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Dans la plupart des appareils servant à la mesure d'un débit instantané d'un fluide liquide ou gazeux, le fonctionnement est basé sur la perte de charge créée par le passage du.fluide à travers un orifice. On mesure le débit, donc la vitesse du fluide, indirectement, en lisant la mesure de la perte de charge du fluide s'écoulant à travers l'orifice.
Ce dernier peut avoir une section constante. C'est le cas des diaphragmes et des tuyères où la perte de charge varie suivant le débit.,
Il peut aussi avoir une section variable en fonction du débit, la perte de charge étant alors sensiblement constante: c'est le cas des appareils dans lesquels un "flotteur" se déplace verti-
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calement dans un tube de- forme conique ou, d'une façon plus générale, un tube de section régulièrement variable d'une extré:- mité à l'autre. Dans ce cas, la perte de charge est'fonction du poids net et de la section du flotteur et c'est la lecture de la longueur des déplacements de celui-ci qui permet d'évaluer le débit.
La présente invention a été conçue à dessein d'augmenter la sensibilité des appareils de mesure de débit de fluides, qu'ils soient liquides ou gazeux. Elle permet, en particulier, d'apporter à l'équipage mobile de ces appareils un allégement variable en fonction de sa course et, par conséquent, une modification variable du rappel exercé par le poids de cet équipage à l'encontre de l'en- traînement par le fluide dont on veut mesurer le débit.
La particularité essentielle de l'invention réside dans le fait que l'équipage mobile, disposé verticalement ou à peu près verticalement, comporte une portion plongeant dans un liquide auxiliaire, de sorte qu'elle reçoit une poussée ascendante variable avec le degré d'immersion.
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 texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La figure 1 est une vue en élévation d'un appareil de mesure réalisé conformément à l'invention.
La figure 2 est une coupe axiale de cet appareil.
La figure 3 est une coupe semblable d'un appareil conçu pour être traversé par un courant descendant de fluide.
Les figures 4 et 5 sont des coupes analogues relatives à des variantes.
La figure 6 est une coupe analogue à la figure 3 et illpstrant le montage de l'appareil en dérivation sur une canali- sation principale de fluide.
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Les figures 7 et 8 représentent, dans les mêmes conditions que la figure 3, un appareil combiné avec des dispositifs de transmission à distance des indications de l'appareil.
L'appareil comporte un conduit de passage de fluide qui, dans l'exemple des figures 1 à 3, est un tube cylindrique v en verre ou autre matière transparente ; il suffit que le conduit présente une portion longitudinale transparente et sa section transversale n'a pas besoin d'être circulaire; le tube cylindrique transparent peut donc, par exemple, être remplacé par la combinaison de deux glaces transparentes, séparées l'une de l'autre et tenues dans un cadre métallique pour définir un conduit.
Un autre élément constitutif de l'appareil est un équipage mobil'e comportant une tige t qui porte, à sa partie supérieure, un disque d, plein ou éventuellement ajouré et peut ou non posséder un bulbe b à sa base; sousle tube v et en communication avec celui-ci par un raccord a, est disposée une cuve c, de forme quelconque mais géné- ralement cylindrique, dont la hauteur est supérieure au déplacement de la tige t; la cuve c contient un bain de liquide!!! dans lequel plonge la tige t et son bulbe si elle en porte un.
Le liquide m est un liquide non miscible ou n'entraînant aucune réaction quelconque avec le fluide dont on veut mesurer le débit. Il doit également avoir un poids spécifique supérieur à celui du fluide et une tension de vapeur très faible. Parmi les corps répondant à ces conditions, on peut citer, par exemple, les huiles, le mercure, les alliages fondant à basse température, etc... Toutefois, le mercure convenant le mieux dans la plupart des cas c'est lui qui sera mentionné dans la suite de l'exposé sans qu'il faille voir là une limitation de l'invention.
Le fluide à mesurer entre en FE dans le tube v et en sort en FS, l'entrée et la sortie pouvant, être. inversées suivant que l'écoulement du fluide se fait "en montanttt (fig. 2) ou "en descendant" (fig. 3) par rapport la position de l'appareil.
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Si l'on prend l'exemple de la figure 2, le fluide entre @ en FE dans le raccord je. et passe dans le tube v, autour de la tige t, qui est soulevée par l'action du fluide sur le disque d. L'écou- lement à travers le passage annulaire existant entre le tube v et le pourtour du disque d (ainsi que, le cas échéant, à travers les jours que le disque pourrait comporter) occasionne, en effet, une perte de charge caractéristique, car la section de passage autour de ce disque est choisie très inférieure à celle du tube v.
Elle provoque un effort qui s'exerce sur le disque et tend à le déplacer vers le haut.
Dans l'exemple de la figure 3, le fluide à mesurer entre en FE à la partie haute de l'appareil et sort à la base. Le processus d'écoulement à travers l'orifice annulaire entre le tube v et le disque d engendre un effort qui tend à déplacer le disque d vers le bas.
