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PALES
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helice
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propor
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Gene Or Protein
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ETRE
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Est-a
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DANS
(1)
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Cou
(1)
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Physical
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de 0,5 mm
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100 mm
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35 mm
(1)
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180 cm
(1)
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25 mm
(1)
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0,5 mm
(1)
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12 m
(1)
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Molecule
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DES
(3)
[24][_]
Polymer
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Rayon
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2522810A1
Family ID 2026588
Probable Assignee Schlumberger Ca Ltd
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title DEBITMETRE MASSIQUE
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF POUR LA MESURE DU DEBIT MASSIQUE
D'UN FLUIDE.
LE DISPOSITIF COMPORTE UNE TURBINE 16 COMPRENANT UN ROTOR 18 A PALES
20 MONTE DANS UNE CONDUITE POUR ETRE ENTRAINE EN ROTATION PAR LE
FLUIDE DONT ON VEUT MESURER LE DEBIT MASSIQUE. LES PALES 20 SONT
ELASTIQUEMENT DEFORMABLES SOUS L'ACTION DU FLUIDE EN MOUVEMENT ET LES
ANGLES D'INCLINAISON A ET B DES PALES SUCCESSIVES SONT DIFFERENTS. DES
MOYENS SONT PREVUS POUR MESURER UNE GRANDEUR CARACTERISTIQUE DE LA
DEFORMATION DES PALES.
APPLICATION DE L'INVENTION A LA MESURE DU DEBIT DE CHAQUE PHASE D'UN
FLUIDE COMPOSE D'UNE PHASE LIQUIDE ET D'UNE PHASE GAZEUSE.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne un dispositif pour la mesure du debit
massique de fluides.
On connait deja de nombreux dispositifs de mesure de debit massique
bases sur divers principes: correction densimetrique, gyroscopique,
effet Coriolis, etc L'un de ces dispositifs, couramment employe,
comprend deux turbines reliees entre elles par un element elastique
tel qu'un ressort Un tel dispositif est,par exemple, decrit dans le
brevet US N 2,943,487 L'angle de torsion des deux turbines,
c'est-a-dire le dephasage entre la premiere turbine et la deuxieme
turbine est proportionnel a l'energie cinetique du fluide,
c'est-a-dire au produit de la densite d du fluide par le carre de la
vitesse d'ecoulement du fluide v De plus, la vitesse de rotation de la
turbine est proportionnelle a la vitesse de l'ecoulement du fluide v
On remarque qu'en effectuant le rapport entre l'angle de dephasage des
deux turbines, proportionnel a dv, et la vitesse de rotation v de la
turbine, on obtient une quantite qui est propor- tionnelle au produit
de la densite du fluide d par la vitesse v d'ecoulement du fluide,
c'est-a-dire proportionnelle au debit massiqued v du fluide En
pratique, on mesure l'intervalle de temps correspondant a l'angle de
dephasage des deux turbines Ce type de debitmetre comprend de
nombreuses variantes de realisation; l'une d'elles est decrite, par
exemple, dans le brevet US n' 3,604,265.
Dans un autre type de debitmetre massique, on utilise deux turbines
montees de facon coaxiale dans la canalisation traversee par le fluide
Les deux turbines peuvent tourner independamment l'une de l'autre La
premiere turbine est utilisee pour donner au fluide un mouvement de
rotation par rapport a l'axe de la canalisation.
Le fluide en rotation cree alors un couple moteur sur la deuxieme
turbine On mesure ce couple, lequel est proportionnel au debit
massique Un exemple de realisation de ce type d'appareil est decrit
dans le brevet US N O 3,555,900.
On sait d'autre part que la mesure de debit d'un fluide a l'aide d'un
appareil a turbine n'atteint une precision suffisante que si
l'ecoulement du fluide a l'interieur de l'appareil s'effectue en
regime turbulent L'ecoulement dans la canalisation est d'abord
laminaire pour les faibles vitesses et devient ensuite turbulent, a
partir d'une vitesse definie par la formule de Reynolds De facon a
elargir la plage de mesure avec les appareils a turbine, on a alors
songe a modifier le regime d'ecoulement du fluide a faible debit,
c'est-a-dire a le rendre turbulent meme pour les faibles debits.
