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Pour la détermination de la quantité d'un liquide en flu- xion ou d'un gaz, il est connu de transformer les résultats don- nés par un compteur volumétrique ou un compteur de débit linéaire par un mécanisme multiplicateur actionné par un densimètre. Vu le grand nombre des parties nécessaires, un tel appareil est d'une construction volumineuse. Il existe également des compteurs de débit pour lesquels l'on choisit comme base métrique la force réactive d'une toupie, que l'on exige rigoureusement précise. Un autre principe est basé sur la force Coriolis, subie par un mé-
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dium liquide ou gazeux lorsqu'il passe d'un milieu de vitesse périmétrique inférieure à un milieu de vitesse périmétrique supérieure.
Pour ces compteurs cités, la lecture des résultats métriques nécessite un système plus ou moins compliqué, ce qui rend l'appareil par conséquent coûteux. Tous les appareils mentionnés ont ceci de commun, que l'indicaticn est fonction li- néaire de la valeur . Q, Q étant le débit volumétrique et la densité du médium à mesurer. Toutefois les appareils continus et les dispositifs de retenue, souvent employés par la suite pour mesurage de débit, ne répondent pas à cette loi, vu qu'ils ne peuvent être utilisés directement pour mesurage du débit d'une masse. La simplification s'imposant à leur emploi peut provoquer le rétrécissement des possibilités de mesurage, ainsi que des difficultés et erreurs de mesurage, spécialement pour les petits débits.
Par contre l'invention se caractérise par le principe de mesurage se basant sur l'effet Magnus Les appareils construits d'après cette conception se caractérisent par leur simplicité particulière et peuvent être adaptés à toutes les exigences de genres très variés.
L'effet Magnus consiste en ce qu'un cylindre en rotation recevant une fluxion perpendiculaire à son axe, subit une por- tance perpendiculaire à son axe'et à sa fluxion. Cette portance ou poussée est proportionnelle, d'une part à la vitesse de ro- tation et d'autre part à la densité, et peut se calculer à l'aide de la formule A= .vbG, G étant la soi-disante "circula- tion", dépendant de la base du cylindre en rotation, b la longueur axiale du cylindre la densité et v la vitesse de courant du provoque médium.
La rotation du cylindre/dans les milieux l'environnant 'une répartition asy étrique de la pression, responsable de la poussée nommée ci-avant et qui se calcule entre deux endroits sym étriques par rapport au flux à l'aide de l'expression p=Gv étant une valeur secondaire sans dimensions, dépen-
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dant de la distance des deux endroits sous contrôle de pression, du manteau cylindrique et de l'angle relatif à la direction du courant.
Si, en choisissant comme commande un moteur synchroni- que, le nombre de tours du cylindre est tenu constant et simulta- nément le nombre G, la différence de dépression est proportionnel le à G Ceci détermine le débit de masse relatif à l'unité en g/sec . Multiplié par F, la coupe transversale du courant, tenu constant dans l'installation construite suivant l'invention, l'on obtient directement le débit de masser p=kQm,kétant une constante de l'appareil.
Une réalisation du principe général de l'invention peut être développée de telle façon qu'à l'obtention de l'effet Magnus ,un rotor, se trouvant dans un carter, est mis en rotation.
Il reçoit sur toute sa longueur et perpendiculairement à son axe de rotation, le courant du médium à mesurer (liquide ou gaz) arrivant par une entrée dans la paroi du carter. Le médium en fluxion s'écoule par une sortie dans la paroi opposée du carter.
Comme condition, se posant pour un fonctionnement irréprochable du compteur de débit de masse, la position rigoureusement centrée du rotor dans le carter est indispensable. Par l'asymétrie du rotor, communiquée au gicleur de courant, le liquide se répartit inégalement dans les parties supérieures et inférieures. Ceci provoque des incorrections de mesurage. Même quand le rotor est à l'arrêt il se manifeste une différence de pression, malgré qu'en ce cas aucun résultat ne pourrait être obtenu. Afin d'éliminer d'emblée les difficultés qu'apporte la nécessité d'une construc- tion rigoureusement centrée du cylindre, l'on a prévu dans le car- ter et devant le rotor provoquant l'effet Magnus, une plaque de guidage oscillable, ayant avantageusement une coupe transversale en formé d'aile.
