FR2511503A1 - Flowmeter for channel with open surface e.g. sewer - has floating rotating drum freely rotatable on swivel arm to determine flow from rotation speed and angular position of arm - Google Patents

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Abstract

The flow-meter contains a drum (12) which rotates freely around a horizontal axle (4) and which can float on the liquid (2) flowing inside the channel, so that it can be driven by this liquid. The axle (4) is fixed onto an arm (5) which swivels around a fixed point (6). One sensor (10) measures the rotation speed of the drum (12). Another sensor (11) measures the angular position of the arm (5). The signal from the first sensor (10) is transformed into a speed signal which represents the liquid's mean speed. The signal from the second sensor (11) is transformed into a cross-section signal which represents the cross-section of the liquid. The speed signal is multiplied by the cross-section signal to give the flow-rate. The wheel assembly is pivoted by a counterweight allowing accommodation for changes in level.

Description

Débitmètre pour la mesure du débit d'un canal à surface libre.Flow meter for measuring the flow of a free surface channel.

La présente invention concerne un débitmètre pour la mesure du débit d'un canal à surface libre et en particulier d'un égout. The present invention relates to a flow meter for measuring the flow rate of a free surface channel and in particular of a sewer.

La mesure des débits dans les canaux fait actuellement recours à plusieurs types de techniques 1 - Ouvrages à contraction : seuils jaugeurs, canaux venturi déversoirs. Measuring the flow rates in the channels currently uses several types of techniques 1 - Contraction structures: gauging sills, venturi weirs channels.

Ces ouvrages, qui ne comportent pas d'éléments mobiles
créent une modification des lignes d'eau au droit de l'ou-
vrage, modification se répercutant plus ou moins loin en
amont et en aval suivant les caractéristiques de
l'écoulement (lignes de remous).These works, which do not include mobile elements
create a modification of water lines to the law of the
vrage, modification having more or less repercussions in
upstream and downstream according to the characteristics of
the flow (swirl lines).

La mesure du débit se fait à partir de là mesure d'un ou
plusieurs niveaux de la ligne d'eau au voisinage de l'ouvrage
- Niveau amont seulement, si l'ouvrage provoque localement
un écoulement critique (passage local du régime fluvial
d'écoulement au régime torrentiel)
- Niveaux amont et aval, si l'écoulement reste partout du
type "fluvial". The flow measurement is done from there measurement of one or
several levels of the water line in the vicinity of the structure
- Upstream level only, if the structure provokes locally
a critical flow (local passage of the river regime
torrential flow)
- Upstream and downstream levels, if the flow remains everywhere from
"river" type.

De tels dispositifs ont les inconvénients suivants
- ils nécessitent des travaux de Génie Civil
- ils s'adaptent mal aux conduites de forme compliquée telle que celle des égouts.Such devices have the following disadvantages
- they require Civil Engineering work
- they do not adapt well to pipes of complicated shape such as that of sewers.

- ils créent une perte de charge importante et limitent le débit qui peut circuler. - they create a significant pressure drop and limit the flow that can circulate.

En outre ces dispositifs à contraction ne sont exploitables que combinés à une mesure de niveau. In addition, these contraction devices can only be used in combination with a level measurement.

2 - Les appareillages qui mesurent la vitesse locale : par moulinets, tubes de Pitot, etc...2 - The devices which measure the local speed: by reels, Pitot tubes, etc ...

La mesure précise du débit nécessite l'exploration du champ
de vitesses dans une section transversale du canal, soit
par mesures simultanées soit par mesures successives
(déplacement d'un moulinet eu d'un ensemble de moulinets
dans toute la section). Accurate flow measurement requires field exploration
velocities in a cross section of the channel, i.e.
by simultaneous measurements 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 one is satisfied with a mediocre precision, one can at the rigor explore only in a single point, by placing the reel in a suitably chosen point of the section.

Ces dispositifs nécessitent cependant un appareillage de mesure et d'exploration assez complexe, se prêtent mal au dépouillement instantané et ont une fiabilité médiocre pour emploi continu. These devices, however, require fairly complex measurement and exploration equipment, do not lend themselves to instantaneous analysis and have poor reliability for continuous use.

Dans tous les cas, il est nécessaire de connaitre 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.

Par ailleurs, les moulinets sont sujet à blocage par les corps flottants entrainés par l'eau et conviennent donc mal pour les égouts. Furthermore, the reels are subject to blockage by the floating bodies entrained by water and are therefore unsuitable for sewers.

3 - Les méthodes par ultrasons nécessitent des appareillages complexes.3 - Ultrasonic methods require complex equipment.