A cette fin, il a ete propose dans le brevet francais no I 286 833, un
debitmetre a turbine comportant, soit plusieurs helices dont les pales
ont des inclinaisons differentes d'une helice a une autre, soit une
seule helice dont les pales ont au moins deux inclinaisons diffe-
rentes, de facon a communiquer au fluide les trajectoires non
rectilignes qui favorisent l'etablissement d'un regime turbulent.
Les debitmetres massiques comportant deux turbines ont l'inconvenient
de mettre en oeuvre de nombreuses pieces en mouvement.
Il y a en effet risque de grippage de certaines pieces du a l'usure et
a la corrosion du fluide De plus, l'inertie du systeme est d'autant
plus importante que le nombre de pieces en mouvement est grand Il en
resulte une plus grande difficulte a mesurer des debits pulses. La
presente invention a pour objet un debitmetre massique mettant en
oeuvre un petit nombre de pieces en mouvement de facon a le rendre
fiable, robuste et economique Alors que les debitmetres massiques de
l'art anterieur utilisent deux turbines, le debitmetre conforme a
l'invention, n'en utilise qu'une seule qui peut tourner librement
autour de son axe de rotation, sans aucune contrainte.
Les pales du rotor de cette unique turbine ont une double particu-
larite D'une part, elles peuvent flechir elastiquement, sous l'action
du fluide traversant la turbine et, d'autre part, elles ont des angles
d'inclinaison differents.
De facon plus precise, l'invention concerne un dispositif pour la
mesure du debit massique d'un fluide comportant une conduite adaptee a
etre parcourue par le fluide, caracterise en ce qu'il comporte une
turbine comprenant un rotor a pales monte dans la conduite pour etre
entraine en rotation par le fluide, l'une au moins desdites pales
etant elastiquement deformable sous l'action du fluide en mouvement et
les angles d'inclinaison des pales, par rapport a l'axe de la turbine,
etant differents pour au moins deux pales et, des moyens pour mesurer
une grandeur caracteristique de la deformation des pales entre au
moins deux pales d'angles d'inclinaison differents et ddnt une au
moins est Plastiquement deformable, ladite grandeur etant
representative du debit massique du fluide.
De facon avantageuse, toutes les pales sont elastiquement deformables
et les pales de rang pair ont un certain angle d'incli- naison, alors
que les pales de rang impair ont un autre angle d'incli- naison.
L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui
suit d'un mode d'execution de l'invention donnee a titre d'exemple non
limitatif La description se refere aux dessins qui l'accompagnent dans
lesquels: la figure I represente schematiquement un debitmetre
massique conforme a la presente invention, la figure 2 est une section
transversale du debitmetre massique de la figure 1, suivant le plan 2,
la figure 3 est une section transversale du debitmetre massique
represente sur la figure 1, suivant le plan 3, la figure 4 represente
schematiquement, vue de haut, une partie du rotor qui aurait ete
deroulee selon un meme plan, la figure 5 represente schematiquement le
dispositif electronique de mesure du debit massique, et la figure 6
est un diagramme montrant le principe de la mesure et la forme des
differents signaux du circuit de mesure.
