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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX PROCEDES ET DISPOSITIFS POUR MESURER LE DEBIT
D'UNE MATIERE FLUIDE.
L'invention est relative à un procédé et à un dispositif pour mesurer des matières fluides ou qui peuvent couler, c'est-à-dire pour mesurer le débit de ces matières pendant qu'elles avancent, d'une manière continue, vers ou dans le dispositif. On entend par matières fluides, des matières solides divisées ou désagrégées, des liquides, des semi-liquides ou des substances analogues dont les propriétés sont telles qu'elles puissent couler librement, ces subtances étant toutefois autres que des gaz ou des vapeurs.
Comme exemples des matières qui peuvent être mesurées tout particulièrement à l'aide du dispositif faisant l'objet de l'invention, on peut citer les céréales, la farine, les produits chimiques secs et d'autres matières solides finement divisées, à l'état pulvérulent, granulaire ou analogue, ainsi que divers liquides, toutes ces substances pouvant être propulsées, sous la forme d'un courant qui coule facilement, dans des canaux ou conduitso Par débit de la matière, on entend la quantité de cette matière (mesurée en poids) qui passe en un point ou endroit déterminé par unité de temps, ce débit étant exprimé, par exemple en kilogrammes, en grammes et en d'autres unités de poids par heure, par minute ou analogues.
Il est entendu, en outre et à moins qu'on le spécifie autrement, que par mesure d'un débit on entend la détermination et l'utilisation de la valeur de ce débit ou des variations de ce dernier, la mesure pouvant être utilisée pour une indication directe, par exemple sur un cadran ou dans un appareil enregistreur ou seulement pour certains autres usages indirects tels que le réglage ou la surveillance de l'alimentation de la matière.
Dans un sens plus spécifique, l'invention concerne plus particulièrement la mesure du débit de la matière qui avance ou que l'on fait avancer d'une manière continue et sans être gênée, la nature ou la manipulation de la matière étant telle qu'elle puisse couler dans une zone dans laquelle il existe un espace libre au-dessus de la matière, cet espace lui-même étant
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entièrement fermé ou étant ouvert,en partie, à l'air libreo Par exemple, même dans le cas d'un liquide débité par un conduit qui lui-même est rempli avec le liquide qui s'écoule sous pression, les modes de réalisation pré- férés du dispositif sauf néanmoins tels qu'ils peuvent être utilisés dans ce cas du moment que les conditions de pression, pour l'écoulement total du courant,
ne sont pas telles qu'elles empêchent le passage du liquide dans une région (du dispositif) sans remplir celle-ci. Il est ainsi possible, si nécessaire pour un tel usage, de fermer les régions du dispositif dans les- quelles les matières sont manipulées, pour faire agir dans celles-ci une pres- si-on superatmopshériqueo Comme indiqué plus haut, et, d'une manière générale, 1 invention peut être appliquée à la mesure du débit de différents genres de matières fluides et dans une variété de conditions.
L'invention a pour but, surtout, de perfectionner les procédés et dispositifs du genre susindiqué et de les rendre plus efficaces, plus spécialement en vue de réaliser un dispositif qui est robuste tout en étant très sensible et qui permet d'effectuer une mesure précise du débit dans une zone étendue de débits. Un autre but, plus spécifique, de l'invention est de réaliser un procédé et un dispositif pour la mesure d'un débit, ce procédé et un dispositif pour la mesure d'un débit, ce procédé et dispositif étant efficacement sensibles à une variation extrêmement grande du débit de matiè- re à mesurer, un mode de réalisation relativement simple de l'invention étant sensible avec précision à des débits qui diffèrent entre eux par exem- ple de cent fois ou davantage.
Un autre but de l'invention est de réaliser un procédé et un dispositif pour la mesure d'un débit qui conviennent à des matières fluides de genres différents, ces dispositifs pouvant être adjoints à divers genres de conduits, tubes, tuyères, canaux, rigoles ou autres passages dans lesquels la matière peut couler.
Encore un autre but de l'invention est de réaliser un appareil, du genre spécifié, qui comprend des moyens nouveaux pour répon- dre aux variations de débit d'une matière en écoulement et de rehdre cet ap- pareil tel qu'il permette d'obtenir, d'une manière continue, une indication directe, de préférence linéaire, du débit, le dispositif étant, en outre, caractérisé par une simplicité et une robustesse non usuelles et par une fa- cilité de construction, ce dispositif permettant d'obtenir une précision éle- vée et une rapidité extraordinaire avec lesquelles les indications sont four- nies au cours de l'usagea
A cet effet et pour d'autres buts le procédé, faisant l'objet de l'invention et réalisé d'une manière que l'on préfère actuellement, consiste à diriger un courant de particules (ou un liquide)
d'une manière continue vers et dans une zone définie dans laquelle un dispositif, qui tourne continuelle- ment à vitesse constante, refoule la matière dans une direction orientée radia- lement vers l'extérieur, vers une zone où elle est débitée périphériquement, de l'énergie mécanique étant ainsi dépensée d'une manière continue pour la ma- tière en écoulement afin de lui procurer une vitesse angulaire constante dans ladite zone ou, plus spécifiquement et comme l'amplitude du chemin parcouru est uniforme, une vitesse tangentielle constante.
L'énergie, ainsi utilisée pour obtenir la propulsion centrifuge de la matière depuis une partie centrale vers le bord périphérique du dispositif rotatif, est avantageusement fournie par un mécanisme d'entraînement tournant à une vitesse constante, de sorte que cette énergie varie d'elle-même avec les modifications de la charge. résultant des variations de la quantité de matière qui, à tout instant, sublt un refoulement par le dispositif centrifuge.
Pour un mode de réalisation préféré,,, décrit ci- après, l'énergie nécessaire, à un moment donné, pour accélérer la matière fluide pour qu'elle ait une vitesse de décharge constante est directement proportionnelle à la quantité de la matière qui traverse le dispositif, de sorte que l'énergie ainsi fournie, ou ses variations, peut être mesurée pour donner une indication directe et précise du débit.
Alors que d'autres modes de détermination des variations d'énergie peuvent être utilisés, une autre caractéristique, que l'on préfère actuellement, pour déterminer le débit
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réside dans le fait que l'on convertit les variations de l'énergie ou du cou- ple transmis en variations d'une caractéristique d'un milieu sensible aux premières variations, telle qu'une pression de l'air ou d'un autre gaz, après quoi on mesure cette caractéristique en vue d'obtenir une indication immédia- te, précise et continue du débit.
Pour un dispositif particulièrement efficace et établi selon 1' invention, pour lequel l'orgahe accélérateur parreffet centrifuge est entraîné par une source d'énergie appropriée, tournant à une vitesse constante et telle qu'un moteur synchrone, un moteur commandé par un régulateur ou analogue, 1' entraînement se fait par des moyens mécaniques qui comportent un organe mobile, sollicité ou déplacé d'une manière variable en fonction de la quantité d'énergie fournie. Cet organe, sensible à la charge et qui peut être constitué d'une ma- nière particulière et extraordinairement efficace, est relié de manière à pou- voir agir sur des instruments indicateurs appropriés, ceux-ci pouvant compor- ter avantageusement des moyens par lesquels un effort d'équilibrage est exercé sur ledit organe par l'effet exercé par celui-ci.