Lorsqu'il n'y a pas écoulement du fluide, l'équipage mobile occupe une position définie par le repère R1 (fig. 2).ou R2 (fig. 3), position.parfaitement définie. La lecture du débit, quand il y a écoulement du fluide, se fait, suivant la position du disque d, au-dessus de R1 ou au dessous de R2, la position d'éaui- libre, donc de lecture, étant telle que le poids apparent de l'équipage mobile correspond à la poussée du mercure m sur la base de la tige t ou du bulbe b.
Il est à noter que, selon le sens de circulation du fluide, la valeur de la perte de charge à travers l'orifice annu- laire peut s'ajouter au poids de l'équipage mobile ou s'en retrancha:
Dans les limites de fonctionnement de l'appareil on aura, pour chaque position de l'appareil, la relation suivante:
Poids de l'équipage mobile ¯ perte de charge = poussée du mercure.
Par rapport à l'appareil de mesure du type à "diaphragme", le présent appareil a l'avantage d'être à lecture directe et, par
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conséauent, de ne pas nécessiter d'appareillage complexe ou d'aces- soires onéreux complétant le diaphragme (tube en U, tore, robinet- terie,lyre de condensation, pots de liquide tampon, etc..).
D'autre part, on peut régler la perte de charge qu'il occasionne à une valeur très faible en agissant simultanément sur le diamètre du tube v sur le diamètre de la tige t, sur celui du disque d et sur la densité du liquide m.
Par rapport aux appareils de mesure à tube de section variable, généralement conique, connus sous diverses désignations commerciales ("flow-rator", spiromètre, gyromètre et plus générale- ment "rotamètre"), le présent appareil possède davantage de permettre la mesure des débits de fluides quelconques. Dans le cas des gaz ou des vapeurs en particulier, une circulation "descendante" est spécialement indiquée lorsque le fluide contient des particules liquides qui peuvent ainsi être évacuées naturellement. Lorsque le fluide est sous vide et que les "points hauts" sont gênants, ce qui est le cas pour les tirages par colonne barométrique, la circula- tion descendante est encore recommandée.
L'appareil décrit en regard des figures 1, 2 et 3 peut être conçu différemment dans le cas, par exemple, où les fluides mesurés sont sous une forte pression et s'il faut alors utiliser . un tube v en une matière d'une résistance en rapport avec la pres- sion du fluide. Si cette matière est opaque, ce qui est le cas général, il est possible de prolonger la tige t, au-dessus du disque d par une tige t1 (fig. 4) dont l'extrémité se déplace alors à l'intérieur d'un tube v1 transparent, de très petite section adaptée à la section de tl. Le tube v1 peut être gradué comme le tube v et les déplacements du disque d, donc les débits, sont mesurables par la mesure des déplacements de l'extrémité de la tige tl.
On remarauera que, dans ce cas, comme dans le cas plus général des fluides sous faible pression, la lecture des déplace- ments du disoue peut être faite sur une règle graduée indépendante les tubes v ou vl.
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La figure 5 illustre une autre forme de réalisation de l'appareil. Le tube mesureur v et son équipage mobile (comportant à titre de variante un flotteur conique d' et une tige t sans bulbe) sont enfermés à l'intérieur d'une armature renforcée f en acier,possédant deux glaces en verre ± analoguesà celles qu'on rencontre sur certains appareils indicateurs de niveau dans les chaudières.
On remarquera que, pour redresser la courbe débit-pres- sion, on peut soit donner à la tige t une section variable, soit utiliser un tube calibré de section variable également.
Enfin, les appareils à perte de charge variable qui font l'objet de l'invention présentent un certain nombre d'avantages lorsqu'ils sont montés en dérivation sur une conduite, c'est-à- dire en parallèle avec un diaphragme. La figure 6 illustre ce montage. Dans ce cas. l'appareil de mesure lui-même peut être considéré comme un mesureur de pression différentielle, q'est-à- dire que, si la section annulaire s2 entre le disque d et le.tube v est négligeable par rapport à la section sl du diaphragme, la quantité de fluide passant par la dérivation est relativement peu importante et la mesure de son débit n'est pas le but poursuivi pour connaître le débit principal passant par la section .si. On ne fait donc pas intervenir le rapport sl.
La position du flotteur s2 de l'appareil permet d'évaluer la pression différentielle 2 comme pourrait l'indiquer un tube en U mais avec, sur ce dernier, les avantages suivants : a) la perte de charge du diaphragme peut être générale- ment plus faible, surtout lorsqu'il est difficile d'employer dans l'appareil de mesure un liquide autre que du mercure. C'est géné- raie¯ment le.cas lorsque le fluide à mesurer peut se condenser.
Il faut noter à ce sujet que, dans un tube en U, l'emploi d'un liquide lourd comme le mercure conduit à des-pertes de charge élevées alors que ce même liquide, employé dans l'appareil faisant l'objet ,-de la présente demande n'a pas une influence prépondérante sur la
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perte de charge à consentir puisque d'autres facteurs sont déter- minants, par exemple le diamètre du disque d ou plus généralement de la tête de l'équipage mobile et le diamètre de la tige plongeante !; b) la lecture est plus aisée, car elle n'est pas diffé.- rentielle.
