CH325146A - Appareil pour la mesure du débit massique de l'écoulement d'un fluide - Google Patents

Description

  
 



  Appareil pour la mesure du débit massique de l'écoulement d'un fluide
 L'invention a pour objet un appareil pour la mesure du débit massique de l'écoulement d'un fluide.



   On a déjà proposé antérieurement un appareil destiné à déterminer le débit massique d'un fluide qui peut être un gaz ou un liquide ou un mélange des deux, la mesure étant précise à l'intérieur d'une large gamme de densités et de viscosités du fluide et n'étant pas influencée par la pression du fluide.

   Un tel appareil comprend un débimètre comportant un boîtier, un propulseur dans ledit boîtier ayant des surfaces accélératrices du fluide disposées radialement pour centrifuger le fluide traversant ce boîtier, des moyens formant un canal d'entrée dans ledit boîtier, ledit canal d'entrée conduisant à la partie centrale dudit propulseur, des moyens formant un canal de sortie dans ledit boîtier, ce canal de sortie partant de la partie périphérique dudit propulseur, un moyen pour rendre étanche ce propulseur relativement à ce canal d'entrée afin d'empêcher le passage du fluide de l'entrée à la sortie sauf par ce propulseur, des moyens pour entraîner ce propulseur à vitesse constante et des moyens de mesure de la force réagissant à l'énergie communiquée au fluide par ledit propulseur, la force étant une mesure du débit massique du fluide.



   Cependant, il ressort d'essais effectués avec un tel appareil que les résultats présentent des erreurs, en raison de la viscosité du fluide et de la turbulence à l'intérieur du boîtier. En effet, la viscosité du fluide augmente   indépendamment de la masse  , l'effort retardateur sur le propulseur est accru et la lecture faite est fausse. De plus, vu la turbulence qui se produit entre les orifices de sortie du propulseur et les aubes, l'énergie qui est perdue en turbulence n'est pas mesurée par le débimètre et une deuxième erreur est par conséquent introduite.



   La présente invention vise à remédier à ces inconvénients et l'appareil qui en fait l'objet est caractérisé en ce qu'il comprend un premier conduit rotatif, disposé angulairement par rapport à son axe de rotation et dans lequel ledit fluide est dirigé et accéléré par la rotation, des moyens coopérant avec ledit premier conduit pour mesurer la force de Coriolis à laquelle est soumis le fluide accéléré dans ce conduit, et un second conduit rotatif disposé angulairement par rapport audit axe, le premier conduit étant susceptible de se déplacer d'un angle limité par rapport au second conduit, ce second conduit ayant pour fonction de ramener le fluide sortant du premier conduit vers l'axe de rotation en le décélérant  jusqu'à une vitesse angulaire nulle, la présence de ce second conduit ayant pour but de supprimer les phénomènes de turbulence du fluide,

   d'éliminer l'influence de la viscosité du fluide sur l'indication des moyens de mesure et enfin de récupérer une partie de l'énergie mise en   oeuvre    pour accélérer le fluide.



   Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil faisant l'objet de l'invention.



   La fig. 1 est une coupe de cet appareil.



   La fig. 2 est une vue schématique d'un détail avec représentation vectorielle des forces mises en jeu.



   La fig. 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la fig. 1.



   L'appareil représenté sert à mesurer le débit massique d'un fluide entrant par une canalisation 2 et sortant par une canalisation 4.



   A cet effet, on utilise le principe de la mise en rotation du fluide avec écoulement radial vers l'extérieur à partir de son axe de propagation.



   Ce processus donne naissance dans le fluide à une accélération de Coriolis et par conséquent le fluide exerce une force de Coriolis sur l'organe à travers lequel il s'écoule. On mesure cette force, ce qui permet d'obtenir le débit massique du fluide. Cet appareil comprend une enveloppe 6 susceptible de tourner autour d'un axe F-F coïncidant avec l'axe des canalisations 2 et 4. L'enveloppe 6 présente, venus de fabrication, un conduit d'entrée 16 communiquant avec la canalisation 2 et un conduit de sortie 18 communiquant avec la canalisation 4.



  Une chicane 15 divise l'intérieur de l'enveloppe 6 en deux parties tubulaires 8, 12 et 10, 14 en forme de U.



