FR2459457A1 - Dispositif de mesure et de controle de debits gazeux - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE MESURE DE DEBITS GAZEUX. LE DISPOSITIF UTILISE DEUX ENCEINTES DEFORMABLES, LA PREMIERE ENCEINTE 1 ETANT EN COMMUNICATION AVEC UNE SOURCE DE PRESSION P ET LA SECONDE ENCEINTE 2 ETANT EN COMMUNICATION AVEC UNE SOURCE DE MEME PRESSION PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN RESTRICTEUR DE DEBIT 6 ET AVEC L'ATMOSPHERE A TRAVERS UN SYSTEME 9 DONT ON VEUT MESURER OU CONTROLER LE DEBIT. ENTRE LA SECONDE ENCEINTE 2 ET LE SYSTEME 9 EST MONTEE UNE VANNE 8. APPLICATION A LA MESURE DE TRES FAIBLES DEBITS GAZEUX.

Description

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux

dispositifs de mesure et de contrôle de débits gazeux et,

plus particulièrement, de faibles débits.

Certains dispositifs connus utilisent, pour mesurer et contr8ler le débit gazeux, la déformation de deux enceintes défor- mables alimentées sous une même pression de gaz, supérieure à la

pression atmosphérique.

Dans ces dispositifs, l'une des enceintes est alimentée sous ladite pression de gaz par l'intermédiaire d'un restricteur de débit, dont le débit est sensiblement du même ordre de grandeur que celui à mesurer. Cette enceinte est, de plus, susceptible d'être mise en communication avc. l'atmosphère ambiante et donc à la pression atmosphérique, lorsque le dispositif est en position de repos, et en communicationi avec le système dont on désire

mesurer le débit, lorsque le 5iispositif est en position de mesure.

En position de repos, la pression existant dans la première enceinte est la pression d'alimentation et la pression dans la

seconde enceinte est voisine de la pression atmosphérique.

En position de mesure, la pression existant dans la première enceinte reste égale à la pression d'alimentation, et la pression dans la seconde enceinte augmente jusqu'à une valeur légèrement inférieure à la pression d'alimentation, la différence de pression

résultant de la perte de charge subie par le flux gazeux en tra-

versant le système dont on désire mesurer le débit et dépendant

donc du débit de ce dernier.

C'est donc la différence de pression existant dans les deux enceintes qui permet de mesurerle débit à contrôler et,à cet effet, on détecte la déformation desdites enceintes, déformation que l'on peut amplifier d'une manière connue quelconque, mécanique,

électronique ou autre.

L'inconvénient de ce genre de dispositif réside dans le fait qu'il a un temps de réponse relativement long, ce qui est inhérent à sa conception même, puisque c'est à travers le restricteur de débit que le gaz sous pression est envoyé dans la seconde enceinte au moment de la mesure. Pour effectuer une mesure plus précise, il faudrait diminuer le débit du restricteur par rapport à celui à mesurer, ce qui allongerait davantage le temps de réponse, tandis que pour diminuer le temps de réponse, il faudrait prévoir un restricteur assurant un débit plus élevé par rapport

à celui à mesurer, mais alors la mesure serait moins précise.

La présente invention a pour but de fournir un dispositif de mesure et de contrôle de faibles débits gazeux, qui possède à la fois un temps de réponse court et une grande sensibilité. Le dispositif selon l'invention comporte deux enceintes déformables, la première étant exclusivement et de façon permanente, en communication directe avec une source de pression, et la seconde étant, d'une part, de façon permanente, en communication avec une source de même pression par l'intermédiaire d'un restricteur de débit dont le débit est sensiblement égal à celui que l'on souhaite pour le système à contrôler, et, d'autre part, lorsque le dispositif est en position de mesure, en communication avec l'atmosphère par l'intermédiaire du système à contrôler, caractérisé en ce qu'une vanne est disposée sur le trajet de gaz entre la seconde enceinte et le système à contr8ler, cette vanne étant fermée lorsque le

dispositif est en position de repos et ouverte lorsque le dispo-

sitif est en position de mesure ou de contrôle.

Un premier avantage d'un tel dispositif est la diminution du temps de réponse grâce, essentiellement, au faible écart entre les pressions au repos et en position de mesure. En raison de ce faible écart, il suffit de faire passer un faible volume de gaz à travers le restricteur de débit pour mettre le dispositif en

état de mesure.

Un second avantage, qui découle du premier, est que, grâce à sa rapidité de réponse, un dispositif suivant l'invention peut être utilisé en continu pour contrôler une opération de réglage pendant qu'elle est en cours, comme on l'expliquera par la suite.

