Procédé thermique de mesure de débit et débitmètre pour la mise en oeuvre de ce procédé
La présente invention a pour objet un procédé thermique de mesure de débit, en particulier de faibles débits gazeux, ainsi qu'un débitmètre du type comprenant un tube qui est traversé par le débit à mesurer ou une fraction de ce débit et dans lequel sont montées des sondes thermo-sensibles.
Il est bien connu que la mesure de faibles débits, notamment de faibles débits gazeux, par exemple ne dépassant pas quelques litres ou quelques dizaines de litres par heure, est très délicate et cependant cette grandeur est très importante à connaître, en particulier dans les laboratoires, les mesures d'essai ou de prélèvements industriels, etc
On connaît dans la technique une très grande variété d'instruments de mesure, qui fonctionnent chacun suivant un principe différent. Parmi ces appareils, on peut citer à titre d'exemple: des rotamètres à tube en verre, des rotamètres électroniques, des débitmètres à conductivité thermique, des compteurs à turbine, des compteurs laminaires à pression différentielle, des débitmètres thermoélectrique, etc... Chacun de ces appareils a des avantages et des inconvénients intrinsèques.
Dans l'ensemble, on peut dire qu'aucun des instruments connus ne permet le passage rapide de la mesure d'un débit pour un gaz de caractéristiques physiques données, à la mesure du débit pour un autre gaz, présentant d'autres caractéristiques. En fait, chaque fois qu'on change de gaz, il faut réétalonner l'appareil, les courbes d'étalonnage n'étant pas linéaires et leur adaptation d'un gaz à un autre n'étant pas possible.
On connaît également des débitmètres thermiques qui fonctionnent sur le principe suivant:
On fait passer le courant gazeux (ou tout autre fluide dont on voudrait mesurer le débit) dans une conduite,
on place dans la conduite, dans le courant gazeux, un corps auquel on apporte un flux de chaleur constant,
on mesure à chaque instant l'échauffement du corps qui est d'autant plus chaud qu'il est refroidi par un courant gazeux moins important,
on étalonne l'appareil de façon à traduire directe.
ment les échauffements du corps chauffé en débits gazeux pour un gaz de caractéristiques données.
Dans certains modes de réalisation connus, le corps chauffé précité est constitué par une résistance électrique à laquelle une installation stabilisée fournit une puissance d'alimentation constante.
Cette résistance électrique peut du reste être une thermo-sonde qui donne directement l'échauffement.
Dans un autre mode de réalisation, le corps chauffé est constitué par deux résistances électriques identiques ayant un fort coefficient de température, l'une des résistances étant placée en amont de l'autre, sur ou dans la conduite traversée par le débit gazeux. La résistance amont étant plus refroidie que la résistance aval, il apparaît un déséquilibre thermique qui se traduit par un déséquilibre des résistances électriques et qui est fonction du débit gazeux. En montant les deux résistances dans un circuit en pont et en étalonnant chaque fois l'appareil pour chaque gaz de caractéristiques données, on peut alors lire directement par mesure électrique le débit gazeux.
Cependant, dans toutes ces réalisations, l'échauffement des résistances n'est pas une fonction linéaire du débit. Cette fonction varie en outre, suivant chaque gaz, de sorte qu'il faut chaque fois procéder au réétalonnage complet de l'appareil.
L'invention a pour but d'éviter les inconvénients mentionnés des débitmètres connus.
A cet effet, elle a pour objet un procédé thermique de mesure de débit, caractérisé en ce qu'on fournit à un écoulement gazeux en régime laminaire qui constitue le débit que l'on veut mesurer ou une fraction déterminée de ce débit, une puissance calorifique constante réglée de façon que l'accroissement maximal de température pour les plus faibles débits reste faible, et que l'on mesure l'échauffement du gaz produit par cet apport de chaleur, le débit cherché étant une fonction sensiblement linéaire de l'échauffement du gaz.
La mesure d'échauffement du gaz est une fonction linéaire du débit pour tous les gaz, dans une plage de température réduite, étant donné que la capacité calorifique à pression constante Cp d'un gaz pour une plage de température réduite, par exemple de 80" C, a une valeur sensiblement constante, donnée pour chaque gaz.
