FR2681135A1 - Method for measuring the flow rate of a fluid in a pipe. Flow meter employing this method. As a corollary: meter - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé pour mesurer le débit d'un fluide dans une conduite. Débitmètre mettant en oeuvre le procédé. De manière corollaire compteur.Method for measuring the flow of a fluid in a pipe. Flow meter implementing the method. Corollary counter.
La présente invention concerne un procédé permettant de mesurer le débit d'un fluide dans une conduite. Elle concerne également un dispositif utilisant ce procédé pour la réalisation de débitmètres et en corollaire de compteurs du volume de fluide écoulé. Ce dispositif débitmétrique simple permet en particulier la réalisation d'appareils électroniques économiques capables de recevoir et transmettre à distance des informations relatives à la mesure des débits de fluide écoulé. The present invention relates to a method for measuring the flow rate of a fluid in a pipe. It also relates to a device using this method for the production of flowmeters and as a corollary of meters for the volume of fluid flowed. This simple flow meter device makes it possible in particular to produce cost-effective electronic devices capable of receiving and transmitting information relating to the measurement of the flow rates of the flowing fluid remotely.
Différents types de débitmètres et compteurs sont aujourd'hui connus, ils utilisent divers procédés. Les compteurs utilisés en distribution d'eau sont de conception mécanique, soit volumétrique, soit à vitesse, ils ne peuvent transmettre à distance d'informations et en particulier le contenu de leurs index. Different types of flowmeters and meters are known today, they use various methods. The meters used in water distribution are of mechanical design, either volumetric or at speed, they cannot transmit information remotely and in particular the content of their indexes.
Les systèmes de gestion technique centralisée sur ordinateur, tant en bâtiment qu'en process industriel, utilisent des débitmètres et compteurs dotés de systèmes électroniques. Ils sont basés sur différents phénomènes physiques et sont généralement complexes. Centralized computer-based technical management systems, both in buildings and in industrial processes, use flowmeters and meters with electronic systems. They are based on different physical phenomena and are generally complex.
II est connu qu'un obstacle placé dans un écoulement subit une force fonction du carré de la vitesse du fluide autour de l'obstacle. La mesure de cette force permet d'accéder à celle du débit. It is known that an obstacle placed in a flow undergoes a force as a function of the square of the speed of the fluid around the obstacle. The measurement of this force gives access to that of the flow.
Cette méthode ne permet pas de réaliser des mesures de débit sur une plage suffisamment importante à la précision requise, la force variant trop rapidement avec le débit pour un obstacle et une conduite donnés. This method does not allow flow measurements to be made over a sufficiently large range to the required precision, the force varying too rapidly with the flow for a given obstacle and conduct.
L'invention vise à palier cet inconvénient et permet la mesure de débit de fluide, en corollaire le comptage des débits dans une conduite avec une plage dynamique importante à la précision requise et satisfaisant l'usage. The invention aims to overcome this drawback and allows the measurement of fluid flow rate, as a corollary counting the flow rates in a pipe with a large dynamic range at the required precision and satisfying use.
Le dispositif se caractérise par un obstacle fixe, équipé de capteurs, plongé dans le flux du fluide et permettant de mesurer la force que lui applique le fluide en s'écoulant autour de lui, associé à un système mobile qui entraîne une dérivation du flux en augmentant la section de passage en fonction du débit. The device is characterized by a fixed obstacle, fitted with sensors, immersed in the flow of the fluid and making it possible to measure the force applied to it by the fluid flowing around it, associated with a mobile system which causes a bypass of the flow in increasing the cross section according to the flow.
L'obstacle fixe et le système mobile de dérivation ne laissent qu'une faible section de passage pour les petits débits de la plage désirée, puis le système mobile de dérivation augmente la section de passage avec le débit de manière à ce que la force appliquée sur l'obstacle reste compatible avec sa construction et les moyens de mesure pour les débits les plus élevés de la plage désirée. The fixed obstacle and the mobile bypass system leave only a small passage section for small flows of the desired range, then the mobile bypass system increases the passage section with the flow so that the applied force on the obstacle remains compatible with its construction and the measurement means for the highest flow rates of the desired range.
