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La présente invention ast relative à un préleveur d'échantillons continus de fluide, prévu pour obtenir un volume d'échantillon total de fluide proportionnel au volume de fluide total débité.
L'appareil suivant la présente invention peut être prévu pour pré- lever des échantillons de liquides ou de gaz qui s'écoulent continuellement dans un conduit et elle procure des moyens grâce auxquels on peut obtenir un échantil- lon total précis qui soit représentatif du volume total de fluide débité, quelles que soient les variations de la vitesse d'écoulement du fluide. De tels échantil- lons sont particulièrement utiles pour des opérations industrielles, par exemple dans des raffineries de pétrole ou dans des usines chimiques.
L'appareil suivant la présente invention comprend une pompe d'ali- mentation prévue pour fournir un échantillon de fluide et des moyens faisant fonctionner périodiquement ladite pompe à une fréquence proportionnelle à la vitesse d'écoulement du fluide.
La pompe d'alimentation, qui peut être une pompe quelconque appro- priée telle qu'une pompe rotative ou une pompe à course variable, est de préfé- rence une pompe à piston à course fixe. La pompe d'alimentation peut être action- née par un moteur électrique, par exemple un moteur synchrone, qui est mis en service à intervalles, la période entre les débuts de chaque intervalle d'entraî- nement étant constante et la période d'entraînement de chaque intervalle étant proportionnelle au débit de fluide. Ce résultat peut être obtenu en faisant fonc- tionner le moteur électrique en fonction d'une surface de came tournant à une vitesse constante par exemple, comme décrit ci-après.
Ainsi, un contact électrique monté, par exemple, sur un bras rappelé par ressort pivotant en un point situé entre ses extrémités, vient en contact avec la surface de came rotative pendant une"période de temps dépendant du débit du fluide dans un conduit, en provoquant par conséquent l'envoi de courants électriques destinés à actionner le moteur de la pompe. Le contact peut être obtenu en rappelant par ressort le bras vers l'extérieur contre un soufflet relié à un débit-mètre éloigné (par exemple un mesureur d'équilibre de force à orifice ou un manomètre à mercure avec un transmetteur pneumatique) disposé dans un conduit ou fixé à un tel conduit. Ce soufflet est prévu pour se dilater et se contracter sous l'effet d'air comprimé d'après les variations de débit dans le conduit.
Le bras pourrait également être couplé mécaniquement à la plume indica- trice d'un type quelconque de débit-mètre. Ce mouvement est transmis au contact à l'autre extrémité du bras et se manifeste sous la forme d'un déplacement du contact l'écartant du centre de rotation de la came. Ainsi, pour un plein débit dans le conduit, correspondant à un déplacement minimum du contact par rapport au centre de rotation de la carie, le contact est maintenu contre la surface de la came pendant un tour complet de celle-ci mais pour un débit quelconque infé- rieur au débit maximum,
le contact est déplacé dans un sens l'écartant du centre de rotation de la came de façon à venir en contact avec la surface de la came rotative pendant une fraction d'un tour complet de celle-cio Etant donné que le déplacement du bras sous l'effet des variations du débit à travers un orifice est normalement proportionnel au carré du débit de fluide, un rapport pratique- ment linéaire avec le temps de contact et le débit est obtenu en utilisant une surface de came du type racine carrée.
La pompe d'alimentation en échantillons est actionnée à l'aide d'un moteur électrique qui est entraîné à des intervalles pour un débit quelconque inférieur au débit maximum, la, durée de l'intervalle d'entraînement du moteur étant commandée électriquement par l'intervalle pendant lequel le contact élec- trique s'appuie sur la surface de la came rotative, en permettant ainsi à un courant électrique d'entraînement de circuler vers le moteur.