I1 en est de même d'autres méthodes (électromagnétique, laser) qui sont complexes ou du domaine du laboratoire et inutilisables dans les égouts. It is the same for other methods (electromagnetic, laser) which are complex or of the domain of the laboratory and unusable in the sewers.

Un but de l'invention est de réaliser un débitmètre robuste, insensible aux corps étrangers, aisément adaptable sur tout type de canaux et en particulier d'égouts sans nécessiter de travaux de Génie Civil, et qui par sa présence, ne perturbe pas l'écoulement. An object of the invention is to provide a robust flowmeter, insensitive to foreign bodies, easily adaptable to any type of channel and in particular sewer without requiring civil engineering work, and which by its presence, does not disturb the flow.

La présente invention a pour obJet un débitmètre pour la mesure du débit d'un canal à surface libre, caractérisé en ce qu'il comprend un tambour, pivotant librement autour d'un axe horizontal, et pouvant flotter sur l'écoulement liquide dans le canal de manière à être entraSné en rotation par cet écoulement, cet axe étant fixé à au moins un bras oscillant autour d'un point fixe, et des moyens de mesure, sensibles à la vitesse de rotation du tambour et à la position angulaire du bras oscillant de manière à permettre de déterminer le débit à mesurer par multiplication d'un signal "de vitesse" par un signal "de section", ce signal de vitesse étant une fonction prédéterminée de la vitesse de rotation du tambour pour représenter sensiblement la vitesse moyenne de l'écoulement liquide, et ce signal de-section étant une fonction prédéterminée de la position angulaire du bras oscillant pour représenter sensiblement la section de l'écoulement liquide. The object of the present invention is a flow meter for measuring the flow rate of a free surface channel, characterized in that it comprises a drum, freely pivoting about a horizontal axis, and capable of floating on the liquid flow in the channel so as to be rotated by this flow, this axis being fixed to at least one arm oscillating around a fixed point, and measuring means, sensitive to the speed of rotation of the drum and to the angular position of the arm oscillating so as to make it possible to determine the flow rate to be measured by multiplying a "speed" signal by a "section" signal, this speed signal being a predetermined function of the speed of rotation of the drum to represent substantially the average speed of the liquid flow, and this section signal being a predetermined function of the angular position of the swinging arm to substantially represent the section of the liquid flow.

L'invention sera bien comprise par la description ci-apres de deux modes de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel
- la figure 1 est une vue schématique en élévation d'un premier ddbitmètre selon l'invention
- la figure 2 est une vue de côté du même débitmètre
- la figure 3 est une vue en élévation d'un deuxième débitmètre selon une variante de l'invention
- la figure 4 est un diagramme de fonctionnement de l'appareil de la figure 3.The invention will be better understood from the following description of two embodiments of the invention, with reference to the appended drawing in which
- Figure 1 is a schematic elevational view of a first flow meter according to the invention
- Figure 2 is a side view of the same flow meter
- Figure 3 is an elevational view of a second flow meter according to a variant of the invention
- Figure 4 is an operating diagram of the apparatus of Figure 3.

Dans les figures 1 et 2, la référence 1 désigne un canal, tel qu'un égout, parcouru par un liquide 2 dont on souhaite mesurer le débit. In Figures 1 and 2, the reference 1 designates a channel, such as a sewer, through which a liquid 2 whose flow is desired to be measured.

Le principe de l'appareil est fondé sur la mesure de la vitesse moyenne d'écoulement du liquide et de celle de la hauteur d'eau, celle-ci étant liée géométriquement à la section du canal. The principle of the device is based on the measurement of the average flow speed of the liquid and that of the water height, the latter being geometrically linked to the section of the channel.

De ces deux mesures on déduit le débit recherché.From these two measurements, the desired bit rate is deduced.

Les deux mesures sont réalisées simultanément par le dispositif qui comprend un tambour 3, pivotant librement autour d'un axe horizontal 4, ledit axe étant supporté par des bras 5 articulés autour d'un arbre horizontal 6 fixé à des supports fixes 7. Un contrepoids 8 équilibre partiellement le poids du tambour. The two measurements are carried out simultaneously by the device which comprises a drum 3, pivoting freely around a horizontal axis 4, said axis being supported by arms 5 articulated around a horizontal shaft 6 fixed to fixed supports 7. A counterweight 8 partially balances the weight of the drum.

Le tambour 3 flotte sur le canal et tourne à une vitesse proportionnelle à la vitesse du courant ; en ajustant les masses relatives du tambour et du contrepoids, ainsi que la longueur des bras de levier respectifs, l'enfoncement du tambour varie avec la hauteur de l'eau dans le canal et on peut obtenir une vitesse de rotation du tambour sensiblement proportionnelle à la vitesse moyenne du courant. The drum 3 floats on the channel and rotates at a speed proportional to the speed of the current; by adjusting the relative masses of the drum and the counterweight, as well as the length of the respective lever arms, the depression of the drum varies with the height of the water in the channel and it is possible to obtain a speed of rotation of the drum substantially proportional to the average speed of the current.

