FR2506010A1 - Flowmeter to measure flow-rate of waterway - uses displacement of screen having only one degree of freedom and formed from two plates and intermediate section - Google Patents
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Abstract
Description
Débitmètre à masque mobile
La présente invention est relative à un débitmètre destiné à mesurer le débit d'un canal.Movable mask flowmeter
The present invention relates to a flow meter intended for measuring the flow rate of a channel.
La mesure des débits dans les canaux fait actuellement recours à trois type de techniques 1 - Ouvrages à contraction : seuils jaugeurs, canaux venturi, déversoirs. The measurement of flows in canals currently uses three types of techniques 1 - Contraction structures: gauging sills, venturi canals, weirs.
Ces ouvrages, qui ne comportent pas d'éléments mobiles créent
une modification des lignes d'eau au droit de 11 ouvrage, modi
fication se répercutant plus ou moins loin en amont et en aval
suivant les caractéristiques de l'éeoulement (lignes de
remous).These works, which do not include mobile elements, create
a modification of the water lines at the right of 11 structure, modi
fication affecting more or less far upstream and downstream
according to the characteristics of the flow (lines of
backwash).
La mesure du débit se fait à partir de la mesure d'un ou
plusieurs niveaux de la ligne d'eau au voisinage de ltouvrage :
- Niveau amont seulement, si l'ouvrage provoque localement un
écoulement critique (passage local du régime fluvial d'écoule
ment au régime torrentiel)
- Niveaux amont et aval, si ltécoulement reste partout du type "fluvial". The flow measurement is made from the measurement of one or
several levels of the water line in the vicinity of the structure:
- Upstream level only, if the structure locally causes a
critical flow (local passage of the fluvial flow regime
torrential regime)
- Upstream and downstream levels, if the flow remains everywhere of the "river" type.
De tels ouvrages ont les inconvénients de nécessiter des travaux de Génie Civil importants, inacceptables dans les grands canaux tels que les canaux d'irrigation, et de provoquer un remous important, en particulier à l'amont, avec risque de débordement en cas de surdébit. Such works have the drawbacks of requiring major civil engineering works, unacceptable in large canals such as irrigation canals, and of causing a significant backwash, in particular upstream, with the risk of overflow in the event of overflow. .
2 - Mesure de vitesses locales : par moulinets, tubes de
Pitot, etc...2 - Measurement of local speeds: by reels, tubes
Pitot, etc ...
La mesure du débit nécessite l'exploration du champ de
vitesses dans une section transversale du canal, soit par me
sures simultanées (par exemple batterie de moulinets), soit
par mesures successives (déplacement d'un moulinet ou d'un
ensemble de moulinets dans toute la section).Flow measurement requires exploration of the field of
velocities in a cross section of the channel, either by me
simultaneous sures (for example reel battery), or
by successive measurements (moving a reel or a
set of reels throughout the section).
Lorsqu'on se contente d'une précision médiocre, on peut à la
rigueur n'explorer qu'en un seul point, en plaçant le moulinet
en un point convenablement choisi de la section. When you are satisfied with mediocre precision, you can
rigor explore only at one point, placing the reel
at an appropriate point in the section.
Ces dispositifs nécessitent un appareillage de mesure et d'exploration assez complexe, se prêtent mal au dépouillement instantané et ont une fiabilité médiocre pour emploi en continu. These devices require fairly complex measurement and exploration equipment, do not lend themselves to instantaneous analysis and have poor reliability for continuous use.
Dàns tous les cas, il est nécessaire de connaître en plus la valeur de la section débitante, ce qui implique en particulier la mesure de la hauteur d'eau dans la section de mesure. In all cases, it is necessary to know in addition the value of the flow section, which implies in particular the measurement of the water height in the measurement section.
