CA1095591A

CA1095591A - Debitmetre , anenometre a grille transparente

Info

Publication number: CA1095591A
Application number: CA277,826A
Authority: CA
Inventors: Jean Zizine
Original assignee: Civile Dite (la) Sci Le Brin Ste
Current assignee: Civile Dite (la) Sci Le Brin Ste
Priority date: 1977-05-06
Filing date: 1977-05-06
Publication date: 1981-02-10

Abstract

Débitmètre permettant de mesurer le débit d'un écoulement gazeux au moyen d'un jet d'ions parallèle à l'écoulement gazeux. Dans un tube de mesure, on dispose une source d'ions, une électrode dite transparente, et une électrode collectrice, ces grilles étant sensiblement perpendiculaires à la direction d'écoulement du gaz à mesurer. On applique une source de tension entre la première et la deuxième électrode, et on mesure le courant engendré par les ions ayant traversé la deuxième électrode.Flow meter for measuring the flow of a gas flow by means of an ion jet parallel to the gas flow. In a measurement tube, there is an ion source, a so-called transparent electrode, and a collecting electrode, these grids being substantially perpendicular to the direction of flow of the gas to be measured. A voltage source is applied between the first and second electrodes, and the current generated by the ions having passed through the second electrode is measured.

Description

1~)9S591 La pr~sente invention concerne une jauge permettant de mesurer le débit massique ou la vitesse d'un écoulement gazeux au moyen d'un jet d'ions sensiblement parallèle à l'écoulement.
Il est connu de mesurer le débit d'un écoulement gazeux au moyen d'un jet d'ions perpendiculaire à l'écoulement et dont on mesure la déformation du trajet dans l'espace, le jet d'ions étant créé par effet corona: brevet britannique Durbin 1.271.825, brevet américain Obermaier 2,727,543, brevet américain Nadot 3,835,705. Dans ces d~bitmètres connus, les ions son~ cr~és au-tour d'une source qui peut être un disque, une pointe, un fil,et sont récoltés sur des électrodes métalliques planes ou cylin-driques, de telle sorte que le faisceau d'ions traverse l'écoule-ment de gaz de manière sensiblement perpendiculaire à la direc-tion de cet écoulement. I'ous ces débitmètres présentent l'incon-vénient d'être extrêmement sensibles à la nature des porteurs de charge électrique (ions) créés aux environs immédiats de leur source ainsi qu~aux variations de leur vitesse de transfert pour aller de la source aux électrodes de col-lection. De plus, ces débitmètres connus ont une section de passage du gaz limitée à quelques centimètres afin de ne pas avoir à appliquer une tension d'ionisation beaucoup trop élevée, et, d'autre part, de conserver une précision suffisante dans les mesures.
Dans les dispositifs connus précités, la précision de la mesure est affectée par toutes les sources de pollu-tion: si, par exemple le gaz est humide, les ions peuvent, au cours de leur parcours, se recombiner avec les molécules dleau, et si le gaz dont on mesure la vitesse comporte des composants ionisables différents, ceux-ci ne sublssent pas la m~me déviation que les ions du gaz principal.

Le but de la présente invention est donc de créer ~,c~

~09S591 un débitm~tre permettant de mesurer le débit d'un écoulement gazeux dans le~uel la source d'ions ne participe pas ~ la mesure, c'est-à-dire que ses fluctuations n'affectent pas la mesure.
La présente invention a encore pour but de réa-liser la mesure du débit d'un écoulement gazeux sans que cette mesure soit affectée par des éventuelles pollutions du gaz dues par exemple à des particules d'eau qui ris~ue-raient de se combiner aux ions créés, ou à des impuretés contenues dans le gaz~
- La presente invention a encore pour but de réa-liser la mesure du débit d'un écoulement gazeux indépen-damment des dimensions de la section de passage du dispo-sitif de mesure.
Selon la présente invention, les but précités sont atteints grace à une jauge dans laquelle le gaz dont on veut déterminer les caractéristi~ues d'écoulement tra-verse une électrode conductrice, des ions étant créés dans le gaz, en amont de cette électrode conductrice la mesure consiste à mesurer le flux des ions ayant pu traverser la susdite électrode sous l'effet de l'écoulement gazeux dont ~, on veut connaitre le débit, cette électrode étant par la suite appelée "grille transparente".
Grace à ce dispositif, on obtient une mesure de grande stabilité qui n'est plus perturbée par les fluctua-tions de la source, la détermination de la proportion d'ions traversant l'électrode étant indépendante du flux d'ions incident.
Grâce au procédé de la présente invention, la source d'ions peut être très proche du réseau ou grille transparente (leur distance n'est pratiquement limitée que par la rigidité
diélectrique entre la source d'ions et cette grille transpa-.
?