En d'autres termes, I'invention consiste à obturer la conduite pour les faibles débits de manière à augmenter la vitesse du fluide et donc la force exercée sur les capteurs de l'obstacle et à dériver simultanément une partie du flux aux débits élevés afin de limiter la force exercée sur l'obstacle. In other words, the invention consists in closing the pipe for low flow rates so as to increase the speed of the fluid and therefore the force exerted on the sensors of the obstacle and to simultaneously derive part of the flow at high flow rates in order to limit the force exerted on the obstacle.
Ainsi la force exercée sur l'obstacle en fonction du débit après une croissance rapide aux faibles débits peut être quasiment linéarisée comme le montre la figure (1). Thus the force exerted on the obstacle as a function of the flow rate after rapid growth at low flow rates can be almost linearized as shown in Figure (1).
A titre d'exemple cette courbe est obtenue à partir de l'étude d'un modèle constitué par un obstacle plan et un système de dérivation réalisé par un clapet soumis à la force exercée par l'écoulement du fluide d'une part,et d'autre part à une force de rappel créée par un ressort. By way of example, this curve is obtained from the study of a model constituted by a plane obstacle and a bypass system produced by a valve subjected to the force exerted by the flow of the fluid on the one hand, and on the other hand to a restoring force created by a spring.
Les capteurs mesurant la force à laquelle est soumis l'obstacle peuvent être reliés à un circuit électronique qui gère l'échantillonnage de la force, calcule le débit et mémorise les volumes écoulés entre autres fonctions possibles. The sensors measuring the force to which the obstacle is subjected can be connected to an electronic circuit which manages the sampling of the force, calculates the flow and memorizes the volumes passed among other possible functions.
Ainsi le dispositif de mesure en continu du débit d'un fluide dans une conduite se compose d'un obstacle statique, équipé de capteurs mesurant la force qui leur est appliquée, associé à un système de dérivation du flux du fluide qui adapte simultanément la section de passage du fluide en fonction du débit de manière à générer au niveau de l'obstacle statique une dynamique de la valeur de la force ou de la vitesse du fluide compatible avec l'étendue de la plage des débits souhaitée et de la précision désirée. Thus, the device for continuously measuring the flow of a fluid in a pipe consists of a static obstacle, equipped with sensors measuring the force applied to them, associated with a system for bypassing the flow of the fluid which simultaneously adapts the section. of passage of the fluid as a function of the flow so as to generate at the level of the static obstacle a dynamic of the value of the force or of the speed of the fluid compatible with the extent of the range of the desired flow rates and the desired precision.
En d'autres termes, le procédé pour déterminer le débit d'un fluide écoulé dans une conduite met en oeuvre une dérivation du flux du fluide par l'association d'un obstacle statique à un système mobile de dérivation du flux du fluide, adaptant la section de passage du fluide en fonction du débit de manière à générer au niveau de l'obstacle statique une dynamique de la valeur de la force ou de la vitesse du fluide compatible avec l'étendue de la plage des débits souhaitée et de la précision désirée. In other words, the method for determining the flow rate of a fluid flowing in a pipe implements a bypass of the fluid flow by the association of a static obstacle with a mobile fluid flow bypass system, adapting the flow section of the fluid as a function of the flow so as to generate, at the level of the static obstacle, a dynamic of the value of the force or of the speed of the fluid compatible with the extent of the range of the desired flow rates and of the precision desired.
De plus, le débitmètre pour la mise en oeuvre du procédé est constitué par l'association d'un obstacle fixe équipé de capteurs permettant de mesurer la force à laquelle ils sont soumis et d'un clapet à ouverture progressive en fonction du débit muni d'un dispositif de rappel dont l'action s'oppose à celle de la force exercée par l'écoulement. Ce système le maintient dans une position d'équilibre stable en présence de débit . En l'absence de débit, le clapet et l'obstacle obstruent presque totalement la chambre de mesure. In addition, the flow meter for the implementation of the method is constituted by the association of a fixed obstacle equipped with sensors making it possible to measure the force to which they are subjected and of a valve with progressive opening according to the flow provided with 'a return device whose action is opposed to that of the force exerted by the flow. This system maintains it in a stable equilibrium position in the presence of flow. In the absence of flow, the valve and the obstacle almost completely obstruct the measurement chamber.