D'autres avantages apparaîtront au cours de la description

qui va suivre en regard des dessins annexés qui donnent, à titre indicatif et non limitatif, quelques exemples de réalisation de l'invention, et dans lesquels s Les figures 1 et 2 montrent schématiquement l'application de l'invention au procédé de mesure de débit, respectivement en position de repos et en position de mesure; Les figures 3 et 4 donnent deux variantes d'application de l'invention.

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Sur les figures 1 et 2, le dispositif comprend deux enceintes

1 et 2 séparées par une membrane déformable 3.

L'enceinte 1 est reliée directement par un conduit 4 à une source de pression P, non représentée, supérieure à la pression atmosphérique. L'enceinte 2 est reliée à la même source de pression P par l'intermédiaire d'une dérivation 5 et d'un restricteur 6. Elle comporte également une canalisation de sortie 7 reliée à un

système 9 à contrôler par l'interrmediaire d'une vanne 8.

En position de repos (figure I), la vanne 8 est fermée, de

sorte que la pression est idetique à l 'ntérieur des deux en-

ceintes 1 et 2 et égale à la presion P de la source. Il s'ensuit

que la membrane 3 n'est pas déformée.

L'ouverture de la vanne 8 (figure 2) met l'enceinte 2 en communication avec l'atmosphère via le système 9 à contrôler et,

de ce fait, il y a chute de pression dans cette enceinte. Celle-

ci est toujours en communication avec la source de pression P, mais du fait de la perte de charge provoquée par le restricteur 6 de débit, la pression reste inférieure à P. C'est précisément la différence de pression existant dans les deux enceintes 1 et

2 qui permet de mesurer le débit du système 9.

Cette différence de pression provoque une déformation de la membrane 3, déformation qui peut Atre amplifiée et convertie en une mesure du débit gazeux à l'intérieur du système 9 à contrôler, par des moyens classiques, par exemple mécaniques, électroniques

ou autres, non représentés.

Du fait que, dans chaque enceinte, les pressions sont les mêmes au repos et au début de la mise en état de mesure, le temps de réponse est évidemment réduit par rapport aux dispositifs connus dans lesquels l'enceinte 2 doit passer de la pression atmosphérique qui est sa pression à l'état de repos, à la pression de l'autre enceinte pour que l'opération de mesure puisse avoir lieu. Pour diminuer davantage le temps de réponse du dispositif, la Demanderesse a conçu et mis au point la vanne illustrée par

la figure 3.

Cette vanne, désignée par la référence générale 11, comprend essentiellement un corps 12, un clapet 14, un bouchon 20 et un

ressort 18.

Le corps 12 comprend à sa partie inférieure une cavité 13, au fond de laquelle est logé un joint torique 15. La partie supérieure du corps 11 comprend une seconde cavité cylindrique 17 communiquant avec la cavité 13 par un canal 19 et dans laquelle le clapet 14 est logé. Celui-ci est appliqué contre le fond 16 de la cavité 17 par un ressort 18, qui prend appui sur un bouchon

, vissé dans la partie supérieure de ladite cavité 17.

La partie inférieure du clapet 14 est pourvue d'un palpeur 22 qui traverse le canal 19 et débouche dans la cavité inférieure 13.

La cavité 17 communique avec la seconde enceinte 2 du dispo-

sitif de mesure par un conduit 23 se raccordant à un embout tu-

bulaire 21 venant de fabrication avec le bouchon 20.

L'ensemble 26 dont on désire mesurer le débit est constitué par une cloche 25, dont le fond est percé d'un canal 27 et à l'intérieur de laquelle est disposée une rondelle 29 faite d'une matière perméable compressible. Cette rondelle est comprimée contre le fond de ladite cloche par un pion 31 pourvu de cannelures

longitudinales 33 sur sa périphérie et d'un téton central 35.

Le fonctionnement de l'ensemble formé par le dispositif de la figure 1 et de la vanne de la figure 3 est le suivant s Initialement, le clapet 14 est appliqué sur son siège 16, de sorte que l'enceinte 2 du dispositif de mesure de la figure 1 est sous pression. On introduit alors l'ensemble 26 dans la cavité 13 et on l'amène en butée contre le fond de cette cavité. Au cours de cette mise en place, le téton 35 repousse le palpeur 22 et soulève le clapet 14, mettant en communication l'enceinte 2 avec l'atmosphère par l'intermédiaire de la rondelle perméable

compressible 29, du canal 19, de la cavité 17, de l'embout tubu-

laire 21 et du tuyau 23.

Comme on l'a déjà expliqué, il se produit dans l'enceinte 2 une chute de pression qui se traduit par une déformation de la

membrane 3 et la mesure de cette déformation permettra de connat-

tre le débit du système 26.

Il est à noter que le téton 35 et le palpeur 22, par leur présence dans les canaux 19 et 27, contribuent à diminuer le volume mort existant entre les moyens d'obturation constitués

par le clapet 14, le joint 15 et la rondelle 29.