~095591 rente), et ainsi, les ions du gaz à mesurer n~ont pratiquement plus la possibilité de se combiner avec les polluan~s, et en outre, la tension à appliquer entre la source et la grille transparente est indépendante de la section de la veine gazeuse, ce qui permet donc d'utiliser dans tous les cas une tension de fonctionnement faible.
Selon une autre caractéristique de la présente in-vention, on mesure le flux d'ions ayant traversé la grille transparente grâce ~ une électrode collectrice se présentant également sous forme de grille ou réseau et située en aval de cette grille transparente, par conséquent, on réalise une mesure moyenne des ions apparaissant sur cette électrode col-lectrice, et les diverses fluctuations de la source (bruits d'émission dûs à la condensation des produits lourds, tels que poussières et fumées, se condensant sur la source, pro-voquant ainsi une dlspersion de la décharge) ne peuvent plus perturber la mesure.
Dans un aspect g~néral, l'invention concerne un pro-céd~ de mesure de débit ou de vitesse d'un écoulement gazeux au moyen d'un jet d'ions prati~uement parallèle audit écoulement gazeux, et émis par une électrode de source et passant à travers une électrode conductrice plane pratiquement perpendiculaire audit écoulement gazeux et se présentant sous forme d'une grille ou d'un réseau, et dite "grille transparente", l'électrode dite "grille transparente" étant disposée en aval de l'électrode de source, et une troisième électrode conductrice placée en aval de la grille transparente procédé caractérisé par le fait que l'on mesure le rapport des courants collectés par lesdites : deuxième et troisième électrodes.
Selon un autre aspect général de l'invention, on pré-voit un dispositif de mesure d'un écoulement gazeux permettant ~095591 la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, et com-portant au moins trois électrodes conductrices dispos~es sur le trajet dudit écoulement gazeux et électriquement isolées entre-elles, la première électrode rencontrée par l'~écoulement cJazeux constituant la source ionique, la seconde électrode étant ladite : grille transparente, et la troisième électrode constituant l'électrode collectrice, ce dispositif comportant en outre entre la première électrode et les autres une source de tension créant un champ électrique tel que les ions produits par la source se déplacent de la première électrode vers la second électrode, dans :. le sens d'écoulement du gaz, dispositif caractérisé par le fait que lesdites première et troisième électrodes sont constituées chacune par une grille ou un réseau conducteur.
L~invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels:
- la figure 1 est une illustration schématique du :~:
dispositif de mise en oeuvre du procédé de la mesure avec une source d~ions radioactive;
- la figure 2 est une illustration schématique du dispositif de mise en oeuvre du procédé de la mesure avec une source d'ions par effet corona, - la figure 3 est une illustration schématique du dispositif de la figure 2, avec une régulation de la tension et du courant de la source dlions, - et la figure 4 est une illustration schématique du dispositif de mise en oeuvre du procédé de la mesure avec -3a-~ .

~095591 une source d'ions par effet corona et une mesure du courant débité
par l'électrode collectrice.
La jauge à .source d'ions radioactive de la figure 1 est essentiellement constituée par trois électrodes sous forme de grilles ou réseaux métalliques de mesure 1, 2 et 3 disposées pratiquement perpendiculairement à l'écoulement gazeux à l'in-térieur d'une conduite 4 et électriquement isolées entre-elles, les électrodes occupant pratiquement toute la section de pas-sage de la conduite 4. L'électrode 1 est recouverte d'un revêtement radioactif non représenté. On branche une source de tension 5 entre l'électrode 1 et l'électrode 2, de manière à créer un champ électrique entre ces deux électrodes de telle fa~con que les ions créés se déplacent de l'électrode 1 vers l'électrode 2~ On dispose d'autre part un appareil de mesure de courant 6 entre la source de tension 5 et l'électrode 2, et un autre appareil de mesure de courant 7 entre l'électrode 3 et le point commun de la source 5 et de l'appareil de mesure 6. Le gaz s'écoule dans le sens de la flèche ~3.
On règle la source de tension 5 de telle facon que sa valeur soit suffisante pour que l'on puisse collecter des ions dès que la vitesse du gaz n'est plus nulle. Soit E la valeur du champ électrique au voisinage des fils de l'électrode 1 ~) 9S591 The present invention relates to a gauge allowing measure the mass flow or the velocity of a gas flow at by means of an ion jet substantially parallel to the flow.
It is known to measure the flow of a gas flow by means of an ion jet perpendicular to the flow and whose we measure the deformation of the path in space, the ion jet being created by corona effect: British patent Durbin 1,271,825, American patent Obermaier 2,727,543, American patent Nadot 3,835,705. In these known d ~ bitmeters, the ions are ~ cr ~ és au-turn of a source which can be a disc, a point, a wire, and are collected on flat or cylindrical metallic electrodes drique, so that the ion beam crosses the flow-gas substantially perpendicular to the direction tion of this flow. I'ous these flowmeters present the incon-comes from being extremely sensitive to the nature of the carriers of electric charge (ions) created in the immediate vicinity of their source as well as variations in their speed of transfer from source to collector electrodes lection. In addition, these known flow meters have a cross section gas passage limited to a few centimeters in order to don't have to apply an ionization voltage a lot too high, and, on the other hand, to maintain an accuracy sufficient in the measurements.
In the aforementioned known devices, the precision of the measure is affected by all sources of pollution tion: if, for example the gas is humid, the ions can, during their journey, recombine with the molecules water, and if the gas whose speed is measured contains different ionizable components, these do not sublime the same deflection as the main gas ions.

