FR2652904A1 - Fluid flow speed sensor - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention se rapporte à un capteur de vitesse d'écouLement d'un fluide qui peut servir à mesurer en particuLier Le débit d'écoulement Laminaire ou turbulent d'un liquide dans une canaLisation. The invention relates to a fluid flow velocity sensor which can be used to measure in particular the laminar or turbulent flow rate of a liquid in a pipeline.
Le capteur présente comme avantages principaux d'être de construction simple, robuste, fidèle même sur de longues périodes d'utilisation et d'être doté d'un temps de réponse très bref qui Le rend intéressant pour des écoulements à variation rapide. The main advantages of the sensor are that it is simple, robust and faithful in construction even over long periods of use, and that it has a very short response time which makes it interesting for rapidly varying flows.
IL présente comme avantages supplémentaires, pour certaines réalisations, d'influencer très peu l'écoule- ment et de pouvoir résister à des fluides soumis à des températures ou des pressions très diverses, corrosifs ou radioactifs.It has the additional advantages, for certain embodiments, of having very little influence on the flow and of being able to resist fluids subjected to very diverse temperatures or pressures, corrosive or radioactive.
Il se compose d'une manière générale d'une poutre munie de jauges de contrainte encastrée à une extrémité dans un support et à L'autre extrémité de
Laquelle est fixé un obstacle à L'écouLement ;
L'obstacLe s'étend principalement perpendiculairement à l'écoulement et perpendiculairement à La poutre pour recevoir du fluide un effort prépondérant dirigé parallèlement à La poutre et excentré par rapport à La poutre.It generally consists of a beam fitted with strain gauges embedded at one end in a support and at the other end of
Which is fixed an obstacle to the flow;
The obstacle extends mainly perpendicular to the flow and perpendicular to the beam to receive from the fluid a predominant force directed parallel to the beam and eccentric with respect to the beam.
On peut envisager deux réalisations prin cipaLes : dans La première, La poutre est perpendiculaire à l'écoulement et L'obstacLe est une aile
Légèrement inclinée par rapport à La direction de
L'écoulement et fixée par son milieu à La poutre.We can consider two main achievements: in the first, the beam is perpendicular to the flow and the obstacle is a wing
Slightly tilted from the direction of
The flow and fixed by its middle to the beam.
Une carène en forme d'aile peut alors entourer la poutre pour réduire La force de traînée du capteur.A wing-shaped hull can then surround the beam to reduce the drag force of the sensor.
L'autre type de réalisation principale comporte une poutre parallèle à l'écoulement, et l'obstacle consiste alors en un corps, fréquemment une plaque, comprenant une face dirigée vers L'amont de l'écoulement et dont l'orientation est, en moyenne, normale à la direction de l'écoulement. La poutre est fixée à un emplacement excentré de la plaque, fréquemment une extrémité. Une plaque intéressante consiste en un profilé hémicylindrique à concavité orientée vers L'amont. The other main type of embodiment comprises a beam parallel to the flow, and the obstacle then consists of a body, frequently a plate, comprising a face directed upstream of the flow and whose orientation is, in mean, normal to the direction of flow. The beam is attached to an eccentric location of the plate, frequently one end. An interesting plate consists of a semi-cylindrical profile with concavity oriented upstream.
Une constitution analogue caractérise Le capteur, conçu par Le même inventeur, du brevet fran çais 2 602 334. Toutefois, ce capteur antérieur est utilisé pour mesurer La pression statique d'un fluide et comporte en outre un soufflet étanche, dont
L'intérieur est maintenu sous vide, qui isole une partie de la surface de la plaque du fluide. Par ailleurs, seule une plaque plane est considérée.A similar constitution characterizes the sensor, designed by the same inventor, of French patent 2,602,334. However, this prior sensor is used to measure the static pressure of a fluid and also comprises a sealed bellows, of which
The interior is maintained under vacuum, which isolates part of the surface of the plate from the fluid. Furthermore, only a flat plate is considered.
La poutre a généralement une section rectan glaire allongée. Les jauges sont collées sur les faces Les plus spacieuses, et la poutre est orientée de façon à subir les déformations tes plus grandes. The beam generally has an elongated rectan glar section. The gauges are glued on the most spacious sides, and the beam is oriented so as to undergo the greatest deformations.
On va maintenant décrire L'invention pLus en détail à L'aide des figures suivantes, annexées à titre illustratif et non Limitatif :
- la figure 1 représente un mode de réalisation de L'invention ;
- La figure 2 est une vue en perspective de la même réalisation ; et
- la figure 3 représente une autre réalisation de l'invention.The invention will now be described in more detail with the aid of the following figures, annexed by way of illustration and not limitation:
- Figure 1 shows an embodiment of the invention;
- Figure 2 is a perspective view of the same embodiment; and
- Figure 3 shows another embodiment of the invention.
Sur Les figures 1 et 2, La référence 1 désigne une conduite à section circulaire d'axe X dans Laquelle Le fluide circule à une vitesse moyenne
V colinéaire à l'axe X. Une poutre 2 est encastrée à une extrémité 3 sur la conduite 1 par soudage et s'étend radialement sensiblement jusqu'à l'axe X. In Figures 1 and 2, Reference 1 designates a pipe with a circular section of axis X in which the fluid circulates at an average speed.
