FR2585465A1 - Dispositif pour mesurer la vitesse d'un fluide en mouvement dans une canalisation - Google Patents

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Christian Chedeville
Michel Valette
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    • G01F1/7044—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter using thermal tracers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
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Abstract

DISPOSITIF POUR MESURER LA VITESSE D'UN FLUX D'UN PREMIER FLUIDE 2 A UNE PREMIERE TEMPERATURE EN MOUVEMENT DANS UNE CANALISATION4. CE DISPOSITIF 2 SE CARACTERISE EN CE QU'IL COMPORTE: UN MOYEN D'INJECTION POUR SUBSTITUER A UNE QUANTITE DONNEE DE PREMIER FLUIDE 2 LA MEME QUANTITE D'UN SECOND FLUIDE A UNE SECONDE TEMPERATURE DIFFERENTE DE LADITE PREMIERE TEMPERATURE; AU MOINS DEUX MOYENS DE MESURE, APTES A MESURER LA TEMPERATURE DU FLUX DE PREMIER FLUIDE 2, ESPACES DANS LA CANALISATION 4 ET SITUES EN AVAL DU MOYEN D'INJECTION. APPLICATION A LA MESURE DE MICRODEBITS.

Description

Dispositif pour mesurer la vitesse d'un fluide en
mouvement dans une canalisation
La présente invention a pour objet un dispo
sitif pour mesurer la vitesse d'un fluide en mouvement dans une canalisation. Elle sert notamment dans le cas de petits débits (quelques g/s) de gaz à haute température.
Les mesures du débit d'un fluide dans une canalisation sont sous certaines conditions délicates à effectuer.
On connait tout d'abord le débitmètre à turbine. Il comporte une turbine disposée dans la canalisation et entraînée en rotation par Le fluide en mouvement, un dispositif, éLectromagnétique par exemple, effectuant un comptage du nombre de tours/seconde de ladite turbine. Le pas de la turbine étant connu, on en déduit aisément la vitesse du fluide et donc son débit.
Ce type de débitmètre possède un seuil de sensibilite insuffisamment bas (quelques dizaines de g/s). De plus, dans le cas d'un fluide dont la température est élevée, il est nécessaire de refroidir le débitmètre, ce qui provoque des condensations et des perturbations nuisibles au bon fonctionnement du débitmètre et à l'homogénéité du flux.
Une autre technique de mesure consiste à disposer dans la canalisation un dispositif déprimogène tel qu'un diaphragme ou un venturi. Ofi mesure La différence de pression de part et d'autre du dispositif déprimogène et on en deduit la vitesse, puis le débit du fluide. Ce type de dispositif possède une réponse dynamique fonction du débit. Cette réponse est donc faible pour des microdébits. Pour obtenir de bons résultats, il faut alors disposer plusieurs dispositifs en paralLèLe avec un jeu de vannes permettant de couvrir une grande gamme de mesure. Une telle installation est compliquée et difficile à maîtriser lorsque le fluide s'écoule en régime transitoire. De plus, le flux de fluide est fortement perturbé, ce qui est nuisible à L'homogénéité du flux.
Un autre type de débitmètre concerne les anémomètres à fil chaud. On maintient à température constante un fil ou un film chaud dans le flux de fluide. Connaissant La loi de déperdition du fil, un relevé de la puissance nécessaire pour maintenir constante- sa température permet d'en déduire le débit du fluide. La loi de déperdition du fil dépend fortement de la température du fluide, ce qui impose donc d'avoir un flux de fluide dont la température est la plus constante possible et nécessite des étalonnages dont la fréquence dépend des variations de température du fluide et de la stabilité des caractéristiques thermiques du fil. Ces anémomètres à fil chaud sont de plus tres fragiles.
La présente invention a pour objet un dispositif pour mesurer la vitesse d'un flux d'un premier fluide à une première température en mouvement dans une canalisation, permettant de pallier Les inconvénients susmentionnés. Pour ce faire, elle comporte : - un moyen d'injection pour substituer à une quantité
donnée de premier fluide la même quantité d'un se
cond fluide, à une seconde température différente de
ladite première température, - au moins deux moyens de mesure, aptes à mesurer la
température du flux de premier fluide, espacés dans
la canalisation et situés en aval du moyen d'injec
tion.
De façon plus précise, le moyen d'injection comprend un tube possédant deux extrémités connectées à la canalisation dans un plan de section droite de celle-ci, la partie centrale du tube étant rectiligne et comportant un piston logé de façon coulissante dans ce tube, un dispositif d'actionnement étant prévu pour commander un mouvement de translation du piston.
Ce dispositif d'actionnement peut notamment être un dispositif électromagnétique situé autour de ladite partie centrale du tube.
Plus précisément encore, le premier fluide est un gaz chaud et la canalisation est calorifugée,
Le second fluide étant une partie du premier fluide ayant séjourné en se refroidissant dans ledit tube qui est non calorifugé et soumis à la température ambiante.
Avantageusement, lesdits moyens de mesure sont constitués par des thermocouples.
De toute façon, l'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit d'un exemple de mise en oeuvre donné à titre explicatif et non limitatif, en référence à la figure unique annexée qui représente, en perspective, une vue schématique du dispositif selon L'invention.
Le dispositif selon l'invention représenté sur la figure unique sert à mesurer la vitesse d'un flux d'un premier fluide, caractérisé par une flèche référencée 2, en mouvement dans le sens de cette flèche à l'intérieur d'une canalisation 4 horizontale. Cè fluide 2 est par exemple de la vapeur surchauffée à une température T1. La canalisation 4 est calorifugée, ce qui permet de maintenir de façon homogène Le fluide 2 à une température sensiblement constante.