Celle-ci permet d'éliminer les différences sup- plémentaires occasionnées par une position non strictement centrée du rotor, uniquement par un simple pivotement des plaques de gui-
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dage. Au moyen de telles plaques de guidage, il est en outre possible de compenser les irrégularités du régime de la vitesse dans les tuyauteries, pouvant notamment être provoquées par des courbes construtesà proximité de l'appareil de mesure. Il a été établi que, même indifféremment du nombre de tours, il y a moyen d'obtenir des résultats de mesurage corrects .
En déve- loppant davantage le principe de l'invention, ceci peut être atteint en transformant le nombre de tours du rotor en pression proportionnelle, mise en rapport avec une pression produite par l'appareil de mesurage même (compteur à pression différentielle, installation de compensation), ce qui est alors enregistré.
La différence de pression .qui peut être obtenue aux récep- tions de pression du compteur de débit de masse, ou la force agissant sur l'aile de réception et occasionnée, par la réparti- tion de pression autour du rotor est proportionnelle,d'une part, au nombre de tours, d'autre part au débit de masse du médium suvant la formuler. p=nQm ([alpha] = une constantede l'appareil, Qm le débit de masse/unité de temps, n= nombre de tours).
Lorque l'on installe un générateur linéaire de mesure sur l'ar- bre du moteur qui commande le rotor, la pression de départ de celui-ci est proportionnelle au nombre de tours ul =n étant 'un facteur de proportion. Si, en outre, la différence de dépres- sion est transformée en une autre pression au moyen d'un dispo- sitif convenable, tel que le manomètre à flotteur avec télé- transmetteur à résistance, le rapport des deux pressions est di- rectement proportionnel au débit de masse, indépendamment de la variation du nombre de tours. La valeur du débit de masse peut être établie au moyen d'un compteur de rapport, notamment d'un compteur à bobines à fer croisé.
La construction suivant l'invention peut, non seulement être utilisée pour la détermination de la masse d'un médium en fluxion, mais aussi pour le réglage du débit de masse.
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Pour le réglage usuel du débit, un compteur de débit est, comme connu, raccordé à une soupape de réglage par l'intermédiai re d'un régulateur. Au moyen de celui-ci le débit volumétrique, donc une valeur de dimension 1/min., est tenu constant. Des variations du débit de masse (Kg/min.) dans les tuyauteries, pou- vant notamment être provoquées, pour des gaz ainsi que pour d'au- tres media, par des changements par ailleurs fondés de pression,de température ou de densité, ne peuvent être compensées de cette façon.
L'invention, toutefois,permet une telle régulation sans aucune difficulté, lorsqu' une pièce de réglage est raccordée à un compteur de masse. Le compteur de masse à effet de Magnus actionne en outre la pièce régulatrice au moyen de la différen- ce de dépression qu'il produit. Ceci s'effectue avantageusement au moyen d'un transformateur de différence de dépression.
L'invention, représentée schématiquement, à titre d'exem- ple, est mise en évidence par les dessins annexés: la figure 1 est une vue en perspective d'un appareil raccordé à un manomètre différentiel ; la figure 2 est une vue en coupe verticale de l'installa- tion suivant la figure 1 ; lesdiagrammes répondant aux propor tions de courants au rotor, sont représentera droite ; la figure 3 est une autre réalisation du système métrique, ' vue en perspective parallèle; la figure 4 est une vue d'une autre construction, dont le rotor est installé dans un système à levier oscillant; la figure 5 représente une réalisation spéciale du rotorr la figure 6 est une vue en coupe d'un appareil, muni de plaques de guidage orientables disposées devant le cylindre;
là figure 7 est une vue d'un appareil, muni d'une instal- lation de mesure basée sur la compensation de pression; la figure 8 représente le raccord du compteur de masse avec une pièce de régulation.