Il a été découvert que le contact électrique peut ne pas être à même de supporter la pleine charge du courant électrique destiné au moteur et l'on doit prévoir que le faible courant électrique relativement admissible dans la came et le contact agisse par
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l'intermédiaire d'un relais de façon à commander un courant d'entraînement élec- trique relàtivement important. Ceci peut être obtenu en appliquant ce faible courant à la grille d'un tube amplificateur et en utilisant le courant anodique pour fermer des contacts capables de supporter le courant d'entraînement requis pour le moteur.
La pompe d'alimentation en échantillons est de préférence actionnée par le déoplacement d'un pivot de levier, ce pivot étant déplacé sous l'effet de la rotation d'une surface de came entraînée par le moteur électrique. Il a été découvert que, lorsqu'on déplace le piston par étapes sa course de pression, il existe une certaine tendance pour le fluide d'échantillon à retourner par fuite pendant les périodes de repos de la course d'alimentation. Les caractéri- stiques préférées de la présente invention résident par conséquent en ce que la course de pression ou d'alimentation du piston est effectuée en un seul mouvement.
Cette opération peut être exécutée sous l'action d'un piston de recul pour la pompe d'alimentation, le piston de recul étant actionné par le fait que le pivot de levier décrit ci-avant atteint un point prédéterminé lorsque le piston est déplacé vers l'arrière au cours de sa course d'aspiration. Lorsque ce point est atteint, le levier peut par exemple libérer de l'air comprimé derrière le piston de recul, afin de lui permettre de pousser le piston d'alimentation sur toute la longueur de sa course à grande vitesse, ce qui évite la production de fuites.
L'effet de cet agencement est que le piston d'alimentation est déplacé vers l' arrière au cours de sa course d'aspiration en une série d'étapes coïncidantaavec le déplacement intermittent du moteur électrique actionnant la came qui déplace le levier venant en contact aveo le pistpn d'alimentation Lorsque le piston d'alimentation a atteint un point prédéterminé, le piscon de recul déplace le piston d'alimentation sur toute la longueur de sa course d'alimentation. Le temps nécessaire pour sa course active est constant afin d'avoir un volume con- stant par course.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre non limitatif et en se référant au dessin annexé qui en représente une forme de réalisation.
D'après ce dessin, un fluide, par exemple du liquide ou un gaz, s' écoule dans un tuyau ou un conduit 1 à travers un orifice 2 et un soufflet pneu- matique 3 est dilaté Ou contracté suivant la différence de pression existant de part et d'autre de l'orifice du débit-mètre dans le tuyau. Un bras 4 pivotant autour d'un point 5 et rappelé par un ressort 4a comporte un contact électrique 6 monté à l'aide d'un ressort sur ce bras, ledit contact électrique venant en contact avec la surface d'une came rotative du type racine carrée 7, prévue pour tourner à une vitesse constante.
Le contact électrique est connecté électriquement à la.grille 8 d'un tube redresseur 9, dont l'anode 10 est prévue pour.'influencer électriquement des contacts intermittents 11 qui, lorsqu'ils sont fermés, éta- blissent un circuit pour le courant d'actionnement électrique qui peut' ainsi at- teindre le moteur synchrone 12. La polarisation de grille du tube redresseur 9 est normalement maintenue à une valeur négative par des moyens de circuit appro- priés 13.
Pour un débit quelconque de fluide dans le tuyau 1, le contact élec- trique 6 maintiendra son contact avec la surface de la came rotative 7 pendant une période de temps directement proportionnelle au débit dans ledit tuyau. Ainsi, le bras de contact 6 est rappelé au moyen d'un ressort hélicoïdal 14 contre un goujon d'arrêt 15 monté sur le bras. Lorsque la came tourne dans le sens opposé à celui des aiguilles d'une montre, la surface de came viendra en contact avec le contact électrique sur une distance angulaire prédéterminée de cette came, le contact électrique étant ainsi écarté du bras de contact jusqu'à ce qu'il tombe au-delà du bord de la surface de came (à son point d'écartement radial maximum) et retombe sur le goujon de butée.
Ainsi, si la came 7 tourne à un tour par minute et que le fluide circule dans le tuyau avec un débit correspondant à 25%
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de la capacité de l'appareilde mesare, le contact entre le bras 6 et la surface de came durera pendant 15 secondes.