Le mode de realisation preferentiel du debitmetre massique conforme a
l'invention est represente sur la figure 1 Il comporte un boitier 10
de forme tubulaire dont les deux extremites comprennent des brides 12
et 14 permettant de fixer le debitmetre massique entre deux extremites
de conduite dans laquelle circule le fluide dont on veut mesurer le
debit Le debitmetre comporte une seule turbine 16 placee de facon
coaxiale au centre du boitier 10 Le diametre de la turbine est
legerement inferieur au diametre interne du boitier La turbine 16
comporte (voir aussi figure 3) un rotor 18 muni de pales 20 et
tournant autour d'un axe 22 Cet arbre est maintenu et tourne a
l'interieur de deux roulements a billes 24 et 26, lesquels sont fixes
a l'interieur d'un bati 28 Des redresseurs 30 de veines fluides (voir
figure 2) sont disposes radialement et a l'interieur d'une couronne
dans le boitier 10 Ces redresseurs ont pour fonction de canaliser le
fluide dans le boitier 10, le fluide penetrant dans la conduite dans
la direction indiquee par les floches 32, de facon a diriger le fluide
sur les pales 20 de la turbine en evitant les tourbillons Ces
redresseurs servent aussi a centrer la turbine 16 et constituent des
supports pour deux manchons creux 34 et 36 de meme diametre que la
partie pleine du rotor 18 et places en regard de la face avant et de
la face arriere de ce rotor Le bati 28 supportant la turbine 16 est
visse aux manchons 34 et 36, tel que represente en 38 et 40 Le manchon
34 se termine a l'avant de la turbine par une ogive 42 et le manchon
36 se termine a l'arriere de la turbine par une ogive 44 Ces ogives
ont pour fonction de diriger le fluide de facon a ne pas perturber son
ecoulement Deux detecteurs magnetiques identiques 46 et 48 sont places
en regard et au dessus des pales 20 de la turbine, a l'interieur
d'excentriques et 52 (voir figure 3) Les excentriques 50 et 52 sont
places dans des logements perces dans le boitier 10 Les detecteurs
sont places de telle sorte que lorsque l'un d'eux est en regard d'une
pale de rang pair, l'autre est en regard d'une pale de rang impair Les
excentriques sont utilises comme il sera explique ci-apres, pour
positionner chacun des detecteurs de facon a effectuer le zero de la
mesure pour une rotation de 360 de la turbine et pour un debit
massique nul Chaque detecteur magnetique est constitue de facon
classique, par un aimant permanent autour duquel est enroule un
solenoide dont les deux extremites sont connectees a une resistance.
Les pales sont realisees en materiau magnetique et il en resulte a
chaque passage d'une pale a proximite du detecteur, une impulsion de
tension electrique aux bornes de la resistance due a la variation de
permeabilite magnetique.
Les pales 20 du rotor de la turbine 16 sont disposees en cou- ronne
autour de la partie pleine 18 du rotor Ces pales sont disposees dans
l'espace annulaire delimite par la paroi interne du boitier 10 et, par
les manchons 34 et 36 Selon l'une des caracteristiques de l'invention,
les pales sont realisees en un materiau magnetique pouvant se deformer
elastiquement sous l'action du fluide traversant les pales,dont on
veut mesurer le debit Dans le mode de realisation represente, les
pales sont en acier, du type generalement utilise pour la fabrication
des ressorts L'epaisseur des pales est telle que les pales flechissent
sous l'action du fluide en mouvement pour des debits de fluide compris
dans la plage de mesure de l'appareil A titre d'exemple, une epaisseur
de 0,5 mm peut convenir lorsque le fluide est un liquide De facon a ne
pas depasser la limite d'elasti- cite des pales, on peut prevoir des
moyens, tels que des butees, pour limiter la flexion desdites pales.
Selon une autre cacteristique de l'invention, l'angle d'inclinaison
des pales, par rapport a l'axe de la turbine, est variable Sur la
figure 4, qui represente une partie des pales vue du dessus selon l'un
des diametres de la turbine et dont on aurait deroule le rotor pour le
mettre a plat, la partie pleine du rotor est indiquee par 18 et l'axe
de la turbine par 54 Quatre pales 56, 58, 60 et 62 ont ete
representees l'inclinaison des pales 56 et 60 est indiquee par l'angle
a et l'inclinaison des pales 58 et
62 par l'angle b.
Selon un mode de realisation preferentiel de l'invention, les pales
sont en nombre pair, les pales de rang pair ayant un meme angle
d'inclinaison a et les pales de rang impair ayant un meme angle
d'inclinaison b Ainsi, deux pales successives ont des angles
d'inclinaison differents Dans le mode de realisation represente, les
angles d'inclinaison alternent de pale en pale et ont pour valeurs 40
et 50 degres Ces pales sont au nombre de 20 De prefe- rence, la somme
des angles d'inclinaison de deux pales successives est comprise entre
50 et 110 degres et l'un des angles est au moins de 20 degres De
preference, la demi-somme des angles d'inclinaison de deux pales ayant
des inclinaisons differentes est egale a 45 degres.
Cette valeur est en fait fonction des debits que l'on desire mesurer.
Il est cependant a remarquer que le nombre de pales de la turbine peut
etre quelconque, mais cependant de deux au minimum, et qu'au moins une
des pales doit etre elastiquement deformable Dans ce dernier cas, les
deux pales auront des angles d'inclinaison differents.