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Conformément aux figures 1 et 2, un corps rotatif 2, tel qu'un cylindre, laminoir, est installé de façon rotative dan un carter cylindrique 1. Il est commandé par un moteur synchro- nique 4 avec vitesse circonférentielle un par l'intermédiaire d'un essieu 1. L'on utilise un moteur synchronique afin d'obte- nir un nombre de tours réguliers et par conséquent des résultats de mesurages irréprochables. Une conduite 5 sert à l'approvision-, nement du médium, une conduite d'écoulement 6 l'évacue ensuite.
Le liquide ou le gaz passe tangentiellement le long du rotor 2 à travers l'espace annulaire 7 formée par la paroi intérieure du carter 1 et la surface du rotor 2. A cause de la rotation du rotor 2 il s'établit une différence de vitesse dans les parties supérieures et inférieures de l'espace annulaire 7. Les vitesses dans l'espace annulaire 3 au-dessus et en-dessous du rotor 2 sont représentées en projection à droite de la figure 2 par un système de coordinées r, u. un représente ici la vitesse circon- férentielle du rotor 2. La différence de pression provoquée par la répartition asy métrique de la vitesse dans l'ouverture annulaire, agit sur un manomètre différentiel 12 en passant par les lieux 8 et de prise de pression active et par les tuyaute- ries 10 et 11.
Le manomètre différentiel 12 peut être étalonné directement en masse par unité de temps (Kg/min.).
Dans la réalisation selon la figure 3 la répartition asymétrique de la pression autour du rotor 2 exerce une force sur les ailes d'enregistrement de pression 13, mobiles, établies entre la paroi du carter 1 et du rotor 2, et compensée par un système électrique approprié ou installation correspondante, qui la mesure. Les ailes d'enregistrement de pression 13 reposent dans des paliers 17 fixés dans le carter 1, par l'intermédiaire des anneaux 14, des leviers 15 et des essieux 16 (paliers: non représentés dans la figure 3). Relativement au carter 1 elles sont convenablement étanchéifiées, afin qu'aucune perte ni excès
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de pression ne puisse se produire à l'aile.
La force est chassée du carter 1 par un système de soufflage 18.19 est la référence d'un poids mobile, mis en mouvement sur l'axe 22 par une turbine à air comprimé 20 ou un moteur électrique que l'on peut installer à cet endroit (voir figure 4), jusqu'à ce que l'ensemble du systè me de mesure ait atteint sa position équilibrée. La position d'équilibre est rompue par l'intermédiaire d'une soupape de ren- versement de la marche 23, par un moteur électrique au moyen de deux contacts correspondants. La soupape de renversement de la marche 23 raccorde la turbine 20, suivant le sens de circula- tion, de la course vers la gauche ou vers la droite. L'air com- primé est amené à la soupape de renversement de la marche 23 par une tubulure 24 et ensuite par des tuyauteries 25 vers la turbine 20.
Dans la réalis ation suivant la figure 4, le rotor 2 ainsi que l'arbre 3 ici non disposé dans le carter 1, reposent dans un système à levier oscillant sur un centre ou un axe de rotation 26.La force agissant sur le système à levier oscillant se mesure au moyen d'un système de compensation 27 conformément à la description ci-avant et représenté schématiquement par la fi, gure 4.Un connecteur 28 sert à la commande rétrograder. moteur 21,
La compensation de la force 'peut également être établie par un souflet à air comprimé,actionné parl'intermédiaire -d'une installation à'plaques élastiques.
Cette installation a l'avantage que la contenance initiale de l'instrument 'se regagne en tant qu'air comprimé, s'annonçant à un endroit plus éloigné.
Comme indiqué ci-dessus, il s'établit, par la rotation du rotor, des différences de vitesses du médium dans les deux moitiés annu- laires.Ceci provoque en ces lieux des différences de pressions sta -tiques lesquelles sont prélevées pour le mesurage. Cependant, il médium en .est également à concevoir, de prélever la presskn dynamique du
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fluxion, ce qui peut, dans certaines circonstances, être avanta- geux pour une augmentation de la pression active.