The aim of the present invention is therefore to create ~, c ~

~ 09S591 a flowmeter for measuring the flow rate of a flow gaseous in the ~ uel the ion source does not participate ~ the measure, i.e. its fluctuations do not affect measurement.
Another object of the present invention is to read the measurement of the flow rate of a gas flow without this measure is affected by possible pollution gas due for example to water particles which ris ~ ue-are said to combine with the ions created, or with impurities contained in gas ~
- The present invention also aims to read the measurement of the flow rate of an independent gas flow especially the dimensions of the passage section of the dispo-measurement sitive.
According to the present invention, the aforementioned objects are reached thanks to a gauge in which the gas whose we want to determine the characteristics of flow tra pours a conductive electrode, ions being created in the gas, upstream of this conductive electrode, measures it consists of measuring the flow of ions that may have crossed the the aforementioned electrode under the effect of the gas flow of which ~, we want to know the flow, this electrode being by the continuation called "transparent grid".
Thanks to this device, a measurement of high stability which is no longer disturbed by fluctua-source, determining the proportion of ions passing through the electrode being independent of the ion flow incident.
Thanks to the process of the present invention, the source ion can be very close to the network or transparent grid (their distance is practically limited only by the rigidity dielectric between the ion source and this transparent grid .
?

~ 095591 rent), and thus, the ions of the gas to be measured n ~ have practically more the possibility of combining with polluan ~ s, and in in addition, the voltage to be applied between the source and the grid transparent is independent of the cross section of the gas stream, which therefore makes it possible to use in all cases a voltage low operating.
According to another characteristic of the present in-vention, we measure the flow of ions having crossed the grid transparent thanks to a collecting electrode presenting itself also in the form of a grid or network and located downstream of this transparent grid, therefore, a average measurement of the ions appearing on this col-reader, and the various fluctuations of the source (noises emissions due to the condensation of heavy products such as that dust and fumes, condensing on the source, pro-thus evoking a discharge dlspersion) can no longer disturb the measurement.
In a general aspect, the invention relates to a pro-ced ~ for measuring the flow or speed of a gas flow at by means of an ion jet practically parallel to said flow gaseous, and emitted by a source electrode and passing through a substantially perpendicular planar conductive electrode said gas flow and in the form of a grid or from a network, and called "transparent grid", the so-called electrode "transparent grid" being arranged downstream of the electrode source, and a third conductive electrode placed downstream of the transparent process grid characterized in that we measure the ratio of the currents collected by said : second and third electrodes.
According to another general aspect of the invention, one pre-sees a device for measuring a gas flow allowing ~ 095591 the implementation of the method according to claim 1, and carrying at least three conductive electrodes disposed ~ es on the path of said gas flow and electrically isolated between them, the first electrode encountered by the ~ gas flow constituting the ion source, the second electrode being said : transparent grid, and the third electrode constituting the collecting electrode, this device further comprising between the first electrode and the others a voltage source creating an electric field such that the ions produced by the source are move from the first electrode to the second electrode, in :. direction of gas flow, device characterized by the fact that said first and third electrodes are made up each by a grid or a conductive network.
The invention will be better understood using the detailed description of several embodiments taken as nonlimiting examples and illustrated by the drawings annexed on which:
- Figure 1 is a schematic illustration of: ~:
device for implementing the measurement method with a source of radioactive ions;
- Figure 2 is a schematic illustration of the device for implementing the measurement method with a source of ions by corona effect, - Figure 3 is a schematic illustration of Figure 2 device, with voltage regulation and the current from the lion source, - and Figure 4 is a schematic illustration of the device for implementing the measurement method with -3a-~.

