Mesureur de débit émetteur d'impulsions pour fluides conducteur s.
La présente invention est relative à la mesure de
débit de fluides conducteurs, et plus particulièrement à un
mesureur de débit équipé d'un émetteur d'impulsions électriques.
Il existe différents moyens pour transmettre à distance '
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d'un mesureur de débit tel qu'un compteur de vitesse par exem-
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un capteur de rotation qui peut être de type photoélectrique ou magnétique, ou encore un dispositif auto-générateur de signaux de type électromagnétique.
L'adjonction d'un tel capteur de rotation implique
de modifier le mesureur pour incorporer au rotor ou à l'équipage mobile un élément supplémentaire destiné à coopérer avec un élément fixe du détecteur de rotation, la modification étant encore plus importante dans le cas d'un auto-générateur.
L'invention vise un mesureur de fluide conducteur dont les inconvénients ci-dessus sont minimisés en mettant à profit
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mouvements de rotation d'un rotor électriquement isolant.
Le mesureur, suivant l'invention, comporte :
- un rotor monté pour être entrainé par le fluide en rotation à une vitesse fonction du débit de fluide à mesurer,
- au moins une paire d'électrodes disposées au contact du liquide sur un support isolant et reliées à un circuit de traitement des signaux électriques recueillis par ces électrodes,
- un rotor auxiliaire entrainé à l'intérieur du fluide par ledit rotor, ce rotor auxiliaire étant en matériau isolant et présentant des découpures régulièrement réparties,
et il est caractérisé en ce que lesdites électrodes sont disposées l'une par rapport à l'autre pour être périodiquement masquées et démasquées au passage des découpures dudit rotor auxiliaire entre elles et recueillir les signaux de variations périodiques de la résistance électrique du fluide entre ces électrodes provoquées par la rotation du rotor auxiliaire.
Un circuit de traitement des signaux électriques re- cueillis entre les électrodes permet de convertir-les varia-
tions de résistance périodiques en impulsions qui peuvent être envoyées sur un totalisateur éloigné tout en ne nécessitant
qu'une consommation très faible de l'ordre de quelques dizaines de microampères, ce qui donne la possibilité d'utiliser une pile à longue durée rendant le mesureur autonome.
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apporter au rotor du mesureur sont peu importantes dans le cas
<EMI ID=5.1>
du mesureur se bornent au montage de deux électrodes isolées, ce qui peut être réalisé sans difficultés, par exemple par perçage.
L'invention permet ainsi la réalisation d'un compteur de débit et d'un transmetteur de ses indications à distance sous une forme peu encombrante, facilement adaptable aux mesureurs existants et dont la faible consommation d'énergie électrique permet, à l'aide d'une pile, de rendre son installation autonome.
L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre en relation avec le dessin annexé qui représente, à titre d'exemples non limitatifs, différents modes de réalisation conformes à l'invention. Sur ce dessin :
- la fig- 1 représente un mode d'application de l'invention à un compteur d'eau du type à turbine axiale.
- la fig. 2 est une vue en plan du rotor auxiliaire de la figure précédente.
- la fig- 3 est un exemple de circuit de traitement des signaux électriques recueillis aux bornes des électrodes.
- les fig. 4 et 5 représentent schématiquement le montage de plusieurs paires d'électrodes dans des circuits en pont.
La fig. 1 représente un mode de réalisation applicable
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auxiliaire en matériau isolant dont les pales passent périodiquement entre deux électrodes. Sur cette figure, on voit dans
le corps tubulaire 20 du compteur une turbine 21 qui peut tourner autour d'un arbre 22 coaxial au corps 20 et tenue par deux pa- liers 23. Ces paliers sont montés dans deux carénages en matière isolante électriquement 24, 25 reliés au corps 20 par des nervures 26 de part et d'autre de la turbine 21. A l'intérieur du carénage amont 24 est fixé par exemple à l'extrémité de l'arbre
22 un petit rotor auxiliaire 27 à pales planes 28 en forme de secteur circulaire, par exemple au nombre de trois, comme l'indique la fig. 2 qui est une vue en plan de ce rotor 27. Deux électrodes isolées 30, 31 sont également fixées sur le carénage
24 de manière que les pales 28 du rotor 27 passent entre ces deux électrodes au cours de la rotation du rotor 27.
Les électrodes 30, 31 sont reliées par des f ils isolés passant à travers le corps 20 à un circuit de traitement 32 extérieur au compteur, et détectent les variations de résistance introduites périodiquement par le passage des pales du rotor 27 entre elles.