Le tambour 3 présente une forme générale en tonneau, avec un diamètre plus petit sur ses faces extrêmes que sur sa section médiane, de manière à faciliter l'échappement latéral de corps flottants. The drum 3 has a general barrel shape, with a smaller diameter on its end faces than on its middle section, so as to facilitate the lateral escape of floating bodies.

Un capteur de vitesse 10 fournit un signal "de vitesse" El proportionnel à la vitesse du tambour. A speed sensor 10 provides a "speed" signal El proportional to the speed of the drum.

Un second capteur 11 mesure la position angulaire des bras 5 et permet l'élaboration d'un signal "de section" E2 représentant sensiblement la section d'eau dans le canal. La forme du canal étant connue, il s'en suit en effet que la section d'eau est une fonction connnue de la position angulaire des bras. A second sensor 11 measures the angular position of the arms 5 and allows the development of a “section” signal E2 substantially representing the section of water in the channel. The shape of the channel being known, it follows that the water section is a known function of the angular position of the arms.

Un circuit électronique lia élabore le produit des deux signaux et fournit un signal de sortie qui est proportionnel au débit cherché. An electronic circuit 11a produces the product of the two signals and provides an output signal which is proportional to the desired bit rate.

Pour améliorer la précision il peut cependant être nécessaire de corriger le signal de vitesse par un facteur de correction dépendant de la hauteur d'eau, qui est définie par la position angulaire des bras. Ceci permet de tenir compte de l'inhomogénéité des vitesses dans l'écoulement. To improve the accuracy it may however be necessary to correct the speed signal by a correction factor depending on the water height, which is defined by the angular position of the arms. This makes it possible to take account of the inhomogeneity of the velocities in the flow.

Le second capteur peut être supprimé et on lit alors simplement la valeur de la position angulaire du bras 5 sur une échelle graduée ; la valeur du signal de vitesse El est lue sur un cadran du capteur 10. Le débit est alors fourni par utilisation d'un abaque. The second sensor can be omitted and the value of the angular position of the arm 5 is then simply read on a graduated scale; the value of the speed signal El is read on a dial of the sensor 10. The flow rate is then supplied by using an abacus.

Pour faciliter la rotation du tambour et la proportionnalité de sa vitesse de rotation à celle du courant, le tambour est avantageusement muni de reliefs ou corrugations 12 à sa surface. To facilitate the rotation of the drum and the proportionality of its speed of rotation to that of the current, the drum is advantageously provided with reliefs or corrugations 12 on its surface.

On notera que le tambour est disposé en aval par rapport à l'arbre d'articulation des bras, ce qui le rend insensible à la présence des corps flottants. En effet le tambour se soulève et roule par dessus les corps flottants. It will be noted that the drum is disposed downstream relative to the articulation shaft of the arms, which makes it insensitive to the presence of the floating bodies. Indeed the drum lifts and rolls over the floating bodies.

La figure 3 représente une variante de réalisation qui permet de supprimer le capteur 10 placé au voisinage de l'eau. FIG. 3 represents an alternative embodiment which makes it possible to remove the sensor 10 placed in the vicinity of the water.

Le tambour comporte quelques grosses excroissances 14 qui sont réparties angulairement de manière régulière autour de l'axe du tambour. Ces exoroissances soulèvent l'axe de rotation 4 chaque fois que l'une d'elle passe dans l'eau. Le signal "de position" E2 fourni par le capteur angulaire il es; représenté dans le diagramme de la figure 4 en onction du temps t9 est la somme de deux composantes - l'une a, continue fonction de la hauteur d'eau, - l'autre b, pulsatoire dont la @réquence est fonction de la vitesse d'écoulement.  The drum has a few large protuberances 14 which are distributed angularly in a regular manner around the axis of the drum. These exorroances raise the axis of rotation 4 each time one of them passes through the water. The "position" signal E2 supplied by the angular sensor there is; represented in the diagram of figure 4 in anointing of time t9 is the sum of two components - one a, continuous function of the water height, - the other b, pulsating whose @requence is function of the speed of flow.