3 - Mesure de la vitesse moyenne : cette technique fait recours à des couples émetteurs-récepteurs ponctuels d'ultra-sons disposés sur les parois du canal.3 - Measurement of the average speed: this technique uses punctual transmitter-receiver pairs of ultrasound arranged on the walls of the channel.
Dans chaque couple, l'émetteur et le récepteur sont décalés
par rapport au sens de l'écoulement (par exemple : émetteur en
amont du récepteur) et placés sur des côtés opposés. Cette
disposition permet la mesure de la vitesse moyenne dans le
plan parallèle à l'axe du canal et contenant le point émetteur
et le point récepteur.In each pair, the transmitter and the receiver are shifted
relative to the direction of flow (for example: transmitter in
upstream of the receiver) and placed on opposite sides. This
arrangement allows the measurement of the average speed in the
plane parallel to the axis of the channel and containing the emitting point
and the receiving point.
Cette technique présente l'inconvénient de nécessiter un appareillage complexe qui, en outre, exige une source d'énergie. This technique has the disadvantage of requiring complex equipment which, moreover, requires a source of energy.
Les buts de l'invention sont de réaliser un débitmètre fiable, ayant une bonne précision, sans entretiens fréquents, ne nécessitant pas de source d'énergie, n'engendrant, quelle que soit la valeur du débit, que des remous limités évitant ainsi tout risque de débordements, et fournissant la valeur du débit par une simple lecture. The aims of the invention are to produce a reliable flowmeter, having good accuracy, without frequent maintenance, requiring no energy source, generating, whatever the value of the flow rate, only limited eddies thus avoiding any risk of overflows, and providing the value of the flow by a simple reading.
L'invention a pour objet un débitmètre pour la mesure du débit d'un canal, caractérisé en ce qu'il comprend un masque mobile obturant partiellement le canal dans sa hauteur et à peu près totalement dans sa largeur, ledit masque étant associé à des moyens de liaison qui n'autorisent audit masque qu'un degré de liberté, ledit masque étant en équilibre sous l'action de son poids, d'un contrepoids, des forces hydrauliques et des moyens de liaison, le déplacement du masque selon ledit degré de liberté étant fonction du seul débit, ledit masque étant constitué de deux plaques reliées entre elles par une pièce intermédiaire, les formes des deux plaques étant choisies de manière que la résultante des forces hydrauliques s'exerçant sur les deux plaques, à l'exclusion de la pièce intermédiaire, soit nulle. The subject of the invention is a flow meter for measuring the flow rate of a channel, characterized in that it comprises a movable mask partially closing the channel in its height and almost completely in its width, said mask being associated with connecting means which allow said mask only a degree of freedom, said mask being in equilibrium under the action of its weight, a counterweight, hydraulic forces and connecting means, the movement of the mask according to said degree of freedom being a function of the single flow rate, said mask consisting of two plates connected to each other by an intermediate piece, the shapes of the two plates being chosen so that the result of the hydraulic forces exerted on the two plates, excluding of the intermediate piece, or zero.
Dans un mode particulier de réalisation, le degré de liberté laissé au masque est la rotation autour d'un axe horizontal et les deux plaques ont la forme de portions de cylindre ayant pour axe commun ledit axe de rotation, ladite pièce intermédiaire étant une plaque plane et sensiblement horizontale, la mesure du débit étant fonction de l'angle de rotation du masque. In a particular embodiment, the degree of freedom left to the mask is the rotation about a horizontal axis and the two plates have the shape of cylinder portions having for common axis said axis of rotation, said intermediate part being a plane plate and substantially horizontal, the measurement of the flow being a function of the angle of rotation of the mask.
En variante, le degré de liberté laissé au masque est une translation selon une droite située dans un plan de symétrie longitudinal du canal, lesdites plaques étant planes, parallèles entre elles et à ladite droite et perpendiculaires audit plan, la pièce intermédiaire étant plane, la mesure du débit étant fonction de la longueur du déplacement du masque selon ladite droite. As a variant, the degree of freedom left to the mask is a translation along a straight line situated in a longitudinal plane of symmetry of the channel, said plates being plane, parallel to each other and to said straight line and perpendicular to said plane, the intermediate part being plane, the measurement of the flow being a function of the length of the movement of the mask along said straight line.