Quoique ce montage nécessite l'adjonction d'un élément supplémentaire sur l'équipage mobile du compteur, il a l'avantage de fournir des variations relatives de résistance importantes, de l'ordre de 30 %, en raison du masquage complet des électrodes l'une par rapport à l'autre par les pales du rotor auxiliaire.
Si la paroi supportant les électrodes n'est pas elle-même isolante, on peut utiliser un élément porte-électrode en matériau isolant électriquement en forme de U, les électrodes se faisant face sur les branches respectives du U entre lesquelles passe le rotor auxiliaire.
La fig. 3 montre un exemple de circuit électrique utilisable pour traiter les signaux de détection de rotation recueillis aux bornes d'une paire d'électrodes et les convertir en impulsions de comptage. Ce circuit de traitement 40 se compose
d'un oscillateur 41 fournissant des oscillations par exemple
à une fréquence de 1000 Hz, d'un amplificateur opérationnel 42 dans le circuit duquel sont branchées les deux électrodes A, B entre lesquelles existe la résistance variable 43 de liquide conducteur, d'un circuit redresseur à double alternance 44 et d'un circuit d'amplification et de mise en forme 45 fournissant à sa sortie des impulsions de comptage, ces circuits 44 et 45 étant de conception habituelle et ne nécessitant pas de description particulière.
La sortie de l'oscillateur 41 est reliée à l'entrée non-inverseuse de l'amplificateur 42 dont le rôle est de fournir dans un circuit de contreréaction comportant la résistance 43 un courant approximativement constant. L'amplificateur 42 comporte plusieurs liaisons de contreréaction : entre sa sortie et son entrée inverseuse, une première liaison comporte une résistance habituelle 46, et une seconde liaison comprend, outre la résistance 43, de préférence deux condensateurs 47, 48 montés
de part et d'autre de cette résistance 43 et destinés à arrêter la composante à courant continu qui, autrement, polluerait les électrodes A, B et tendrait à les endommager, ainsi qu'une autre résistance 49. Une troisième liaison de contreréaction comprenant une résistance réglable 50 et une autre résistance 51, relie la borne commune aux éléments 48, 49 à l'entrée non-inverseuse de
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tion est agencé pour que la résistance variable 43 existant entre les électrodes A, B dans le liquide conducteur soit parcourue par un courant quasi-constant. La résistance 50 permet d'ajuster le gain de l'amplification.
On recueille ainsi à la sortie de l'amplificateur 42 une tension 51 sensiblement proportionnelle et bien représentative de la résistance variable 43 entre les électrodes A, B, cette tension étant modulée sur la porteuse à 1 kHz fournie
par l'oscillateur 41. Le circuit de redressement à double alter-nance 44 supprime l'oscillation porteuse et produit à sa sortie des oscillations basses fréquence 52 - proportionnelle à la vitesse du rotor mesurée - qui sont ensuite converties dans le circuit 45 en impulsions aptes à être totalisées dans un dispositif d'affichage, par exemple à cristaux liquides, qui peut être éloigné du circuit 40 et sur lequel on lit le débit ou la consommation de liquide mesuré. Le circuit 40 est avantageusement réalisé sous forme de micro-circuit incorporé dans le boîtier du compteur de liquide considéré.
D'autres modes de mise en oeuvre de l'invention peuvent encore consister en l'utilisation de deux paires d'électrodes diamétralement disposées par rapport à l'axe du rotor du mesureur considéré, et alternativement masquées et démasquées l'une visà-vis de l'autre par les pales d'un rotor isolant.
Sur la fig. 4, deux paires d'électrodes 71 et 72 sont respectivement montées en face l'une de l'autre sur les branches de deux supports en forme d'étrier 73, 74.Le rotor 75 dont les pales planes passent alternativement au cours de leur rotation entre les électrodes de chaque paire 71, 72 est un rotor isolant du genre de celui de la fig. 3, à nombre de pales impair. Les résistances entre ces deux paires d'électrodes sont branchées dans les bras d'un circuit en pont 76 avec deux autres résistances fixes 77, 78 extérieures au liquide 70, par exemple un pont de
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source de courant alternatif 79, et les signaux de détection
de rotation sont recueillis aux bornes de l'autre diagonale du pont. La résistance du liquide étant alors maximale entre la
paire d'électrodes masquées alors qu'elle est minimale entre
la paire d'électrodes démasquées, on obtient de cette manière
une profondeur de modulation de l'onde porteuse alternative sensiblement double de celle fournie par une paire d'électrodes seule.