Avantageusement le débitmètre est constitué par l'association d'un obstacle fixe réalisé par une tôle dont la partie située dans la chambre a une forme rectangulaire et portant des jauges de contrainte et d'un système de dérivation réalisé par un clapet rectangulaire articulé autour d'un axe situé dans le plan de l'obstacle et dans la paroi opposée de la chambre de mesure et permettant la dérivation du flux. Le clapet est soumis à un couple de rappel créé par des masselottes. Advantageously, the flowmeter is constituted by the association of a fixed obstacle produced by a sheet, the part of which located in the chamber has a rectangular shape and carrying strain gauges and a bypass system produced by a rectangular valve articulated around 'an axis located in the plane of the obstacle and in the opposite wall of the measurement chamber and allowing the flow to be diverted. The valve is subjected to a return torque created by weights.
Avantageusement le débitmètre est constitué par l'association d'un obstacle fixe réalisé par une tôle dont la partie située dans la chambre a une forme rectangulaire et portant des jauges de contrainte et d'un système de dérivation réalisé par un clapet rectangulaire articulé autour d'un axe situé dans le plan de l'obstacle et dans la paroi opposée de la chambre de mesure et permettant la dérivation du flux. Le clapet est soumis à un couple de rappel créé par un ressort hélicoïdal. Advantageously, the flowmeter is constituted by the association of a fixed obstacle produced by a sheet, the part of which located in the chamber has a rectangular shape and carrying strain gauges and a bypass system produced by a rectangular valve articulated around 'an axis located in the plane of the obstacle and in the opposite wall of the measurement chamber and allowing the flow to be diverted. The valve is subjected to a return torque created by a helical spring.
Avantageusement le débitmètre est constitué par un obstacle statique associé à un système de dérivation du flux du fluide. Le couple de rappel du clapet est généré par un ressort dont la raideur et la tension initiales sont déterminées en fonction de l'étendue de la gamme des débits à mesurer et des autres caractéristiques du dispositif de mesure du débit. Advantageously, the flow meter is constituted by a static obstacle associated with a system for bypassing the flow of the fluid. The valve return torque is generated by a spring, the initial stiffness and tension are determined according to the extent of the range of flow rates to be measured and other characteristics of the flow measurement device.
Avantageusement le débitmètre est constitué par un obstacle statique associé à un système de dérivation du flux du fluide et comportant un capteur de température permettant de correler la force exercée sur l'obstacle avec les modifications des caractéristiques physiques du fluide. Advantageously, the flow meter is constituted by a static obstacle associated with a system for bypassing the flow of the fluid and comprising a temperature sensor making it possible to correlate the force exerted on the obstacle with the modifications of the physical characteristics of the fluid.
Enfin, le débitmètre constitue un compteur permettant la mesure du débit d'un fluide s'écoulant dans une conduite selon la description précédant ci-dessus. Finally, the flowmeter constitutes a counter allowing the measurement of the flow rate of a fluid flowing in a pipe according to the description above.
L'invention concerne également un débitmètre, et en corollaire un compteur mettant en oeuvre le procédé préalablement décrit:
Le débitmètre figure (2) est constitué d'un boîtier (1) qui permet l'installation sur la conduite dans laquelle circule le fluide.The invention also relates to a flow meter, and as a corollary a meter implementing the method previously described:
The flow meter figure (2) consists of a housing (1) which allows installation on the pipe in which the fluid circulates.
Un circuit électronique (2) est relié aux capteurs (3). An electronic circuit (2) is connected to the sensors (3).
A l'intérieur du débitmètre le fluide circule dans une chambre de mesure (4) qui contient le dispositif débitmétrique. Inside the flow meter the fluid circulates in a measurement chamber (4) which contains the flow meter.
Le dispositif débitmétrique est caractérisé par un obstacle (5) équipé des capteurs de force (3), par un clapet mobile (6) qui permet la dérivation du flux et par un dispositif de rappel du clapet (7) qui tend à ramener le clapet dans sa position initiale. The flow meter is characterized by an obstacle (5) fitted with force sensors (3), by a movable valve (6) which allows the flow to be diverted and by a valve return device (7) which tends to return the valve. in its original position.
