<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
Séparateur à membrane à double soufflée compensateur de
EMI1.2
température pour manomatrea
EMI1.3
La. présente invention se raPP07-to à un dispositif
EMI1.4
utilisé dans le domaine des mesures do pression Dans certains
EMI1.5
cas les manomètres utilisés ne peuvont mie on contact direct avec le fluide dont il faut rn0SUO la, pronsiont par exemple lorsque celui-ci est corrosif, ou que le liquide do lavage des tuyauteries et des récipint oet ccrycaif* Il peut en être de même dano le cas de liquides 4anSoieux (e;tpioziis, intlammables ou toxiques), ou dans le cas do liquides très visqueux, donc pénétrant mal dans les tuyauteries 4Q lîaîQDa, ou encore dans le cas de liquides ce congelant à la ambiante ou dont
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
Ic point ÎQ cons&1.t1o est aupèrieur 4 la température a.Kis}u3.& oupportoa par 19 manométro.
Dans le Q8 des quelques exemples non exhauctite Ct66 piun hauts on utilise couramment entre le fluide dent il faut Niesurer la pX'Q;t1.(m et le manomètre un separateuf à pairoi élastique et liquid1 intormédiairo. Parmi ces e6para. t(,nu"l3 les plue. mont ceux du type à membrane. i.'expàric.àiù et la th.6or.1 montrent que la pression tranumioc par .1, fluido intermédiaire danwi un séparateur à membrane 0t d'une orrour fonction de la température de Cetto dérive, qu:1. est dÛ6 à la dilatation du fluide est proportiacnelle à la variation de et- la r.h'r1ve correspondant à une variioR donnée uo out .i.tlVO:"I;H311":1.1! propV.L'1:J.onnelle à 16t0udu d'eshellc ,:, esur1 importante pour lQe instrumenta présentant une petite étendue d'échelle.
Ce fa5.':. ."traits, rp,r comme conséquence qu'il est difficile pu aeMe 1<pQsoib1,o do mesurer une pression différentielie vou deux séparateurs une différence très faible de temp0rtur peut parfois entralner des erreurs inadmissibles.
Un séparateur thermooompensé, donc insensible aux vra 1 ti.onf de tompérature est donc utile pour les applications 8uivBnto@ b a) des niveaux et dos débite par pression différentielle b mÍ1rc <n J pressions à faibles étendues d'échelle s) ;.,i,;,,;i<rc 1.f.'I;; preseicng èteiieruee d'échelle moyenneal il peut ôtow :t.nté;:-();:,...;U1-t oOQnom:l.quement de remplacer le mercure (liquide aeyntdiaire le plus généralement choisi pour aa d'avoir un taible coefficient de dilatation, mais prôzo>il,fl,ni;
1.'inconvénient d'un prix três élevé) par un liquide mol. s cher et d'utiliser des séparateurs insensibles il la {:o!Hpératuï'Ct
<Desc/Clms Page number 3>
Le séparateur thermocompensé à membrane selon l'invention est remarquable par deux soufflets coaxiaux de même longueur, à plis identiques et à bases parallèles, fermés à l'une de leurs extrémités par un code commun, leur axe commun étant perpendiculaire audit socle, leurs autres extrémités étant attachées de façon étanche à une rondelle rigide à l'intérieur de laquelle, et parallèlement à elle, est fixée de façon étanche-une membrane séparatrice, de manière à délimiter une chambre intérieure de transmission de la pression, et une chambre annulaire extérieure de compensation,
lesdites chambres intérieure et annulaire étant remplies d'une même liquide intermédiaire (ou de liquides ayant le même coefficient de dilatation) qui remplit également un tube capillaire traversant ledit socle et la paroi dudit récipient, et qui raccorde la chambre intérieure avec un élément do mesure de pression du type à équilibre de forces, tout le dispositif étant réalisé entièrement en matériaux ayant le même coefficient de dilatation, les chambres intérieure et annulaire ayant à la température To des volumes et des sections droites Vo, So ot V'o
EMI3.1
tels que Va $ 80 V'o S'o
L'inventio:
- sers mieux comprise on se référant aux figures jointes, où la fig.1 représente une coupe dans un séparateur à membrane selon l'invention, la fig.2 représente une coupe dans un couple de séparateurs à membrane selon l'invention, spécialement adaptes pour des usures différentiolles do pression, la fig.3 représente un séparateur à membrane suivant l'invention, comportant un limiteur de déplacement de la membrane.