L'effort d'équilibrage est fourni, par exemple, par un milieu sensible approprié dont l'état ou la nature varie ainsi par l'effet exercé par l'organe sensible à la charge, ce milieu intervenant alors, comme expliqué plus haut, pour commander un instrument de mesure, de préférence d'une manière continue, pour obtenir la mesure momenta- née voulue du débit de matière traversant le dispositif.
Plus particulièrement, les moyens d'équilibrage peuvent compor- ter un cylindre et un piston ou toute autre chambre extensible pour pouvoir exercer un effort antagoniste variable sur l'organe de commande. Ils peuvent également comporter un dispositif,'commandé par ledit organe, pour régler la ' pression du fluide dans la chambre jusqu'à ce qu'on obtenne l'état d'équilibra- ge voulu. Pour ce mode de réalisation de l'invention, un instrument manométri- que est branché sur la chambre de manière telle que l'on obtienne une indication continue correspondante qui représente le débit de la matière.
Il est à noter que pour le procédé et le dispositif tels que décrits, toutes les particules ou portions de la matière fluide, qui passent dans l'appareil centrifuge, sont accélérées jusqu'à avoir une vitesse cons- tante dans la zone de décharge, c'est-à-dire une vitesse qui correspond à la vitesse linéaire du bord extérieur de cet appareil. L'énergie, nécessaire pour obtenir cette accélération, est calculée par la formule usuelle E = 1/2 MV2.
En faisant donc passer la matière dans l'appareil centrifuge, qui est entraîné à une vitesse appropriée, de préférence élevée, on obtient une vitesse relati- vement élevée pour les particules ou portions déchargées et comme l'énergie ou la charge est proportionnelle au carré de cette vitesse V, un accroissement même très petit de la masse M procure une augmentation relativement élevée de l'énergie. Par conséquent, on obtient une grande précision pour la mesure, même si le débit subit des changements peu importants, quand on se base, en réali- té, sur les variations d'énergie qui sont nécessaires pour conserver la vites- se constante en question.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemple, un disposi- tif, particulièrement efficace, établi selon l'invention.
La figure 1 montre, en élévation (parties en coupe axiale ver- ticale), un débitmètre faisant l'objet de l'invention.
Les figures 2 et 3 montrent, respectivement en coupe verticale suivant 2-2 figure 1 (parties en élévation) et en coupe horizontale suivant 3-3 figure 1, le même débit-mètre.
Les figures 4 et 5 montrent, à plus grande échelle et respecti- vement en élévation (parties en coupe et parties arrachées dans des plans dif- férents) et en coupe horizontale suivant 5-5 figure 4, un régulateur faisant partie du débitmètre montré sur les figures 1 à 3.
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La figure 6 montre, à plus grande échelle et en élévation schématique (parties en coupe), les organes de commande d'un instrument de mesure sensible à la pression et faisant également partie dudit débitmètre.
Le dispositif, montré sur les figures 1, 2 et 3, comprend un récipient collecteur ou une trémie 10, de forme circulaire en plan, propre à servir de logement, tout au moins latéralement, à une roue horizontale 12 montée sur un arbre vertical, la paroi supérieure de la roue comprenant une ouverture centrale par laquelle la matière fluide, débitée par un conduit ou canal d'alimentation tel qu'un tube incliné 14, est introduite. La matière coule ainsi dans la partie centrale et ouverte 15 de la roue 12 qui comprend des disques ou plateaux 16 et 17, écartés verticalement l'un de l'autre tout en étant séparés par plusieurs ailettes radiales 18.
Comme la roue 12 est entraînée rapidement à une vitesse constante (par des moyens décrits ci-dessous), la matière recueillie est refoulée vers l'extérieur,- entre les ailettes 18, par l'effet de la force centrifuge et est ensuite dirigée vers le bas le long de la face interne curviligne de la cuve ou récipient 10 et vers la partie inférieure coniques 19 pour tomber dans un tube de décharge ou dans une tuyère 20. Pour éviter que l'explosion vers l'extérieur de la matière (qui se trouve dans la roue 12) soit gênée quand cette matière pénètre dans la partie centrale 15, on peut faire comporter au disque ou plateau inférieur 18 un bossage 12 qui va en se rétrécissant le haut et qui forme, par exemple, un moyeu profilé par lequel la roue est engagée sur l'arbre 13, comme montré sur la figure 1.
Ce bossage 22 peut avoir une courbure concave, en coupe verticale, afin que l'on obtienne la déviation voulue du courant avec un frottement, une turbulence et une dispersion minimum. Comme montré, l'extrémité inférieure du tube d'alimentation 14 pénètre légèrement dans l'ouverture centrale du disque ou du plateau supérieur 16 de la roue avec un jeu suffisant et, pour l'exemple montré, l'arbre entraîneur 13 traverse la paroi supérieure du tube 14, également avec un jeu suffisant pour que cet arbre puisse tourner librement. Bien que l'on puisse utiliser des dispositifs complètement fermés, dans certains cas, on a montré, pour cet exemple, un récipient qui est ouvert audessus de la roue 12, en vue de simplifier la construction et le fonctionnement.
Parmi les différents moyens qui peuvent être utilisés pour entraîner la roue 12 et également pour déterminer les variations qui se produisent pour l'énergie nécessaire pour conserver une vitesse constante de la roue, on peut se servir d'un dispositif particulièrement efficace qui est constitué comme suit.11 comporte une source d'énergie appropriée, tournant à une vitesse constante, telle qu'un moteur électrique synchrone 24, une transmission à engrenages comprenant, par exemple, un pignon 25 monté sur l'arbre de sortie 26 du moteur 24. Ce pignon 25 engrène avec une grande roue dentée 27 qui, à son tour, est en prise avec un autre pignon 28 (avantageusement identique au pignon 25) qui est calé sur l'arbre 13.
Ces organes sont, comme montré, supportés par un bâti, désigné d'une manière générale par 30 et constitué par une plaque supérieure 32 et une plaque inférieure 33 écartées l'une de 1' autre,le moteur 24 étant monté sur la plaque supérieure 32. L'arbre 13 de la roue 12 est tourillonné dans des roulements à billes appropriées 34,35 montés respectivement sur les plaques 32 et 33 susdites, cet arbre comprenant également un collet ou rebord 36, établi par exemple au-dessus du palier ou roulement 35, pour maintenir l'arbre à sa position verticale et pour suspendre ainsi la roue 12, dans une position,convenable,, dans le récipient 10. Il est â noter qu'un support approprié (non montré) est prévu pour le ré- cipient.
Le tube d'alimentation 14, pour l'exemple montré, peut être suppor- té directement par une partie 38, convenablement profilée, du bâti 30.
La grande roue dentée intermédiaire 27, qui tourne comme les autres engrenages autour d'un axe vertical, peut,se déplacer angulairement autour de la partie supérieure d'un levier ou montant vertical 40 qui, à son tour, est monté, à son extrémité inférieure, sur un pivot de manière à pouvoir osciller autour d'un axe 41 qui est perpendiculaire à l'axe de la roue
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27 et qui coupe, avantageusement, les axes des pignons 25 et 28, ces axes étant parallèles et étant établis en des points diamétralement opposés de la roue dentée 27. L'articulation du levier 40 par rapport à l'axe 41 comporte, d'une manière appropriée, des pivots latéraux 42 logés dans des appuis 43 portés par la plaque inférieure 33.