De préférence, ladite droite est verticale et la pièce de raccordement est horizontale. Preferably, said straight line is vertical and the connecting piece is horizontal.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparat- tront de la description ci-après de divers modes de réalisation de l'invention en référence au dessin annexé dans lequel
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un débitmètre à masque mobile à rotation,
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un débitmètre à masque mobile à translation,
- la figure 3 est une vue en plan d'un débitmètre à masque mobile à translation selon un premier mode de réalisation,
- la figure 4 est une vue en plan d'un canal trapézoldal équipé de guideaux,
- la figure 5 est une vue en coupe transversale du même canal selon la ligne V-V de la figure 4,
- la figure 6 est une vue d'un masque à translation selon une variante de réalisation.Other features and advantages of the invention will appear from the following description of various embodiments of the invention with reference to the appended drawing in which
FIG. 1 is a view in longitudinal section of a flowmeter with a mobile mask for rotation,
FIG. 2 is a view in longitudinal section of a flowmeter with a movable mask in translation,
FIG. 3 is a plan view of a flow meter with a movable mask in translation according to a first embodiment,
FIG. 4 is a plan view of a trapezoidal channel equipped with guides,
FIG. 5 is a cross-sectional view of the same channel along the line VV in FIG. 4,
- Figure 6 is a view of a translational mask according to an alternative embodiment.
La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un débitmètre dans lequel le degré de liberté laissé au masque mobile est une rotation autour d'un axe horizontal. Figure 1 is a longitudinal sectional view of a flow meter in which the degree of freedom left to the movable mask is a rotation about a horizontal axis.
La figure 1 représente un canal 1 qui sert à l'écoulement d'un liquide 2 ; le canal est supposé à section rectangulaire. Figure 1 shows a channel 1 which is used for the flow of a liquid 2; the channel is assumed to have a rectangular section.
Le débitmètre comprend un masque mobile 3, assujetti à se déplacer en rotation autour d'un axe horizontal auquel il est relié par un bras 5 ; le bras se prolonge au-delà de l'axe et porte un contre-poids 6. The flow meter comprises a movable mask 3, subject to moving in rotation about a horizontal axis to which it is connected by an arm 5; the arm extends beyond the axis and carries a counterweight 6.
Le masque est formé de deux plaques 3A et 3B, qui sont toutes deux des portions de cylindre ayant pour axe l'axe 4. The mask is formed by two plates 3A and 3B, both of which are portions of cylinder having axis 4 as their axis.
Les plaques 3A et 3B sont réunies par une pièce intermédiaire 3C qui est une plaque plane et sensiblement horizontale. The plates 3A and 3B are joined by an intermediate piece 3C which is a flat and substantially horizontal plate.
L'axe 4 est fixé à chaque extrémité aux bajoyers du canal. The axis 4 is fixed at each end to the bajoyers of the canal.
La largeur des plaques est un peu inférieure à celle du canal, de manière que le masque puisse pivoter autour de l'axe 4, sans frottement du masque sur les bajoyers. The width of the plates is slightly less than that of the channel, so that the mask can pivot around the axis 4, without friction of the mask on the bajoyers.
Le contrepoids est choisi de manière que le centre de gravité de l'équipage mobile soit, en position moyenne, sensiblement au même niveau que l'axe de rotation et en amont de cet axe. The counterweight is chosen so that the center of gravity of the mobile assembly is, in the middle position, substantially at the same level as the axis of rotation and upstream of this axis.