Au lieu des passages 8 et ou des disques de Ser utilisés pour cela, il est possible de pourvoir dans l'espace annulaire 7 des tubes de Pitot ou des barres d'arrimage. Si la vitesse de rotation s'exprime par Un, les pressions dynamiques ont la valeur suivante:
EMI8.1
Pl - ?o = -2-j (v+unT = --) (v2+ 2vun+u ) pi - po = fli-9 (v¯ur 2 = -2- J (v- 2 + ) ,
La différence des deux pressions est la suivante:
p=2 vun=2Óun/f n @ -il-- donc une fis de plus fonction linéaire du débit de masse Ensuite il est encore possible de prévoir à proximité des supporta des d'écoulement ±,/perforations usuelles 8 et 9 pour passage de la pression, (représentées en pointillé sur la figure 2), ce qui amène dans la courbe du courant, à l'extrémité de l'espace annulaire 7,une augmentation de pression sur/la paroi, qui peut être dérivée comme pour les réalisations précédentes.
Le changement du rapport des vitesses dans les demi-an- est neaux supérieur et inférieur, lorsque le cylindre/arrêté sont provoqués par le frottement du liquide contre le manteau du rotor, Il est donc possible d'influencer favorablement la valeur des vitesses dans les demi-anneaux, en augmentant la friction. Ceci peut être obtenu en granulant les surfaces par un traitement ap- proprié, notamment par des rayons de sable. En outre un épaississe- ment de la couche limite de Prandl peut s'effectuer en prévoyant sur la surface du manteau du rotor des petites pelles (non représentées), parallèles à l'axe du rotor. La figure 5 représente un autre procédé pour augmenter la friction, la sur- face de frottement étant ici agrandie par les disques 29 disposés radialement, et entourant le manteau du rotor.
Si chaque chambre
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formée par les disques, - lorsqu'ils sont prolongés jusqu'à la paroi du carter -, est muni d'un dispositif de prélèvement de pression, et si ceux-ci sont raccordés, la moyenne des pressions individuelles donne le résultat demandé. Cette dernière méthode df mesurage augmente favorablement l'augmentation de précision, vu la valeur moyenne.
Comme la vitesse de rotation du cylindre 2 est un facteur jouant son rôle dans le résultat indiqué, il y a moyen de varier l'importance de cette, indication en choisissant un nombre de tours convenable, ou en raccordant le courant avec une autre grandeur. Par exemple, si le nombre de tours est commandé par une différence de température, l'objet de l'invention est utilisé comme calorimètre.
Un autre genre d'emploi utile serait : prélever un échan tillon du médium, brûler le mélange dans un calorimètre et mesu- rer continuellement le pouvoir calorifique, responsable du nom- bre de tours. L'indication du compteur de masse est alors inévi- tablement fonction de la puissance caloriférique du médium en fluxion dans les conduits. Si le médium constitue un mélange de deux composants avec un pouvoir calorifique différent, il est possible d'obtenir de cette façon un enregistre-ment de la pro- portion des parties constituantes du mélange.
Comme le quotient du débit de masse par le débit volumétrique est égal à la densi- té du médium en fluxion, il y a moyen d'obtenir directement la valeur de cette densité, en combinant le compteur de débit de masse et un compteur volumétrique, par exemple un compteur à piston rotatif avec installation différentielle, et par établisse, ment du quotient au moyen d'un indicateur de rapport électrique.
Une fois la densité mesurée on est à même de déterminer toutes les valeurs dépendantes de celle-ci, telle que le pourcentage d'une substance étrangère, la composition du mélange ou de solu- tion, etc... Le système robuste de l'indicateur de masse avec ses larges passages, ne se/bouchant pas, est spécialement approprié
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pour le mesurage du pourcentage d'un corps étranger possible.
Dans l'exemple de construction suivant la figure 6, une plaque de guidage 30 pivotable sur un axe et avec commande à l'extérieur du carter 1, est installée dans le-carter 1 devant le rotor 2 - vu dans le sens de circulation -. Lors d'une impré- cision éventuelle, lorsque cette plaque de guidage est légèrement pivotée vers le bas ou vers le haut, le liquide en fluxion est dévié, conformément à la correction nécessaire et la différence non désirable est alors éliminée.
Selon la figure 7 la partie 3 prolongation de l'arbre 2 au delà du moteur 4,est pourvue d'un générateur-tachymètre.