   Deux tubes radiaux 28 et 30 formant la tête d'un organe tubulaire en T sont disposés à   Pintérieur    de l'enveloppe 6, la tige de cet organe en T comportant un tube 32 s'étendant dans le conduit 16. Chaque tube radial 28, respectivement 30, forme un premier conduit rotatif disposé angulairement par rapport à son axe de rotation et dans lequel le fluide est dirigé et accéléré par rotation comme il sera décrit plus loin.



   D'autre part, chaque partie tubulaire 8, 12 respectivement 10, 14 forme un second conduit rotatif disposé angulairement par rapport à l'axe F-F et ayant pour fonction de ramener le fluide sortant du premier conduit vers l'axe F-F en le décélérant jusqu'à une vitesse angulaire nulle, le premier conduit étant susceptible de se déplacer d'un angle limité par rapport au second conduit.



   L'enveloppe rotative 6 pourrait ne comporter que les parties tubulaires 8 et 12 sans les parties symétriquement opposées 10 et 14, et ne renfermer que la partie tubulaire 28 sans la partie symétrique 30. Toutefois la structure symétrique est désirable pour des questions d'équilibrage, surtout aux grandes vitesses. De plus, la présence des parties tubulaires 28 et 30 double la force mesurée, augmentant ainsi la sensibilité.



   L'enveloppe 6 est mise en rotation à une vitesse constante autour de l'axe F-F à l'aide d'un moteur 20 relié par l'intermédiaire d'un train d'engrenages 22 au conduit 18. Des paliers 24 supportent les conduits 16 et 18 et des joints d'étanchéité 26 sont disposés entre ces conduits et les canalisations 2 et 4 respectivement.



   Le tube 32 est fixé à l'intérieur du conduit 16 à son extrémité de gauche sur la figure. Une partie amincie 34 est formée dans le tube 32 pour le rendre moins rigide que le reste de la pièce, cette partie étant ainsi soumise à une contrainte de torsion sous l'effet de la force de
Coriolis.



   Pour mesurer la contrainte de la partie amincie 34 du tube 32, on utilise un extensomètre 36, monté de façon à indiquer la contrainte de torsion de la pièce. L'extensomètre est connecté à des bagues 38 sur lesquelles frottent les balais 40 qui sont connectés à un pont électrique ou à tout autre appareil de mesure indiquant les variations de résistance de l'extensomètre 36.



   La fig. 2 est une vue schématique en direction de l'axe F-F suivant une section transversale de la partie tubulaire 28 du premier  conduit rotatif. Le fluide est amené par le conduit 28 suivant une trajectoire se dirigeant radialement vers l'extérieur à partir de l'axe de rotation F-F, autour duquel les tubes tournent avec la vitesse angulaire   o.   



   Cette vitesse angulaire   o)    est représentée vectoriellement suivant l'axe F-F dans la fig. 1.



  La vitesse radiale v du fluide est représentée par un vecteur sur la fig. 2. On peut démontrer que chaque particule du fluide dans le tube 28 est soumise à une accélération de Coriolis   ac    dont la direction est perpendiculaire à la fois aux vecteurs v et   co,    et dont la grandeur est:    = = 2v o   
 La force de Coriolis agissant sur une portion quelconque du tube 28 s'obtient en intégrant entre deux rayons le long du tube
EMI3.1     
   où Q est la densité du fluide et A l'aire de la    section transversale du tube. La quantité v A e est le débit massique du fluide. Si la quantité   (r, rl)    est prise égale à la longueur du tube 28, qui est constante, la force F est celle qui s'exerce sur le tube, et est donc proportionnelle au débit massique réel du fluide.

   Le débimètre, une fois étalonné, n'a pas besoin de l'être pour différents fluides, puisque la lecture faite tient entièrement compte de la densité du fluide intéressé.



   L'appareil de mesure peut être adapté à un vaste domaine de vitesses, en faisant varier la vitesse angulaire   (o.    Pour un fluide léger, comme un gaz, s'écoulant lentement, on peut augmenter la vitesse de rotation des tubes de mesure, de façon à obtenir une indication en haut de l'échelle de lecture. De même, pour un fluide lourd circulant rapidement, on adopte une rotation relativement lente de façon à atténuer la déflection du tube 32.



