FR2844353A1 - Equipment for measuring small difference of pressure between two volumes of air, comprises two electrical filaments located on either side of a throttle within a conduit connecting the volumes - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure ainsi qu'à unThe present invention relates to a measuring device as well as to a
procédé de mesure d'un faible écart de pression entre deux volumes d'air. method of measuring a small pressure difference between two volumes of air.
Il est connu de mesurer des pressions absolues ou différentielles à l'aide de manomètres dont la précision peut être excellente. Leur utilisation est toutefois limitée généralement à des différences de pression d'une vingtaine de Pascal au minimum. Il est connu également de mesurer deux pressions par rapport à une troisième quand on dispose de plusieurs éléments en série dans un flux d'air, et que l'on a des exigences sur les 10 écarts de pression de chacun d'entre eux, ou que l'on souhaite réguler une pression intermédiaire à partir d'un autre élément qui pilote l'une des It is known to measure absolute or differential pressures using manometers, the accuracy of which can be excellent. Their use is however generally limited to pressure differences of at least twenty Pascal. It is also known to measure two pressures relative to a third when there are several elements in series in an air flow, and when there are requirements on the pressure differences of each of them, or that we want to regulate an intermediate pressure from another element that controls one of the
pressions extrêmes.extreme pressures.
Il est également connu d'utiliser un dispositif à fil chaud pour détecter une 15 vitesse d'air, la vitesse de l'air se traduisant par un refroidissement du fil It is also known to use a hot wire device to detect an air speed, the air speed resulting in a cooling of the wire.
qui peut être détecté par mesure de la résistance de celui-ci. which can be detected by measuring its resistance.
Toutefois, de telles mesures mettent en oeuvre des appareils complexes et onéreux, nécessitant de procéder fréquemment à des calibrages pour 20 maintenir une précision satisfaisante, en particulier aux basses pressions et aux basses vitesses. De plus, ces différents dispositifs ne permettent généralement pas de procéder à des mesures très fines de faibles écarts de pression, en particulier en ventilation naturelle. Les chaudières gaz à tirage naturel, par exemple, ne fonctionnent que dans une fourchette très réduite 25 comprise entre 3 et 11 Pascal. Or, une pression d'un dixième de Pascal seulement sur une grille de 100 cm2 engendrant un débit de 10 m3/heure, il est par conséquent très important de pouvoir procéder à une mesure très However, such measurements involve complex and expensive apparatuses, necessitating frequent calibrations to maintain satisfactory accuracy, in particular at low pressures and at low speeds. In addition, these different devices generally do not allow very fine measurements of small pressure differences, in particular in natural ventilation. Natural draft gas boilers, for example, operate only within a very reduced range of between 3 and 11 Pascal. However, a pressure of only one tenth of Pascal on a 100 cm2 grid generating a flow rate of 10 m3 / hour, it is therefore very important to be able to make a very precise measurement.
fine d'un faible écart de pression. fine of a small pressure difference.
La demande de brevet FR 2 711 240 décrit un dispositif de détection d'un faible déséquilibre de pression entre deux volumes d'air, ce dispositif comprenant, d'une part, un organe d'étranglement disposé dans un conduit et engendrant, lorsqu'il est traversé par un flux d'air, des champs de Patent application FR 2 711 240 describes a device for detecting a small pressure imbalance between two volumes of air, this device comprising, on the one hand, a throttling member disposed in a duct and generating, when it is crossed by an air flow, fields of
vitesse d'air très différents de part et d'autre de ses extrémités, et d'autre part, deux détecteurs de vitesse positionnés de part et d'autre de l'organe d'étranglement. Ces détecteurs sont plus spécialement constitués par des filaments chauffés, dont la résistance varie en fonction de la température. very different air speeds on either side of its ends, and on the other hand, two speed detectors positioned on either side of the throttle member. These detectors are more particularly constituted by heated filaments, the resistance of which varies as a function of temperature.