V collinear with the X axis. A beam 2 is embedded at one end 3 on the pipe 1 by welding and extends radially substantially up to the X axis.
Sur son autre extrémité 4 est fixé par soudage Le milieu d'une aile 5 qui s'étend en Longueur perpendiculairement à L'axe X et à la poutre 2, suivant un diamètre de La conduite, de préférence jusqu'à proximité des parois de La conduite 1 pour réduire les effets de bord s'exerçant sur L'ai le 5. L'aile 5 est
Légèrement inclinée par rapport à l'axe X et aux plans perpendiculaires à La poutre 2, d'un angle i qui peut être égaL à 50 environ, de manière à accroître au maximum La portance tout en maintenant une faible traînée.On its other end 4 is fixed by welding The middle of a wing 5 which extends in Length perpendicular to the axis X and to the beam 2, along a diameter of the pipe, preferably up to near the walls of Line 1 to reduce the side effects exerted on the A 5. The wing 5 is
Slightly inclined with respect to the X axis and to the planes perpendicular to the beam 2, at an angle i which can be equal to approximately 50, so as to maximize the lift while maintaining a low drag.
La poutre 2 est de section rectangulaire et son épaisseur la plus faible est disposée dans le sens de L'écoulement. Deux jauges de contrainte 6 sont collées sur ses faces de plus grande surface, perpendiculaires à L'écoulement. Une carène 7, dont
La section a une forme d'aiLe afin de réduire autant que possible L'énergie qui serait perdue par Le fluide en circulant autour de la poutre 2, enveloppe celle-ci et s'étend sur tout un diamètre de la conduite 1; elle est munie d'ouvertures 8 qui Laissent passer transversalement l'aile 5 avec un jeu suffisant pour éviter que L'aiLe 5 ne touche La carène 7 quelles que soient les déformations de la poutre 2.The beam 2 is of rectangular section and its smallest thickness is arranged in the direction of flow. Two strain gauges 6 are glued on its faces of larger surface, perpendicular to the flow. A hull 7, of which
The section has a shape of ail in order to reduce as much as possible the energy which would be lost by the fluid while circulating around the beam 2, envelops the latter and extends over a whole diameter of the pipe 1; it is provided with openings 8 which allow the wing 5 to pass transversely with sufficient clearance to prevent the wing 5 from touching the hull 7 whatever the deformations of the beam 2.
L'aiLe 5 reçoit du fluide une force de traînée T parallèle à L'axe X, une force de portance P parallèle à la poutre 2 et beaucoup plus importante, et un moment de rotation. F désigne la résultante de la traînée T et de La portance P. Le centre d'inertie de la section de l'ai le 5 est avantageusement sur L'axe X, avec un excentrement e (suivant L'axe
X) par rapport à La poutre 2. La portance, La traînée et le moment sont des actions toutes proportionnelles au carré de La vitesse V et qui exercent sur La poutre 2 et Les jauges de contrainte 6 des déformations proportionnelles à leur intensité. Après un étaLonnage préalable, il est donc facile de déduire La vitesse
V et de là le débit dans la conduite 1 à partir des déformations mesurées par Les jauges de contrainte 6.The wing 5 receives from the fluid a drag force T parallel to the axis X, a lift force P parallel to the beam 2 and much greater, and a moment of rotation. F denotes the result of the drag T and of the lift P. The center of inertia of the section of ai on 5 is advantageously on the axis X, with an eccentricity e (along the axis
X) compared to the beam 2. The lift, the drag and the moment are actions all proportional to the square of the speed V and which exert on the beam 2 and the strain gauges 6 deformations proportional to their intensity. After a preliminary calibration, it is therefore easy to deduce The speed
V and thence the flow in line 1 from the deformations measured by the strain gauges 6.
Dans La seconde réalisation (figure 3), la poutre 12 s'étend parallèlement à L'axe X et une de ses extrémités 13 est encastrée dans un support 11 dont Les extrémités sont reliées rigidement aux parois de La conduite 1. Le support 11 a avantageusement une section en aile qui Limite Les pertes de charge. Comme précédemment, L'autre extrémité 14 de la poutre 12 porte un obstacle mais qui prend ici la forme d'un demi-cylindre 15 s'étendant perpendiculairement au support 11 et à La poutre 12 et dont la concavité est dirigée vers l'amont de
L'écouLement ; l'axe X passe de préférence par La mi-longueur du demi-cylindre 15. Le demi-cylindre 15 est fixé à la poutre 12 par un emplacement excentré ou même, comme ici, par une extrémité.Par ailleurs,
La poutre 12 est comme précédemment à section rectangulaire ; ses deux faces principales portent deux jauges 16 et son épaisseur la pLus forte (sa largeur) est orientée dans Le sens du support 11.In the second embodiment (Figure 3), the beam 12 extends parallel to the axis X and one of its ends 13 is embedded in a support 11 whose ends are rigidly connected to the walls of the pipe 1. The support 11 has advantageously a wing section which limits the pressure losses. As before, the other end 14 of the beam 12 carries an obstacle but which here takes the form of a half-cylinder 15 extending perpendicularly to the support 11 and to the beam 12 and whose concavity is directed upstream of
The flow; the X axis preferably passes through the mid-length of the half-cylinder 15. The half-cylinder 15 is fixed to the beam 12 by an eccentric location or even, as here, by one end.