Sur le montage représenté à la fig. 5, on utilise une première paire d'électrodes 81, 82, ces électrodes étant disposées de préférence symétriquement de part et d'autre d'un rotor isolant 83, calé comme précédemment sur l'arbre du mesureur, mais non à proximité immédiate des pales à ce rotor, par exemple à une distance de l'ordre du centimètre. Chaque électrode
81, 82 est en fait une électrode double, c'est-à-dire portée à un même potentiel, mais constituée de deux électrodes ponctuelles 811, 812 et 821, 822 séparées par une gaine isolante 84,85 respectivement. A proximité immédiate du rotor 83, c'est-à-dire à une distance de l'ordre du millimètre, sont disposées deux autres électrodes 86,87 de part et d'autre des pales de ce rotor, par exemple, mais pas nécessairement, alignées à peu près avec les électrodes 811, 821 et 812, 822 dans le liquide
80. Les électrodes 81 et 82 sont comme dans le cas précédent, reliées à une source de potentiel alternatif 88, et les résistances suivantes, à l'intérieur du liquide 80 :
Ri (fixe) entre les électrodes 811 et 86
R2 (fixe) entre les électrodes 822 et 87
R3 (variable) entre les électrodes 812 et 87
R4 (variable) entre les électrodes 821 et 86
constituent un pont de résistances "liquides" dont les électrodes 86, 87 f orment les bornes de la diagonale de sortie. Le montage est tel que le pont est déséquilibré en permanence. Le rotor 83 possède dans ce cas un nombre de pales pair de manière que les résistances variables avec le passage des pales du rotor varient en phase.
Il est à remarquer que si au lieu de disposer les électrodes 86, 87 de part et d'autre du rotor 83, on les dispose d'un même côté de ce rotor, par exemple, à la partie supérieure, il convient alors d'utiliser un rotor à nombre de pales impair <EMI ID=9.1>
nue, et vice versa.
Dans les deux cas, on obtient un pont de résistance dans lequel les résistances "liquides" étant toujours proportionnelles à la résistivité du liquide, le signal recueilli à la sortie est ainsi beaucoup moins dépendant de la résistivité du liquide conducteur.
Le rotor auxiliaire peut prendre d'autres formes que celle à pales planes indiquée à la fig. 2 et peut être par exemple réalisé sous la forme d'une cloche cylindrique crénelée suivant la place disponible existante dans le mesureur, ou toute autre forme de révolution présentant des découpures (dentelures ou orifices.� régulièrement réparties pour passer entre deux électrodes.
REVENDICATIONS'
.-.._._.-_m.�.a.-_.-.......-
1.- Mesureur de débit émetteur d'impulsions électriques pour fluide électriquement conducteur, comportant :
- un rotor monté pour être entrainé par le fluide en rotation à une vitesse fonction du débit de fluide à mesurer,
- au moins une paire d'électrodes disposées au contact du liquide sur un support isolant et reliées à un circuit
de traitement des signaux électriques recueillis par ces électrodes,
- un rotor auxiliaire entrainé à l'intérieur du fluide par ledit rotor, ce rotor auxiliaire étant en matériau isolant
et présentant des découpures régulièrement réparties, caractérisé en ce que lesdites électrodes sont disposées l'une
par rapport à l'autre pour être périodiquement masquées et démasquées au passage des découpures dudit rotor auxiliaire entre
elles et recueillir les signaux de variations périodiques de la résistance électrique du fluide entre ces électrodes provoquées
par la rotation du rotor auxiliaire.
Pulse emitter flow meter for conductive fluids.
The present invention relates to the measurement of
flow of conductive fluids, and more particularly at a
flow meter fitted with an electric pulse transmitter.
There are different ways to transmit remotely '
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a flow meter such as a speedometer for example
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a rotation sensor which can be of the photoelectric or magnetic type, or even a self-generating device of electromagnetic type signals.
The addition of such a rotation sensor implies
to modify the meter to incorporate into the rotor or the moving equipment an additional element intended to cooperate with a fixed element of the rotation detector, the modification being even more significant in the case of an auto-generator.
The invention relates to a conductive fluid meter, the above drawbacks of which are minimized by taking advantage of
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rotational movements of an electrically insulating rotor.