<Desc/Clms Page number 4>
Le séparateur selon l'invention représenté à la fig.1 transmet la pression (qu'il faut mesurer) d'un fluide 1 à un instrument de mesure 2 du type à équilibre de forcée non représenté, Son organe sensible est une membrane 3. Le séparateur est fixé à la paroi 4 du récipient ou de la tuyauterie contenant le fluide 1, ou sur la face intérieure arrière d'un carter de séparation situe à l'extrémité d'uns conduite de priée do pression, par l'intermédiaire d'un socle 5. A celui-ci sont fixée de façon étanche deux souffleta . coaxiaux 6 et 7 de même longueur, à plia identiques ot à bases coplanaires et dont l'axe commun est perpendiculaire au socle 5.
La membrane 3 déjà citée ferme de façon étanche l'extrémité opposée du soufflet central, tandis qu'un tube capillaire 8 de transmission vers le manomètre 2 prend son origine dans la partie centrale du socle 5. Le soufflet 6, le socle 5 et la membrane 3 délimitent une chambre intérieure 9 remplie, ainsi que le capillaire 8, du liquide intermédiaire.
A son extrémité opposée au socle 5, l'espace annulaire compris entre les deux soufflets 6 et 7 est fermé de façon étanche par une rondelle rigide plane 10. De cette manière se trouve délimitée une chambre annulaire 11, remplie également , du même liquide intermédiaire que la chambre 9. Un tube capillaire aveugle 12, traversant le socle 5, aboutit dans l'espace 11 et ont également rempli du même liquide intermé- diaire. Les deux capillaires 8 et 12 sont mis dès que possible en contact étroit de manière à avoir un très bon échange thermique. De plus les sections droites de ces deux capillaires sont dans le même rapport que les sections droites des chambres dans lesquelles ils aboutissent.
Tout le dispositif qui vient d'4tre décrit est de plus réalisé soit en un même matériau, soit en matériaux ayant le
<Desc/Clms Page number 5>
même coefficient de dilatation* Il on est de même pour les liquides remplissant les chambres intérieurs et annulaire.
Un oalorifugoage 13 est encore prévu sur la face externo do la paroi 4.
Le séparateur qui vient d'être décrit réalise une compensation thermique automatique! efficace et de réalisation extrêmement simple. La compensation se fait automatiquement par le déplacement du plan de la membrane 3 parallèlement A lui-même sous l'effet des Variations de température jusqu'à une cote qui correspond exactement à l'augmentation relative de volume dûe à la dilatation.
Pour comprendre le fonctionnement du dispositif belon l'invention, on peut d'abord expli@@@r ce Qui se passe dans un cas simplifié où : a) le séparateur est tout entier à la température To, b) la paroi 4 est supposée infiniment mince et parfaitement calorifugée, ce qui veut dire qu'à travers elle, la tempé- rature chute brusquement de To à TA, température ambiante, ,} il n'y a pas de capillaire 12.
On suppose en premier lieu l'appareil vide de liquide intermédiaire. Une élévation de température T-To entraîne un allongement do l'ensemble, et les aires des sections droites So et S'o de la chambre interne et de la chambre annulaire deviennent alors respectivement S1 et S'1. Par construction (tout l'appareil est réalisé en matériaux de coefficients de
EMI5.1
dilatation identiques) : s, So SI'" = STO 1
On suppose maintenant l'appareil plein de liquide intermédiaire.
Celui-ci se dilate dans la chambre annulaire et son augmentation de volume entraîne un allongement axial
<Desc/Clms Page number 6>
des. soufflets, ceux-ci ne pouvant pratiquement pas se déformer dans le sone radial L'ensemble prend une longueur L'2 (mesurée parallèlement * l'axo commua des souffleta)
EMI6.1
"1" telle que t' S'1 . Vto ...