De plus, il est necessaire que deux pales uniquement aient des
inclinaisons differentes, et qu'au moins une d'entre elles soit
elastiquement deformable, meme si la turbine comporte plus de deux
pales On peut remarquer egalement que les pales d'inclinaison
differentes ne sont pas necessairement adjacentes Dans le mode de
realisation represente, les pales sont planes Dans le cas de pales
ayant une forme non plane, helicoidale par exemple, l'angle
d'inclinaison a considerer est l'angle moyen de chaque pale.
Le principe de la mesure de debit massique avec le debitmetre de la
presente invention est explique ci-apres en regard de la figure 4 On
constate experimentalement que les pales flechissent sous l'action du
fluide en mouvement et que leur deviation par rapport a leur position
de repos est d'autant plus importante que le debit massique du fluide
est important.
La relation entre la deflexion des pales et le debit massique est une
relation lineaire, dans une certaine plage de debits De plus, on
constate que deux pales d'inclinaisons differentes sont deviees en
sens oppose, soit qu'elles se rapprochent, soit qu'elles s'eloignent
l'une de l'autre Ainsi, sur la figure 4, on a montre en pointille les
positions occupees par l'extremite des pales lorsqu'elles sont
flechies par suite de l'ecoulement du fluide Lorsque la turbine est au
repos, les pales sont equidistantes, c'est-a-dire que les distances
AB, BC et CD sont egales, ces distances etant reperees le long de
l'axe mediant 64 des pales, perpendiculaire a l'axe de la turbine Sous
l'effet du fluide en mouvement, ces distances changent: la distance AB
augmente pour devenir egale a A'B', la distance BC diminue pour
devenir B'C' et la distance CD augmente pour devenir C'D', et ainsi de
suite pour les distances entre pales successives non representees La
mesure de la variation de distance entre au moins deux pales d'angles
d'inclinaison differents, ou d'une grandeur caracteristique de cette
variation de distance, fournit une indication du debit massique du
fluide traversant la turbine Ainsi, la variation de la distance AB est
a elle seule suffisante pour indiquer la valeur du debit massique Il
en est de mime de la distance B'C' qui, elle, a varie en sens
contraire de la distance A'B' En combinant ces deux mesures, A'B' et
B'C', on obtient une indication plus sensible et plus precise du debit
massique Pour ce faire, on mesure une grandeur caracteristique de la
difference A'B' B'C' Dans le mode de realisation decrit, on mesure les
intervalles de temps correspondant au passage de deux pales
successives d'inclinaison differentes devant un detecteur magnetique.
La deflexion des pales sous l'effet du fluide en mouvement a deux
origines Tout d'abord, il est connu que pour un debit de fluide
constant, la vitesse de rotation de la turbine augmente avec l'angle
d'inclinaison des pales Ainsi, quand cet angle est nul, la vitesse de
rotation est nulle et, tout du moins en theorie et pour un fluide
parfait, la vitesse de la turbine devient infinie lorsque l'angle
d'inclinaison des pales est de 900.
Les pales d'angle d'inclinaison a tendent a faire tourner la turbine a
une vitesse determinee alors que les pales d'inclinaison b, b etant >
a, tendent a faire tourner la turbine a une vitesse de rotation
superieure Il en resulte que la vitesse de rotation d'equilibre de la
turbine est une vitesse intermediaire entre ces deux valeurs Par
reaction, les pales d'angle d'inclinaison a exercent alors un couple
moteur sur la turbine et les pales d'angle d'inclinaison b exercent un
couple de freinage Ces couples se traduisent par la deformation des
pales Un autre phenomene existe: c'est l'effet Venturi En effet, en
considerant la figure 4, on remarque que la section de passage du
fluide entre les pales 56 et 58 va en diminuant depuis l'entree
jusqu'a la sortie Il en resulte une pression qui s'exerce sur les
parois des pales et qui a tendance a deformer les pales pour rendre
les sections de passage d'entree et de sortie identiques Pour les deux
pales suivantes 58 et 60, c'est la section d'entree qui, cette fois
est inferieure a la section de sortie L'effet Venturi joue en sens
inverse et a tendance a rapprocher les pales 58 et 60 Les deux
phenomenes qui viennent d'etre decrits se combinent et tous les deux
tendent a rendre les pales paralleles.