Grâce au procédé de l'invention, I'étalonnage de l'appareil pour chaque gaz est immédiat, à condition seulement que l'on connaisse la valeur du paramètre Cp pour chaque gaz considéré. En outre, la fonction liant l'échauffement du gaz au débit étant linéaire et passant par l'origine, il suffit de connaître un point de la courbe d'étalonnage pour avoir tous les autres.
On constatera que, suivant l'invention, et contrairement aux appareils construits suivant l'art antérieur dans lesquels on rapportait le débit gazeux non pas à l'échauffement du gaz, mais au refroidissement d'une sonde par le gaz qui était lui-même chauffé partiellement par cette sonde, on rapporte directement la mesure de débit à la mesure de l'échauffement du gaz, ce qui explique la linéarité des résultats et la simplification considérable d'emploi qui en résulte.
En outre, le débit de gaz qui traverse l'appareil peut être bypassé, de façon qu'un appareil puisse fournir diverses échelles de mesure.
Pour la mise en oeuvre du nouveau procédé thermique de mesure mentionné, le débitmètre thermique suivant l'invention est du type comprenant un tube qui est traversé par le débit à mesurer ou une fraction de ce débit, et dans lequel sont montées des sondes thermosensibles, ce débitmètre étant caractérisé en ce qu ledit tube est chauffé à puissance sensiblement constante sur un tronçon de sa longueur et au moins deux sondes thermo-sensibles sont plongées dans le courant de gaz en amont et en aval de la zone où le courant de gaz reçoit l'apport calorifique, ces sondes étant isolées thermiquement de la zone de chauffage et reliées à un dispositif de comparaison et de mesure.
Avantageusement, lesdites sondes sont du type à résistance variant linéairement avec la température, telles que des sondes résistantes à fil de platine ou analogue, et sont montées dans un montage à courant constant tel que la variation de résistance est transformée en une variation de tension qui lui soit proportionnelle aux bornes de la sonde.
Suivant une forme d'exécution particulière, le tube précité est en un matériau à faible conductibilité thermique, tel que verre pyrex ou analogue. Si le débit mesuré n'est qu'une fraction d'un débit plus important, le tube précité est monté en dérivation sur la conduite principale que traverse le débit total de gaz, entre deux points entre lesquels est prévu un dispositif de perte de charge, tel que Venturi par exemple. Avantageusement, ledit dispositif de perte de charge est symétrique de manière à permettre une mesure identique mais changeant de signe suivant que le débit gazeux circule dans un sens ou dans l'autre. En outre, le sens de parcours du débit gazeux sera automatiquement donné par le signe de la tension différentielle entre les deux sondes.
L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la description détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention, donné uniquement à titre d'exemple et illustré dans le dessin annexé dans lequel:
- La fig. 1 est une vue schématique d'ensemble d'un dispositif formant débitmètre, conforme à l'invention;
- la fig. 2 est une vue à plus grande échelle, montrant en coupe longitudinale avec arrachement la partie du débitmètre thermique que traverse un courant de fluide dont on veut mesurer le débit;
- les fig. 3 et 4 sont des schémas électriques relatifs à des parties de régulation de l'installation.
Suivant le mode de réalisation montré dans le dessin, le débitmètre thermique comprend essentiellement un tube 10, dans lequel circule un courant gazeux dont on veut mesurer le débit; sur le tube 10 est enroulée une résistance chauffante 11, qui est alimentée à puissance constante par un dispositif 12 d'alimentation stabilisée; deux thermo-sondes 13 et 14 sont plongées respectivement à l'entrée et à la sortie du tube 10 dans le courant gazeux et mesurent ainsi la différence de température du gaz entre l'entrée du tube 10, avant échauffement, et la sortie du tube, après échauffement.
De façon à assurer un chauffage bien constant du gaz circulant dans le tube 10 par la résistanceil à alimentation stabilisée, cette dernière est noyée dans un ciment réfractaire 15 qui est lui-même enveloppé dans une teresse d'amiante bobinée 16, I'ensemble du dispositif étant placé dans une enceinte thermostatée 17.
Les thermo-sondes 13 et 14 traversent le tube 10 dans des alvéole 18, 19 fermés par des joints 20, 21, constitués par exemple en une résine thermodurcissable résistant au gaz qui circule dans le tube 10.