En absence de débit, L'obstacle (5)et le clapet (6) obstruent presque totalement la chambre de mesure (4), le clapet (6) est dans sa position initiale. In the absence of flow, the obstacle (5) and the valve (6) almost completely obstruct the measurement chamber (4), the valve (6) is in its initial position.
En présence de débit, le clapet (6) est soumis à un système de forces, d'une part celles générées par le fluide qui tendent à son ouverture, et d'autre part celles du dispositif de rappel (7) qui s'y oppose. II prend une position d'équilibre stable qui augmente la section de passage. In the presence of flow, the valve (6) is subjected to a system of forces, on the one hand those generated by the fluid which tend to open, and on the other hand those of the return device (7) which there opposite. It assumes a stable equilibrium position which increases the cross section.
L'obstacle est soumis à une force F. The obstacle is subjected to a force F.
F = f (u2) avec u = f (Q,S)
u = vitesse du fluide autour de l'obstacle
Q = débit
S = section de passage
La section de passage S est fonction des forces de rappel du clapet (6), de la section de la chambre (4); de la surface du clapet (6) et de l'obstacle (5). L'ensemble de ces caractéristiques sont choisies de manière à ce que la force F est la valeur désirée en fonction de la plage des débits souhaitée et de la précision requise. F = f (u2) with u = f (Q, S)
u = speed of the fluid around the obstacle
Q = flow
S = passage section
The passage section S is a function of the return forces of the valve (6), of the section of the chamber (4); from the surface of the valve (6) and the obstacle (5). All of these characteristics are chosen so that the force F is the desired value depending on the range of flow rates desired and the precision required.
D'une manière avantageuse le débitmètre peut être réalisé selon la figure (3). Advantageously, the flow meter can be produced according to Figure (3).
La chambre de mesure (4) peut avoir une section rectangulaire. L'obstacle (5) peut être constitué par une tôle dont la partie obstruant partiellement la chambre de mesure (4) a une forme rectangulaire et est placée perpendiculairement à l'écoulement. The measuring chamber (4) can have a rectangular section. The obstacle (5) can be constituted by a sheet, the part of which partially obstructs the measurement chamber (4) has a rectangular shape and is placed perpendicular to the flow.
Les capteurs (3) peuvent être des jauges de contrainte ou tout autre système de détection tel que des capteurs de déplacement capacitifs ou inductifs. The sensors (3) can be strain gauges or any other detection system such as capacitive or inductive displacement sensors.
Le clapet (6) peut être une tôle rectangulaire articulée autour d'un axe (8) situé dans la paroi de la chambre opposée à l'obstacle (5) et dans le même plan que l'obstacle (5). The valve (6) can be a rectangular sheet articulated around an axis (8) located in the wall of the chamber opposite the obstacle (5) and in the same plane as the obstacle (5).
Le dispositif de rappel peut être une masselotte (9) portée par un bras (10) perpendiculaire à l'axe de rotation du clapet et formant un angle aO avec le plan du clapet. The return device can be a counterweight (9) carried by an arm (10) perpendicular to the axis of rotation of the valve and forming an angle aO with the plane of the valve.
En absence de débit, le clapet et l'obstacle obstruent presque totalement la chambre. Les jeux (11) entre le clapet, L'obstacle et les parois déterminent la valeur des forces exercées sur l'obstacle et leurs variations aux faibles débits. In the absence of flow, the valve and the obstacle almost completely obstruct the chamber. The clearances (11) between the valve, the obstacle and the walls determine the value of the forces exerted on the obstacle and their variations at low flow rates.
Si aO = O, le clapet s'ouvre dès qu'un débit apparaît, voir figure (4) et figure (5) et prend, en fonction du débit, une position définie par l'angle a. If aO = O, the valve opens as soon as a flow appears, see figure (4) and figure (5) and takes, according to the flow, a position defined by the angle a.
