non représenté sur
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la figure, et articulé en D 2 avec le levier A 2D 2.
12 représente une roue dentée engrenant avec la crémaillère 11 et calée sur l'axe 13.
Un train d'engrenages 14 de rapport approprié., permet de réunir les axes 13 et 15,ce dernier faisant partie du mécanisme multiplicateur intégrateur,16.
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Sur la fig. 3, on a représenté avec 1'indice ' des pièces ayant des fonctions identiques à celles représentées sur les fige 1 et 2, et désig- nées par le même numéro, mais sans indice.
On y voit, en outre en O'B'1 un levier de longueur égale à O'A'1 et en B'1D'1 et B'1C'1 deux leviers de longueur égale aux leviers A'1D'1 et A'1C'1 une bielle L'extrémité E de la manivelle 5' est réunie aupoint D'1 par
Sur la fige 4, 51 représente une cuve étanche contenant un li- quide non volatil; par exemple,de préférence mais non exclusivement, du mercure, représenté en 59
Un évidement central 57 diminue le volume de liquide, son plan supérieur étant toujours situé en dessous du niveau supérieur du liquide.
52 représente le chapeau de la cuve 51, le joint entre les deux pièces étant réalisé d'une façon étancheo
Cette cuve est supportée par une pièce 53, représentée par- tiellement sur la figure, et qui peut être, de préférence mais non exclusivement, constituée par une conduite dans laquelle circule le gaz dont on désire connaître la densité, et dont le volume est mesuré par ailleurs par le compteur la
Le joint entre les pièces 52 et 53 doit également être réalisé d'une façon étanche, par un moyen quelconque connu.
Une cloche 54, de forme cylindrique., de préférence mais non exclusivement à directrice circulaire, est fixée rigidement à une tige 55, elle-même articulée en 58 et 58' aux extrémités de deux manivelles de longueur égale 56 et 56'.
Ces manivelles sont respectivement supportées par les axes 4 et 4''' dont le premier 4 débou@@e à l'extérieur du chapeau 52.
Le passage à travers la paroi de ce chapeau est réalisé au moyen d'un dispositif connu quelconque, assurant une bonne étanchéité au gaz, tout en autorisant la rotation de l'arbre sortant avec le minimum de frottements.
La distance entre les axes 4 et 4''' est la même que celle séparant les articulations 58 et 58', de sorte que les points 4, 58, 58', 4''' délimitent un.parallélogramme quel que soit le mouvement de la cloche 54 dont les positions extrêmes sont représentées en traits mixtes sur la figure.
Ainsi qu'on le voit, la cloche 54 est renversée au-dessus du niveau du liquide 59. La réalisation matérielle est telle que la tige 55 et l'axe de la cloche conservent une direction rigoureusement verticale dans leur déplacemento Le rond de la cloche est lui-même plan et perpendiculaire à la tige 55
D'autre part, le niveau supérieur du liquide 59 est réglé à l'origine de telle sorte que la cloche,même occupant sa position maximum haute, plonge toujours dans celui-ci.
Un tube de petite section 60, émergeant du liquide à l'intérieur de la cloche, est obturé par un robinet étanche 61 commandé de l'extérieur de la conduite 53 par un moyen quelconque non représenté; ce tube permet de faire communiquer à volonté l'intérieur et l'extérieur de la cloche.
Un tube,débouchant à la partie supérieure du chapeau 52 est obturé à volonté par un robinet étanche 63 et permet d'une part d'introduire le liquide à l'intérieur de la cuve 51, et d'autre part d'évacuer l'air contenu à l'intérieur de la capacité limitée par la cuve 51 et son chapeau 52, au moment du réglage de l'appareil, ainsi qu'il sera in-
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diqué plus loin.
Un tube 64, obturé à volonté par un robinet étanche 65, permet d'admettre le gaz à mesurer à l'intérieur de cette capacité.
Une pièce 66, de forme quelconque mais de volume égal à la portion interne du tube 60, comprise entre le robinet 61 et le niveau du liquide 59, est fixée au fond de celle-ci.
Le fonctionnement de l'appareil est le suivant (fig= 4).
Le densimètre est branché sur la canalisation d'arrivée du gaz au compteur. Lorsque ce gaz est dans des conditions de référence
Pression absolue :P o
Température absolue :To on ouvre les robinets 61,65 et 63 et on agit manuellement sur l'arbre 4 de façon à donner à la cloche, à plusieurs reprises, sa course maximum dans les deux sens, ce qui a pour effet d'une part d'amener le gaz dans la capacité limitée par la cuve 51 et son chapeau 52 et, d'autre part, de faire évacuer l'air contenu tant à l'intérieur qu'à l'extérieur de la cloche 54. Lorsque cette dernière opération est considérée comme terminée, on ferme le robinet 63.