On décrira maintenant plus particulièrement l'électronique de l'appareil que l'on peut diviser en quatre parties essentielles, à savoir:
1. la résistance chauffante Il et son alimentation stabilisée 12,
2. les sondes thermo-résitantes 13 et 14 et leur alimentation à courant constant 22,
3. un amplificateur différentiel 23 de mesure associé aux sondes,
4. un dispositif 24 (facultatif) de stabilisation de la température de l'enceinte.
I. Le dispositif d'alimentation stabilisé 12 est montré plus en détail à la fig. 3. La résistance chauffante 11 en parallèle sur un condensateur électrolytique 25 de forte valeur, est alimentée par un redresseur double alternance 26, à travers un thyratron solide, par exemple thyristor 27, et une résistance ballast 28, de même ordre de grandeur que celle de la résistance 11.
Sur un réseau à 50 Hz, la tension de cathode revient à zéro, cent fois par seconde. La gachette ou électrode de commande 29 du thyristor 27 est reliée à la cathode 30 par une résistance 31 dont la valeur correspond au type de thyristor choisi, et elle est commandée par une tension continue fournie par un amplificateur différentiel 32 à travers une résistance limiteuse de courant 33. Cet amplificateur compare deux tensions d'entrée qui sont:
a) la référence fournie par un filtre en T 34 et une diode Zener 35, alimentant un potentiomètre 36 ajusté à la valeur de tension désirée,
b) la tension aux bornes de la résistance chauffante 1 1 dont le filtrage est amélioré par une résistance 37 et un condensateur 38.
II. Les deux sondes thermo-résistantes 13 et 14 et la sonde d'ambiance 39 du dispositif de stabilisation de la température de l'enceinte 17 (dont la résistance varie linéairement avec la température) doivent être alimen tées à courant constant pour que la tension à leurs bornes soit proportionnelle à la variation de température. Ce dispositif d'alimentation 22 fournit une tension continue obtenue par redressement du secteur, filtrée, stabilisée par diode Zener de forte valeur (par exemple de l'ordre de 100 volts) qui débite des résistances de forte valeur, 40, 41, 42 montées en série avec les sondes 13, 14 et 39. Ces résistances sont telles que la variation du courant qui les traverse soit négligeable quand la résistance de la sonde varie avec la température.
Dans un exemple de réalisation, les résistances 40, 41, 42 avaient pour valeur 47 000 ohms, tandis que les sondes avaient une résistance de l'ordre de 100 ohms.
Le pont à courant constant formé par les deux résistances 40, 41 et les deux sondes 13 et 14 est équilibré par un potentiomètre 43, de faible valeur, de telle façon qu'à débit nul, les tensions aux bornes des sondes 13 et 14 soient identiques.
III. L'amplificateur différentiel 23 comprend un amplificateur opérationnel 44, qui est attaqué par les deux sondes 13 et 14 à travers deux résistances d'égale valeur 45, 46, et est contre-réactionné par une résistance variable 47 à la masse sur l'entrée positive. La sortie de l'amplificateur est connectée à une charge fixe 48, constituée par un potentiomètre 10 tours sur lequel est prélevée en 49 la tension affichée correspondant à chaque gaz par réglage de la valeur du rapport affiché sur le potentiomètre.
Le gain de l'amplificateur différentiel est réglé par ajustement des potentiomètres couplés 47-50, lors de l'étalonnage de l'appareil.
La compensation en température de l'appareil est réalisée par une résistance variable avec la température 51, à pente positive ou négative selon les cas d'espèce, et montée en série avec le trimmer 52 d'équilibrage de l'amplificateur.
IV. Le système de stabilisation de la température de l'enceinte est constitué par une résistance chauffante 53, placée dans l'enceinte calorifugée 17 et par une sonde thermo-résistante d'ambiance 39. Le principe de régulation est le même que pour le dispositif à tension constante 12, la résistance chauffante 53 jouant le rôle de la résistante 11. Cependant, son courant d'alimentation n'a pas besoin d'être lissé.
La tension de référence est ici comparée, non à la tension de la résistance 53, mais à la tension aux bornes de la sonde 39, qui est proportionnelle à la variation de température, La sonde 39 est alimentée par le dispositif d'alimentation simplifié de la fig. 4, dans laquelle on a repéré par les mêmes nombres indicés prime (') les éléments semblables et dans laquelle on a repéré a à e les points identiques du circuit dans les deux montages, points auxquels a été limitée la fig. 4.