Néanmoins, un tel dispositif, qui est apte à détecter de faibles déséquilibres However, such a device, which is capable of detecting small imbalances
de pression, ne permet pas de mesurer de façon fiable des écarts de pression de l'ordre d'un dixième de Pascal à quelques dizaines de Pascal. pressure, does not allow reliable measurement of pressure differences of the order of a tenth of Pascal to a few tens of Pascal.
De plus, ce dispositif doit être associé nécessairement à une vanne d'obturation mettant en communication les deux volumes d'air et 10 permettant, par passage en position fermée, de recaler les valeurs zéro des fils chauds. In addition, this device must necessarily be associated with a shut-off valve connecting the two volumes of air and 10 allowing, by passing to the closed position, to reset the zero values of the hot wires.
La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients cités précédemment, et pour cela concerne un dispositif de mesure d'un faible 15 écart de pression entre deux volumes d'air, ce dispositif comportant, entre ces deux volumes, un organe d'étranglement disposé dans un conduit et apte à engendrer, lorsqu'il est traversé par un flux d'air, des champs de vitesses très différents de part et d'autre de ses extrémités, caractérisé en ce qu'il comprend - deux filaments disposés respectivement de part et d'autre de l'organe d'étranglement, ces filaments étant destinés à être chauffés à une température n'excédant pas 1000C et possédant chacun une résistance électrique variant en fonction de la 25 température, - des moyens de filtration aptes à retenir la plupart des impuretés The present invention aims to solve the drawbacks mentioned above, and for this relates to a device for measuring a small pressure difference between two volumes of air, this device comprising, between these two volumes, a throttling member disposed in a duct and capable of generating, when an air flow passes through it, fields of very different speeds on either side of its ends, characterized in that it comprises - two filaments disposed respectively of on either side of the throttle member, these filaments being intended to be heated to a temperature not exceeding 1000C and each having an electrical resistance varying according to the temperature, - filtration means capable of retaining most impurities
transportées par le flux d'air.transported by the air flow.
Ainsi, la combinaison de deux filaments chauffés à une température 30 n'excédant pas 1 000C avec des moyens de filtration aptes à protéger ces filaments de la plupart des impuretés transportées par le flux d'air permet, outre le fait d'assurer que les filaments ne subiront aucune modification physico-chimique, d'une part, d'éviter le dépôt massif d'impuretés sur les filaments, et d'autre part, d'empêcher la modification physico-chimique des impuretés résiduelles déposées sur les filaments, comme le gommage, le collage, ou encore la combustion. Il en découle alors que ce dispositif permet de retarder grandement le phénomène de vieillissement et de dérive des caractéristiques, et qu'il est alors possible de mesurer très finement, au dixième de Pascal près, l'écart de pression existant entre les deux volumes d'air. Avantageusement, une enceinte est disposée autour du conduit et présente 10 des parois internes recouvertes par un matériau graisseux. De même, le conduit peut présenter une paroi externe recouverte par un matériau graisseux. En effet, les débits générés étant très faibles, il est possible de réaliser un " piège gras " permettant de filtrer la majorité des impuretés et permettant d'éviter toute perte de charge susceptible de fausser la mesure. 15 Avantageusement encore, chaque filament est réalisé à l'aide d'un fil long Thus, the combination of two filaments heated to a temperature not exceeding 1000 ° C. with filtration means capable of protecting these filaments from most of the impurities transported by the air flow also makes it possible to ensure that the filaments will not undergo any physico-chemical modification, on the one hand, to avoid the massive deposit of impurities on the filaments, and on the other hand, to prevent the physico-chemical modification of the residual impurities deposited on the filaments, such as gumming, sticking, or even burning. It follows then that this device makes it possible to greatly delay the phenomenon of aging and drift of the characteristics, and that it is then possible to measure very finely, to the nearest tenth of Pascal, the pressure difference existing between the two volumes d 'air. Advantageously, an enclosure is arranged around the duct and has internal walls covered by a greasy material. Likewise, the duct may have an external wall covered by a greasy material. Indeed, the flow rates generated being very low, it is possible to produce a "greasy trap" making it possible to filter the majority of the impurities and making it possible to avoid any pressure drop liable to falsify the measurement. 15 Advantageously again, each filament is produced using a long thread
enroulé sur lui-même. Ceci permet d'augmenter la surface d'échange du filament, ce qui, d'une part, le rend moins sensible à une pollution locale, et d'autre part, augmente la variation de résistance et facilite donc la mesure puisque la variation de résistance, comme la résistance elle-même, est 20 proportionnelle à la longueur du filament. rolled up on itself. This increases the exchange surface of the filament, which, on the one hand, makes it less sensitive to local pollution, and on the other hand, increases the resistance variation and therefore facilitates the measurement since the variation in resistance, like resistance itself, is proportional to the length of the filament.