Les hauteurs respectives des plaques supérieure 3A et inférieure 3B sont définies en fonction des conditions suivantes qui doivent être satisfaites dans tout le domaine de variation du débit et des niveaux dans le canal, pour lequel est prévu le fonctionnement de l'appareil
- la résultante des forces hydrauliques appliquées sur les plaques 3A et 3B est nulle. En outre
la hauteur totale du masque est telle que l'arête supérieure de la plaque 3A reste émergée, même dans la position la plus fermée du masque
la plaque intermédiaire 3C est située suffisamment bas pour rester toujours immergée sur ses deux faces
cette plaque est cependant placée le plus haut possible, tout en satisfaisant à la condition précédente, de façon à être le plus loin possible du bas de la plaque 3B, qu'on désigne par couteau du masque.The respective heights of the upper plates 3A and lower plates 3B are defined according to the following conditions which must be satisfied throughout the range of variation of the flow rate and of the levels in the channel, for which the operation of the apparatus is intended.
- The result of the hydraulic forces applied to the plates 3A and 3B is zero. In addition
the total height of the mask is such that the upper edge of the plate 3A remains emerged, even in the most closed position of the mask
the intermediate plate 3C is located low enough to always remain submerged on both sides
this plate is however placed as high as possible, while satisfying the preceding condition, so as to be as far as possible from the bottom of the plate 3B, which is designated by mask knife.
La présence du masque oblige l'écoulement à passer sous le couteau du masque, formant ainsi un jet qui se diffuse ensuite progressivement à l'aval. Le régime normal de fonctionnement est celui en "jet noyé" (on choisit si nécessaire le degré d'obstruction du masque pour qu'il en soit ainsi dans tout le domaine de débit). The presence of the mask forces the flow to pass under the mask knife, thus forming a jet which is then gradually diffused downstream. The normal operating regime is that of a "flooded jet" (the degree of obstruction of the mask is chosen if necessary so that this is the case throughout the flow range).
La ligne d'eau à l'amont du masque est légèrement exhaussée (niveau 8). La ligne d'eau à l'aval (niveau 9) est au contraire abaissée par rapport à la ligne d'eau en section constante du canal. The water line upstream of the mask is slightly raised (level 8). On the contrary, the water line downstream (level 9) is lowered compared to the water line in constant section of the canal.
La différence entre niveau amont et aval à proximité immédiate du masque est égale à la charge dynamique du jet
2
H = 2g
H = dénivelée amont/aval
V = vitesse du jet
g = accélération de la pesanteur
Le débit total Q est pratiquement égal au produit de la section Sj du jet ("veine contractée") par la vitesse V du jet
Q -- Sj v (2)
Ceci est la conséquence des dispositions décrites ci-avant pour limiter les fuites latérales.The difference between upstream and downstream level in the immediate vicinity of the mask is equal to the dynamic load of the jet
2
H = 2g
H = upstream / downstream elevation
V = jet speed
g = acceleration of gravity
The total flow rate Q is practically equal to the product of the section Sj of the jet ("contracted vein") by the speed V of the jet
Q - Sj v (2)
This is the consequence of the arrangements described above to limit lateral leaks.
En l'absence de précautions particulières, la section Sj de la veine contractée dépend à la fois de la hauteur d'eau amont et de la position du masque, désignée par la variable géométrique x (position angulaire)
- si la hauteur amont est constante, Sj ne dépend que de la
position du masque,
- si cette hauteur ne dépend que du débit, Sj dépend de la
position du masque et du débit,
- si cette hauteur peut varier indépendamment du débit,
l'adoption des dispositions décrites précédemment a pour effet
de réduire notablement l'influence du niveau amont sur la
contraction du jet et, par conséquent, sur la valeur de Sj : Sj
ne dépend alors que de la position du masque.In the absence of special precautions, the section Sj of the contracted vein depends on both the upstream water height and the position of the mask, designated by the geometric variable x (angular position)
- if the upstream height is constant, Sj depends only on the
mask position,
- if this height only depends on the flow, Sj depends on the
mask and flow position,
- if this height can vary independently of the flow,
the adoption of the provisions described above has the effect
to significantly reduce the influence of the upstream level on the
contraction of the jet and, consequently, on the value of Sj: Sj
then only depends on the position of the mask.