En variante à la description précédente, le dispositif d'alimentation 22 peut être remplacé par un dispositif plus simple où deux thermo-couples cuivre-constantan, montés en opposition, remplacent les deux sondes thermo-résistantes 13, 14. L'alimentation devient alors inutile. Les extrémités des thermo-couples sont branchées à l'entrée d'un amplificateur à gain élevé. Malgré sa simplicité, cette disposition présente des difficultés de réalisation en raison du faible niveau du signal continu d'entrée, différence des deux forces électro-motrices des thermo-couples. L'amplificateur doit avoir une grande stabilité et comporter un dispositif de correction du zéro pour le débit nul, et le prix de revient d'un tel appareil est à l'heure actuelle encore très élevé.
L'installation ainsi conçue permet de lire directement la différence de température entre les sondes 13 et 14, c'est-à-dire entre la température du gaz à l'entrée du tube 10 et sa température à la sortie. L'échauffement du gaz étant une fonction linéaire du débit gazeux, l'appareil donne directement et de manière linéaire le débit de gaz traversant le tube 10.
Le dispositif fonctionnant aussi bien dans les deux sens, on peut inverser le sens d'écoulement du gaz dans le tube 10, ce qui se traduit simplement à la lecture par une inversion du signe de la mesure, donnant ainsi simultanément le débit et la direction de l'écoulement.
Le débit gazeux que l'on veut mesurer peut être amené à traverser directement le tube 10. De préférence cependant, le tube 10 est, comme montré dans la fig. 1, monté en dérivation entre deux points d'une conduite principale 54 (montrée en traits mixtes) au moyen d'un dispositif raccord 55 à deux embouts 56, 57, par où entre et sort respectivement le débit de gaz total. Pour assurer le circulation dans la dérivation du tube 10, on prévoit dans le tube 60 du dispositif 55, entre les branches 58 et 59 de dérivation, un dispositif de perte de charge 61, tel qu'un Venturi par exemple. Le dispositif de perte de charge 61 assure un rapport des débits entre les deux branches, c'est-à-dire dans le tube droit 60 et dans le tube de dérivation 10. En montant différents raccords, on peut changer la fourchette d'utilisation de l'appareil.
Par exemple, les divers calibres des raccords pourront être choisis de façon qu'il ne passe dans le tube 10 qu'un cinquième, un dixième, un cinquantième, etc., seulement, du débit total.
Avantageusement, le dispositif 61 est à action symétrique, de façon qu'en cas d'inversion du sens de parcours du courant gazeux dans la conduite 54, le dispositif fonctionne de façon semblable, les mesures quantitatives de débit restant valables, l'appareil donnant en outre, le sens de parcours.
En 62, 63 on a montré des joints réunissent des branches de dérivation 58, 59 au tube 10.
En résumé, il est possible, grâce au procédé décrit, d'obtenir la lecture directe du débit par une correspondance linéaire débit-tension de déséquilibre d'un pont, dans lequel sont montées deux thermo-résisbances ou éventuellement deux thermo-couples. Par exemple, une tension de déséquilibre de 10 mV pourra correspondre à un débit de 1 heure. Les différentes pentes des droites d'étalonnage des divers gaz ou mélanges, peuvent être corrigées, de manière à se ramener à cette échelle de mesure, au moyen de résistances déterminées pour chaque gaz, de manière à les rapporter à une pente unique, dite pente de référence. La courbe linéaire unique peut alors être rectifiée au moyen du gain de l'amplificateur 12, afin d'obtenir la correspondance directe débit-tenison de déséquilibre, sur un indicateur numérique, une imprimante, etc...
Le signal de sortie mesurant le débit peut en outre, être utilisé à toutes fins désirables, par exemple comme signal de commande.
D'autres formes d'exécution sont possibles. En particulier, le tube 10 épais, en verre du genre pyrex peut être remplacé par tout autre tube en matériau de conductibilité thermique semblable ou voisine, c'est-àdire permettant de diffuser vers l'intérieur du tube une puissance calorifique sensiblement constante indépendante du débit gazeux traversant le tube, à condition seulement que la tenue mécanique du tube aux conditions thermiques d'emploi soit satisfaisante.
Thermal flow measurement process and flowmeter for implementing this process
The present invention relates to a thermal flow measurement method, in particular low gas flow rates, as well as a flowmeter of the type comprising a tube which is crossed by the flow rate to be measured or a fraction of this flow rate and in which are mounted temperature sensitive probes.