En un point intermédiaire approprié 44 du levier ou montant 40, qui se trouve au moins à une distance assez grande de l'axe de pivotement 41, est articulée une extrémité de la bielle 45 d'un piston 46 qui peut coulisser dans un cylindre 47 monté sur un élément vertical 48 du bâti rigide 30. Avantageusement, on peut faire subir au levier ou montant vertical 40 une contrainte appropriée, par ?xemple à l'aide d'un ressort hélicofdal 50 qui est sous tension et qui est intercalé en un point du levier 40, écarté de son axe de pivotement 41, et une vis de retenue 51 engagée dans un élément vertical 52, le réglage de la contrainte étant obtenu à l'aide de la vis 51 qui fait varier la tension du ressort 50.
Comme expliqué davantage cidessous, tout.accroissement de la résistance qui s'oppose à la réaction de l'arbre 13 réagit sur les engrenages 27 et 25 et tend à déplacer le levier 40, qui porte la roue dentée 27, vers la gauche ou dans un sens direct par rapport à la figure 2, c'est-à-dire en antagonisme avec l'effet du ressort 50 et avec l'action de l'air ou de tout autre fluide fourni au cylindre 47.
Pour obtenir une alimentation, convenablement réglée, du cylindre 47 en fluide sous pression, on a recours à un tube 54 qui peut recevoir du fluide sous pression depuis une source appropriée (non montrée) et qui, de préférence, reçoit un courant continu d'air comprimé.
Ce tube 54 aboutit à un régulateur de débit, désigné d'une manière générale par 55 et raccordé, par un tube 56, au cylindre 47. Sur le tube 56 est branché un conduit 58 qui aboutit à un manomètre indicateur 60. Le dispositif d'alimentation en fluide, par exemple de l'air ou tout autre gaz, du cylindre 47 par le tube 56 comprend également un tube d'échappement ou de sortie 62 qui peut être fermé complètement ou en partie par un clapet 63 porté par un bras vertical 64 qui est fixé rigidement sur le levier ou montant 40 et se déplace donc avec lui, le clapet 63 étant en caoutchouc ou toute autre matière appropriée et comportant une face qui coopère avec l'extrémité ouverte du tube d'échappement 62,
de sorte que la relation entre ces organes peut varier doucement entre une position pour laquelle ce tube 62 est complètement fermé et une position pour laquelle il est grand ouvert par un déplacement angulaire total, d'une amplitude très réduite, du bras 64 et du levier 40 qui le supporte.
On admet que le moteur 24 entraîne la roue 12, par l'intermédiaire de la transmission à engrenages décrite plus haut, à une vitesse voulue et constante et que la matière fluide, telle que du grain, de la farine, d'autres céréales ou d'autres produits solides et divisés, est introduite sous la forme d'un courant sensiblement continu dans le tube ou couloir d'alimentation 14. Dans ces conditions, le fonctionnement du dispositif se comprend aisément.
Comme indiqué, on suppose également que le moteur 24 entraîne le pignon 25, le pignon 28 et la roue 12 dans le sens direct par rapport à la figure 2. La résistance, qui s'oppose à la rotation de l'arbre 13, tend alors à déplacer la grande roue dentée 27 angulairement autour de son axe 41 par rapport aux pignons 25 et 28, c'est-à-dire de manière telle que la roue 27 et son levier 40 ont une tendance à s'incliner vers la gauche de la figure 2. L'effort ainsi exercé sur le levier 40 pour l'incliner autour de son axe 41 est exactement proportionnel à la résistance opposée à la rotation de l'arbre 13.
Egalement comme indiqué plus haut, la fonction de la roue 12 est d'accélérer toutes les particules ou portions de la matière versées dans la roue par le tube 14 jusqu'à ce qu'elles aient atteint une vitesse finale égale à celle du bord extérieur de la roue, cette vitesse périphérique de la roue étant avantageusement maintenue constante par suite de son entraînement par le moteur synchrone 24 ou tout autre régulateur de vitesse.
L'énergie, qui est ainsi nécessaire pour propulser les particules ou portions
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dans le sens radial de la roue par l'effet de la force centrifuge, est fournie par le couple agissant sur la roue par l'intermédiaire de l'arbre 13 et cette énergie varie nécessairement avec la masse de la matière qui traverse la roue à tout moment,cette énergie étant directement proportionnelle au produit de la masse par le carré de la vitesse périphérique constante jusqu'à laquelle les particules ou portions sont accélérées.
On voit que la force totale, qui est exercée sur le levier 40 et qui tend à le faire pivoter autour de son axe 41, est en réalité la somme de deux composantes: 1) la charge qui traverse la roue 12 et 2) le frottement mécanique de tous les organes mobiles, excepté le moteur. Le deuxième de ces composantes peut avantageusement être équilibrée par le ressort 50, dont la tension peut être convenablement réglée au préalable quand le dispositif fonctionne à vide, c'est-à-dire quand la matière ne traverse pas la roue 12.
Le dispositif d'alimentation en air,pour les condeits 54 et 56,'est réglé de manière telle qu' il exerce un effort sur le piston 46 qui équilibre exactement la force restante qui tend à incliner le levier et, pour le mode de réalisation préféré et montré sur les dessins, cet effort compense exactement l'autre composante, c'est-à-dire la charge.constituée par la matière traversant la roue 12.
Le réglage de la pression dans le cylindre 47 et, par conséquent, de l'effort d'équilibrage exercé par le piston 46 est effectué par le dispositif à clapet
62-63, le clapet 63 étant rapproché automatiquement du débouché du tube de décharge 62, d'une quantité suffisante à tout moment pour qu'une pression suf- fisante règne dans le cylindre 47 pour maintenir le levier 40 en équilibre.
Par exemple, si le débit de la matière, fournie par le tube 14 à la roue 12, augmente, cet accroissement de la charge tend à incliner le levier 40 vers la gauche (figure 2), ce qui rapproche davantage le clapet 63 du de'bouché 62, de sorte qu'une quantité moindre d'air sous pression s'échap- pe du tube 54 et qu'une pression plus élevée agit dans le cylindre 47, jusqu'à ce que les organes soient exactement équilibrés.
De même, si la quantité de matière, traversant le dispositif, diminue, la réduction de la charge agis- -sant sur la roue permet au levier 40 de s'incliner très légèrement dans le sens opposé, c'est-à-dire vers la droite de la figure 2, ce qui ouvre davan- tage et de peu l'orifice de décharge 62, de sorte que la pression dans le cylindre 47 est réduite et que la tendance du piston à déplacer le levier 40 dans le sens indirect est interrompue, les organes occupant ainsi une nouvelle position d'équilibrage.
Comme l'effort de rappel ou d'équilibre, exercé dans le cylin- dre 47,est proportionnel à la pression du fluide, par exemple l'air, qu'il contient, l'aiguille 67 du manomètre (qui indique la pression règnant dans le tube 56) donne une indication continue de la charge momentanée de la roue 12 et, par conséquent, du débit de la matière fluide qui traverse la roue. En d'autres mots, le débit est mesuré, d'une manière continue, par la pression dans le conduit 58 et peut être indiqué directement (ou uti- lisé autrement), de toute manière appropriée, par exemple par le manomètre
60. Si on le désire, le cadran de ce manomètre peut être gradué directement en kilogrammes par minute ou en d'autres unités de débit appropriées pour la matière que l'on veut mesurer.