Aux trois cas ci-dessus s'applique donc une relation telle que
Sj = f (x, Q) (3)
Le rapprochement de (1), (2) et (3) conduit à une relation de la forme
H : F (Q, x)
Un cadran fixe gradué 10 associé à une aiguille 11 liée au bras permet la lecture du débit.To the above three cases therefore applies a relation such that
Sj = f (x, Q) (3)
The reconciliation of (1), (2) and (3) leads to a relation of the form
H: F (Q, x)
A graduated fixed dial 10 associated with a needle 11 linked to the arm makes it possible to read the flow rate.
Bien entendu, tout autre moyen de lecture de l'angle de rotation du bras peut être utilisé. Of course, any other means of reading the angle of rotation of the arm can be used.
Le débitmètre qui vient d'être décrit présente les avantages suivants - mesure précise, car elle se ramène à la mesure de la position d'équilibre d'un mobile soumis à des forces d'équilibrage importantes devant les frottements de liaison et à "bruits de fond" nuls (poids) ou relativement faibles (forces hydrauliques), - fiabilité résultant de la simplicité des mécanismes, - aucune source d'énergie extérieure n'est nécessaire, - remous limité puisque la dénivelée est constante quel que soit le débit. The flowmeter which has just been described has the following advantages - precise measurement, because it boils down to the measurement of the equilibrium position of a mobile subjected to significant balancing forces in front of the bonding friction and to "noise" zero (relatively low) or relatively low (hydraulic forces), - reliability resulting from the simplicity of the mechanisms, - no external source of energy is necessary, - limited eddies since the difference in level is constant whatever the flow.
Le débitmètre peut être associé à un dispositif de transmission de la mesure. The flow meter can be associated with a device for transmitting the measurement.
Les figures 2 et 3 illustrent une variante du débitmètre, dans lequel le degré de liberté laissé au masque est une translation. Dans cet exemple, ladite translation est verticale. Figures 2 and 3 illustrate a variant of the flow meter, in which the degree of freedom left to the mask is a translation. In this example, said translation is vertical.
Le masque est formé de deux plaques planes verticales 3'A et 3'B séparées par une plaque horizontale 3'C. Le masque est guidé latéralement au moyen de galets 20 roulant sur des rails 21. Ces rails sont disposés dans des rainures 22 pratiquées dans les bajoyers du canal. The mask is formed by two vertical flat plates 3'A and 3'B separated by a horizontal plate 3'C. The mask is guided laterally by means of rollers 20 rolling on rails 21. These rails are arranged in grooves 22 formed in the bay walls of the channel.
Le masque est équilibré par un contrepoids 5' disposé à une extrémité d'un câble 25, passant sur une poulie 26 d'axe fixe et dont l'autre extrémité est fixée au masque. The mask is balanced by a counterweight 5 ′ disposed at one end of a cable 25, passing over a pulley 26 with a fixed axis and the other end of which is fixed to the mask.
Les plaques 3'A et 3'B ont des largeurs un peu inférieures à celle du canal de manière à permettre un déplacement vertical du masque, sans frottements contre les bajoyers. The plates 3 ′ A and 3 ′ B have widths a little less than that of the channel so as to allow vertical movement of the mask, without friction against the sidewalls.
En outre, elles ont des hauteurs telles que la résultante des forces hydrauliques qui leur sont appliquées soit nulle lorsque l'équipage est en équilibre. In addition, they have heights such that the result of the hydraulic forces applied to them is zero when the crew is in equilibrium.
Elles satisfont en outre aux mêmes conditions que les plaques 3A et 3B de l'exemple de réalisation précédent. They also satisfy the same conditions as the plates 3A and 3B of the previous embodiment example.