La figure 4 montre une autre forme de réalisation de vanne selon l'invention qui permet non seulement de mesurer le débit à travers une rondelle perméable se trouvant dans un état de compression donnée, mais également de ccntrôler en continu l'opération du réglage de l'état de ctmpression de la rondelle perméable jusqu'à l'obtention du débit désiré. Ce cas se présente notamment lorsqu'on veut régler le débit d'un détendeur de briquet

à gaz liquéfié.

Ce détendeur, désigné par la référence générale 61, est constitué par une enveloppe cylindrique 60 filetée intérieurement et comprenant plusieurs rainures longitudinales 71. A l'intérieur de cette enveloppe sont disposés successivement une pastille perméable compressible 66o une rondelle métallique 64 et un élément de compression 62 muni d'une fente 69 et qui se visse

dans l'enveloppe cylindrique 60.

Pour régler un tel détendeur, on visse plus ou moins l'élément de compression 62 en utilisant la fente 69 et on comprime ainsi la pastille perméable compressible 66 entre la rondelle métallique

64 et le fond de l'enveloppe cylindrique 60.

A travers les rainures 71, le gaz arrive à la périphérie de la pastille perméable compressible 66, dont il devra traverser la partie comprimée. Eventuellement, la partie centrale de la pastille peut être utilisée, grâce au large orifice 70 prévu dans le fond de l'enveloppe cylindrique 60, pour opérer un second réglage en deçà de la limite imposée par la partie comprimée de

la pastille.

Le dispositif utilisé pour régler le détendeur 61 se compose d'un corps cylindrique 50 comportant successivement, à sa partie

supérieure, un logement recevant un clapet 55 pourvu à son extré-

mité d'un joint d'étanchéité 57, en son milieu, une chambre 56 reliée par un canal 58 à l'enceinte 2 des figures 1 et 2 et un

canal 54 et, à sa partie inférieure, une cavité 52.

Celle-ci reçoit, en vue du réglage, le détendeur 61 dont la

périphérie est isolée du canal 54 par un joint torique 68.

Le fonctionnement du dispositif de la figure 4 est le suivants Avant l'opération de mesure, la chambre 56 est à la même

pression P que l'enceinte 2 de la figure 1.

Au moment de l'ouverture du clapet 55, par un moyen quelconque ne faisant pas partie de la présente invention, la chambre 56 est mise en communication avec l'atmosphère par l'intermédiaire de la pastille perméable compressible 66 et par les rainures 71, et de ce fait, la pression dans l'enceinte 2 baisse. Si cette chute de pression ne correspond pas au débit que l'on désire, on peut la faire varier en vissant ou en dévissant l'élément de compression 62. Dans le cas par exemple o la chute de pression est trop forte, on visse l'élément de compression 62 et, grâce au gaz arrivant dans l'enceinte 2 depuis la source de pression, la pression monte dans cette enceinte au fur et à mesure que

l'on visse l'élément de compression 62.

Lorsque lion a atteint la valeur désirée, on arrête de visser

et le détendeur peut être retiré du dispositif suivant l'invention.

Il est bien évident que c'est la rapidité de la réaction du dispositif suivant l'invention qui permet d'utiliser celui-ci pour contrôler une opération de réglage alors qu'elle est en cours&

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R E VE ND I C A T I 0 N S

1.- Dispositif de mesure et de contr8le du débit gazeux à travers un système, à partir de deux enceintes déformables, la

première étant exclusivement et de façon permanente, en communi-

cation directe avec une source de pression et la seconde étant, d'une part, de façon permanente, en communication avec une source de même pression par l'intermédiaire d'un restricteur de débit dont le débit est sensiblement égal à ce-u que l'on souhaite

pour le système à controler et d'autre rt.orsque le dispo-

sitif est en position de rmesuoe0 en comnicatio avec l'atmosphère par l 'intermédiaire du système à conltr-ler, caractérisé en ce qruune vanne est dispo se sur le %rCajet du gas entre la seconde enceinte et le système dont on veut mesurer ou contr81er le débit, cette vanne ôtant fermée lorsque le dispositif est en position de repos et ouverte lorsque le dispositif est en position de

mesure ou de contrÈle.

2.- Dispositif selon la 1rediation l, caractérisé en ce que la seconde enceinte cosumlique a c- l'atmosphère ambiante par une valve dont l'ou'; verture est comr!andée par le système même dont on veut mesurer le débit 3.- Dispositif selon la revendi!cation 2, caractérisé en ce que le volume mort compris entre les moyens d'obturation de la valve et le système dont on désire mesurer le débit Est occupé au moins partiellement par des organe's de commande desdits moyens

d'obturation.