Que l'on fasse agir ou non sur le levier 40 un dash-pot supplémentaire pour remédier aux vibrations ou flottements de 1' aiguille 67 du manomètre 60, l'intervention du ressort d'équilibrage 50 est importante si,.,, l'on veut obtenir des résultats très précis surtout dans le cas où le débit peut varier entre des limites écartées. Ce ressort compense automatiquement tous les efforts antagonistes ayant une intensité constan- te, y compris le frottement dans les engrenages, les roulements à billes ou paliers, le frottement résultant de la rotation de la roue 12 et analogues, de sorte que l'effort exercé sur le piston 46 est essentiellement restreint à la charge effective produite par la matière fluide.
Divers genres de dispositifs à clapet ou soupape, de manomètres ou d'autres instruments sensibles à la
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pression peuvent être utilisés avec avantage pour le dispositif faisant 1' objet de l'invention, ceux montrés sur les dessins n'étant indiqués qu'à titre d'exempleo Le régulateur 55 du débit de l'air est montré, d'une manière détaillée, sur les figures 4 et 5. 11 comprend une botte dans laquelle sont ménagées deux chambres 70 et 71, écartées l'une de l'autre et parallèles.
Chaque chambre a une forme cylindrique de hauteur réduite et est subdivisée par une membrane flexible 72 ou 73. Les compartiments internes des chambres 70 et 71 sont reliés entre eux par un passage relativement étroit 75 sur lequel est branché un passage 76 aboutissant au tube de décharge 62. Le passage 75 relie donc les compartiments intérieurs des chambres alors que leurs compartiments extérieurs sont raccordés respectivement au tube d'alimentation 54 en air comprimé et au tube 56 aboutissant au cylindre 47. La membrane 72 est sollicitée vers l'extérieur, de manière à s'écarter d'un siège 78 qui entoure le passage 75, par des moyens élastiques tels qu'une plaque en un métal élastique et en forme d'étoile ou de croisillon.
La membrane 72 est, en outre, empêchée de s'appliquer sur la paroi externe de la cavité 70 par une plaque 80 qui porte plusieurs ergots ou saillies 81.
Par ailleurs, une communication continue mais quelque peu restreinte est maintenue entre le tube d'admission 54 (qui débouche dans le compartiment extérieur de la chambre 70), par des trous 82 et 83 ménagés respectivement dans la plaque 80 et la membrane 72, et le compartiment intérieur de la chambre 70. En d'autres mots, comme la plaque élastique 79 maintient normalement la membrane écartée du siège 78, l'air peut pénétrer par les trous susdits depuis le tube 54 dans le passage 75. Une disposition analogue est avantageusement prévue, avec les organes disposés dans un ordre inverse, pour la chambre 71, une plaque élastique 85 sollicitent la membrane 73 vers l'extérieur, une plaque 86 avec des saillies ou ergots d'écartement 87 étant prévue pour empêcher que la membrane 73 vienne s'appliquer contre la paroi externe de la chambre 71.
Une communication normale est ainsi assurée entre le passage 75 et le tube 56 dans lequel règne une pression réglée, par le compartiment intérieur de la chambre et par les trous 88 et 89 ménagés respectivement dans la membrane 73 et la plaque 86.
Il est a noter que le dispositif régulateur permet d'obtenir une réaction douce et sur laquelle on peut effectivement compter de la part du dispositif et, par conséquent, du monomètre ou d'un autre instrument indicateur branché sur le tube 58, cette réaction n'étant pas affectée par des à-coups ou autres troubles tout en étant suffisamment rapide pour que l'indication, donnée par l'aiguille 67, soit essentiellement continue et immédiate.
Par exemple, lorsqu'un à-coup brusque se produit dans l'alimentation d'air par le tube 54, le diaphragme ou la membrane 72 ferme momentanément le passage 78 contre l'action de la plaque élastique 79 de manière à éviter un accroissement excessif de la pression dans le tube 56, dans lequel règne la pression réglée, avant que le bras 64 ait le temps de régler lui-même sa positiono Il est à noter que l'air d'alimentation, fourni par le tube d'admission 54, doit, généralement, avoir une pression qui est raisonnablement ou approximativement constante, c'est-à-dire que le bras 64 ainsi que le dispositif à clapet 63,62 compensent automatiquement (par une ouverture ou une fermeture appropriée du clapet)
les variations de pression de 1' air d'alimentation tout en assurant le ré-équilibrage voulu quand des modifications se produisent dans la charge de la roue 120
Comme on a expliqué plus haut, la pression de l'air dans le tube 56 et, par conséquent, l'effort d'équilibrage exercé sur le piston 46, sont réglés par le dispositif à clapet 62,63 qui automatiquement diminue la pression en excès de l'air fourni à un degré qui est juste nécessaire pour qu'on obtienne la réaction proportionnelle désiréeo Alors que divers dispositifs de commande, sensibles à la pression, peuvent être branchés sur le tube 56 pour obtenir une indication, un enregistrement ou un réglage en fonction du débit de la matière à travers l'appareil-, les figures 1 et 2 ainsi que
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plus spécialement la figure 6,
montrent les particularités essentielles d' une commande appropriée pour l'indicateur ou manomètre 60. La pression d' air à mesurer agit, depuis le tube 58, dans un cylindre 92 dont le piston 93 est articulé à un levier 94 sur lequel agit l'effort exercé par le piston 93 contré l'action d'un ressort 95 dont la tension peut être réglée, lors du calibrage de l'instrument, par une vis de retenue 96. Par des moyens mécaniques appropriés (qui peuvent comporter par exemple des moyens bien connus et non montrés par lesquels on élimine les jeux), le levier 94 est agencé de manière à pouvoir régler la position de l'aiguille 67 qui peut se déplacer devant une échelle graduée appropriée 98. Par exemple, le levier 94 peut entraîner, par l'extrémité opposée à celle où se trouve le pivot 99, un secteur denté 100 monté sur l'axe 102 de l'aiguille 67.
Un fonctionnement doux et rapide du manomètre, tel que décrit, est facilité en prévoyant une fuite très légère mais continue autour du piston 93 (et également autour du piston 46), cette fuite servant, en réalité, à la lubrification. Comme la fuite est constante et comme elle,est extrêmement petite, elle n'a aucuh effet sur l'exactitude ni sur l'action proportionnelle de la réaction.
Le manomètre 60, tel que décrit, permet d'obtenir une mesure continue et essentiellement instantanée de la pression qui règne dans le tube 56, la position de l'aiguille étant déterminée par celle du piston 93 celui-ci étant arrêté, après chaque changement de pression, par la force d' équilibrage, qui est augmentée ou diminuée en conséquence, du ressort 95
On a constaté que l'ensemble du dispositif permet d'obtenir une réaction extraordinairement exacte au débit de la matière introduite dans ce dispositif par le tube 14 et déchargée par la sortie 20.
Par exemple, pour un mode de réalisation du dispositif qui comporte une roue ayant un diamètre de 30 cm de seize ailettes radiales 18 (il est bien entendu que le nombre des ailettes peut être plus ou moins grand en dépendance, par exemple, des dimensions de la roue), on obtient aisément une gamme de mesures allant de 0 à 15 kg par seconde, par exemple pour de la farine, des graines et autres matières sèches analogues.