The measurer, according to the invention, comprises:
- a rotor mounted to be driven by the rotating fluid at a speed which depends on the flow rate of the fluid to be measured,
- at least one pair of electrodes placed in contact with the liquid on an insulating support and connected to a circuit for processing the electrical signals collected by these electrodes,
an auxiliary rotor driven inside the fluid by said rotor, this auxiliary rotor being made of insulating material and having regularly distributed cutouts,
and it is characterized in that said electrodes are arranged in relation to each other to be periodically masked and unmasked when the cutouts of said auxiliary rotor pass between them and to collect signals for periodic variations in the electrical resistance of the fluid between electrodes caused by the rotation of the auxiliary rotor.
A circuit for processing the electrical signals collected between the electrodes makes it possible to convert them
periodic resistance measurements in pulses which can be sent to a remote totalizer while not requiring
that a very low consumption of the order of a few tens of microamps, which gives the possibility of using a long-lasting battery making the meter autonomous.
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bring to the meter rotor are unimportant in the case
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of the measurer are limited to the mounting of two insulated electrodes, which can be achieved without difficulty, for example by drilling.
The invention thus allows the realization of a flow meter and a transmitter of its remote indications in a space-saving form, easily adaptable to existing meters and whose low consumption of electrical energy allows, using 'a battery, to make its installation autonomous.
The invention will be better understood by referring to the description which will follow in relation to the appended drawing which represents, by way of nonlimiting examples, different embodiments in accordance with the invention. On this drawing :
- Fig- 1 shows a mode of application of the invention to a water meter of the axial turbine type.
- fig. 2 is a plan view of the auxiliary rotor of the previous figure.
- Fig- 3 is an example of a circuit for processing the electrical signals collected at the terminals of the electrodes.
- figs. 4 and 5 schematically represent the mounting of several pairs of electrodes in bridge circuits.
Fig. 1 represents an applicable embodiment
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auxiliary made of insulating material, the blades of which pass periodically between two electrodes. In this figure, we see in
the tubular body 20 of the meter a turbine 21 which can rotate around a shaft 22 coaxial with the body 20 and held by two bearings 23. These bearings are mounted in two fairings made of electrically insulating material 24, 25 connected to the body 20 by ribs 26 on either side of the turbine 21. Inside the upstream fairing 24 is fixed for example at the end of the shaft
22 a small auxiliary rotor 27 with flat blades 28 in the form of a circular sector, for example three in number, as shown in FIG. 2 which is a plan view of this rotor 27. Two insulated electrodes 30, 31 are also fixed to the fairing
24 so that the blades 28 of the rotor 27 pass between these two electrodes during the rotation of the rotor 27.
The electrodes 30, 31 are connected by insulated wires passing through the body 20 to a processing circuit 32 external to the meter, and detect the resistance variations introduced periodically by the passage of the blades of the rotor 27 between them.
Although this assembly requires the addition of an additional element on the mobile equipment of the counter, it has the advantage of providing significant relative variations in resistance, of the order of 30%, due to the complete masking of the electrodes l 'relative to each other by the blades of the auxiliary rotor.
If the wall supporting the electrodes is not itself insulating, it is possible to use an electrode-carrying element made of electrically insulating material in the shape of a U, the electrodes facing each other on the respective branches of the U between which the auxiliary rotor passes.
Fig. 3 shows an example of an electrical circuit usable for processing the rotation detection signals collected at the terminals of a pair of electrodes and converting them into counting pulses. This processing circuit 40 is composed
an oscillator 41 providing oscillations for example
at a frequency of 1000 Hz, an operational amplifier 42 in the circuit of which the two electrodes A, B are connected, between which there is the variable resistance 43 of conductive liquid, a full-wave rectifier circuit 44 and a circuit amplification and shaping 45 providing at its output counting pulses, these circuits 44 and 45 being of usual design and not requiring any particular description.
The output of the oscillator 41 is connected to the non-inverting input of the amplifier 42 whose role is to supply an approximately constant current in a feedback circuit comprising the resistor 43. The amplifier 42 has several feedback links: between its output and its inverting input, a first connection comprises a usual resistance 46, and a second connection comprises, in addition to the resistance 43, preferably two capacitors 47, 48 mounted
on either side of this resistor 43 and intended to stop the DC component which would otherwise pollute the electrodes A, B and tend to damage them, as well as another resistor 49. A third counter-reaction link comprising a adjustable resistor 50 and another resistor 51, connects the common terminal to the elements 48, 49 to the non-inverting input of
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tion is arranged so that the variable resistor 43 existing between the electrodes A, B in the conductive liquid is traversed by a quasi-constant current. The resistor 50 makes it possible to adjust the gain of the amplification.