It is well known that the measurement of low flow rates, in particular low gas flow rates, for example not exceeding a few liters or a few tens of liters per hour, is very delicate and however this quantity is very important to know, in particular in laboratories. , test measurements or industrial samples, etc.
A very wide variety of measuring instruments are known in the art, each of which operates according to a different principle. Examples of such devices include: glass tube rotameters, electronic rotameters, thermal conductivity flowmeters, turbine meters, differential pressure laminar meters, thermoelectric flowmeters, etc. Each of these devices has inherent advantages and disadvantages.
On the whole, it can be said that none of the known instruments allows the rapid passage from the measurement of a flow rate for a gas of given physical characteristics, to the measurement of the flow rate for another gas, having other characteristics. In fact, each time the gas is changed, the device must be recalibrated, the calibration curves not being linear and their adaptation from one gas to another is not possible.
Thermal flowmeters are also known which operate on the following principle:
The gas stream (or any other fluid whose flow rate we want to measure) is passed through a pipe,
we place in the pipe, in the gas stream, a body to which we bring a constant flow of heat,
the heating of the body is measured at each moment, which is all the hotter as it is cooled by a less important gas current,
the device is calibrated so as to translate directly.
ment the heating of the heated body in gas flow rates for a gas of given characteristics.
In certain known embodiments, the aforementioned heated body consists of an electrical resistance to which a stabilized installation supplies a constant supply power.
This electrical resistance can moreover be a thermo-probe which directly gives the heating.
In another embodiment, the heated body consists of two identical electrical resistors having a high temperature coefficient, one of the resistors being placed upstream of the other, on or in the pipe through which the gas flow passes. The upstream resistance being cooled more than the downstream resistance, a thermal imbalance appears which results in an imbalance of the electrical resistances and which is a function of the gas flow rate. By mounting the two resistors in a bridge circuit and by calibrating the device each time for each gas of given characteristics, the gas flow can then be read directly by electrical measurement.
However, in all these embodiments, the heating of the resistors is not a linear function of the flow rate. This function also varies with each gas, so that a complete recalibration of the device must be carried out each time.
The object of the invention is to avoid the drawbacks mentioned with known flowmeters.
To this end, it relates to a thermal flow measurement method, characterized in that a gas flow in laminar regime which constitutes the flow rate that is to be measured or a determined fraction of this flow rate is supplied with a power constant calorific adjusted so that the maximum increase in temperature for the lowest flow rates remains low, and that the heating of the gas produced by this heat input is measured, the desired flow rate being a substantially linear function of the heating some gas.
The gas heating measurement is a linear function of the flow rate for all gases, in a reduced temperature range, given that the heat capacity at constant pressure Cp of a gas for a reduced temperature range, for example 80 "C, has a substantially constant value, given for each gas.
By virtue of the method of the invention, the calibration of the apparatus for each gas is immediate, on the condition only that one knows the value of the parameter Cp for each gas considered. In addition, the function linking the heating of the gas to the flow rate being linear and passing through the origin, it suffices to know one point of the calibration curve to have all the others.
It will be noted that, according to the invention, and unlike the devices constructed according to the prior art in which the gas flow was related not to the heating of the gas, but to the cooling of a probe by the gas which was itself partially heated by this probe, the flow measurement is directly related to the measurement of the heating of the gas, which explains the linearity of the results and the considerable simplification of use which results therefrom.
In addition, the gas flow through the apparatus can be bypassed, so that an apparatus can provide various scales of measurement.
For the implementation of the new thermal measurement method mentioned, the thermal flowmeter according to the invention is of the type comprising a tube which is crossed by the flow to be measured or a fraction of this flow, and in which temperature-sensitive probes are mounted, this flowmeter being characterized in that said tube is heated at a substantially constant power over a section of its length and at least two temperature-sensitive probes are immersed in the gas stream upstream and downstream of the zone where the gas stream receives the heat input, these probes being thermally insulated from the heating zone and connected to a comparison and measurement device.
Advantageously, said probes are of the resistance type varying linearly with the temperature, such as resistance probes with platinum wire or the like, and are mounted in a constant current circuit such that the variation in resistance is transformed into a variation in voltage which it is proportional to the terminals of the probe.