La grille 8 du tabe redresseur 9 est normalement maintenue à un potentiel négatif suffisant pour supprimer la circulation du courant anodique.
Ainsi, dans ces conditions, aucun courant n'atteint le moteur synohrone 12 qui est par conséquent arrêté. Lorsque, toutefois, la surface de came entre en con- tact avec le bras du contact électrique, le potentiel de grille est déchargé à la terre par l'intermédiaire du contât électrique et de la came, en permettant ainsi à un courant anodique de circuler et le moteur 12 fonctionne.Le résultat de cet agencement est que le moteur synchrone 12 fonctionnera à une vitesse déter minée à des intervalles de temps dépendant du débit du fluide dans le tuyau 1, la fréquence desdits intervalles de temps étant 'prédéterminée à l'aide de la vitesse de rotation constante de la came 7.
Une pompe à piston comportant une enveloppe de pompe 29 contenant un piston 16 est prévue pour pomper des échantillons de fluide à partir du tuyau 1, le fluide pénétrant normalement dans l'enveloppe de pompe et en sortant li- brement pa,r l'intermédiaire d'orifices 17 et 18. Le fonctionnement du piston 16 chasse un échantillon du fluide au-delà des soupapes rappelées par ressort 19 et 20 placées en série, à travers l'orifice 21 et de celui-ci au récipient collecteur d'échantillons (non représenté). Le piston 16 est actionné par le piston de recul 22, fonctionnant à l'air comprimé et agissant sur un organe 23 fixé au piston 16.
Le déplacement du piston de recul à partir de sa position d'extension jusqu'à sa position primitive est effectué à l'aide d'un bras arti- culé 24 venant en contact avec l'organe 23 et mis en rotation au moyen d'une surface de came 25 actionnée par l'intermédiaire d'un système d'engrenages par le moteur synchrone 12. L'air comprimé destiné à commander le piston 22 vers sa position extérieure est fourni par un relais-pilote 26, actionné par l'extré- mité extérieure du bras pivotant 24 appuyant sur le piston-relais 27 qui contient des rainures 28 prévues pour permettre à l'air comprimé de s'engager derrière le piston à air 22 lorsque le bras pivotant 24 se trouve à son point de déplacement maximum vers l'extérieur résultant de l'action de la surface de came 25.
Le fonctionnement du dispositif est tel que la came 25 soitmiee enrota- tion à des intervalles réguliers avec -an déplacement angulaire dépendant. au débit de fluide dans le tuyau 1 et lorsque le bras pivotant 24 atteint son point de déplacement maximum, le piston de recul 22 fonctionne pour rappeler le piston 16 à sa position de déplacement maximum, en transférant ainsi un échantillon de fluide circulant dans le cylindre 15 vers le récipient d'échantillons avec un volume prédéterminé.
Cette action du piston 16 est synchronisée avec la rotation de la surface de came 25, de telle sorte que le point de déplacement radial maximum de la surface de came 25 passant par rotation au-delà du point de contact du bras pivotant 24 permet à ce bras pivotant de dépasser l'organe 25.Un avan- tage particulier de cet agencement réside en ce que la surface de came 25 tourne à vide pendant environ 95% du temps de fonctionnement total et est soumise à une charge, c'est-à-dire lorsqu'elle ramène le piston 16 à sa position primitive par l'intermédiaire du bras pivotant 24, pendant environ 5% de son temps d'action- nement. Ainsi, toute erreur provoquée par le glissement du moteur sous charge est minimiséeo
REVENDICATIONS.
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The present invention relates to a continuous fluid sampler, designed to obtain a volume of total fluid sample proportional to the volume of total fluid delivered.
The apparatus of the present invention may be provided to take samples of liquids or gases which continuously flow in a conduit and provides a means by which an accurate total sample which is representative of the volume can be obtained. total fluid delivered, regardless of variations in fluid flow velocity. Such samples are particularly useful for industrial operations, for example in petroleum refineries or in chemical plants.