~ 095591 a source of ions by corona effect and a measurement of the current delivered by the collecting electrode.
The radioactive ion source gauge of Figure 1 consists essentially of three electrodes in the form of metallic measuring grids or networks 1, 2 and 3 arranged practically perpendicular to the gas flow inside the inside of a pipe 4 and electrically isolated from each other, the electrodes occupying practically the entire cross-section of driving wise 4. The electrode 1 is covered with a radioactive coating not shown. We plug in a source voltage 5 between electrode 1 and electrode 2, so to create an electric field between these two electrodes of such fa ~ con that the ions created move from electrode 1 to the electrode 2 ~ There is also a measuring device current 6 between the voltage source 5 and the electrode 2, and another current measuring device 7 between the electrode 3 and the common point of the source 5 and the measuring device 6. The gas flows in the direction of arrow ~ 3.
The voltage source 5 is adjusted so that its value is sufficient for us to collect ions as soon as the gas speed is no longer zero. Let E be value of the electric field in the vicinity of the electrode wires

2, et ~ la mobilité des ions dans le gaz considéré (générale-ment exprimée en cm2/V.s.). Lorsque la vitesse du gaz est nulle, la vitesse~rdes ions est, en tout point de l'espace VY= u E, et presque tous les ions sont collectés par l'élec-trode 2, puisque presque toutes les lignes de force aboutissent à cette électrode 2.
Dès que le gaz a une vitesse non nulle ~ , la vitesse ~ des ions est:

E

iS9~ -Pour tous les points de l'espace pour lesquels ¦~¦p E, les ions quittent les lignes de force et sont en-tra~n~s au-delà de l'~lectrode 2 et sont co]lect(s par l'élec-trode 3. Le courant de l'~lectrode 3 indiqu~ par l'a~pareil de mesure 7, est donc une fonction bien définie de la vitesse d'orltra~nomcn~ ~O du qaz on rnouvorn-nt. L'apr)areil do mesure de courant 6 indique le courant des ions collectés par l'élec-trode 2. Le rapport des courants I3 et I2 correspondant res-pectivement aux ions collectés par les électrodes 3 et 2 res-pectivement n'est fonction que des caractéristiques d'écoule-ment du gaz.
La distance entre les électrodes 1 et 2 est choisie suffisamment petite pour réduire la recombinaison des ions créés avec, par exemple, des molécules de vapeur d'eau, la limite inférieure de cette distance étant pratiquement déter-minée par la tension de claquage entre les électrodes 1 et 2.
Cette distance est de façon avantageuse de l~rdre de 5 mm.
; La distance entre les électrodes 2 et 3 est choisie du même ordre de grandeur que le pas du réseau constituant l'élec-trode 1, sa limite inférieure étant la distance pour laquelle les lignes de force traversent l'électrode 2 lorsque le gaz est au repos, juste sans atteindre la grille 3 (si les lignes de force atteignaient l'electrode 3, on pourrait lire sur l'appareil de mesure 7 un courant meme lorsque le gaz est au repos).
On choisit le pas du réseau consitutant l'électrode 2 du même ordre de grandeur que la distance entre llélectrode 2 et l'électrode 3 de préférence de l'ordre de 1 mm.
La figure 2 représente un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel la source d'ions est une décharge corona. Le tube de mesure 4 comporte toujours les trois élec-trodes de mesure 1, 2 et 3, mais l'électrode 1 n'est plus ~9S5gl recouverte d'un rcv~tement radioactif. L'appareil de mesure de courant 7 est rernplacé par un voltmètre 10 à grande impé-dance d'entrée, cette impédance d'entrée étant choisie de façon que le courant traversant ledit voltmètre soit très faible par rapport au courant de fonctionnement de la source et la source de tension 5 a une valeur telle qu'elle produit une décharge corona sur l~électrode 1. L'appareil de mesure de courant 6 a été supprimé et remplacé par une résistance 11.
Les ions engendrés sur l'électrode 1 par décharge 10 corona se déplacent vers l~électrode 2 sous l'effet du champ électrique établi par la source de tension 5. Lorsque le gaz à mesurer est au repos, les ions sont pratiquement tous col-lectés par l'électrode 2.
Lorsque le gaz à mesurer a une vitesse non nulle, et se déplace dans la direction de la flèche 8, les ions sont entrainés au-delà de l'électrode 2 et atteignent l~électrode 2, and ~ the mobility of the ions in the gas considered (general-ment expressed in cm2 / Vs). When the gas speed is zero, the speed ~ rdes ions is, at any point in space VY = u E, and almost all the ions are collected by the elect trode 2, since almost all the main lines terminate to this electrode 2.
As soon as the gas has a non-zero speed ~, the speed ~ ions is:

E

iS9 ~ -For all points in space for which ¦ ~ ¦p E, the ions leave the lines of force and are tra ~ n ~ s beyond ~ electrode 2 and are co] lect (s by the elec-trode 3. The current from electrode 3 indicated by the device measure 7, is therefore a well-defined function of speed d'orltra ~ nomcn ~ ~ O du qaz on rnouvorn-nt. Apr) areil do measure current 6 indicates the current of the ions collected by the elect trode 2. The ratio of the corresponding currents I3 and I2 remains pectively to the ions collected by the electrodes 3 and 2 res-pectively depends only on the flow characteristics gas.
The distance between electrodes 1 and 2 is chosen small enough to reduce ion recombination created with, for example, water vapor molecules, the lower limit of this distance being practically deter-undermined by the breakdown voltage between electrodes 1 and 2.
This distance is advantageously l ~ rdre of 5 mm.
; The distance between electrodes 2 and 3 is chosen the same order of magnitude that the pitch of the network constituting the elect trode 1, its lower limit being the distance for which the force lines pass through electrode 2 when the gas is at rest, just without reaching grid 3 (if the lines forcibly reached electrode 3, we could read on the measuring device 7 a current even when the gas is at rest).
We choose the pitch of the network constituting the electrode 2 of the same order of magnitude as the distance between the electrode 2 and the electrode 3 preferably of the order of 1 mm.
Figure 2 shows another embodiment of the invention in which the ion source is a discharge corona. The measuring tube 4 always includes the three electri measuring pads 1, 2 and 3, but electrode 1 is no longer ~ 9S5gl covered with a radioactive coating. The measuring device current 7 is replaced by a high impedance voltmeter 10 input dance, this input impedance being chosen from so that the current flowing through said voltmeter is very low compared to the source operating current and the voltage source 5 has a value as it produces a corona discharge on electrode 1. The measuring device current 6 has been removed and replaced by a resistor 11.
The ions generated on electrode 1 by discharge 10 corona move towards electrode 2 under the effect of the field electric established by the voltage source 5. When the gas to measure is at rest, the ions are practically all col-read by electrode 2.
When the gas to be measured has a non-zero speed, and moves in the direction of arrow 8, the ions are entrained beyond electrode 2 and reach the electrode

3, Etant donné que le voltmètre 10 a une grande impédance d'entrée, il apparait sur l'électrode 3 une tension créant un champ électrique qui s'oppose à l'arrivée des ions sur l~électrode 3. Soit El le champ électrique entre les élec-trodes 2 et 3, ~ la mobilité des ions et~O la vitesse du gaz à mesurer, lorsque:

, El 11 = vo les ions n'atteignent plus l'électrode 3.
I.a tension électrique qui s'établit sur l~électrode 3 est donc fonction uniquement des caractéristiques d~écoule-ment du gaz, et il est donc facile de mesurer la vitesse d'é-coulement du gaz ou son débit massique par une methode de zéro:
le champ électrique est tel que pratiquement tous les ions sont captés par la grille transparente 2, c'est-à-dire de fa,con telle que le courant apparaissant sur llélectrode 3 est pratiquement nul, et ce, grâce à la résistance très élevée du voltmètre 10 .

9~5~

qui fait que, malgre le très faible nombre d'ions arrivant sur l'électrode 3, la tension entre cette électrode et l'électrode 2 est suffisante pour repousser les ions.
En revenant au montage de la figure 1, on détermine:
I3 = K- I2 e v~J' (1) I3 étant le courant sur l'électrode collectrice 3.
K une constante qui dépend de la géométrie du dispositif, I2 le courant circulant dans l'électrode 2, e la densité du fluide, ~ sa vitesse, e-t V la différence de potentiel entre la source 1 et la grille transparente 2.
On voit donc que pour mesurer la vitesse ou le débit massique du gaz, il est nécessaire de tenir compte de la valeur du courant I2 et de la différence de potentiel V.
Afin d'obtenir une mesure directe de la vitesse ~
du fluide à mesurer, on peut utiliser une alimentation régulée telle que I2 = constante. Dans ce cas, la relation (1) V
devient:
I3 = C. lg' C étant une autre constante égale à ~, I2 ~
Un montage permettant de réaliser cette mesure est schématiquement représenté sur la figure 3~ L'électrode 1 est alimentée par une source de haute tension 12, par exemple un convertisseur de tension à oscillateur. Entre l'électrode 1 et la masse on branche en série deux résistances 13 et 14 formant pont diviseur, la tension aux bornes de la résistance 14 étant envoyée sur l~entrée (+) dlun amplificateur diffé-rentiel 15 dont l'autre entrée (-) rec~oit la tension aux bornes de la résistance 11 qui est branchée entre l'électrode 2 et la masse. La sortie de l'amplificateur différentiel 15 est reliée à une entrée de régulation de la source de tension 12. L'élec-trode 3 est reliée à un amplificateur 16 permettant de régler de fa~con connue l'annulation du courant résiduel grâce à un potentiomètre 17 branché sur une tension auxiliaire u, ce cou-rant résiduel pouvant éventuellement apparaitre sur l'électrode 3 lorsque la vitesse du gaz à mesurer est nulle et lorsque les électrodes 2 et 3 sont très rapprochées. A la sortie 18 de l'amplificateur 16 on recueille une tension proportionnelle à la vitesse d'écoulement du gaz à travers la jauge, ou à son débit massique.
Soient V la tension entre l'électrode 1 et la masse, Rll, R13 et R14 les valeurs respectives des résistances 11, 13 ~ 10 et 14 la régulation de la tension de la source 12 a lieu de ; telle facon que l'on ait:

R13 -~ R14 Rll I2 c'est-à-dire lorsque les tensions aux deux entrées (+) et (-) de l'ampllficateur 15 sont égales. Pour cette condition, on a I R

V 11 ( 13 R14) Cela veut dire que le rapport I2 est constant pour des valeurs déterminées des résistances Vll, 13 et 14, la pré-cision de cette valeur dépendant directement du gain de l'am-plificateur 15, que l'on peut rendre aussi élevé que nécessaire.
La figure 4 représente un autre mode de réalisation de l'invention utilisant une source d'ions corona et une mesure du courant de la ~rille collectrice. Dans cette réalisation, on a ajouté une électrode 19 symétrique de l'électrode 2 par rapport à l'électrode 1 et une électrode 20 symétrique de l'électrode 3 par rapport à l'électrode 1. Les électrodes 2 et 19 sont reliées entre elles et réunies à la source de tension - 5 par l'intermédiaire d'une résistance 11 le point commun de la résistance 11 et de la source de tension 5 est relié aux électrodes 3 et 20 respectivement par les résistances 21 et 22, un mlcroampèremètre 9 est branché entre les électrodes 3 et 20.

. ~ .

l~SS91 Le montage ainsi realisé est bi-direc-tionnel. On règle la valeur de la source de haute tension 5 pour provoquer une décharge corona autour de l'électrode 1.
Dans ce dernier mode de réalisation, le fonctionne-ment est sensiblement le même que celui dans le premier dis-positif décrit, la résistance 11, traversée par le courant I2, développe une tension entre les électrodes 2 et 3, de facon à améliorer les propriétés de linéarité du dispositif de mesure.
Le microampèremètre 9 indique la différence des courants appa-ralssant sur les électrodes 3 et 20, cette différence étantcaractéristique de la vitesse d'écoulement du gaz. De meme que dans le cas précédent~ la source de tension 5 est avanta-geusement réalisée de façon telle que la tension à ses bornes et que le courant qu'elle fournit soient dans un rapport cons-tant, afin d'avoir une mesure directement fonction de la vi-tesse d'écoulement du gaz~
Dans tous les modes de réalisation ci-dessus décrits, on peut régler le fonctionnement de la jauge pour une vitesse des gaz nulle soit en agissant sur la distance des électrodes 2 et 3 gr~ce à un dispositif mécanique, soit en agissant sur le champ électrique autour de l'électrode 2 grâce à un dis-positif de réglage purement électrique, ce qui est préférable.
En outre, tous les autres modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent être rendus bi-directionnels si l'on ajoute un jeu de deux électrodes symétriques des électrodes 2 et 3 par rapport à la source 1, et en réalisant les branchements électriques appropriés.
On remarquera également que l'on peut canaliser le flux de gaz au niveau de la source par exemple en profilant la surface intérieure de la conduite à ce niveau de fac,on à
y créer un léger renflement périphérique s'étendant vers l'axe de la conduite, afin que le gaz ne traverse que la partie ~L~95S91 active de l'électrode de source.
Les modes de réalisation décrits ci-dessus comportant de préférence des electrodes planes, disposées dans une con-duite de mesure, mais il est évident que l~on obtiendrait des résultats comparables avec des électrodes ayant dlautres formes.
en respectant simplement la caractéristique principale de la présente invention, à savoir l'interposition de l'électrode "transparente" entre une source d'ions et une électrode col-lectrice. On peut par exemple disposer autour de la source des électrodes de forme cylindrique ou sphérique, et effectuer la mesure à l'alr libre.

1,~
1: .
f ' - 10 -~t39S591 DIW LGUATION SUPPLEMENTAIRE

Il a été découvert que le dispositif de mesure selon l'invention, en lloccurence la jauge permettant de mesurer le débit massique ou la vitesse d'un écoulement gazeux, pouvait aussi 8tre utilisé pour les liquides isolan-ts, en particulier, les hydrocarbures liquides.