Ce générateur 31 est raccordé à un indicateur de proportion 33 électrique, par un conducteur électrique 32
Du carter 1 de l'appareil partent les conduites à pression 10 et 11, menant vers le manomètre différentiel à mercure 12, muni de résistances pour télé-transmission 34. Ces résistances pour télé-transmission plongent dans une colonne de mercure 35
Partant des résistances pour télé-transmissin 34 un con- ducteur électrique mène vers un pont électrique 37 qui transfor- me la différence de pression ou la force agissant sur l'installa- tion de compensation en une tension proportionnelle.
L'indicateur de proportion 33, électrique, est raccordé au mano-mètre diffé- rentiel 12 par un conducteur électrique 38 et au pont 37 par un conducteur 39
Dans l'exemple d'exécution de la figure 8, un transmetteur' de pression¯différentielle 40 est construit entre le compteur de masse et la pièce régulatrice, afin de régler le courant de la masse. La dépression ou la surpression, provoquée par l'effet Magnus, eset prélevée dans les com duites de pression active 10 et 11 comme décrit ci-avant - et transmise au moyen du transmet- teur 40. Une installation de réglage 41 , connue en soi, est installée sur le même arbre 3, entre le moteur 4 et le rotor 2.
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Une soupape régulatrice 44, montée dans la conduite 42 raccordée au support de réception 5, ou dans la conduite 43 reliée à la suite du support d'écoulement, - donc montée à l'avan ou à l'arrière du compteur de masse - est actionnée, de façon connue en soi, par l'intermédiaire du transmetteur de pression différentielle 40. Cette soupape 44 règle le courant dans l'en- semble des conduites 42; 43 de telle sorte, qu'il y ait une différence de pression constante aux endroits de prélèvement de, la pression active du compteur Magnas. Comme cette différence de pression est proportionnelle, d'une part au nombre de tours du rotor 2, d'autre part au courant de masse en fluxion dans le compteur de masse, il s'établit dans la tuyauterie un courant régulier suivant la masse, l'unité étant par exemple Kg/min.
Le débit et le nombre de tours sont comparables comme valeur théorique ou prépondérante. Pour la détermination de cette valeur l'on utilise l'installation de réglage, montée entre le moteur synchronique 4, servant à régulariser le nombre de tours, et l'indicateur Magnus. Un manomètre différentiel (non représenté) installé entre les conduites de pression active 10 et 11, permet de lire la valeur du débit. Cette installation de réglage fonc- tionne en tant que régulateurproportionnel. Il y a également moyen de construire des régulateurs PI et PID en connectant en parallèle des pièces élaborant une pression intégrale ou dif- férentielle, qui agit également sur la soupape 44, tout comme le transmetteur 40.
Il est possible de raccorder l'installation de réglage à un autre compteur de débit et un autre transmetteur, par exem- ple d'un piston se mouvant dans un cylindre. Si les deux courants sont continuellement raccordés , toute l'installation fonctionne comme régulateur de mélanges, se distingant des installations connues par la régulation proportionnelle des masses. De cette façon, la densité d'un médium se laisse régulariser par mélange convenable de deux composants.
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Il y a -une autre possiblité, permettant la détermination de la valeur théorique à l'installation de réglage 41, par l'action d'une différence de température,prélevée notamment en deux divers endroits des conduites. L'installation remplace de cette façon deux dispositifs de réglage complets pour la masse du médium et de sa température, qui, dans certaines circonstances devaient autrefois être raccordés de façon très compliquée.
De même, il est possible de régler une puissance calorifi que, puisque le fonctionnement de l'appareil de réglage est commandé partant de la valeur initiale d'un calorimètre de façon connueen soi. Le débit est alors réglé de telle façon, que la même quantité calorifique par unité de temps passe uniformément dans tout le système conducteur.
Une autre possibilité de régler la puissance calorifique tout en tenant le débit rigoureusement uniforme, consiste en ce que, dans l'installation de réglage pour mélanges, avec compteur de Magnus, comme décrit ci-avant, la proportion des mélanges de deux carburants, soit de telle sorte sous contrôle d'un calori mètre, que la puissance calorifique reste constante. Ceci peut être atteint en particulier, en montant une installation d'entrai nement à cames entre la commande du piston ou une installation équivalente et l'installation de réglage même.
REVENDICATIONS.