Préférentiellement, l'organe d'étranglement est profilé de façon à élargir le flux d'air le traversant. Ceci permet également d'augmenter la vitesse du flux d'air ayant traversé l'organe d'étranglement. 25 Preferably, the throttling member is profiled so as to widen the air flow passing through it. This also makes it possible to increase the speed of the air flow having passed through the throttle member. 25
Dans un mode de réalisation préféré, chaque filament est placé dans un boîtier comportant au moins un orifice situé face à l'organe d'étranglement. In a preferred embodiment, each filament is placed in a housing comprising at least one orifice situated opposite the throttling member.
Les filaments sont de ce fait protégés et leur intégration dans le conduit est The filaments are therefore protected and their integration in the conduit is
grandement facilitée.greatly facilitated.
La présente invention se rapporte également à un procédé de mesure d'un faible écart de pression entre deux volumes d'air, ce procédé comportant une première étape durant laquelle un conduit est disposé entre ceux-ci, ledit conduit comprenant deux filaments disposés de part et d'autre d'un organe d'étranglement, caractérisé en en ce qu'il comprend les étapes consistant: - à placer des moyens de filtration autour du conduit, - à chauffer très faiblement chaque filament à une température qui reste proche de la température ambiante durant une première période de temps, et à relever la valeur de leur résistance, - à chauffer chaque filament à une température n'excédant pas 10 100WC durant une seconde période de temps, et à relever la valeur de leur résistance, - à comparer l'évolution de la valeur de la résistance de chacun des The present invention also relates to a method for measuring a small pressure difference between two volumes of air, this method comprising a first step during which a duct is disposed between them, said duct comprising two filaments arranged on the side and on the other side of a throttle member, characterized in that it comprises the stages consisting in: - placing filtration means around the duct, - very weakly heating each filament to a temperature which remains close to the ambient temperature during a first period of time, and to note the value of their resistance, - to heat each filament to a temperature not exceeding 10 100WC during a second period of time, and to note the value of their resistance, - to compare the evolution of the resistance value of each of the
deux filaments et à en déduire la mesure de l'écart de pression. two filaments and to deduce therefrom the measurement of the pressure difference.
Avantageusement, la première et la seconde période de temps sont de Advantageously, the first and second periods of time are
l'ordre de quelques secondes.the order of a few seconds.
Avantageusement encore, les deux filaments sont alimentés par un courant électrique dont l'intensité est, d'une part, de l'ordre de 1 milliampère durant 20 la première période de temps, et d'autre part, comprise entre 10 et 50 Advantageously also, the two filaments are supplied by an electric current whose intensity is, on the one hand, of the order of 1 milliampere during the first period of time, and on the other hand, between 10 and 50
milliampères durant la seconde période de temps. milliamps during the second period of time.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui est The invention will be better understood using the detailed description which is
exposée ci-dessous en regard du dessin annexé dans lequel La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un dispositif de mesure exposed below with reference to the appended drawing in which FIG. 1 is a schematic sectional view of a measuring device
d'un faible écart de pression selon l'invention. a small pressure difference according to the invention.