L'importance de l'un des phenomenes par rapport a l'autre depend de la
nature du fluide Ainsi, l'effet Venturi est predominant lorsque le
fluide est un liquide On remarque que pour ces deux phenomenes, plus
la difference entre les angles d'inclinaison a et b est importante,
plus la deformation des pales est grande.
Le principe de la mesure avec un seul detecteur magnetique est le
suivant: on mesure les deux intervalles de temps correspon- dant au
passage au regard du detecteur de trois pales successives.
Ainsi, en se referant a la figure 4, les deux intervalles
correspondent aux passages devant le detecteur des points A'-B' d'une
part, et D'-C' d'autre part En pratique, on ne se limite pas a ces
deux intervalles de temps uniquement: on cumule les intervalles de
temps correspondant aux ecarts A'-B', C'-D', etc, c'est-a-dire aux
intervalles de temps correspondant au passage devant le detecteur des
pales de rangs pair et impair, et on cumule les intervalles de temps
correspondant au passage devant le detecteur des pales de rangs impair
et pair Ces cumuls des intervalles de temps sont effectues pour une
rotation complete de la turbine Ceci permet d'eliminer les
deformations des pales qui ne seraient pas dues a l'effet du fluide en
mouvement En effet, les pales sont supposees etre parfaitement
equidistantes lorsque la turbine est au repos Cepen- dant, elles ne le
sont pas toujours du fait de la fabrication plus ou moins precise du
rotor et des chocs que peuvent eventuellement subir les pales
Cependant, ces deformations mecaniques se compensent pour une rotation
de 360 degres de la turbine Il est donc, tres interessant d'effectuer
le cumul des differents intervalles de temps pour une rotation
complete de la turbine, de facon a s'affranchir des defauts des pales.
Dans le mode de realisation decrit, le debitmetre massique comporte
avantageusement deux detecteurs, l'un etant place au regard d'une des
pales de rang pair et l'autre etant place au regard d'une des pales de
rang impair lorsque la turbine est au repos L'utili- sation de deux
detecteurs permet de s'affranchir des variations de vitesse de la
turbine au cours des mesures En effet, en se referant a la figure 4,
si la vitesse de la turbine diminue au cours de la mesure,
l'intervalle de temps mesure correspondant a B'C' sera plus long et
inversement, si la vitesse de la turbine augmente, l'inter- valle de
temps mesure sera plus court Pour ces raisons, on declenche les deux
detecteurs magnetiques a un meme instant, par exemple au moment o
l'une des pales de rang pair passe au regard du premier detecteur et
l'une des pales de rang impair passe au regard du deuxieme detecteur
Ainsi, en se referant a la figure 4, le premier detecteur sera situe
au regard du point A et le deuxieme detecteur au regard du point B et
tous les deux seront declenches simultanement.
Prealablement a toute mesure, il est necessaire d'effectuer le zero de
l'appareil, c'est-a-dire que le debitmetre indique la valeur zero
lorsque les pales ne subissent aucune deformation.
C'est le cas, par exemple, lorsque la turbine est entrainee en
rotation par un moteur a l'interieur d'une enceinte dans laquelle on a
fait le vide ou lorsque la turbine est entrainee en rotation par un
fluide de densite insuffisante pour pouvoir mesurer une deformation
des pales Si toutes les pales etaient parfaitement equidistantes les
unes des autres, ce qui n'est pas le cas en pratique, il suffirait de
centrer parfaitement les detecteurs magnetiques le long de l'axe
median 64 (figure 4) perpendiculaire a l'axe de la turbine Pour palier
les imperfections du rotor, chacun des deux detecteurs magnetiques est
alors regle individuel- lement en le deplacant a l'aide des
excentriques 50 et 52 le long de l'axe de la turbine Le reglage
consiste a trouver une position du detecteur pour laquelle la somme
des erreurs de positionnement s'annule pour une rotation de 360 du
rotor.
La figure 5 est un diagramme schematique du circuit demesure.