' 3, Since the voltmeter 10 has a high impedance input, a voltage appears on electrode 3 creating an electric field which opposes the arrival of ions on l ~ electrode 3. Let El be the electric field between the elect trodes 2 and 3, ~ the mobility of the ions and ~ O the speed of the gas to be measured, when:

, El 11 = vo the ions no longer reach electrode 3.
The electrical voltage which is established on the electrode 3 is therefore a function only of the characteristics of flow gas, so it’s easy to measure the gas velocity gas flow or its mass flow by a zero method:
the electric field is such that practically all of the ions are captured by the transparent grid 2, that is to say in fa, con such that the current appearing on electrode 3 is practically zero, thanks to the very high resistance of the 10 voltmeter .

9 ~ 5 ~

which means that, despite the very low number of ions arriving on electrode 3, the voltage between this electrode and the electrode 2 is sufficient to repel the ions.
Returning to the assembly of FIG. 1, we determine:
I3 = K- I2 ev ~ J '(1) I3 being the current on the collecting electrode 3.
K a constant which depends on the geometry of the device, I2 the current flowing in the electrode 2, e the density of the fluid, ~ its speed, and V the potential difference between the source 1 and the transparent grid 2.
So we see that to measure the speed or the flow gas mass, it is necessary to take into account the value the current I2 and the potential difference V.
In order to obtain a direct measurement of the speed ~
of the fluid to be measured, you can use a regulated supply such that I2 = constant. In this case, the relation (1) V
bECOMES:
I3 = C. lg ' C being another constant equal to ~, I2 ~
An arrangement for carrying out this measurement is schematically shown in Figure 3 ~ The electrode 1 is powered by a high voltage source 12, for example an oscillator voltage converter. Between the electrode 1 and earth connect two resistors 13 and 14 in series forming a divider bridge, the voltage across the resistor 14 being sent to the input (+) of a different amplifier rentiel 15 whose other input (-) receives the terminal voltage of resistor 11 which is connected between electrode 2 and the mass. The output of the differential amplifier 15 is connected to a voltage source regulation input 12. The electric trode 3 is connected to an amplifier 16 for adjusting known fa ~ con the cancellation of the residual current through a potentiometer 17 connected to an auxiliary voltage u, this residual rant which may possibly appear on the electrode 3 when the speed of the gas to be measured is zero and when the electrodes 2 and 3 are very close together. At exit 18 of amplifier 16 we collect a proportional voltage at the rate of gas flow through the gauge, or at its mass flow.
Let V be the voltage between electrode 1 and ground, Rll, R13 and R14 the respective values of resistors 11, 13 ~ 10 and 14 the voltage regulation of the source 12 takes place from ; so that we have:

R13 - ~ R14 Rll I2 that is to say when the voltages at the two inputs (+) and (-) of amplifier 15 are equal. For this condition, we have IR

V 11 (13 R14) This means that the ratio I2 is constant for determined values of the resistors Vll, 13 and 14, the pre-cision of this value depending directly on the gain of the am-plifier 15, which can be made as high as necessary.
Figure 4 shows another embodiment of the invention using a corona ion source and a measurement of the current of the collecting rille. In this realization, an electrode 19 symmetrical to the electrode 2 was added by relative to electrode 1 and a symmetrical electrode 20 of the electrode 3 with respect to the electrode 1. The electrodes 2 and 19 are interconnected and joined to the voltage source - 5 via a resistor 11 the common point of resistor 11 and voltage source 5 is connected to electrodes 3 and 20 respectively by resistors 21 and 22, a mlampro meter 9 is connected between electrodes 3 and 20.

. ~.

l ~ SS91 The assembly thus carried out is bi-directional. We settle the value of the high voltage source 5 to cause a corona discharge around electrode 1.
In this latter embodiment, the ment is substantially the same as that in the first dis-positive described, resistor 11, crossed by current I2, develops a voltage between electrodes 2 and 3, so to improve the linearity properties of the measuring device.
The micro-ammeter 9 indicates the difference of the currents on the electrodes 3 and 20, this difference being characteristic of the gas flow speed. Likewise that in the previous case ~ the voltage source 5 is advantageously carefully carried out in such a way that the voltage across it and that the current which it supplies are in a consistent relationship so much, in order to have a measurement directly function of the vi-gas flow size ~
In all of the embodiments described above, you can adjust the operation of the gauge for a speed zero gases either by acting on the distance of the electrodes 2 and 3 gr ~ ce to a mechanical device, either by acting on the electric field around electrode 2 thanks to a positive purely electric setting, which is preferable.
In addition, all of the other embodiments described above can be made bi-directional if we add a set of two symmetrical electrodes of electrodes 2 and 3 with respect to source 1, and by making the connections appropriate electrical.
Note also that we can channel the gas flow at the source for example by profiling the inner surface of the pipe at this level, we have create a slight peripheral swelling extending towards the axis of the pipe, so that the gas only passes through the part ~ L ~ 95S91 source electrode active.
The embodiments described above comprising preferably planar electrodes, arranged in a con measurement, but it is obvious that we would get comparable results with electrodes of other shapes.
by simply respecting the main characteristic of the present invention, namely the interposition of the electrode "transparent" between an ion source and a col-reader. We can for example arrange around the source cylindrical or spherical electrodes, and perform free measurement.