La figure 2 est un diagramme récapitulant le fonctionnement du dispositif 30 représenté à la figure 1 au cours d'un cycle complet d'exploitation. Figure 2 is a diagram summarizing the operation of the device 30 shown in Figure 1 during a complete operating cycle.
La figure 3 est une vue partielle agrandie en coupe schématique du dispositif de mesure représenté à la figure 1 selon une première variante de Figure 3 is an enlarged partial view in schematic section of the measuring device shown in Figure 1 according to a first variant of
réalisation de l'invention.realization of the invention.
La figure 4 est une vue en coupe schématique du dispositif de mesure représenté à la figure 1 selon une seconde variante de réalisation de l'invention. Le dispositif représenté à la figure 1 comprend un conduit 2 débouchant 10 dans deux volumes V0 et V1 à des pressions respectivement P0 et Pl. Un organe d'étranglement 3 constitué par une tubulure cylindrique est disposé dans le conduit 2. Bien entendu, la longueur de cette tubulure n'a pas été Figure 4 is a schematic sectional view of the measuring device shown in Figure 1 according to a second embodiment of the invention. The device shown in FIG. 1 comprises a conduit 2 opening out into two volumes V0 and V1 at pressures P0 and Pl respectively. A throttle member 3 constituted by a cylindrical tube is placed in the conduit 2. Of course, the length of this tubing was not
prise en considération pour la compréhension de l'invention. taken into consideration for understanding the invention.
De part et d'autre de cet organe d'étranglement 3 sont disposés deux filaments F1 et F2, positionnés tous les deux sensiblement selon l'axe de la tubulure 3, à une distance de celle-ci comprise entre 2 et 8 fois le diamètre de ladite tubulure 3. Les deux filaments F1 et F2 sont chacun réalisés à l'aide d'un fil long enroulé sur lui-même, le fil possédant une longueur 20 respectivement de l'ordre de un à quelques centimètres après étirement, et de quelques millimètres après enroulement. Ces filaments F1 et F2 sont alimentés en courant électrique et leur résistance varie en fonction de la température. Comme indiqué dans la demande de brevet FR 2 711 240, lorsqu'un flux d'air, schématisé par les flèches en pointillés, s'établit par exemple depuis le volume V0 vers le volume V". l'organe d'étranglement 3 assure la mise en forme du jet d'air et l'accélération de ce jet. Si, par exemple, le diamètre de l'organe d'étranglement 3 est égal au quart du diamètre du conduit 2, la 30 vitesse est alors seize fois plus importante dans l'organe d'étranglement 3 que dans le reste du conduit 2. Le filament F2 disposé en aval de l'organe d'étranglement 3 va ainsi subir un jet d'air à une vitesse beaucoup plus importante que l'autre filament F1 disposé en amont, et va donc se refroidir plus et plus rapidement que ce dernier. Par conséquent, le suivi du décalage de la résistance de chacun des filaments F1 et F2 permet de déterminer l'existence et le sens d'un déséquilibre de pression entre les On either side of this throttle member 3 are arranged two filaments F1 and F2, both positioned substantially along the axis of the tube 3, at a distance from the latter between 2 and 8 times the diameter of said tube 3. The two filaments F1 and F2 are each made using a long wire wound on itself, the wire having a length 20 respectively of the order of one to a few centimeters after stretching, and a few millimeters after winding. These filaments F1 and F2 are supplied with electric current and their resistance varies according to the temperature. As indicated in patent application FR 2 711 240, when an air flow, shown diagrammatically by the dotted arrows, is established for example from volume V0 to volume V ". The throttle member 3 ensures the shaping of the air jet and the acceleration of this jet. If, for example, the diameter of the throttle member 3 is equal to a quarter of the diameter of the duct 2, the speed is then sixteen times greater important in the throttle member 3 than in the rest of the duct 2. The filament F2 disposed downstream of the throttle member 3 will thus be subjected to an air jet at a much higher speed than the other filament F1 placed upstream, and will therefore cool down more and faster than the latter. Therefore, monitoring the offset in resistance of each of the filaments F1 and F2 makes it possible to determine the existence and the direction of a pressure imbalance between the
deux volumes V0 et V1.two volumes V0 and V1.