La turbine 16 est representee schematiquement par le rotor 18 entoure
d'une couronne 70 figurant l'espace dans lequel les pales 20 se
deplacent Les deux detecteurs 46 et 48 sont situes respectivement en
face d'une pale 72 de rang pair et d'une pale 74 de rang impair Au
detecteur 46 est associe un circuit de mise en forme 76 suivi d'un
diviseur de frequence 78 Ce diviseur est connecte a l'entree d'un
circuit de mesure de temps, ou chronometre 80 Au detecteur 48 est
connecte un circuit de mise en forme 82, suivi d'un circuit de mise en
forme 84, lequel est connecte a l'entree d'un circuit de mesure de
temps 86 Un circuit 87 permet de calculer et d'afficher la difference,
en valeur absolue, des indications fournies par les chronometres 80 et
86 Tous ces circuits sont classiques et sont commercialement
disponibles.
2 522810
Il La figure 6 est un diagramme des temps des signaux a la sortie des
differents circuits de mesure, en fonction de la position des pales 20
de la turbine par rapport au detecteur L'axe Ot repre- sente l'axe des
temps, O etant l'origine Les schemas 88 et 96 representent la position
des pales 20 du rotor par rapport, respec- tivement, au premier et au
deuxieme detecteurs magnetiques lorsque les pales sont deformees sous
l'action du fluide en mouvement Au meme instant 0, une pale de rang
pair est en regard du premier detecteur, alors qu'une pale de rang
impair est en regard du deuxieme detecteur (ou inversement) Les
diagrammes 90 et 98 representent le signal de sortie delivre
respectivement par les premier et deuxieme detecteurs Ces signaux ont
la forme d'une sinusoide modulee en frequence En effet, la variation
de permea- bilite est nulle chaque fois que le detecteur est en regard
d'une pale ou lorsque le detecteur est situe a mi-distance entre deux
pales successives Entre ces deux positions, la variation de permea-
bilite passe par un maximum ou un minimum Les signaux des diagrammes
92 et 100 sont emis par les circuits de mise en forme 76 et 82 respec-
tivement Ces circuits emettent des signaux rectangulaires a partir du
signal sinusoidal module L'element important de ces circuits de mise
en forme n'est autre qu'un transistor qui est bloque ou debloque a
chaque passage au zero du signal sinusoidal des diagrammes 90 et 98.
Les diagrammes 94 et 102 representent les signaux emis par les
diviseurs de frequence 78 et 84 respectivement Ces diviseurs divisent
par deux la frequence des signaux fournis par les circuits de mise en
forme.
Ces diviseurs de frequence sont generalement constitues d'une bascule.
Les crenaux de largeur T sur le diagramme 94 correspondent en fait a
la distance separant deux pales successives, par exemple, la distance
separant une pale de rang pair d'une pale successive de rang impair.
Sur le diagramme 102, les crenaux de largeur T 2 correspondent a la
distance entre deux pales successives, entre une pale de rang impair
et la pale successive de rang pair La valeur absolue de la difference
T T 2 = T correspond bien a la difference entre les distances A' B' et
D' C' de la figure 4 Les chronometres 80 et 86 se declenchent a chaque
front montant des crenaux des diagrammes respectivement 94 et 102 et
s'arr tent a chaque front descendant.
Le chronometre 80 mesure donc les temps T 1 et le chronometre 86
mesure les temps T Comme il a ete mentionne precedemment, on effectue
la somme, puis eventuellement la moyenne des intervalles de temps T 1
et T 2 pour une rotation de 360 degres de la turbine, ceci pour
compenser les imperfections des pales La somme (ou la moyenne) des
mesures de T et T 2 permet de determiner la somme
(ou la moyenne) des valeurs absolues T 1 T 2 = T, laquelle corres-
pond a la grandeur caracteristique du debit massique recherche.
Sur la figure 6, les intervalles de temps T, ont ete representes egaux
Il en est de meme des intervalles de temps T Ceci suppose bien
entendu, que les pales soient parfaitement equidistantes et que la
vitesse de rotation de la turbine soit uniforme.
L'avantage d'utiliser deux detecteurs synchronises, l'un place au
regard d'une pale de rang pair lorsque l'autre est place au regard
d'une pale de rang impair, apparait clairement sur les diagrammes 94
et 102 On remarque en effet qu'une variation de vitesse de la turbine
en cours de mesure se traduit par des variations de T 1 et T 2 de meme
sens, lesquelles vont partiellement se compenser en effectuant la
difference T 1 T 2.