La roue 12 est entraînée à une vitesse constante de 450 t/m (bien que d'autres vitesses, par exemple de l'ordre de 100 à 3600 t/m' conviennent tout aussi bien) et un réglage très précis et qui peut être reproduit d'une manière certaine, est obtenu pour la pression de l'air qui règne dans le tube 56 malgré que le débit varie fortement, c'est- à-dire pour une variation qui est notablement supérieure à cent fois la valeur d'une quantité de matière déterminée, pour le dispositif particulier qui a été décrit. Comme indiqué plus haut, la pression de l'air introduite dans le tube 54, n'est pas essentiellement critique.
Par exemple, quand de l'air est fourni à une pression approximative de 2,1 à 2,4 kg/cm2, ce dispositif particulier, quand il fonctionne avec des débits de l'ordre.indiqué, procure dans les tubes 56 et 58 une pression correspondante qui varie entre 0 et 1 kg/cm2.
Le dispositif peut être aisément calibré (plus spécialement pour pouvoir indiquer directement à l'aide de l'échelle graduée, les unités de débit), par exemple par un essai ou un fonctionnement préliminaire avec des matières qui sont introduites successivement dans le dispositif avec des débits connus différents, le nombre de ces débits connus pouvant être peu élevé. Bien que des matières ayant des caractéristiques nettement différentes puissent nécessiter des calibrages individuels du dispositif, il est à noter que tous ces calibrages peuvent être faits préalablement et, si on le désire, on peut établir des échelles graduées amovibles pour l'indicateur 60, des échelles étant utilisées respectivement pour mesurer de la farine, des grains de blé et d'autres substances spécifiquement déterminées.
Alors que d'autres fluides peuvent être utilisés pour obtenir l'effet d'équilibrage réglable et déterminé par une force sur le levier 40 (y compris de l'air à une pression subatmosphérique ou des effets de dépression par lesquels on exerce une poussée plutôt qu'une traction sùr le
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levier, ou, suivant une variante, un liquide sous pression auquel cas on se sert de préférence d'un soufflet à la place du piston et on décharge le liquide par un orifice qui est commandé par le clapet et qui est établi dans un milieu fermé), le dispositif tel que montré, pour lequel on se sert d'air comprimé, est particulièrement simple et efficace et permet une fa- brication essentiellement robusteo
Il est à noter que l'alimentation de la matière par l'ouverture supérieure et centrale de la roue 12 est, de préférence,
telle que la matière qui est recueillie dans l'espace ait une charge constante. Ce résultat est obtenu, de la manière la plus avantageuse et dans bien des cas, en diminuant la charge de la matière de manière telle qu'elle soit à peu près égale à zéro quand elle atteint la roue 12. Par exemple, quand la matière pénètre dans celle-ci après avoir glissé le long d'un conduit ou couloir incliné tel que 14, son énergie cinétique est faible ou nulle quand elle atteint la roue et sa force vive est essentiellement égale à zéro suivant une direction quelconque dans le plan horizontal.
Il est également à noter qu'avec des matières solides divisées ou désagrégées et avec des liquides, la limite supérieure de la gamme des débits à mesurer doit être généralement inférieure à celle pour laquelle la quantité de la matière remplit complètement la roue 12 ou plus spécialement les intervalles séparant les ailettes de celle-ci. Ceci revient à dire que l'on admet que la matière peut couler librement vers l'extérieur, dans la roue, par l'effet de la force centrifuge et sans qu'elle ait l'occasion de créer une contre-pression appré- ciable ou analogue. Il est évident que cette condition peut être aisément remplie, dans tous les cas, en donnant à la roue 12 des dimensions suffisan- tes pour que le débit le plus grand, auquel on peut s'attendre, puisse se produire sans aucune gêne.
Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'appli- cation non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.
REVENDICATIONS.
1. Procédé pour mesurer le débit d'une matière qui est fluide qui peut couler, caractérisé en ce qu'on introduit la matière dans une zone prédéterminée et pendant qu'elle coule, d'une manière continue, dans ladite région on la fait avancer, par un effet centrifuge et à une vitesse constante jusqu'au bord de la dite région par un mouvement angulaire qui se fait à une vitesse angulaire constante, on enlève la matière hors de ladite zone lorsqu'elle atteint le bord susdit et on mesure l'énergie qui est nécessaire pour obtenir le mouvement angulaire susdit.
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IMPROVEMENTS IN THE METHODS AND DEVICES FOR MEASURING THE FLOW RATE
OF A FLUID MATERIAL.
The invention relates to a method and to a device for measuring fluids or materials which can flow, that is to say for measuring the flow rate of these materials as they advance, in a continuous manner, towards or in the device. Fluid materials are understood to mean divided or disaggregated solids, liquids, semi-liquids or similar substances, the properties of which are such that they can flow freely, these substances being however other than gases or vapors.
Examples of the materials which can be measured in particular with the aid of the device which is the subject of the invention include cereals, flour, dry chemicals and other finely divided solids. powdery, granular or similar state, as well as various liquids, all these substances being able to be propelled, in the form of a stream which flows easily, in channels or conduits o By flow of the material is meant the quantity of this material (measured by weight) which passes at a point or place determined per unit of time, this rate being expressed, for example, in kilograms, grams and other units of weight per hour, per minute or the like.
It is understood, in addition and unless it is specified otherwise, that by measurement of a flow rate is meant the determination and use of the value of this flow rate or of the variations of the latter, the measurement being able to be used for a direct indication, for example on a dial or in a recording device or only for certain other indirect uses such as adjustment or monitoring of the feed of the material.
In a more specific sense, the invention relates more particularly to the measurement of the flow rate of the material which advances or which is advanced in a continuous manner and without being hampered, the nature or the handling of the material being such that it can flow in an area in which there is a free space above the matter, this space itself being
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completely closed or being open, in part, to the air o For example, even in the case of a liquid delivered by a pipe which itself is filled with the liquid which flows under pressure, the embodiments pre - components of the device, except however such that they can be used in this case as long as the pressure conditions, for the total flow of the current,
are not such as to prevent the passage of liquid into a region (of the device) without filling that region. It is thus possible, if necessary for such a use, to close the regions of the device in which the materials are handled, to cause a superatmopsheric pressure to act therein As indicated above, and, of Generally speaking, the invention can be applied to the measurement of the flow rate of different kinds of fluid materials and under a variety of conditions.
The object of the invention is, above all, to improve the methods and devices of the aforementioned type and to make them more efficient, more especially with a view to producing a device which is robust while being very sensitive and which makes it possible to perform an accurate measurement. flow in a large flow area. Another, more specific, object of the invention is to provide a method and a device for measuring a flow rate, this method and a device for measuring a flow rate, this method and device being effectively sensitive to a variation. extremely high in the flow rate of material to be measured, a relatively simple embodiment of the invention being sensitive with precision to flow rates which differ from each other by, for example, a hundred times or more.
Another object of the invention is to provide a method and a device for measuring a flow rate which are suitable for fluid materials of different types, these devices being able to be added to various types of conduits, tubes, nozzles, channels, channels. or other passages in which matter can flow.