V1 - Vo ) ., - V1 vto o VO où Vo est le volume de la chambre interne à la température To
V'c est le volume de la chambre annulaire à la température T V est le volume de la chambre interne à la température T1 vo est le volume spécifique du liquide intermédiaire à la température T
EMI6.2
v1 cet le volume dp5ciquo du liquide intertédiaire à la température T1.
EMI6.3
Il e3t à remarque!* que par 04notruotion Vo $0 compte tenu des plie des souffleta.
Le liquide se dilate de même dans le soufflet centrale Comme le séparateur eat relié à un élément de mesure 2 du type à volume constant, il n'y a pas de circulation du liquide intermédiaire dans le capillaire 8. La. dilatation doit donc être absorbée par la chambre interne 9. L'augmentation de volume qui en résulte a lieu dans un cylindre de section droite S1 et permet d'atteindre la cote L2 telle que t
EMI6.4
V1 t2S1 . -7:# donc L251 Va L'2S'-t :=- 2 1 VIO Or S1 BQ Comme par construction Vo So #* TS# ''-' on conclut que L2 = L'2 ce qui signifie que la limite atteinte par le liquide dans le soufflet central coïncide avec le plan de la membrane entraînée par l'anneau rigide.
Celle-ci n'est donc pas déformée par la dilatation du liquide, elle reste plane, autrement dit les pressions restent égales de part et d'autre et une excellente compensation thermique est automati- ,
<Desc/Clms Page number 7>
quement réalisée de manière simple.
En pratique cependant, ai la première hypothèse faite plus haut reste valable, à savoir que la température est homogène dans tout le séparateur, par contre la paroi 4 a une épaisseur finie et n'est pas un isolant thermique parfait, même en présence du calorifuge 13. La température baisse donc à travers cette paroi, puis continue à descendre sur une certaine longueur de capillaire pour atteindre finalement l'ambiante.
Pour contrebalancer cet effet, on utilise le capillaire 12. Ainsi qu'il a déjà été mentionné, les sections droites 1 de ces deux capillaires sont dans le même rapport que les sections droites S des chambres dans lesquelles ils aboutissent. A la température To, les sections droites des
EMI7.1
deux capillaires 8 et 12 sont respectivement S'o et Y-'o.
Quand la température passe de To à T1 dans le séparateur, elle passe de T2 à T3 dans une section des capillaires par un plan 14 normal ± ceux-ci. Uno tranche d'épaisseur #12 située à hauteur de ce plan est donc le siège d'une dilatation. La variation de volume correspondante du liquide intermédiaire remplissant cette tranche est donc de :
EMI7.2
et se fait dans la chambre centrale. Pour la chambre annulaire ou de compensation, olle est de :
EMI7.3
Par construction, les capillaires sont réalisés en matériaux de coefficients de dilatation identiques (ou en matériaux identiques), on peut donc écrire
EMI7.4
<Desc/Clms Page number 8>
Les dilatations dans le* deux -capillaires ae propagent vere le séparateur (qui, étant déformable, les absorbe).
Elles se compenseront étant donné que par
EMI8.1
construction C ou So . Il suffit que le capillaire -7- s .:1: ,-# compensateur aveugle 12 eoit prolongé jusqu'au point où la température se stabilise à l'ambiante. Grâce au calorifugeage
13, ce point n'est pas.,,trop éloigné de la paroi, ce qui permet de ne pas donner aux capillaires une longueur prohibitive.
Suivant le degré de précision requis pour les mesures de pression, et suivant les conditions de la mesure (variations de température, étandue d'échelle) le dispositif selon l'invention sera ou non pourvu du second capillaire 12,
Dans certaines conditions de mesure, son influence est loin d'être négligeable, et il est indispensable de le monter, ainsi qu'il ressort de calculs et d'essais effectués par la demanderesse.
Dans la figure 2. on a représenté un couple de séparateurs suivant l'invention, montés de façon à mesurer des pressions différentielles.