Si aO ;t O, le clapet commence son ouverture quand le couple exercé par le fluide devient supérieur à la valeur initiale du couple de rappel. II existe alors deux régimes de l'évolution des forces F appliquées à l'obstacle selon que le clapet est ouvert ou fermé. Ceci est montré sur les figures (6) et (7). Ces deux régimes où chacun d'entre eux peuvent être exploités pour la détermination du débit. If aO; t O, the valve begins to open when the torque exerted by the fluid becomes greater than the initial value of the return torque. There are then two regimes of the evolution of the forces F applied to the obstacle depending on whether the valve is open or closed. This is shown in Figures (6) and (7). These two regimes where each of them can be used for the determination of the flow.
D'une manière également avantageuse, le dispositif de rappel appliqué au clapet peut être un ressort, en particulier hélicoïdal, dont la raideur est choisie en fonction de la gamme de débit à mesurer souhaitée. Also advantageously, the return device applied to the valve can be a spring, in particular helical, the stiffness of which is chosen as a function of the desired range of flow to be measured.
La figure (1) montre l'évolution du débit dans le cas où la valeur initiale du couple est nulle. Figure (1) shows the evolution of the flow rate if the initial value of the torque is zero.
II est connu que les caractéristiques physiques du fluide varient avec la température, ainsi, un capteur de température peut prendre en compte celle-ci de manière à corréler les caractéristiques du fluide avec la variation de la force F pour un débit déterminé. It is known that the physical characteristics of the fluid vary with the temperature, so a temperature sensor can take this into account so as to correlate the characteristics of the fluid with the variation of the force F for a determined flow rate.
A titre d'exemple, une chambre de 6 x 3 cm2, un obstacle et un clapet dans le rapport de surface de 2 à 3, des jeux de 0,2 cm et un couple de rappel variant de
O Nm à 0,02 Nm permettent de couvrir une gamme de débit s'étendant de 8 cm3/sec à 2 000 cm3/sec avec une dispersion mesurée de l'ordre de + 1 % sachant que le circuit électronique échantillonne la force à 200 Hz et calcule la moyenne vraie sur 15 échantillons. For example, a 6 x 3 cm2 chamber, an obstacle and a valve in the surface ratio of 2 to 3, 0.2 cm clearances and a return torque varying from
O Nm to 0.02 Nm allow to cover a flow range extending from 8 cm3 / sec to 2000 cm3 / sec with a measured dispersion of the order of + 1% knowing that the electronic circuit samples the force at 200 Hz and calculates the true mean over 15 samples.
II apparaît clairement qu'un tel dispositif, dans ses applications de débitmètre et de compteur, permet la réalisation d'appareil satisfaisant les besoins. It clearly appears that such a device, in its flowmeter and meter applications, allows the production of apparatus satisfying the needs.
En effet, les déterminations de la section de la chambre de mesure, du jeu entre les parois, clapet et obstacle, la surface et la forme de l'obstacle et du clapet, la valeur du couple de rappel, permettent d'adapter la valeur de la force à la gamme de débit que l'on désire contrôler et ce pour une précision souhaitée. Indeed, the determinations of the section of the measurement chamber, of the clearance between the walls, valve and obstacle, the surface and the shape of the obstacle and the valve, the value of the return torque, make it possible to adapt the value from the force to the flow range that you want to control and this for a desired precision.
Un tel dispositif est particulièrement bien adapté à la réalisation de débitmètres et de compteurs comportant un circuit électronique de stockage et de traitement des informations et gèrant des bus permettant la transmission à distance de ces informations mémorisées ainsi que la programmation à distance du compteur en vue de fonctions spécifiques telle que le changement d'index de comptage. Such a device is particularly well suited to the production of flowmeters and meters comprising an electronic circuit for storing and processing information and managing buses allowing the remote transmission of this stored information as well as the remote programming of the meter with a view to specific functions such as changing the counting index.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9111017A FR2681135A1 (en) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | Method for measuring the flow rate of a fluid in a pipe. Flow meter employing this method. As a corollary: meter |
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| FR9111017A FR2681135A1 (en) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | Method for measuring the flow rate of a fluid in a pipe. Flow meter employing this method. As a corollary: meter |
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| FR2681135A1 true FR2681135A1 (en) | 1993-03-12 |
Family
ID=9416684
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR9111017A Withdrawn FR2681135A1 (en) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | Method for measuring the flow rate of a fluid in a pipe. Flow meter employing this method. As a corollary: meter |
Country Status (1)
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| FR (1) | FR2681135A1 (en) |
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