Un circuit électronique 11a élabore un aignal "de section" qui est une fonction prédéterminée de cette composante eontinue, pour représenter la section actuelle de l'écoulement, et un signal "de vitesse" qui est une fonction prédéterminée de la fréquence de la composante pul.atoire au signal de position. De préférence ce circuit effectue 'ui même la multiplication du signal de vitesse par le signal de section pour fournir un signal de sortie représentatif du débit à mesurer  An electronic circuit 11a creates a signal "of section" which is a predetermined function of this continuous component, to represent the current section of the flow, and a signal "of speed" which is a predetermined function of the frequency of the component pul .atory to the position signal. Preferably, this circuit even performs the multiplication of the speed signal by the section signal to provide an output signal representative of the flow to be measured.

Claims (1)

REVENDICATIONS 1/ Débitmètre pour la mesure du débit d'un canal à surface libre, caractérisé en ce qu'il comprend un tambour (3J, pivotant librement autour d'un axe horizontal (4), et pouvant flotter sur 11 écoulement liquide dans le canal de manière à être entraîné en rotation par cet écoulement, cet axe étant fixé à au moins un bras oscillant (5) autour d'un point fixe (6), et des moyens de mesure (10,CLAIMS 1 / Flowmeter for measuring the flow rate of a free surface channel, characterized in that it comprises a drum (3J, pivoting freely around a horizontal axis (4), and being able to float on 11 liquid flows in the channel so as to be driven in rotation by this flow, this axis being fixed to at least one oscillating arm (5) around a fixed point (6), and measuring means (10, 11) sensibles à la vitesse de rotation du tambour et à la position angulaire du bras oscillant de manière à permettre de déterminer le débit à mesurer par multiplication d'un signal "de vitesse" par un signal "de section", ce signal de vitesse étant une fonction prédéterminée de la vitesse de rotation du tambour pour représenter sensiblement la vitesse moyenne de l'écoulement liquide, et ce signal de section étant une fonction prédéterminée de la position angulaire du bras oscillant pour représenter sensiblement la section de l'écoulement liquide. 11) sensitive to the speed of rotation of the drum and to the angular position of the swinging arm so as to make it possible to determine the flow rate to be measured by multiplication of a "speed" signal by a "section" signal, this speed signal being a predetermined function of the speed of rotation of the drum to substantially represent the average speed of the liquid flow, and this section signal being a predetermined function of the angular position of the swing arm to substantially represent the section of the liquid flow. 2/ Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tambour (3) est disposé en aval du point (6) d'articulation du bras oscillant (5).2 / flow meter according to claim 1, characterized in that the drum (3) is arranged downstream of the point (6) of articulation of the swing arm (5). 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une échelle graduée, pour mesurer la position angulaire du bras oscillant.3 / Device according to claim 1, characterized in that it comprises a graduated scale, for measuring the angular position of the swing arm. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit tambour porte au moins une excroissance (14) provoquant un soulevement périodique dudit axe lors du passage de l'exerois- sance dans l'eau au cours de la rotation du tambour, lesdits moyens de mesure comprenant un capteur (11) fournissant un signal électrique "de position" représentatif de la position angulaire instantanée du bras (5) et comportant une composante continue représentative de la hauteur d'eau dans le canal et une composante pulsatoire résultant dudit soulèvement périodique, ces moyens de mesure comprenant en outre un circuit électronique (1 la) recevant ce signal de position et élaborant un signal "de section" qui est une fonction prédéterminée de cette composante continue, pour représenter la section actuelle de l'écoulement, et un signal "de vitesse" qui est une fonction prédéterminée de la fréquence de la composante pulsatoire du signal de position.4 / Device according to claim 1, characterized in that said drum carries at least one projection (14) causing a periodic lifting of said axis during the passage of the exercise in water during the rotation of the drum, said measuring means comprising a sensor (11) providing an electrical "position" signal representative of the instantaneous angular position of the arm (5) and comprising a continuous component representative of the height of water in the channel and a pulsating component resulting from said lifting periodic, these measuring means further comprising an electronic circuit (1a1) receiving this position signal and developing a "section" signal which is a predetermined function of this continuous component, to represent the current section of the flow, and a "speed" signal which is a predetermined function of the frequency of the pulsating component of the position signal. 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit circuit électronique effectue lui même la multiplication du signal de vitesse par le signal de section pour fournir un signal de sortie représentatif du débit à mesurer.5 / Device according to claim 4, characterized in that said electronic circuit itself performs the multiplication of the speed signal by the section signal to provide an output signal representative of the flow to be measured. 6/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par. le fait que le tambour (3) représente une forme génerale en tonneau, avec un diamètre plus petit sur ses faces extrêmes que sur sa section médiane, de manière à faciliter l'échappement latéral de corps flottants. 6 / Device according to claim 1, characterized by. the fact that the drum (3) represents a general barrel shape, with a smaller diameter on its end faces than on its middle section, so as to facilitate the lateral escape of floating bodies.
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