Une application particulierement importante du debitmetre massique qui
vient d'etre decrit consiste en la mesure des debits respectifs de
chaque phase d'un melange diphasique gaz-liquide.
En effet, la determination des debits volumetrique et massique du
fluide diphasique permet de determiner les debits respectifs de gaz et
de liquide, a condition de connaitre les densites du liquide et du gaz
et d'apporter, eventuellement, les corrections necessaires de
temperature et de pression Une telle methode est par exemple decrite
dans le brevet russe no 189 170 A l'aide du debitmetre objet de
l'invention, on remarque que la vitesse de rotation de la turbine
fournit, d'une facon classique, une valeur caracteristique du debit
volumetrique du fluide Le debit massique est obtenu de la facon
indiquee precedemment en mesurant les deformations des pales sous
l'action du fluide en mouvement.
Le meme appareil permet donc de determiner simultanement les debits
volumetrique et massique du fluide et, de ce fait, de determiner les
debits respectifs de chaque phase d'un melange diphasique liquide-gaz
Pour cette application particuliere, les caracteristiques de la
turbine peuvent etre les suivantes rayon 100 mm, hauteur des pales 35
mm, section annulaire de passage du fluide dans le debitmetre 180 cm
2, largeur des pales 25 mm, epaisseur des pales 0,5 mm (realisees en
acier) Pour une vitesse de passage du fluide dans le debitnetre de 3 a
12 m/seconde, la vitesse de rotation du rotor varie d'environ deux a
vingt tours par seconde Il en resulte que les temps T 1 et T 2
varieront d'environ 5 a 50 millisecondes et que la difference T = T T
2 varie entre 0,1 et 1 milliseconde.
Il va sans dire que le mode de realisation qui vient d'etre decrit a
ete donne a titre d'exemple non limitatif On comprend par exemple, que
d'autres dispositions des pales peuvent exister et que les dimensions
ne sont donnees qu'a titre d'exemples De meme, une mesure de T 1 ou de
T 2 est suffisante pour obtenir une indication du debit massique du
fluide La mesure de la difference
T 1 T 2 = T est avantageuse mais non necessaire Les angles d'incli-
naison des pales peuvent etre modifies et ceci sans sortir du cadre de
la presente invention Un seul detecteur peut etre utilise.
D'autres types de detecteurs, qui ne soient pas magnetiques, peuvent
etre utilises, par exemple, des detecteurs capacitifs, optiques, etc.
L'explication donnee de la deformation des pales sous l'effet du
fluide en mouvement correspond a la perception du phenomene par
l'inventeur Il est bien evident que cette explication n'est donnee
qu'a titre indicatif.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Dispositif pour la mesure du debit massique d'un fluide comportant
une conduite adaptee a etre parcourue par le fluide, caracterise en ce
qu'il comporte une turbine (16) comprenant un rotor (18) a pales (20)
monte dans la conduite pour etre entraine en rotation par le fluide,
l'une desdites pales au moins etant elastiquementdeformable sous
l'action du fluide en mouvement et les angles d'incli-naison(a et
b)des pales, par rapport a l'axe de la turbine, etant differents pour
au moins deux pales, et des moyens (46, 48, 76, 78, 80,82, 84, 86, 87)
pour mesurer une grandeur caracteristique de la defor-mation des pales
entre au moins deux pales d'angles d'inclinaison differents et dont
une au moins est elastiquement deformable,ladite grandeur etant
representative du debit massique du fluide.2 Dispositif selon la
revendication I caracterise en ce que les deux pales ayant des angles
d'inclinaison differents(a et b)sont deux pales successives.3
Dispositif selon la revendication 2 caracterise en ce que les angles
d'inclinaisona et b),par rapport a l'axe de la turbine, des pales de
rang pair et des pales de rang impair sont differents, les pales d'un
des rangs pair et impair, au moins,etant elastiquement deformables.4
Dispositif selon l'une des revendications precedentescaracterise en ce
que la somme des angles d'inclinaison(a et D de deux pales successives
est comprise entre 50 et 110 degres, et ence qu'au moins l'un desdits
angles est au moins egal a 20 degres.5 Dispositif selon l'une des
revendications precedentescaracterise en ce que la demi-somme des
angles d'inclinaison(a et b) desdeux pales ayant des angles