   Le fonctionnement de l'appareil décrit est le suivant:
 Lorsqu'on désire faire une mesure, on met en marche le moteur 20 pour faire tourner l'enveloppe 6. Cette enveloppe   entraîne    en rotation le premier conduit dont les parties tubulaires 28 et 30 sont déviées par rapport à l'enveloppe 6 par la force de Coriolis engendrée. Quand l'ensemble a atteint sa vitesse de régime   (o,    on peut lire directement le débit massique sur un cadran indiquant la résistance de l'extensomètre 36.



   Un des avantages de l'appareil décrit réside dans le fait que la mesure du débit massique n'est pas affectée par des variations de pression, de température ou de viscosité du liquide.
  

Claims (1)

1. REVENDICATION : Appareil pour la mesure du débit massique de l'écoulement d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend un premier conduit rotatif, disposé angulairement par rapport à son axe de rotation et dans lequel ledit fluide est dirigé et accéléré par la rotation, des moyens coopérant avec ledit premier conduit pour mesurer la force de Coriolis à laquelle est soumis le fluide accéléré dans ce conduit, et un second conduit rotatif disposé angulairement par rapport audit axe, le premier conduit étant susceptible de se déplacer d'un angle limité par rapport au second conduit, ce second conduit ayant pour fonction de ramener le fluide sortant du premier conduit vers l'axe de rotation en le décélérant jusqu'à une vitesse angulaire nulle, la présence de ce second conduit ayant pour but de supprimer les phénomènes de turbulence du fluide,

   d'éliminer l'influence de la viscosité du fluide sur l'indication des moyens de mesure et enfin de récupérer une partie de l'énergie mise en oeuvre pour accélérer le fluide.

   SOUS-REVENDICATIONS: 1. Appareil selon la revendication, caractérisé en ce que ledit second conduit forme une partie d'une enveloppe (6) dans laquelle est disposé ledit premier conduit.

   2. Appareil selon la revendication et la sous-revendication 1, caractérisé en ce que ladite enveloppe comprend un conduit d'entrée (16) du fluide et un conduit de sortie (18) du fluide décéléré.

   3. Appareil selon la revendication et les sous-revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite enveloppe rotative (6) est solidaire du conduit d'entrée (16) dans lequel est monté ledit premier conduit constitué par deux bras radiaux (28, 30) perpendiculaires à l'axe du conduit d'entrée (16), en ce que le conduit de sortie (18) est coaxial au conduit d'entrée (16), en ce que ladite enveloppe rotative comprend deux canaux en forme de U (8, 12), (10, 14) constituant ledit second conduit, les branches de l'un des canaux (8, 12) étant en communication respectivement avec l'un des bras radiaux (28) et avec le conduit de sortie (18), tandis que les branches de l'autre canal (10, 14) sont en communication respectivement avec l'autre bras radial (30) et avec le conduit de sortie (18),

   et en ce que lesdits moyens de mesure sont associés aux bras radiaux (28, 30) pour mesurer la force de Coriolis à laquelle le fluide est soumis pendant l'écoulement à travers l'enveloppe rotative.

   4. Appareil selon la revendication et les sous-revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits deux canaux comprennent chacun deux branches tubulaires (8, 12), (10, 14) formées par une chicane intérieure (15) disposée dans la partie centrale de l'enveloppe, l'une des parties tubulaires (8, 10) de chaque canal contenant chacune un desdits bras radiaux (28, 30) et communiquant chacune avec le conduit d'entrée (16), tandis que l'autre partie tubulaire (12, 14) de chaque canal communique avec le conduit de sortie (18), et en ce que l'axe de rotation de l'ensemble ainsi formé coïncide avec l'axe commun des conduits d'entrée et de sortie (16, 18).

   5. Appareil selon la revendication et les sous-revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens pour mesurer la force de Coriolis comprennent un tube (32) relié aux deux bras radiaux (28, 30) pour former avec ceux-ci un organe tubulaire en forme de T destiné à être entramé en rotation, lesdits bras radiaux produisant, lorsqu'ils sont soumis à la force de Coriolis, des déformations dudit tube (32) dont l'amplitude est mesurée par lesdits moyens.

   6. Appareil selon la revendication et les sous-revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit tube (32) présente une partie (34) susceptible de se déformer par torsion sous l'action de la force de Coriolis s'exerçant sur lesdits bras radiaux.

   7. Appareil selon la revendication et les sous-revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les déformations du tube (32) sont mesurées au moyen d'un extensomètre électrique.