Le conduit 2 ainsi que les filaments F, et F2 sont logés dans une enceinte 4 présentant des parois internes enduites d'une couche d'un matériau graisseux 5. De même, le conduit 2 présente une paroi externe recouverte par une couche du même matériau graisseux 5. Ceci permet de constituer 10 des moyens de filtration aptes à retenir la majorité des impuretés, comme les poussières, transportées par le flux d'air évoluant entre les deux The conduit 2 and the filaments F, and F2 are housed in an enclosure 4 having internal walls coated with a layer of a fatty material 5. Likewise, the conduit 2 has an external wall covered by a layer of the same material greasy 5. This makes it possible to constitute filtration means capable of retaining the majority of impurities, such as dust, transported by the air flow evolving between the two
volumes d'air V0 et V1.air volumes V0 and V1.
La figure 2 représente un diagramme récapitulant le fonctionnement du 15 dispositif de mesure au cours d'un cycle complet d'exploitation. A l'issue FIG. 2 represents a diagram summarizing the operation of the measuring device during a complete operating cycle. At the end
de ce cycle, il est alors possible de mesurer des déséquilibres de pression de l'ordre de quelques dixièmes de Pascal, avec une résolution et une précision inférieure à 0, 1 Pascal. Une courbe A transcrit l'évolution de l'intensité électrique appliquée aux deux filaments F, et F2 au cours du 20 temps. of this cycle, it is then possible to measure pressure imbalances of the order of a few tenths of Pascal, with a resolution and an accuracy of less than 0.1 Pascal. A curve A transcribes the evolution of the electric intensity applied to the two filaments F, and F2 over time.
Durant une période de temps tl, de l'ordre de 30 à 120 secondes environ, les filaments F1 et F2 ne sont pas alimentés. Le dispositif de mesure est During a period of time t1, of the order of approximately 30 to 120 seconds, the filaments F1 and F2 are not supplied. The measuring device is
donc au repos.therefore at rest.
Durant une première période de temps t2, d'une seconde environ, les filaments F1 et F2 sont alimentés par un courant de faible intensité de l'ordre d'un milliampère. Cette première mesure des résistances des filaments F1 et F2 est alors effectuée à température ambiante et permet de 30 caler la réponse de ceux-ci. Il est à noter que les filaments F, et F2 vont si peu s'échauffer que l'effet de refroidissement, découlant du passage du flux d'air sur ces derniers, est tout à fait négligeable. Un avantage important réside donc dans le fait que ce dispositif de mesure peut fonctionner en l'absence d'une vanne de pression telle que prévue dans la During a first period of time t2, of about one second, the filaments F1 and F2 are supplied with a current of low intensity of the order of one milliampere. This first measurement of the resistances of the filaments F1 and F2 is then carried out at room temperature and makes it possible to calibrate the response thereof. It should be noted that the filaments F, and F2 will heat so little that the cooling effect, resulting from the passage of the air flow over the latter, is completely negligible. An important advantage therefore lies in the fact that this measuring device can operate in the absence of a pressure valve as provided in the
demande de brevet FR 2 711 240.patent application FR 2 711 240.
Durant une seconde période de temps t3 suffisamment longue pour que 5 l'équilibre thermique des filaments F1 et F2 soit atteint, de l'ordre de 4 à 10 secondes en général, ces derniers sont alimentés par un courant dont l'intensité est comprise entre 1 5 et 45 milliampères environ. Les filaments F, et F2 sont alors chauffés à une température n'excédant pas 1000C. Une During a second period of time t3 long enough for the thermal equilibrium of the filaments F1 and F2 to be reached, of the order of 4 to 10 seconds in general, the latter are supplied by a current whose intensity is between 1 5 and 45 milliamps approximately. The filaments F, and F2 are then heated to a temperature not exceeding 1000C. A
seconde mesure des résistances des filaments F1 et F2 est alors effectuée. second measurement of the resistances of the filaments F1 and F2 is then carried out.