According to a particular embodiment, the aforementioned tube is made of a material with low thermal conductivity, such as pyrex glass or the like. If the measured flow rate is only a fraction of a larger flow rate, the aforementioned tube is mounted as a bypass on the main pipe through which the total gas flow passes, between two points between which a pressure drop device is provided , such as Venturi for example. Advantageously, said pressure drop device is symmetrical so as to allow an identical measurement but changing sign depending on whether the gas flow is flowing in one direction or the other. In addition, the direction of travel of the gas flow will be automatically given by the sign of the differential voltage between the two probes.
The invention will appear more clearly with the aid of the detailed description which follows, of an embodiment of the invention, given solely by way of example and illustrated in the appended drawing in which:
- Fig. 1 is an overall schematic view of a device forming a flowmeter, according to the invention;
- fig. 2 is a view on a larger scale, showing in longitudinal section with cutaway the part of the thermal flowmeter through which a stream of fluid whose flow is to be measured;
- fig. 3 and 4 are electrical diagrams relating to the control parts of the installation.
According to the embodiment shown in the drawing, the thermal flowmeter essentially comprises a tube 10, in which circulates a gas stream whose flow rate is to be measured; a heating resistor 11 is wound on the tube 10, which is supplied at constant power by a stabilized power supply device 12; two thermo-probes 13 and 14 are immersed respectively at the inlet and at the outlet of the tube 10 in the gas stream and thus measure the temperature difference of the gas between the inlet of the tube 10, before heating, and the outlet of the tube , after warming up.
In order to ensure a very constant heating of the gas circulating in the tube 10 by the resistor il with stabilized supply, the latter is embedded in a refractory cement 15 which is itself enveloped in a coiled asbestos teresse 16, the whole of the device being placed in a thermostatically controlled enclosure 17.
The thermo-probes 13 and 14 pass through the tube 10 in cells 18, 19 closed by seals 20, 21, for example made of a thermosetting resin resistant to the gas which circulates in the tube 10.
We will now describe more particularly the electronics of the device which can be divided into four essential parts, namely:
1.the heating resistor Il and its stabilized power supply 12,
2. the heat-resistant probes 13 and 14 and their constant current power supply 22,
3. a differential measurement amplifier 23 associated with the probes,
4. a device 24 (optional) for stabilizing the temperature of the enclosure.
I. The stabilized feeder 12 is shown in more detail in FIG. 3. The heating resistor 11 in parallel on an electrolytic capacitor 25 of high value, is supplied by a full-wave rectifier 26, through a solid thyratron, for example thyristor 27, and a ballast resistor 28, of the same order of magnitude as that resistance 11.
On a 50 Hz network, the cathode voltage returns to zero, a hundred times per second. The trigger or control electrode 29 of the thyristor 27 is connected to the cathode 30 by a resistor 31, the value of which corresponds to the type of thyristor chosen, and it is controlled by a direct voltage supplied by a differential amplifier 32 through a limiting resistor of current 33. This amplifier compares two input voltages which are:
a) the reference supplied by a T-filter 34 and a Zener diode 35, supplying a potentiometer 36 adjusted to the desired voltage value,
b) the voltage at the terminals of the heating resistor 11, the filtering of which is improved by a resistor 37 and a capacitor 38.
II. The two temperature-resistant probes 13 and 14 and the room probe 39 of the device for stabilizing the temperature of the enclosure 17 (the resistance of which varies linearly with the temperature) must be supplied at constant current so that the voltage at their limits is proportional to the temperature variation. This power supply device 22 provides a DC voltage obtained by rectifying the mains, filtered, stabilized by a high value Zener diode (for example of the order of 100 volts) which delivers high value resistors, 40, 41, 42 mounted in series with the probes 13, 14 and 39. These resistances are such that the variation of the current which crosses them is negligible when the resistance of the probe varies with the temperature.
In an exemplary embodiment, the resistors 40, 41, 42 had a value of 47,000 ohms, while the probes had a resistance of the order of 100 ohms.
The constant current bridge formed by the two resistors 40, 41 and the two probes 13 and 14 is balanced by a potentiometer 43, of low value, so that at zero flow, the voltages at the terminals of the probes 13 and 14 are identical.
III. The differential amplifier 23 comprises an operational amplifier 44, which is driven by the two probes 13 and 14 through two resistors of equal value 45, 46, and is fed back by a variable resistor 47 to ground on the input positive. The output of the amplifier is connected to a fixed load 48, constituted by a 10-turn potentiometer from which is taken at 49 the voltage displayed corresponding to each gas by adjusting the value of the ratio displayed on the potentiometer.