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f '- 10 -~ t39S591 DIW ADDITIONAL LGUATION

It has been discovered that the measuring device according to the invention, in this case the gauge for measuring the mass flow or the speed of a gas flow, could also be used for insulating liquids, in particular, liquid hydrocarbons.

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Claims

The realizations of the invention, about which a right exclusive ownership or lien is claimed, are defined as follows: -

1. Method for measuring the flow or speed of a flow gaseous by means of an ion jet practically parallel to said gas flow, and emitted by a source electrode and passing through a substantially perpetual planar conductive electrode dicular to said gas flow and in the form of a grid or a network, and called "transparent grid", the electrode called "transparent grid" being arranged downstream of the source electrode, and a third conductive electrode placed downstream of the transparent process grid characterized by the fact that we measure the ratio of the collected currents by said second and third electrodes.

2. Measuring method according to claim 1, according to which one connects between the second and the third electrodes a very high input impedance voltage measurement device, characterized by the fact that said input impedance is chosen?
so that the current flowing through said measuring device is very low compared to the source operating current ionic and by the fact that one determines the value of the flow or velocity of the gas flow by a method of zero, so that the current appearing on said third electrode or practically zero.

3. Measuring method according to claim 1, characterized by the fact that the quotient: current of the second electrode / voltage applied to the source.

4. Device for measuring a gas flow allowing the implementation of the method according to claim 1, and carrying at least three conductive electrodes arranged on the path of said gas flow and electrically isolated between them, the first electrode encountered by the gas flow constituting the ion source, the second electrode being said transparent grid, and the third electrode constituting the collecting electrode, this device further comprising between the first electrode and the others a voltage source creating an electric field such that the ions produced by the source are move from the first electrode to the second electrode, in direction of gas flow, device characterized by the fact that said first and third electrodes are made up each by a grid or a conductive network.

5. Measuring device according to claim 4, comprising as a first electrode covered with a radioactive coating, characterized by the fact that each time it comprises in series with said second and third electrodes and with the source of voltage supplying the first electrode, a measuring device current.

6. Measuring device according to claim 4, charac-terified by the fact that the ion source is only a de-corona charge located around said first electrode, and that it includes a high impedance voltage measuring device ance of entry in series with the third electrode, this imped-input port being chosen so that the through current said voltage measuring device is very small compared operating current of the ion source.

7. Measuring device according to claim 4, charac-terrified by the fact that the voltage source supplying the pre-first electrode is stabilized in voltage, and that the current produced by the second electrode is also stabilized.

8. Measuring device according to claim 7, charac-terrified by the fact that the voltage produced by the current of the second electrode across the resistor which is connected in series with this electrode is sent to one of the inputs a differential amplifier, the other input of which receives a voltage proportional to the voltage applied to the first electrode, and that the output voltage of said amplifier differs rentiel is sent to an order entry from said source of supply voltage of the first electrode.

9. Measuring device according to any one of the res-dications 4, 7 and 8, characterized in that it comprises, of each side of the source electrode, a set of electrodes, of which the electrodes are respectively symmetrical with the electrodes of the other game.

10. Measuring device according to claim 4, charac-terrified by the fact that the distance between the first two electrodes is chosen small enough to reduce re-combination of the ions created by the first electrode with impurities in the gas to be measured, in particular with water vapor molecules.

11. Measuring device according to claim 10, charac-terrified by the fact that said distance is of the order of 5 mm.

12. Device according to claim 4, characterized by the fact that the distance between the second and third electrodes is chosen such that the lines of force crossing the second electrode do not reach this third electrode when the gas is at rest, this distance preferably being the same order of magnitude as the pitch of the second electrode.

13. Measuring device according to claim 12, charac-terrified by the fact that said distance is of the order of 1 mm.

14. Measuring device according to claim 4, charac-terrified by the fact that said second and third electrodes are cylindrical or spherical in shape and are arranged around from the source.

15. Measuring device according to claim 13, charac-terrified by the fact that said distance is of the order of 1 mm.

REPORTED CLAIMS BY DISCLOSURE
ADDITIONAL

16. Method according to claim 1, for the measurement of flow or speed of a flow of insulating liquids.

17. The method of claim 16, characterized by the fact that insulating liquids are hydrocarbons liquids.