Le flux d'air ayant été préalablement filtré, et la température des filaments F1 et F2 étant modérée durant les périodes de temps t2 et t3, le suivi du décalage de la résistance de chacun des filaments F1 et F2 permet, à l'aide d'abaques par exemple, de déduire de façon fiable la valeur de l'écart de 15 pression entre les deux volumes V0 et V1. Ce procédé peut alors être mis The air flow having been previously filtered, and the temperature of the filaments F1 and F2 being moderate during the time periods t2 and t3, monitoring the offset of the resistance of each of the filaments F1 and F2 makes it possible, using for example, to deduce reliably the value of the pressure difference between the two volumes V0 and V1. This process can then be implemented
en oeuvre de facon itérative.implemented iteratively.
L'utilisation potentielle d'un tel dispositif dans un appareil de suivi à long terme permet de définir un cycle arrêt/mesure qui minimise l'énergie 20 consommée et améliore la durée de vie de l'appareil. The potential use of such a device in a long-term monitoring device makes it possible to define a stop / measurement cycle which minimizes the energy consumed and improves the life of the device.
Le dispositif représenté à la figure 3 diffère de celui décrit précédemment uniquement par le fait que chaque filament F1, F2 est intégré dans un boîtier 6. Ce boîtier 6 présente un premier orifice 7, réalisé dans la paroi latérale 25 dudit boîtier 6 face à l'organe d'étranglement 3, et un second orifice 8, réalisé dans la partie supérieure du boîtier 6. Après avoir franchi l'organe d'étranglement 3, le flux d'air, schématisé par les flèches en traits continus, est donc amené à traverser l'orifice 7, puis à passer sur le filament F2 avant de s'échapper par l'orifice 8. 30 Le filament F2 et le boîtier 6 sont avantageusement constitués par une ampoule de grande série et de qualité constante, dont l'évolution de la valeur de la résistance est bien connue. Le verre de cette ampoule est alors perforé sur le côté et sur le dessus. Le filament F2 est ainsi parfaitement The device shown in FIG. 3 differs from that described above only in that each filament F1, F2 is integrated in a housing 6. This housing 6 has a first orifice 7, formed in the side wall 25 of said housing 6 facing the 'throttle member 3, and a second orifice 8, made in the upper part of the housing 6. After having crossed the throttle member 3, the air flow, shown schematically by the arrows in solid lines, is therefore brought through the orifice 7, then pass over the filament F2 before escaping through the orifice 8. The filament F2 and the housing 6 are advantageously constituted by a bulb of large series and of constant quality, the evolution of the resistance value is well known. The glass of this bulb is then perforated on the side and on the top. The F2 filament is thus perfectly
protégé et son intégration dans le conduit 2 est grandement facilitée. protected and its integration into conduit 2 is greatly facilitated.
Le dispositif représenté à la figure 4 diffère de celui décrit précédemment 5 uniquement par le fait que l'organe d'étranglement 3 est profilé de façon à élargir le flux d'air le traversant. Ceci permet également d'augmenter la The device shown in Figure 4 differs from that described above 5 only in that the throttle member 3 is profiled so as to widen the air flow passing through it. This also increases the
vitesse du flux d'air ayant traversé l'organe d'étranglement 3. speed of the air flow passing through the throttle 3.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des exemples particuliers 10 de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que Although the invention has been described in connection with particular exemplary embodiments, it is obvious that it is in no way limited thereto and that it includes all the technical equivalents of the means described as well as
leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. their combinations if these fall within the scope of the invention.
Claims (9)
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2002
- 2002-09-10 FR FR0211161A patent/FR2844353B1/en not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 14 |
|
ST | Notification of lapse |
Effective date: 20170531 |