Yet another object of the invention is to provide an apparatus of the type specified which comprises novel means for responding to variations in the flow rate of a flowing material and for adjusting this apparatus such that it allows 'obtain, in a continuous manner, a direct, preferably linear, indication of the flow rate, the device being further characterized by unusual simplicity and robustness and by ease of construction, this device making it possible to obtain a high precision and an extraordinary speed with which the indications are provided during use
To this end and for other purposes the method forming the object of the invention and carried out in a manner which is presently preferred, consists in directing a stream of particles (or a liquid)
in a continuous manner towards and in a defined zone in which a device, which continuously rotates at constant speed, pushes the material in a direction oriented radially outward, towards an area where it is peripherally discharged, of the mechanical energy being thus expended in a continuous manner for the flowing matter in order to provide it with a constant angular speed in said zone or, more specifically and since the amplitude of the path traveled is uniform, a constant tangential speed.
The energy, thus used to obtain the centrifugal propulsion of the material from a central part towards the peripheral edge of the rotary device, is advantageously supplied by a drive mechanism rotating at a constant speed, so that this energy varies from it. - even with load modifications. resulting from variations in the quantity of material which, at any time, undergoes a discharge by the centrifugal device.
For a preferred embodiment ,,, described below, the energy required, at any given time, to accelerate the fluid material to have a constant discharge rate is directly proportional to the amount of the material passing through. the device, so that the energy thus supplied, or its variations, can be measured to give a direct and precise indication of the flow.
While other modes of determining energy changes can be used, another presently preferred feature for determining flow rate is
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lies in the fact that one converts the variations of the energy or of the torque transmitted into variations of a characteristic of a medium sensitive to the first variations, such as an air pressure or of another gas, after which this characteristic is measured in order to obtain an immediate, precise and continuous indication of the flow rate.
For a particularly efficient and established device according to the invention, for which the centrifugal effect accelerator organ is driven by a suitable energy source, rotating at a constant speed and such as a synchronous motor, a motor controlled by a regulator or analogously, the drive takes place by mechanical means which comprise a movable member, biased or moved in a variable manner depending on the quantity of energy supplied. This organ, sensitive to the load and which can be constituted in a particular and extraordinarily efficient manner, is connected so as to be able to act on appropriate indicating instruments, these can advantageously comprise means by which a balancing force is exerted on said member by the effect exerted by the latter.
The balancing force is provided, for example, by an appropriate sensitive medium, the state or nature of which thus varies by the effect exerted by the member sensitive to the load, this medium then intervening, as explained above, to control a measuring instrument, preferably in a continuous manner, to obtain the desired momentary measurement of the flow rate of material through the device.
More particularly, the balancing means may include a cylinder and a piston or any other expandable chamber in order to be able to exert a variable opposing force on the control member. They may also include a device, controlled by said member, for regulating the pressure of the fluid in the chamber until the desired state of equilibration is obtained. For this embodiment of the invention, a manometric instrument is connected to the chamber in such a way that a corresponding continuous indication is obtained which represents the flow rate of the material.
It should be noted that for the method and the device as described, all the particles or portions of the fluid material, which pass through the centrifugal apparatus, are accelerated until they have a constant speed in the discharge zone, that is, a speed which corresponds to the linear speed of the outer edge of this device. The energy, necessary to obtain this acceleration, is calculated by the usual formula E = 1/2 MV2.
By therefore passing the material through the centrifugal apparatus, which is driven at a suitable, preferably high speed, a relatively high speed is obtained for the particles or portions discharged and since the energy or charge is proportional to the square. of this speed V, even a very small increase in mass M provides a relatively high increase in energy. As a result, high accuracy is obtained for the measurement, even if the flow rate undergoes small changes, when in reality one relies on the variations in energy which are necessary to keep the speed constant in question. .
The accompanying drawings show, by way of example, a particularly effective device established according to the invention.
FIG. 1 shows, in elevation (parts in vertical axial section), a flowmeter forming the subject of the invention.
Figures 2 and 3 show, respectively in vertical section along 2-2 Figure 1 (parts in elevation) and in horizontal section according to 3-3 Figure 1, the same flow meter.
Figures 4 and 5 show, on a larger scale and respectively in elevation (parts in section and parts broken away in different planes) and in horizontal section according to 5-5 figure 4, a regulator forming part of the flowmeter shown on Figures 1 to 3.
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FIG. 6 shows, on a larger scale and in schematic elevation (parts in section), the control members of a pressure sensitive measuring instrument and also forming part of said flowmeter.
The device, shown in Figures 1, 2 and 3, comprises a collecting container or a hopper 10, of circular shape in plan, suitable for serving as a housing, at least laterally, for a horizontal wheel 12 mounted on a vertical shaft, the upper wall of the wheel comprising a central opening through which the fluid material, delivered by a supply duct or channel such as an inclined tube 14, is introduced. The material thus flows in the central and open part 15 of the wheel 12 which comprises discs or plates 16 and 17, spaced vertically from one another while being separated by several radial fins 18.
As the wheel 12 is driven rapidly at a constant speed (by means described below), the collected material is forced outwards, - between the fins 18, by the effect of centrifugal force and is then directed towards down along the curvilinear inner face of the vessel or container 10 and downwardly conical 19 to fall into a discharge tube or nozzle 20. To prevent outward explosion of the material (which is in the wheel 12) is hampered when this material enters the central part 15, it is possible to make the lower disc or plate 18 comprise a boss 12 which tapers at the top and which forms, for example, a profiled hub by which the wheel is engaged on the shaft 13, as shown in figure 1.
This boss 22 may have a concave curvature, in vertical section, so that the desired deflection of the current is obtained with minimum friction, turbulence and dispersion. As shown, the lower end of the feed tube 14 slightly penetrates the central opening of the disc or the upper plate 16 of the impeller with sufficient play and, for the example shown, the drive shaft 13 passes through the wall upper tube 14, also with sufficient play so that this shaft can rotate freely. Although completely closed devices can be used, in some cases a container has been shown for this example which is open above the impeller 12 in order to simplify construction and operation.
Among the various means which can be used to drive the wheel 12 and also to determine the variations which occur for the energy necessary to maintain a constant speed of the wheel, one can make use of a particularly efficient device which is constituted as follows. 11 comprises a suitable power source, rotating at a constant speed, such as a synchronous electric motor 24, a gear transmission comprising, for example, a pinion 25 mounted on the output shaft 26 of the motor 24. This pinion 25 meshes with a large toothed wheel 27 which, in turn, engages another pinion 28 (advantageously identical to pinion 25) which is wedged on the shaft 13.
These members are, as shown, supported by a frame, generally designated by 30 and constituted by an upper plate 32 and a lower plate 33 spaced from one another, the motor 24 being mounted on the upper plate. 32. The shaft 13 of the wheel 12 is journaled in appropriate ball bearings 34, 35 mounted respectively on the aforesaid plates 32 and 33, this shaft also comprising a collar or flange 36, established for example above the bearing or bearing 35, to maintain the shaft in its vertical position and thereby to suspend the wheel 12, in a suitable position, in the container 10. It should be noted that a suitable support (not shown) is provided for the re-assembly. - container.
The feed tube 14, for the example shown, may be directly supported by a suitably profiled portion 38 of the frame 30.
The large intermediate toothed wheel 27, which rotates like the other gears around a vertical axis, can move angularly around the upper part of a lever or vertical post 40 which, in turn, is mounted at its end. lower, on a pivot so as to be able to oscillate about an axis 41 which is perpendicular to the axis of the wheel
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27 and which advantageously intersects the axes of the pinions 25 and 28, these axes being parallel and being established at diametrically opposed points of the toothed wheel 27. The articulation of the lever 40 with respect to the axis 41 comprises, of suitably, lateral pivots 42 housed in supports 43 carried by the lower plate 33.