The beam 12 has, as previously, a rectangular section; its two main faces carry two gauges 16 and its thickest thickness (its width) is oriented in the direction of the support 11.
On remarquera enfin que Le contour 17 de La poutre 12 à L'extrémité 14 est évidé pour correspondre à la courbure du demi-cylindre 15. Avec cette disposition, on obtient donc un écoulement symétrique du fluide autour- du demi-cylindre 15 avec une composante unique de traînée, d'ailleurs élevée à cause des tourbillons à l'extrados du demi-cylindre 15. Le demi-cylindre 15 peut cependant être remplacé par une surface plane normale à L'écoulement ou d'une façon générale par un corps présentant une face dirigée vers L'amont de L'écoulement et dont l'orientation moyenne est perpendiculaire à l'écoulement, c'est-à-dire qui ne soit pas inclinée. Finally, it will be noted that the contour 17 of the beam 12 at the end 14 is hollowed out to correspond to the curvature of the half-cylinder 15. With this arrangement, there is therefore obtained a symmetrical flow of the fluid around the half-cylinder 15 with a unique drag component, which is also high due to the vortex on the upper surface of the half-cylinder 15. The half-cylinder 15 can however be replaced by a plane surface normal to flow or in general by a body having a face directed upstream of the flow and whose average orientation is perpendicular to the flow, that is to say which is not inclined.
La traînée se traduit par une sollicitation de flexion pure exercée sur la poutre 12. On sait que Les déformations consécutives à une telle sollicitation sont constantes Le long de La poutre 12, si bien que les jauges de contrainte 16 peuvent avantageusement s'étendre sur toute La Longueur de la poutre 12 ou, en d'autres termes, que Le capteur peut être miniaturisé sans inconvénient, ce qui réduit les temps de réponse transitoire du capteur. Cette constatation s'applique également en gros à La première réalisation de L'invention, pour Laquelle La flexion pure est produite par la portance et Le moment qui sont les efforts prépondérants. La traînée, qui produit une flexion simple, est négligeable dans ce cas. The drag results in a pure bending stress exerted on the beam 12. It is known that the deformations consecutive to such a stress are constant along the beam 12, so that the strain gauges 16 can advantageously extend over any The length of the beam 12 or, in other words, that the sensor can be miniaturized without inconvenience, which reduces the transient response times of the sensor. This observation also applies broadly to the first embodiment of the invention, for which pure bending is produced by lift and moment which are the predominant efforts. The drag, which produces simple bending, is negligible in this case.
La première réalisation de l'invention a comme avantages principaux La mesure de la vitesse sur une Largeur plus importante, une bonne sensibilité,
L'introduction d'une perte de charge minime, et de bonnes caractéristiques d'amortissement sans introduire de turbulences. La seconde réalisation réagit avec précision et rapidité aux chocs et aux variations d'écoulement mais modifie éventuellement fortement
L'écoulement du fluide en aval.The first embodiment of the invention has as main advantages The measurement of the speed over a larger width, good sensitivity,
The introduction of a minimal pressure drop, and good damping characteristics without introducing turbulence. The second embodiment reacts precisely and quickly to shocks and variations in flow, but possibly modifies strongly
Fluid flow downstream.
Le capteur peut être construit en matériau inoxydable à haute résistance. Un bon état de surface est nécessaire. Les j auges de contrainte 6 ou 16 peuvent être en nickel-chrome ou en platine-tungstène. The sensor can be constructed from high strength stainless material. A good surface finish is necessary. The strain gages 6 or 16 can be made of nickel-chrome or platinum-tungsten.
Le cas échéant, on peut Les protéger en Les recouvrant d'une couche imperméable ou par un étui étanche entourant La poutre 2 ou 12.If necessary, they can be protected by covering them with an impermeable layer or with a waterproof case surrounding beam 2 or 12.
D'autres formes de réalisation, conçues à partir de ces deux types principaux, peuvent être proposées sans sortir du cadre de L'invention. Other embodiments, designed from these two main types, can be proposed without departing from the scope of the invention.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8913201A FR2652904A1 (en) | 1989-10-10 | 1989-10-10 | Fluid flow speed sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8913201A FR2652904A1 (en) | 1989-10-10 | 1989-10-10 | Fluid flow speed sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR2652904A1 true FR2652904A1 (en) | 1991-04-12 |
| FR2652904B1 FR2652904B1 (en) | 1995-04-07 |
Family
ID=9386237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8913201A Granted FR2652904A1 (en) | 1989-10-10 | 1989-10-10 | Fluid flow speed sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2652904A1 (en) |
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