The apparatus according to the present invention comprises a feed pump adapted to supply a sample of fluid and means periodically operating said pump at a frequency proportional to the rate of flow of the fluid.
The feed pump, which may be any suitable pump such as a rotary pump or a variable stroke pump, is preferably a fixed stroke piston pump. The feed pump can be driven by an electric motor, for example a synchronous motor, which is put into service at intervals, the period between the starts of each training interval being constant and the training period. of each interval being proportional to the fluid flow rate. This can be achieved by operating the electric motor as a function of a cam surface rotating at a constant speed, for example, as described below.
Thus, an electrical contact mounted, for example, on a spring-biased arm pivoting at a point between its ends, comes into contact with the rotating cam surface for a "period of time dependent on the flow of fluid in a conduit, in therefore causing electric currents to be sent to operate the pump motor Contact can be obtained by springing the arm outwards against a bellows connected to a distant flow meter (for example a flow meter). equilibrium of force orifice or a mercury manometer with a pneumatic transmitter) arranged in a duct or fixed to such a duct. This bellows is intended to expand and contract under the effect of compressed air according to the variations of flow in the duct.
The arm could also be mechanically coupled to the indicating pen of some type of flow meter. This movement is transmitted to the contact at the other end of the arm and manifests itself in the form of a displacement of the contact away from the center of rotation of the cam. Thus, for a full flow in the duct, corresponding to a minimum displacement of the contact with respect to the center of rotation of the decay, the contact is maintained against the surface of the cam during a complete revolution of the latter but for any flow lower than the maximum flow,
the contact is moved in a direction away from the center of rotation of the cam so as to come into contact with the surface of the rotating cam for a fraction of a complete revolution of the latter Since the displacement of the arm under the effect of variations in flow rate through an orifice is normally proportional to the square of the fluid flow rate, a nearly linear relationship with contact time and flow rate is obtained using a square root type cam surface.
The sample feed pump is operated by an electric motor which is driven at intervals for any flow rate less than the maximum flow rate, the duration of the motor drive interval being electrically controlled by the motor. The interval during which the electrical contact presses against the surface of the rotary cam, thereby allowing a drive electric current to flow to the motor.
It has been discovered that the electrical contact may not be able to withstand the full load of the electric current intended for the motor, and the relatively small allowable electric current in the cam and the contact must be expected to act by
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through a relay so as to control a relatively large electric drive current. This can be achieved by applying this low current to the gate of an amplifier tube and using the anode current to close contacts capable of supporting the drive current required for the motor.
The sample feed pump is preferably actuated by the displacement of a lever pivot, this pivot being moved under the effect of the rotation of a cam surface driven by the electric motor. It has been discovered that as the piston moves its pressure stroke in stages there is a tendency for the sample fluid to leak back during the rest periods of the supply stroke. The preferred features of the present invention therefore reside in that the pressure or feed stroke of the piston is effected in a single movement.
This operation can be performed under the action of a recoil piston for the feed pump, the recoil piston being actuated by the fact that the lever pivot described above reaches a predetermined point when the piston is moved towards the back during its suction stroke. When this point is reached, the lever can, for example, release compressed air behind the recoil piston, in order to allow it to push the supply piston through the entire length of its stroke at high speed, thus avoiding production of leaks.
The effect of this arrangement is that the feed piston is moved rearward during its suction stroke in a series of stages coincident with the intermittent movement of the electric motor operating the cam which moves the contacting lever. with the feed piston When the feed piston has reached a predetermined point, the recoil pump moves the feed piston the full length of its feed stroke. The time required for its active stroke is constant in order to have a constant volume per stroke.
Other details and features of the invention will emerge from the description below, given without limitation and with reference to the appended drawing which shows one embodiment thereof.