Des moyens de mesure de la température tels qu'au moins deux thermocouples 6 sont disposés le long de La canalisation 4. La soudure chaude de chaque thermocouple 6 traverse de façon étanche la canalisation 4 de manière à pouvoir relever ta température du fLuide 2 au voisinage immédiat de La soudure chaude.
Les thermocoupLes 6 sont réguLièrement espacés et
Leurs entraxes respectifs sont relevés avec précision.
De façon optimaLe, Les thermocoupLes 6 sont reLies à un système d'acquisition de mesures 8 permettant d'enregistrer et d'analyseur L'évoLution des températures du fLuide au voisinage de chaque thermocoupLe 6 en fonction du temps.
Un oyen d'injection d'un second fluide est dispose en aMont des thermocoupLes 6 par rapport au ouveMent du premier fLuide 2 dans La canaLisation 4.
Ce moyen d'injection comporte un tube 10 non calorifuge en forme de boucle ouverte dont Les deux extrémités 12, 14 débouchent radiaLement dans La cana Lisation 4 en des points diamétralement opposés dans un pLan de section droite de ceLle-ci, en amont des thermocouples 6.
Le tube 10 comprend une partie inférieure 16 horizontale rectiligne de pLus grand diamètre dans LaqueLLe est Logé de façon coulissante un piston 18.
Dans le mode de réalisation représenté, un dispositif de commande electromagnetique 20 comprenant deux bobines 21, disposées à chaque extrémité et autour de La partie 16, permet de faire transLater Le piston Lorsqu'il est excité.
Dans Le mode de réaLisation décrit, ledit second fluide est constitué en réaLité par une partie du premier fLuide 2 ayant séjourné en se refroidissant dans Le tube 10 non caLorifugé. Le second fLuide se distingue donc du premier fluide par Le fdit que sa température T2 est inférieure à La températeur T1 du premier fluide 2.
Lorsque Le dispositif électromagnétique 20 est actionné, Le piston 18 se transLate par exemple dans Le sens référencé par La flèche 22. Une partie du second fluide présent dans le tube 10, et plus particulièrement dans la partie de ce tube située entre La partie inférieure 16 et ladite extrémité 12, est poussée par le piston 18 et injectée dans la canalisation 4. Une même quantité de premier fluide est aspirée lors du mouvement du piston 18 par ladite extrémité 14 du tube 10.
De ce fait, on remplace dans le flux de premier fluide une quantité donnée de premier fluide par une même quantité de second fluide.
Comme on l'a expliqué précédemment, cette quantité de second fluide a une température T2 inférieure à celle du premier fluide et se déplace dans le flux de premier fluide à une vitesse égale à celle dudit flux.
Les thermocouples 6 et ledit système d'acquisition de mesure 8 vont alors enregistrer l'instant où apparait le front froid créé par la quantité de second fluide "froid" se déplaçant avec le premier fluide "chaud".
Connaissant les distances séparant les thermocouples et mesurant le temps que met le front froid pour se déplacer de l'un à L'autre des thermocouples, on en déduit aisément la vitesse de déplacement du front froid, c'est-à-dire la vitesse du flux du premier fluide 2.
En déterminant les autres paramètres tels que la masse volumique du premier fluide, la section de la canalisation..., on déduit de ladite vitesse le débit de premier fluide 2 dans la canalisation 4.
Un tel dispositif selon l'invention peut mesurer des débits très faibles, de L'ordre de 0,1 g/s à quelques dizaines de g/s avec une précision de + 10X. Ces résultats très avantageux sont donc obtenus avec un dispositif très simple et peu onéreux.
Bien entendu, la description ci-dessus n'a eté donnée qu'à titre d'exempLe, toutes modifications dans les formes de réalisation peuvent être envisagees sans modifier le principe fondamental de l'invention.
Le moyen d'injection peut par exemple être indépendant de la canalisation. Il injecterait alors un second fluide de nature et de température différentes de celles du premier fluide, le second fluide étant pré levé dans une enceinte sous pression connectée par une vanne à la canalisation.
On peut également envisager d'avoir un premier fluide "froid" dans lequel on injecte un second fluide "chaud". On mesure alors L'avance du front chaud.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1. Dispositif pour mesurer la vitesse d'un flux d'un premier fluide (2) en mouvement dans une canalisation (4), ce fluide (2) ayant une première température (T1), caractérisé en ce qu'iL comporte : - un moyen d'injection pour substituer à une quantité
donnée de premier fluide (2) La même quantité d'un
second fluide à une seconde température (T2) diffe
rente de ladite première température (T1), - au moins deux moyens de mesure, aptes à mesurer la
température du flux de premier fluide (2), espacés
dans La canalisation (4) et situés en aval du moyen
d'injection.
2. Dispositif selon La revendication 1, ca- ractérisé en ce que Le moyen d'injection comprend un tube (10) possédant deux extrémités (12, 14) connectées à La canalisation (4) dans un plan de section droite de celle-ci, La partie centrale (16) du tube étant rectiligne et comportant un piston (18) Logé de façon coulissante, un dispositif d'actionnement étant prévu pour commander un mouvement de translation dudit piston.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'actionnement est un dispositif électromagnétique (20) situé autour de
Ladite partie centrale (16).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le premier fluide (2) est un gaz chaud et que la canalisation (4) est caLorifugée, le second fluide étant une partie du premier fluide (2) ayant séjourné en se refroidissant dans ledit tube (10) qui est non calorifugé et soumis à la température ambiante.
5. Dispositif selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure sont constitués par des thermocou ples (6).
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