Par ailleurs,les robinets 61 et 65 restant ouverts, on équili- bre, au moyen de masses additionnelles, non représentées sur la figure, l'équipage mobile relié à l'arbre 4 de telle sorte que la cloche 54 occupe alors la position maximum haute de sa course On ferme alors le robinet 61. Le robinet 65 restera au contraire ouvert en permanence par la suite.
Lorsque la pression et la température du gaz se modifieront, la cloche s'enfoncera plus ou moins dans le liquide, de telle façon que le gaz qui sera contenu à l'intérieur de la cloche sera placé dans les mêmes conditions de pression et de température que le gaz situé à l'intérieur de la capacité 51-52, mais à l'extérieur de la cloche. Cette capacité, d'une part reçoit par le tube 64 la pression du gaz arrivant au compteur, et d'autre part se trouve à la même température que ce gaz, puisque la cuve 51 et une importante partie du chapeau 52 baignent à l'intérieur du gaza
Ainsi qu'on peut le voir sur la figo 4, ceci se trouve réalisé automatiquement par le montage du densimètre à l'intérieur de la conduite 53.
On pourrait aussi bien obtenir cette condition en plaçant la cuve 51 et son chapeau 52 dans une enveloppe à l'intérieur de laquelle circulerait ledit gaz.
En désignant par V le volume du gaz situé a l'intérieur de la cloche à un instant donné, sous la pression absolue P1 et la température absolue T1' V le volume occupé par la même quantité de gaz, sous la pression absolue op. et la température absolue To au moment du remplissage, il existe entre ces grandeurs la relation 1 = 1 o o
Vo To Pl Z1 Z et Z. désignant respectivement la valeur du coefficient de compressibilite du gaz dans les deux cas considérés.
La cloche ayant une forme rigoureusement cylindrique, ainsi qu' il a été dit, les volumes V1 et Vo sont respectivement proportionnels aux hauteurs H1 et H du fond de la cloche au-dessus du niveau du liquide dans les deux positions considérées de celle-ci.
On peut-donc écrire :
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H1-T1 Po Zo-I
Ho To P1 Z1 - K
K étant, ainsi qu'il a été indiqué, le coefficient de correction par lequel il faut multiplier les indications d'un compteur mesurant les volumes bruts de gaz.
Il existe toutefois trois causes d'erreurs possibles, savoir :
1 / la présence du petit volume'de gaz contenu dans le tube 60 entre le robinet 61 et la partie qui émerge du liquide 59.
S / la poussée d'Archimède s'exerçant sur les parois latérales de la cloche plongeant dans le liquide.
3 / la légère montée du niveau du liquide à l'intérieur de la cloche provoquée par l'enfoncement de celle-ci à l'intérieur du liquide.
La première erreur est compensée très facilement par la pièce
66 placée à l'intérieur de la cloche et dont le volume est, par construc- tion, rigoureusement égal au volume perturbateur du tube 60. Dans l'exem- ple de réalisation représenté, cette pièce a été montée sur la cloche elle- même, mais ceci n'est pas obligatoire, elle pourrait aussi bien être sou- tenue de toute autre façon à condition de se trouver à l'intérieur de la cloche
Les deux autres erreurs croissent proportionnellement à l'enfon- cement de la cloche dans le liquide. Elles peuvent être compensées par un réglage judicieux des rayons des manivelles 5 et 5" (fig. 2) ou 5' (fig. 3) calées sur l'arbre de sortie 4 du densimètre.
On voit donc que la course de la cloche au-dessus du niveau du liquide est toujours inversement proportionnelle au coefficient de correc- tion K, sous réserve que les frottements des organes mobiles, mis en mouve- ment par elle soient négligeables, et que les petites erreurs énumérées ci- dessus soient compensées ainsi qu'on l'a indiqué.
Il est clair que, pour actionner un multiplicateur, d'un type quelconque connu, entraîné lui-même par le compteur mesurant les volumes bruts, il faut inverser la loi de variation de la course de la cloche du densimètre.
C'est le but qu'on poursuit en utilisant le mécanisme représenté sur les figo 1 et 20
On voit sur les fig. l et 2 que l'arbre 4, au moyen de la mani- velle 5, fait mouvoir la crémaillère 6 de telle sorte que le mouvement de celle-ci, aux corrections de longueur près, dues au réglage judicieux du rayon de manivelle corrigeant les causes d'erreurs sous 2 et 3 de l'énu- mération précédente, ainsi qu'il a été dit, reproduit rigoureusement le mouvement de la tige 55 solidaire de la cloche 54 (fi. 4) .
La roue dentée 8, calée sur le même arbre 10 que le tambour 7, se meut donc en rotation proportionnellement au déplacement vertical de la crémaillère 6.
La roue dentée 8 assure le déplacement linéaire proportionnel de la crémaillère 9, entraînant à son tour au-moyen des leviers A1D1' A1C1' A1O, CPC, C2A2' A2D2' A2O, la crémaillère 11 selon une loi inversement proportionnelle à celle du mouvement du point D1 rattaché à la crémaillère 9, ainsi qu'il a été exposé dans la demande de Brevet français du 2 Juillet 1952 de la Société demanderesse.