Ainsi que représenté, les capillaires de transmission 8 se rejoignent le plus vite possible, et les capillaires de compensation 12 se terminent au point de jonction. A partir de ce point, les tubes haute et basse pression seront en contact étroit jusqu'à l'entrée du transmetteur.
La figure 3 représente un séparateur à membrane réalisé selon le principe de l'invention et comportant un limiteur de déplacement de la membrane, solidaire comme elle de l'anneau rigide.
Le séparateur selon la fig.3 est similaire à celui de la fig.1, Le capillaire de compensation 12 n'a pas été repré-
<Desc/Clms Page number 9>
sentit ainsi que le calorifugcage 13. Par contre, un boîtier do protection 14 muni d'une ouverture 19 a été monté autour du séparateur* La rondelle rigide 10 de la fig.1 a été remplacée par une couronne cylindrique 15 fixéo do façon étanche par sa face plane aux soufflets 6 ot ? et portant la membrane 3 à pou de distance do l'autre côté de celle-ci, et parallèlement à elle, grâce à l'épaulement 16 de la couronne 15,
qui joue ainsi le rôle do limiteur de déplacement de lu membrane 3. Une rainure ou excavation 17, dont le volume est destiné à compenser le volume 18 comprenant l'ouverture centrale de la couronne 15 et l'espace compris outre celle-ci et la membrane 3, est creusée dane le socle 5, de telle
EMI9.1
manière que le rapport yS# s soit reepoctô.
Ce dispoitf permet de protéger la membrane contre une surpr@@sion dûe à une fuite de liquide intermédiaire, et de l'utiliser comme clapet de sécurité contre une entrée do flulùe primaire dans le circuit de Mesura. Do plus, le séparateur se trouvera automatiquement protégé contre toute surpression dûe à une faute de manoeuvra et son élément de mesure 2 n'aura besoin d'aucune protection spéciale. En particulier, e'il est du type à membrane, celle-ci pourra être très mince, donc sensible, et sans limiteur de déplacement, Le montage selon la figure ? procure encore l'avantage que le plus grand soufflet a un diamètre à peu près égal à celui de la membrane.
Ce montage permet donc, pour une dimension donn6o de la membrane, de diminuer notablement le diamètre extérieur du séparateur.
Le séparateur selon l'invention, tel qu'il vient d'être décrit, eat d'une grande simplicité. La compensation thermique qu'il permet d'effectuer, est automatique et son degré de précision peut n'adapter à toutes les exigences.
<Desc/Clms Page number 10>
Il faut remarquer que dans les calcula faits plue haut, aucune hypothèse n'a été faite sur l'amplitude do variation de la température* La compensation rente doge parfaite quelle quo soit sa valeur.
On a également supposé que les lois do dilatation étaient quelconques, étant acquis que tout l'apparoil (socle, souffleta, rondelle rigide, membrane, capillaires) eat réalisé en un même matériau ou en m@tériaux de coefficients de dila tation identiques. Aucune approximation n'a été faite.
La compensation est donc rigoureuse dans la mesure où le
EMI10.1
rapport VI-0 T# ast eatisfait. Le choix de8 matériaux et du liquide intermédiaire aéra donc guidé par des considérations d'ordre technologique et de prix de revient exclusivement.
On a supposé que l'appareil était relié à un élément de mesure du type à équilibre de forces, seule condition pour que les calculs soient rigoureux. Néanmoins, si l'élément est à déplacement et ci l'amplitude de variation de volume correspondant à l'étendue d'échelle est faible vis-à-vis du volume Vo, la compensation réduira notablement la dérive d'étalonnage -(cas par ex.du tube BOURDON),
La longueur initiale des soufflets peut être quelconque, ainsi que la surface de la rondelle rigide puisque leurs valeurs n'affectent pas le Mécanisme de compensation, ce qui permet des réalisations comme celle de la figure 3,
L'invention ne se limitepas aux quelques exemples de réalisation qui ont été décrits, Il est ainsi possible, sans sortir du cadre de celle-'ci.,
d'utiliser des soufflets dont les circonférences de base ne sont pas coplanaires, du moment
EMI10.2
qu'est reapectée la conditiqn Vo 9 fnj)'