There is thus collected at the output of the amplifier 42 a voltage 51 substantially proportional and well representative of the variable resistance 43 between the electrodes A, B, this voltage being modulated on the carrier at 1 kHz supplied.
by the oscillator 41. The double-alteration rectifier circuit 44 suppresses the carrier oscillation and produces at its output low frequency oscillations 52 - proportional to the measured rotor speed - which are then converted in circuit 45 into pulses able to be added up in a display device, for example with liquid crystal, which can be distant from the circuit 40 and on which the flow rate or the consumption of measured liquid are read. The circuit 40 is advantageously produced in the form of a micro-circuit incorporated in the housing of the liquid counter considered.
Other embodiments of the invention may also consist of the use of two pairs of electrodes diametrically arranged with respect to the axis of the rotor of the meter under consideration, and alternately masked and unmasked, one opposite. on the other by the blades of an insulating rotor.
In fig. 4, two pairs of electrodes 71 and 72 are respectively mounted opposite one another on the branches of two stirrup-shaped supports 73, 74. The rotor 75, the plane blades of which pass alternately during their rotation between the electrodes of each pair 71, 72 is an insulating rotor of the kind of that of FIG. 3, with an odd number of blades. The resistors between these two pairs of electrodes are connected in the arms of a bridge circuit 76 with two other fixed resistors 77, 78 external to the liquid 70, for example a bridge of
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alternating current source 79, and the detection signals
of rotation are collected across the other diagonal of the bridge. The resistance of the liquid then being maximum between the
pair of masked electrodes while it is minimal between
the pair of exposed electrodes, we get this way
a depth of modulation of the alternative carrier wave substantially double that provided by a pair of electrodes alone.
On the assembly shown in fig. 5, a first pair of electrodes 81, 82 is used, these electrodes preferably being arranged symmetrically on either side of an insulating rotor 83, wedged as previously on the shaft of the measurer, but not in the immediate vicinity of the blades to this rotor, for example at a distance of the order of a centimeter. Each electrode
81, 82 is in fact a double electrode, that is to say brought to the same potential, but made up of two point electrodes 811, 812 and 821, 822 separated by an insulating sheath 84,85 respectively. In the immediate vicinity of the rotor 83, that is to say at a distance of the order of a millimeter, two other electrodes 86, 87 are arranged on either side of the blades of this rotor, for example, but not necessarily , approximately aligned with electrodes 811, 821 and 812, 822 in the liquid
80. The electrodes 81 and 82 are, as in the previous case, connected to a source of alternating potential 88, and the following resistors, inside the liquid 80:
Ri (fixed) between electrodes 811 and 86
R2 (fixed) between electrodes 822 and 87
R3 (variable) between electrodes 812 and 87
R4 (variable) between electrodes 821 and 86
constitute a bridge of "liquid" resistors, the electrodes 86, 87 of which form the terminals of the output diagonal. The assembly is such that the bridge is permanently unbalanced. The rotor 83 has in this case an even number of blades so that the variable resistances with the passage of the rotor blades vary in phase.
It should be noted that if, instead of having the electrodes 86, 87 on either side of the rotor 83, they are placed on the same side of this rotor, for example, at the top, then it is advisable to use an odd-numbered rotor <EMI ID = 9.1>
naked, and vice versa.
In both cases, a resistance bridge is obtained in which the "liquid" resistances are always proportional to the resistivity of the liquid, the signal collected at the output is thus much less dependent on the resistivity of the conductive liquid.
The auxiliary rotor can take other forms than that with flat blades indicated in fig. 2 and can for example be produced in the form of a crenellated cylindrical bell according to the available space existing in the measurer, or any other form of revolution having cutouts (serrations or orifices. & Regularly distributed to pass between two electrodes .
CLAIMS '
.-.._._.-_ m. � .a.-_.-.......-
1.- Flow meter emitting electrical pulses for electrically conductive fluid, comprising:
- a rotor mounted to be driven by the rotating fluid at a speed which depends on the flow rate of the fluid to be measured,
- at least one pair of electrodes placed in contact with the liquid on an insulating support and connected to a circuit
for processing the electrical signals collected by these electrodes,
an auxiliary rotor driven inside the fluid by said rotor, this auxiliary rotor being made of insulating material
and having regularly distributed cutouts, characterized in that said electrodes are arranged one
relative to each other to be periodically masked and unmasked when the cutouts of said auxiliary rotor pass between
them and collect signals for periodic variations in the electrical resistance of the fluid between these electrodes caused
by the rotation of the auxiliary rotor.