La crémaillère 11 entraîne à son tour, en rotation, l'arbre 15 du totalisateur 16, par l'intermédiaire de la roue dentée 12, en prise avec la crémaillère 11, et du train d'engrenages 14, d'angles proportionnels à son propre mouvement rectiligne.
Le multiplicateur 16 étant lui-même mu au moyen de l'arbre 2,
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ou par tout @ dispositif connu, par le compteur 1 fournira alors le résultat recherché? c'est-à-dire les volumes de gaz corrigés des variations de pression et de température, en tenant compte en outre des variations éven- tuelles du coefficient de compressibilité du gaz mesurée
Dans la variante, représentée sur la fige 3 on a relié le point D'1 à la manivelle 5', calée sur l'arbre de sortie du densimètre., au moyen d'une bielle D'1E, dont la longueur doit être assez grande vis-à-vis du rayon de manivelle pour ne pas introduire d'erreurs prohibitives, dans le résultat recherchée
D'autre part,
le guidage en translation rectiligne du point D'1 est ici assuré par la présence des leviers supplémentaires à ceux existant dans la disposition représentée sur les fig. 1 et 2, c'est-à-dire par les leviers D'1B'1 et B'1C'1 de longueur égale aux leviers A'1D'1 et A'1C'1 et par le levier O'B'1 de longueur égale à celle du levier o'A'1
La manivelle 11' guidée en translation rectiligne, d'une façon connue, non représentée sur la figure, aura alors un mouvement identique à celui de la manivelle 11 des fig= 1 et 2.
On a supposé que les conditions de référence, Po et T. du gaz, coïncidaient respectivement avec la pression absolue minimum et la tempéra- ture absolue maximum de fonctionnement du densimètre, puisque c'est dans ces conditions de pression et de température qu'on a effectué le remplissage de la cloche occupant sa position maximum haute.
Si cette coïncidence n'existe pas, on effectue le remplissage de la cloche sous la pression mi- nimum et la température maximum de fonctionnement et on tient compte du rapport constant existant entre ces grandeurs et celles des références dans le choix du rapport des organes de transmission, par exemple les engrenages 14 attaquant l'arbre 15 du totalisateur 160
De même si au moment où l'on désire faire le remplissage de la cloche, on ne dispose pas de gaz à la pression absolue minimum et à la température absolue maximum de fonctionnement du densimètre, on peut néan- moins utiliser le gaz dans les conditions où il se trouve, sous réserve de mesurer exactement sa pression P' et sa température T'.
On procède à l'équilibrage de l'équipage mobile du densimètre., ainsi qu'on l'a expli- qué, mais pour une position de la cloche définie par la cote H' de son fond au-dessus du niveau du liquide 59, prédéterminée par la relation :
H' = T' $P - I = T P' K' o
Le robinet 61 est alors fermé soigneusement et le densimètre et son mécanisme inverseur fournissent ensuite des mesures correctes du coeffi- cient de correction K pour toute autre valeur des pression et température absolues du gaz mesuré, comprises dans les limites d'emploi de l'instrument.
On ne sort pas du domaine de l'invention si, pour effectuer la correction de poids spécifique dans les appareils de mesure de débit de fluide gazeux et en particulier dans les compteurs de gaz pour tenir compte de la pression et de la température,on utilise les principes ci-dessus énoncés, à savoir : - Combinaison avec un compteur de fluide gazeux, d'un dispositif de correction influencé par les déplacements d'un densimètre, ce mécanisme comportant un inverseur et un multiplicateur permettant d'effectuer la mul- tiplication du volume donné par le compteur et de la valeur du poids spéci- fique .
- Le dispositif peut être utilisé pour un fluide quelconque gazeux : - soit gaz d'éclairage, air comprimé ou gaz quelconque, - soit vapeur, si l'on maintient dans le dispositif densimétri- que la vapeur dans son état de vapeur, dans ce cas les densités ne sont pas
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proportionnelles aux pression et température, et une came est nécessaireen plus de l'inverseur.
- Le compteur totalisateur de fluide peut être d'un type quelconque de volume ou de vitesse.
- Le dispositif densimétrique peut être d'un type quelconque à cloche, à tore, à membrane élastique, etc..., sec ou humide, mais indiquant l'inverse du poids spécifique Dans le cas du type humide, le liquide employé peut être quelconque.
Le remplissage de gaz à l'origine, peut être fait d'une manière quelconque avec pointeau, ou avec tube mobile ou tout autrement.
- En particulier, le robinet 61 peut être supprimé et la canali- sation 60 partiellement remplie de mercure formant garde hydraulique après remplissage.
- Les liaisons entre le système inverseur d'une part, et le compteur et le densimètre'd'autre part, peuvent être quelconques, tout en remplissant le même but.
- Le dispositif densimétrique peut être soit placé directement dans la conduite, soit en être séparé, mais relié à elle ou au compteur par une petite canalisation à circuit de fluide.