At a suitable intermediate point 44 of the lever or upright 40, which is at least at a sufficiently large distance from the pivot axis 41, is articulated one end of the connecting rod 45 of a piston 46 which can slide in a cylinder 47 mounted on a vertical element 48 of the rigid frame 30. Advantageously, the lever or vertical upright 40 can be subjected to an appropriate stress, for example by means of a helical spring 50 which is under tension and which is interposed in a point of lever 40, spaced from its pivot axis 41, and a retaining screw 51 engaged in a vertical element 52, the stress adjustment being obtained by means of screw 51 which varies the tension of spring 50.
As explained further below, any increase in resistance that opposes the reaction of shaft 13 reacts on gears 27 and 25 and tends to move lever 40, which carries gear 27, to the left or in. in a direct direction with respect to FIG. 2, that is to say in antagonism with the effect of the spring 50 and with the action of the air or any other fluid supplied to the cylinder 47.
To obtain a properly regulated supply of pressurized fluid to cylinder 47, a tube 54 is used which can receive pressurized fluid from a suitable source (not shown) and which preferably receives a direct current of. pressurized air.
This tube 54 ends in a flow regulator, generally designated by 55 and connected, by a tube 56, to the cylinder 47. On the tube 56 is connected a conduit 58 which ends in an indicator manometer 60. The device d the supply of fluid, for example air or any other gas, to the cylinder 47 through the tube 56 also comprises an exhaust or outlet tube 62 which can be closed completely or in part by a valve 63 carried by an arm vertical 64 which is rigidly fixed on the lever or upright 40 and therefore moves with it, the valve 63 being made of rubber or any other suitable material and having a face which cooperates with the open end of the exhaust tube 62,
so that the relation between these members can vary slowly between a position for which this tube 62 is completely closed and a position for which it is wide open by a total angular displacement, of a very small amplitude, of the arm 64 and of the lever 40 which supports it.
It is assumed that the motor 24 drives the wheel 12, via the gear transmission described above, at a desired and constant speed and that the fluid material, such as grain, flour, other cereals or other solid and divided products, is introduced in the form of a substantially continuous current into the feed tube or passage 14. Under these conditions, the operation of the device is easily understood.
As indicated, it is also assumed that the motor 24 drives the pinion 25, the pinion 28 and the wheel 12 in the direct direction with respect to Figure 2. The resistance, which opposes the rotation of the shaft 13, tends then moving the large toothed wheel 27 angularly about its axis 41 relative to the pinions 25 and 28, that is to say in such a way that the wheel 27 and its lever 40 have a tendency to tilt to the left of FIG. 2. The force thus exerted on the lever 40 to incline it around its axis 41 is exactly proportional to the resistance opposed to the rotation of the shaft 13.
Also as indicated above, the function of the wheel 12 is to accelerate all the particles or portions of the material poured into the wheel through the tube 14 until they have reached a final speed equal to that of the outer edge. of the wheel, this peripheral speed of the wheel being advantageously kept constant as a result of its drive by the synchronous motor 24 or any other speed regulator.
The energy, which is thus necessary to propel the particles or portions
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in the radial direction of the wheel by the effect of centrifugal force, is supplied by the torque acting on the wheel via the shaft 13 and this energy necessarily varies with the mass of the material passing through the wheel at any time, this energy being directly proportional to the product of the mass by the square of the constant peripheral speed up to which the particles or portions are accelerated.
It can be seen that the total force, which is exerted on the lever 40 and which tends to make it pivot around its axis 41, is in reality the sum of two components: 1) the load which passes through the wheel 12 and 2) the friction mechanics of all moving parts, except the engine. The second of these components can advantageously be balanced by the spring 50, the tension of which can be suitably adjusted beforehand when the device operates empty, that is to say when the material does not pass through the wheel 12.
The air supply device, for condeits 54 and 56, is adjusted such that it exerts a force on the piston 46 which exactly balances the remaining force which tends to tilt the lever and, for the embodiment preferred and shown in the drawings, this force exactly compensates for the other component, i.e. the load formed by the material passing through the wheel 12.
The adjustment of the pressure in the cylinder 47 and, therefore, of the balancing force exerted by the piston 46 is effected by the valve device
62-63, the valve 63 being automatically brought closer to the outlet of the discharge tube 62, by an amount sufficient at all times for sufficient pressure to exist in the cylinder 47 to keep the lever 40 in equilibrium.
For example, if the flow rate of the material supplied by the tube 14 to the impeller 12 increases, this increased load tends to tilt the lever 40 to the left (FIG. 2), which brings the valve 63 closer to the de clogged 62, so that less pressurized air escapes from tube 54 and higher pressure acts in cylinder 47, until the members are exactly balanced.
Likewise, if the quantity of material passing through the device decreases, the reduction in the load acting on the wheel allows the lever 40 to tilt very slightly in the opposite direction, that is to say towards to the right of Figure 2, which opens the discharge port 62 more and slightly, so that the pressure in the cylinder 47 is reduced and the tendency of the piston to move the lever 40 in the indirect direction is interrupted, the organs thus occupying a new balancing position.
Since the return or balance force exerted in the cylinder 47 is proportional to the pressure of the fluid, for example the air, which it contains, the needle 67 of the manometer (which indicates the pressure prevailing in tube 56) gives a continuous indication of the momentary load of impeller 12 and, therefore, of the flow rate of fluid material passing through the impeller. In other words, the flow rate is measured, in a continuous manner, by the pressure in the conduit 58 and can be indicated directly (or used otherwise), in any suitable manner, for example by the pressure gauge.
60. If desired, the dial of this pressure gauge can be directly graduated in kilograms per minute or other flow units appropriate for the material to be measured.
Whether or not one makes act on the lever 40 an additional dash-pot to remedy the vibrations or fluttering of the needle 67 of the pressure gauge 60, the intervention of the balancing spring 50 is important if,. ,, the we want to obtain very precise results especially in the case where the flow can vary between different limits. This spring automatically compensates for all opposing forces of constant intensity, including friction in gears, ball bearings or bearings, friction resulting from the rotation of wheel 12 and the like, so that the force exerted on piston 46 is essentially restricted to the effective charge produced by the fluid material.
Various types of flapper or valve devices, pressure gauges or other pressure sensitive instruments.
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pressure can be used with advantage for the device object of the invention, those shown in the drawings being indicated only by way of example. The regulator 55 of the air flow is shown, in a manner. detailed in Figures 4 and 5. 11 comprises a boot in which are formed two chambers 70 and 71, spaced from each other and parallel.
Each chamber has a cylindrical shape of reduced height and is subdivided by a flexible membrane 72 or 73. The internal compartments of the chambers 70 and 71 are interconnected by a relatively narrow passage 75 to which is connected a passage 76 leading to the discharge tube. 62. The passage 75 therefore connects the interior compartments of the chambers while their exterior compartments are respectively connected to the compressed air supply tube 54 and to the tube 56 leading to the cylinder 47. The membrane 72 is urged outwardly, so moving away from a seat 78 which surrounds the passage 75, by resilient means such as a plate of resilient metal and in the shape of a star or of a spider.