According to this drawing, a fluid, for example liquid or gas, flows in a pipe or conduit 1 through an orifice 2 and a pneumatic bellows 3 is expanded or contracted according to the existing pressure difference of on either side of the flowmeter orifice in the pipe. An arm 4 pivoting around a point 5 and returned by a spring 4a comprises an electrical contact 6 mounted by means of a spring on this arm, said electrical contact coming into contact with the surface of a rotary cam of the type square root 7, intended to rotate at a constant speed.
The electrical contact is electrically connected to the grid 8 of a rectifier tube 9, the anode 10 of which is provided for electrically influencing intermittent contacts 11 which, when closed, establish a circuit for the current. electric actuation which can thus reach the synchronous motor 12. The gate bias of the rectifier tube 9 is normally maintained at a negative value by suitable circuit means 13.
For any flow of fluid in the pipe 1, the electrical contact 6 will maintain its contact with the surface of the rotary cam 7 for a period of time directly proportional to the flow in said pipe. Thus, the contact arm 6 is biased by means of a coil spring 14 against a stop pin 15 mounted on the arm. When the cam rotates in the counterclockwise direction, the cam surface will come into contact with the electrical contact a predetermined angular distance from this cam, the electrical contact being thus moved away from the contact arm until which falls past the edge of the cam surface (at its point of maximum radial spacing) and lands on the stop stud.
Thus, if the cam 7 rotates at one revolution per minute and the fluid circulates in the pipe with a flow rate corresponding to 25%
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of the capacity of the mesare apparatus, the contact between the arm 6 and the cam surface will last for 15 seconds.
The grid 8 of the rectifier tab 9 is normally maintained at a negative potential sufficient to suppress the flow of anode current.
Thus, under these conditions, no current reaches the synchronous motor 12 which is consequently stopped. When, however, the cam surface contacts the electrical contact arm, the gate potential is discharged to earth through the electrical contact and the cam, thereby allowing anode current to flow. and the motor 12 is running. The result of this arrangement is that the synchronous motor 12 will operate at a determined speed at time intervals dependent on the flow rate of the fluid in the pipe 1, the frequency of said time intervals being predetermined at the time. using the constant speed of rotation of the cam 7.
A piston pump comprising a pump casing 29 containing a piston 16 is provided for pumping fluid samples from the pipe 1, the fluid entering normally into the pump casing and exiting freely through the intermediate. from ports 17 and 18. Operation of piston 16 drives a sample of the fluid past the spring-loaded valves 19 and 20 in series, through port 21 and therefrom to the sample collection vessel ( not shown). The piston 16 is actuated by the recoil piston 22, operating with compressed air and acting on a member 23 fixed to the piston 16.
The displacement of the recoil piston from its extended position to its original position is effected by means of an articulated arm 24 coming into contact with the member 23 and rotated by means of a cam surface 25 actuated by means of a gear system by the synchronous motor 12. The compressed air intended to control the piston 22 towards its outward position is supplied by a pilot relay 26, actuated by the outer end of swivel arm 24 pressing on relay piston 27 which contains grooves 28 provided to allow compressed air to engage behind air piston 22 when swivel arm 24 is at its point of movement maximum outwards resulting from the action of the cam surface 25.
The operation of the device is such that the cam 25 is rotated at regular intervals with an angular displacement dependent. at the flow of fluid through pipe 1 and when the swivel arm 24 reaches its point of maximum displacement, the recoil piston 22 operates to return the piston 16 to its maximum displacement position, thereby transferring a sample of fluid flowing through the cylinder 15 to the sample container with a predetermined volume.
This action of the piston 16 is synchronized with the rotation of the cam surface 25, such that the point of maximum radial displacement of the cam surface 25 passing by rotation past the contact point of the pivot arm 24 allows this pivoting arm to protrude from member 25. A particular advantage of this arrangement is that the cam surface 25 turns idle for about 95% of the total operating time and is subjected to a load, i.e. that is, when it returns the piston 16 to its original position by means of the pivoting arm 24, for approximately 5% of its actuation time. Thus, any errors caused by the motor slipping under load are minimized.
CLAIMS.
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