Il faut noter également que les appareils de mesure de débit à section variable peuvent aussi être montés en dérivation mais, dans ce cas, c'est véritablement la mesure d'une fraction du débit total qu'il faut faire et, pour obtenir des mesures d'une précision acceptable, il faut créer de fortes pertes de charge souvent incompatibles avec la marche -de l'installation où peuvent . être montés ces appareils.
En dehors des avantages déjà cités, l'appareil de mesure qui fait l'objet de la présente demande présente, en outre, les avantages suivants : - il est d'une construction simple et peut être exécuté à'l'aide de matériel standard d'approvisionnement facile; - il peut .être adapté rapidement à l'utilisation sous vide ou sous pression; - il permet de faire circuler le fluide de haut en bas, quelle que soit la nature de ce fluide; - la perte de charge qu'il occasionne est généralement faible et est, en principe, réglable au chiffre désiré.
Dans une installation industrielle comportant l'appareil de mesure décrit ici, celui-ci est fixé à l'endroit où est effectuée la mesure et il peut être intéressant de pouvoir transmettre direc- tement au tableau central de commande soit sous forme d'indication instantanée, soit sous forme d'enregistrement,' toutes les mesures de débit susceptibles d'être utiles à l'opérateur.
L'appareil de mesure qui fait l'objet de l'invention se prête particulièrement bien à la combinaison avec un dispositif ' de transmission à distance et des exemples d'une telle combinaison
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seront maintenant.décrits en regard des figures 7 et 8.
Dans ces figures, on a supposé que le fluide traversait de haut en bas le tube de l'appareil de mesure, mais ce qui est décrit ci-dessous reste valable dans le cas d'une circulation ascendante.
Les lettres de .référence adoptées sur la figure 3 ont été reprises pour désigner les mêmes organes sur les figures 7 et 8.
Dans le dispositif de transmission pneumatique représenté schématiquement sur la figurer c'est une variation de pression qui- est mesurée et enregistrée à .distance. Le fond de la cuve à mercure ± est constitué par une membrane ml reposant sur un noyau mobile n qui repose à son tour sur une deuxième membrane m2.
. La chambre dans laquelle se meut le noyau se trouve à la pression @ atmosphérique.
Grâce à un tuyau d'équilibre h, la pression existant au-dessus du mercure est transmise sous la deuxième membrane m2 et un ressort r permet de plus d'équilibrer le poids de mercure.
Ainsi le noyau se déplace simplement lorsque la poussée augmente sur le flotteur d dans le tube v. En effet, la tige t du flotteur, en s'enfonçant dans le mercure, provoque une élévation du niveau de celui-ci dans la cuve c.
Sous le disque supérieur du noyau n (ou au-dessus du disque inférieur, comme il est indiqué en pointillés, dans le cas d'ascension du liquide dans le tube de mesure v) est disposée une buse i, de préférence réglable en hauteur, qui reçoit d'un tuyau de l'air comprimé à pression constante; pour que soit assurée la f té du débit, le tuyau est muni en k d'un passage calibré de section . réduite constitué par une fraction de tube capillaire ou défini
Par un pointeau.
Tout déplacement du noyau n par rapport à la buse i, des qu'il dépasse une certaine ampleur, généralement de l'ordre du ministre, provoque.une modulation de la pression d'air comprimé en aval du passage k etpar un tuyau 1, l'air dont la pression est ainsi modulée peut agir soit directement sur un manomètre
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situéà une distance quelconque, soit indirectement sur un trans- metteur pneumatique qui amplifie et renforce la modulation provo- quée par le déplacement du noyau.
A titre de variante, on peut lier le noyau mobile n à un levier commandant un potentiomètre inséré dans un circuit élec- trique. Le courant ainsi modulé peut agir directement ou indirec- tement sur un appareil de mesure. Cette solution n'a pas été re- présentée sur le dessin.
Comme le montre la figure 8, on peut aussi adjoindre à la cuve à mercure c un tube o en verre ou en matière isolante où se trouve disposée une résistance électrique B. Le tube o est incliné afin d'amplifier la variation de la hauteur mercurielle.
De cette façon, une augmentation -du débit dans le tube v, c'est-à-dire une augmentation de la poussée subie par le flotteur d se traduit par une élévation du niveau du mercure dans la cuve c et par un déplacement plus grand du niveau dans le tube incliné o. Cela permet de faire varier de façon appréciable la résistance d'un circuit électrique constitué par une source de courant q, le fil résistant et le mercure. La -variation de la résistance est appréciée directement au moyen d'un galvanomètre. On peut aussi amplifier ce courant en w et commander un appareil indicateur ou enregistreur s.
Les formes de réalisation décrites n'ont évidemment aucun caractère limitatif et l'on peut leur apporter des modifica- tions sans pour cela sortir du cadre de l'invention.
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