De la sorte, le débit est une fonction du déplacement vertical du masque. Une simple graduation 30 d'un élément fixe du bajoyer associé à un index 31 lié au masque, permet la mesure du débit.In this way, the flow rate is a function of the vertical displacement of the mask. A simple graduation 30 of a fixed element of the bajoyer associated with an index 31 linked to the mask, allows the measurement of the flow.
Les avantages du débitmètre à translation verticale du masque sont les mêmes que ceux du débitmètre à masque rotatif. The advantages of the mask vertical displacement flow meter are the same as those of the rotary mask flow meter.
On peut, en variante, prévoir des plaques 3'A et 3'B de largeur supérieure à la largeur moyenne du canal, à condition de prévoir des échancrures appropriées dans les bajoyers. It is possible, as a variant, to provide plates 3 ′ A and 3 ′ B of width greater than the average width of the channel, provided that suitable scallops are provided in the bajoyers.
Les figures 4 et 5 montrent un canal à section trapézoidale ; des guideaux latéraux 31 et 32 permettent de donner au canal, sur une certaine longueur, une section rectangulaire. Des rainures 33 et 34 permettront d'y insérer les éléments de guidage d'un débitmètre à masque à translation verticale, comme celui décrit en référence aux figures 2 et 3. Figures 4 and 5 show a trapezoidal section channel; lateral guides 31 and 32 make it possible to give the channel, over a certain length, a rectangular section. Grooves 33 and 34 will make it possible to insert therein the guiding elements of a flowmeter with a vertical translation mask, such as that described with reference to FIGS. 2 and 3.
La figure 6 est une variante du débitmètre à-masque à translation dans laquelle celle-ci se fait selon une direction qui n'est plus verticale, mais fait avec la verticale un angle compris entre 30 et 450 ; l'orientation du masque est telle que celui-ci constitue avec le fond du canal et les bajoyers un canal convergent. FIG. 6 is a variant of the translational mask flowmeter in which this takes place in a direction which is no longer vertical, but makes an angle with the vertical of between 30 and 450; the orientation of the mask is such that it forms with the bottom of the channel and the bajoyers a converging channel.
Un contrepoids 5n, relié au masque 3"A, 3"B, 3nC par un câble 25" assure l'équilibre du dispositif. Les autres dispositions et les propriétés sont les mêmes que précédemment. A counterweight 5n, connected to the mask 3 "A, 3" B, 3nC by a 25 "cable ensures the balance of the device. The other arrangements and properties are the same as before.
L'invention s'applique à la mesure du débit des canaux, en particulier des canaux d'irrigation. The invention applies to the measurement of the flow rate of canals, in particular of irrigation canals.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8109709A FR2506010B1 (en) | 1981-05-15 | 1981-05-15 | MOBILE MASK FLOWMETER |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8109709A FR2506010B1 (en) | 1981-05-15 | 1981-05-15 | MOBILE MASK FLOWMETER |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2506010A1 true FR2506010A1 (en) | 1982-11-19 |
| FR2506010B1 FR2506010B1 (en) | 1985-05-31 |
Family
ID=9258501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8109709A Expired FR2506010B1 (en) | 1981-05-15 | 1981-05-15 | MOBILE MASK FLOWMETER |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2506010B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1018632C2 (en) * | 2001-07-25 | 2003-01-28 | Enrin Environmental Res Instr | Venturi measuring passage. |
-
1981
- 1981-05-15 FR FR8109709A patent/FR2506010B1/en not_active Expired
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1018632C2 (en) * | 2001-07-25 | 2003-01-28 | Enrin Environmental Res Instr | Venturi measuring passage. |
| WO2003010496A1 (en) * | 2001-07-25 | 2003-02-06 | Enrin Environmental Research Instruments | Adjustable venturi flow meter for open channel flow |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2506010B1 (en) | 1985-05-31 |
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