The membrane 72 is also prevented from being applied to the outer wall of the cavity 70 by a plate 80 which carries several lugs or projections 81.
Furthermore, a continuous but somewhat restricted communication is maintained between the inlet tube 54 (which opens into the outer compartment of the chamber 70), through holes 82 and 83 formed respectively in the plate 80 and the membrane 72, and the interior compartment of the chamber 70. In other words, since the elastic plate 79 normally keeps the diaphragm away from the seat 78, air can enter through the aforesaid holes from the tube 54 into the passage 75. A similar arrangement is advantageously provided, with the members arranged in reverse order, for the chamber 71, an elastic plate 85 urges the membrane 73 outwards, a plate 86 with projections or spacer lugs 87 being provided to prevent the membrane 73 comes to rest against the outer wall of the chamber 71.
Normal communication is thus ensured between the passage 75 and the tube 56 in which a regulated pressure prevails, through the interior compartment of the chamber and through the holes 88 and 89 formed respectively in the membrane 73 and the plate 86.
It should be noted that the regulating device makes it possible to obtain a gentle reaction on which one can effectively count on the part of the device and, consequently, of the monometer or of another indicating instrument connected to the tube 58, this reaction n 'being unaffected by jolts or other disorders while being sufficiently rapid that the indication, given by the needle 67, is essentially continuous and immediate.
For example, when a sudden jerk occurs in the air supply through tube 54, the diaphragm or diaphragm 72 momentarily closes the passage 78 against the action of the elastic plate 79 so as to avoid an increase. excessive pressure in the tube 56, in which the adjusted pressure prevails, before the arm 64 has time to adjust its position itself. Note that the supply air, supplied by the intake tube 54, must generally have a pressure which is reasonably or approximately constant, i.e. the arm 64 as well as the valve device 63,62 automatically compensate (by an appropriate opening or closing of the valve)
changes in supply air pressure while providing the desired rebalancing when changes occur in the impeller load 120
As explained above, the pressure of the air in the tube 56 and, therefore, the balancing force exerted on the piston 46, are regulated by the valve device 62,63 which automatically decreases the pressure by excess air supplied to a degree which is just necessary to achieve the desired proportional response o While various pressure sensitive control devices can be plugged into tube 56 to provide indication, recording or feedback. adjustment according to the flow rate of the material through the apparatus, figures 1 and 2 as well as
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more especially figure 6,
show the essential features of an appropriate control for the indicator or manometer 60. The air pressure to be measured acts, from the tube 58, in a cylinder 92, the piston 93 of which is articulated to a lever 94 on which the valve acts. force exerted by the piston 93 countered by the action of a spring 95, the tension of which can be adjusted, during the calibration of the instrument, by a retaining screw 96. By appropriate mechanical means (which may for example include (well known and not shown by which clearances are eliminated), the lever 94 is arranged so as to be able to adjust the position of the needle 67 which can move in front of an appropriate graduated scale 98. For example, the lever 94 can drive, by the end opposite to that where the pivot 99 is located, a toothed sector 100 mounted on the axis 102 of the needle 67.
Smooth and rapid operation of the pressure gauge, as described, is facilitated by providing a very slight but continuous leak around piston 93 (and also around piston 46), which leak actually serves for lubrication. As the leakage is constant and since it is extremely small, it has no effect on the accuracy or on the proportional action of the reaction.
The manometer 60, as described, makes it possible to obtain a continuous and essentially instantaneous measurement of the pressure which prevails in the tube 56, the position of the needle being determined by that of the piston 93, the latter being stopped, after each change. pressure, by the balancing force, which is increased or decreased accordingly, of the spring 95
It has been found that the entire device makes it possible to obtain an extraordinarily exact reaction to the flow rate of the material introduced into this device through the tube 14 and discharged through the outlet 20.
For example, for an embodiment of the device which comprises a wheel having a diameter of 30 cm of sixteen radial fins 18 (it is understood that the number of fins may be greater or less depending, for example, on the dimensions of the wheel), a range of measurements ranging from 0 to 15 kg per second is easily obtained, for example for flour, seeds and other similar dry materials.
The wheel 12 is driven at a constant speed of 450 rpm (although other speeds, for example of the order of 100 to 3600 rpm are equally suitable) and a very precise adjustment which can be reproduced with certainty, is obtained for the air pressure which prevails in the tube 56 despite the flow rate varies greatly, that is to say for a variation which is notably greater than one hundred times the value of a determined quantity of material, for the particular device which has been described. As indicated above, the pressure of the air introduced into the tube 54 is not essentially critical.
For example, when air is supplied at an approximate pressure of 2.1 to 2.4 kg / cm2, this particular device, when operating with flow rates of the order indicated, provides in tubes 56 and 58 a corresponding pressure which varies between 0 and 1 kg / cm2.
The device can be easily calibrated (more especially to be able to indicate directly using the graduated scale, the flow units), for example by a test or a preliminary operation with materials which are successively introduced into the device with different known flow rates, the number of these known flow rates may be low. Although materials with markedly different characteristics may require individual calibrations of the device, it should be noted that all of these calibrations can be done beforehand and, if desired, removable graduated scales can be established for the indicator 60, scales being used respectively for measuring flour, wheat grains and other specifically determined substances.
While other fluids may be used to achieve the adjustable balancing effect determined by a force on lever 40 (including air at subatmospheric pressure or negative effects through which thrust is exerted rather than a pull on the
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lever, or, according to a variant, a pressurized liquid in which case a bellows is preferably used instead of the piston and the liquid is discharged through an orifice which is controlled by the valve and which is established in a closed environment ), the device as shown, for which compressed air is used, is particularly simple and efficient and allows an essentially robust manufacture.
It should be noted that the supply of the material through the upper and central opening of the wheel 12 is preferably
such that the matter which is collected in space has a constant charge. This result is achieved, most advantageously and in many cases, by decreasing the load of the material so that it is approximately equal to zero when it reaches the wheel 12. For example, when the material enters it after having slid along an inclined duct or corridor such as 14, its kinetic energy is low or zero when it reaches the wheel and its live force is essentially zero in any direction in the horizontal plane .
It should also be noted that with divided or disaggregated solids and with liquids, the upper limit of the range of flow rates to be measured should generally be less than that for which the quantity of the material completely fills the wheel 12 or more especially. the intervals between the fins thereof. This amounts to saying that we admit that the material can flow freely towards the outside, in the wheel, by the effect of centrifugal force and without it having the opportunity to create an appreciable back pressure. or the like. It is obvious that this condition can be easily fulfilled, in any case, by making the impeller 12 of sufficient dimensions so that the greatest flow rate which can be expected can occur without any hindrance.
As goes without saying and as it moreover already follows from the foregoing, the invention is in no way limited to that of its modes of application nor to those of the embodiments of its various parts, having been more specially indicated; on the contrary, it embraces all the variants.
CLAIMS.
1. A method of measuring the flow rate of a material which is fluid which can flow, characterized in that the material is introduced into a predetermined zone and while it is flowing, in a continuous manner, in said region it is made. advance, by a centrifugal effect and at a constant speed to the edge of said region by an angular movement which takes place at a constant angular speed, the material is removed from said zone when it reaches the aforesaid edge and it is measured the energy which is necessary to obtain the aforesaid angular movement.