The gain of the differential amplifier is adjusted by adjusting the coupled potentiometers 47-50, when calibrating the device.
The temperature compensation of the device is performed by a variable resistor 51 with a positive or negative slope depending on the case, and mounted in series with the trimmer 52 of the amplifier balancing.
IV. The temperature stabilization system of the enclosure is constituted by a heating resistor 53, placed in the heat-insulated enclosure 17 and by a temperature-resistant ambient probe 39. The regulation principle is the same as for the device with constant voltage 12, the heating resistor 53 playing the role of the resistor 11. However, its supply current does not need to be smoothed.
The reference voltage is compared here, not to the voltage of resistor 53, but to the voltage across the terminals of the probe 39, which is proportional to the temperature variation. The probe 39 is supplied by the simplified power supply device of fig. 4, in which the same elements have been identified by the same indexed numbers prime (') and in which the identical points of the circuit have been identified a to e in the two assemblies, points to which FIG. 4.
As a variant to the previous description, the power supply device 22 can be replaced by a simpler device where two copper-constantan thermocouples, mounted in opposition, replace the two thermo-resistive probes 13, 14. The power supply then becomes unnecessary. The ends of the thermo-couples are connected to the input of a high gain amplifier. Despite its simplicity, this arrangement presents difficulties of realization due to the low level of the input DC signal, the difference between the two electro-motive forces of the thermocouples. The amplifier must have great stability and include a zero correction device for the zero flow, and the cost price of such a device is still very high at the present time.
The installation thus designed makes it possible to directly read the temperature difference between the probes 13 and 14, that is to say between the temperature of the gas at the inlet of the tube 10 and its temperature at the outlet. Since the heating of the gas is a linear function of the gas flow rate, the device directly and linearly gives the gas flow rate passing through tube 10.
As the device works equally well in both directions, it is possible to reverse the direction of flow of the gas in the tube 10, which simply results on reading by an inversion of the sign of the measurement, thus simultaneously giving the flow rate and the direction of flow.
The gas flow which is to be measured can be made to pass directly through the tube 10. However, preferably the tube 10 is, as shown in FIG. 1, mounted as a bypass between two points of a main pipe 54 (shown in phantom) by means of a connecting device 55 with two end pieces 56, 57, through which the total gas flow enters and exits respectively. To ensure circulation in the bypass of the tube 10, there is provided in the tube 60 of the device 55, between the bypass branches 58 and 59, a pressure drop device 61, such as a Venturi for example. The pressure drop device 61 ensures a ratio of the flow rates between the two branches, that is to say in the straight tube 60 and in the bypass tube 10. By fitting different fittings, the range of use can be changed. of the device.
For example, the various sizes of the fittings could be chosen so that only a fifth, a tenth, a fiftieth, etc., of the total flow rate passes through the tube 10.
Advantageously, the device 61 has symmetrical action, so that in the event of a reversal of the direction of flow of the gas stream in the pipe 54, the device operates in a similar manner, the quantitative flow measurements remaining valid, the device giving in addition, the sense of course.
At 62, 63, joints have been shown joining branch branches 58, 59 to the tube 10.
In summary, it is possible, by virtue of the method described, to obtain the direct reading of the flow rate by a linear flow-unbalance voltage correspondence of a bridge, in which two thermo-resistances or possibly two thermo-couples are mounted. For example, an unbalance voltage of 10 mV could correspond to a flow rate of 1 hour. The different slopes of the calibration lines of the various gases or mixtures can be corrected, so as to be reduced to this measurement scale, by means of resistances determined for each gas, so as to relate them to a single slope, called the slope reference. The single linear curve can then be rectified by means of the gain of the amplifier 12, in order to obtain the direct flow-rate-imbalance correspondence, on a digital indicator, a printer, etc.
The output signal measuring the flow rate can furthermore be used for any desirable purpose, for example as a control signal.
Other embodiments are possible. In particular, the thick tube 10, made of glass of the Pyrex type can be replaced by any other tube made of a material of similar or similar thermal conductivity, that is to say making it possible to diffuse towards the inside of the tube a substantially constant calorific power independent of the temperature. gas flow through the tube, provided only that the mechanical resistance of the tube to the thermal conditions of use is satisfactory.