d'inclinaison differents est egalea 45 degres.6 Dispositif selon la
revendication 5 caracterise en ce que l'un des angles d'inclinaison(a
et b)est egal a 40 degres etl'autre a 50 degres.7 Dispositif selon
l'une des revendications precedentescaracterise en ce que les moyens
pour mesurer une grandeur caracte-ristique de la deformation des pales
comportent des moyens (46, 76, 78, 80) pour mesurer une grandeur
representative de la distance separant au moins deux pales d'angles
d'inclinaison differents etdont une au moins est elastiquement
deformable.8 Dispositif selon la revendication 7 caracterise en ce que
lesdits moyens pour mesurer une grandeur representative de ladite
distance comportent un detecteur (46) situe a proximite du rotor de la
turbine et delivrant un signal au passage de chaque pale a proximite
du detecteur, et des moyens de mesurede temps (86),couples audit
detecteur, fournissant un signal repre-sentatif de la difference, en
valeur absolue, entredeux inter-valles de temps correspondant aux
passages, a proximite dudit detecteur, de deux pales successives de
rang pair et impair, et dont une au moins est elastiquement
deformable, d'une part, et de rangs impair et pair et dont une au
moins est elastiquementdeformable, d'autre part.9.Dispositif selon la
revendication 7 caracterise en ce que lesdits moyens pour mesurer une
grandeur caracteristique de la deformation des pales comportent des
moyens pour mesurer une grandeur caracteristique de la difference
entre l'ecart separant deux pales successives de rangs pair et impair
et dont une au moins est elastiquement deformable et l'ecart separant
deux pales successivesde rangs impair et pair, et dont une au moins
est elastiquement defor-mable, lesdits moyens comportant deux
detecteurs (46 et 48), l'un place en regard d'une pale de rang pair a
un instant determine et l'autce place en regard d'une pale de rang
impair au meme instantdetermine et des moyens de mesure de temps (80,
86, 87), couples aux-dits detecteurs et fournissant un signal
representatif de la difference, en valeur absolue, entre un intervalle
de temps correspondant aux passages a proximite de l'un des detecteurs
de deux pales successives de rangs pair et impair et un intervalle de
temps correspondant auxpassages a proximite de l'autre des detecteurs
de deux pales succes-sives de rangs impair et pair.Dispositif selon
l'une des revendications 8 et 9caracterise en ce que toutes les pales
(20) sont elastiquement deformables et en ce que lesdits moyens de
mesure de temps (80, 86 et 87) fournissent une premiere indication
caracteristique de la somme des intervalles de temps correspondant aux
passages a proximite de l'un des detecteurs des pales successives de
rangs pair et impair pour une rotation de 360 degres du rotor et une
deuxieme indication caracteristique de la somme des intervalles de
temps correspondant aux passages a proximite de l'autre detecteur des
pales successives de rang impair et pair pour une rotation de 360
degres du rotor et une troisieme indication representative de la
difference, en valeur absolue, entre la premiere et deuxieme
indications.Il Dispositif selon l'une des revendications
precedentescaracterise en ce que lesdites pales (20) sont realisees en
acier et ont une epaisseur suffisamment faible pour qu'elles
soientelastiquement deformables sous l'action du fluide en
mouvement.12 Dispositif selon la revendication 7 caracterise en ce que
le ou lesdits detecteurs (46, 48) sont des detecteursmagnetiques.13
Dispositif selon l'une des revendications precedentescaracterise en ce
qu'il comporte des moyens de fixation (50, 52) des detecteurs
permettant de regler la position relative desdetecteurs (46, 48) par
rapport aux pales du rotor.14 Application du dispositif tel que defini
a l'une desrevendications precedentes a la mesure du debit de chaque
phased'un fluide iompose d'une phase liquide et d'une phase gazeuse,
caracterisee en ce que, a l'aide du dispositif defini a l'unedes
revendications precedentes, on determine d'une part le debitmassique
du fluide par la mesure d'une grandeur caracteristique de la
deformation des pales du rotor de la turbine et, d'autre part,le debit
volumetrique du fluide en mesurant une grandeur repre-sentative de la
vitesse de rotation du rotor de la turbine.
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