FR2853069A3

FR2853069A3 - Vortex flowmeter has a sensor element formed as part of a ceramic plate on which electronic signal processing circuits are also mounted, so that flowmeter has few parts and is easy to install

Info

Publication number: FR2853069A3
Application number: FR0403165A
Authority: FR
Inventors: Rolf Bachli
Original assignee: Huba Control AG
Current assignee: Huba Control AG
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2004-10-01
Anticipated expiration: 2010-03-26
Also published as: ITRM20040039U1; DE20305063U1; NL1025812C1; FR2853069B3

Abstract

Vortex flowmeter has a housing (12) with a flow channel (10) containing an obstacle body (14), the edges (16) of which promote flow separation and generate eddies in the flow medium. A sensor (18) has a plate type sensor element (20) and a measurement transducer (34) that generates an electrical signal dependent on the deflection of the sensor element. The sensor element is an integral part of a ceramic plate (24) on which electronic components (22) are mounted and is designed as a flexing beam.

Description

Débitmètre selon le principe du vortexVortex flowmeter

L'invention concerne un débitmètre, basé sur le principe dit de vortex, comportant un boîtier, un canal d'écoulement, un corps de retenue 5 agencé dans le canal d'écoulement et pourvu d'arêtes de décollement qui génèrent des tourbillons dans le fluide en écoulement, et comportant un détecteur pourvu d'un élément détecteur en forme de plaque exposé à l'effet des tourbillons et d'un capteur de mesure pour générer un signal électrique en fonction de la flexion de l'élément détecteur. The invention relates to a flow meter, based on the so-called vortex principle, comprising a housing, a flow channel, a retaining body 5 arranged in the flow channel and provided with detachment edges which generate vortices in the fluid in flow, and comprising a detector provided with a plate-shaped detector element exposed to the effect of vortices and with a measurement sensor to generate an electrical signal as a function of the bending of the detector element.

Dans de tels débitmètres basés sur le principe du vortex, un détecteur génère un signal électrique présentant une caractéristique dépendante de la vitesse d'écoulement d'un fluide qui s'écoule à travers un canal d'écoulement. Ceci est rendu possible du fait qu'à un emplacement de mesure, on détecte des variations de pression dans le fluide en 15 association avec des tourbillons de Karman qui sont engendrés en amont au niveau des arêtes de décollement d'un corps de retenue et qui s'écoulent avec le fluide. Dans ce cas, le débit à mesurer est proportionnel à l'intégrale de la vitesse d'écoulement momentanée sur un certain intervalle temporel et à la surface de section transversale du canal 20 d'écoulement à l'emplacement de mesure. In such flowmeters based on the vortex principle, a detector generates an electrical signal having a characteristic dependent on the flow velocity of a fluid flowing through a flow channel. This is made possible by the fact that at a measurement location, variations in fluid pressure are detected in association with Karman vortices which are generated upstream at the detachment edges of a retaining body and which flow with the fluid. In this case, the flow rate to be measured is proportional to the integral of the momentary flow velocity over a certain time interval and to the cross-sectional area of the flow channel at the measurement location.

On connaît du document EP-A-1 10 321 un débitmètre selon le principe de vortex. Dans ce cas, un détecteur est intégré dans une chambre en deux pièces d'un corps de retenue. L'effet des tourbillons est transmis à un élément détecteur de pression en forme de plaque via un 25 corps creux cylindrique. On assure une longue durée de vie et une insensibilité par rapport aux vibrations externes grâce à la technologie à deux chambres dans laquelle les capteurs de mesure ne viennent pas directement en contact avec le fluide en écoulement. Cependant, tout comme dans d'autres modes de réalisation, on est confronté ici à des coûts 30 de fabrication et de montage relativement élevés. Document EP-A-1 10 321 discloses a flow meter according to the vortex principle. In this case, a detector is integrated in a two-piece chamber of a retaining body. The effect of the vortices is transmitted to a plate-shaped pressure sensing element via a cylindrical hollow body. A long service life and insensitivity to external vibrations is ensured thanks to the two-chamber technology in which the measurement sensors do not come directly into contact with the flowing fluid. However, as in other embodiments, there are relatively high manufacturing and mounting costs here.

L'objectif sous-jacent à l'invention est par conséquent de réaliser un débitmètre robuste et économique qui est constitué par un petit nombre d'éléments de montage et qui est donc facile à monter et qui comprend déjà une unité électronique qui prétraite le signal du détecteur. The underlying objective of the invention is therefore to produce a robust and economical flowmeter which consists of a small number of mounting elements and which is therefore easy to assemble and which already includes an electronic unit which pre-processes the signal. of the detector.

Conformément à l'invention, cet objectif est atteint par un débitmètre dans lequel l'élément détecteur est un fléau de flexion qui est réalisé sous forme de composant intégral d'une plaque céramique portant des composants électroniques. According to the invention, this objective is achieved by a flow meter in which the detector element is a bending beam which is produced as an integral component of a ceramic plate carrying electronic components.

D'autres développements préférés du débitmètre conforme à 10 l'invention font l'objet de la description qui suit. Other preferred developments of the flow meter according to the invention are the subject of the description which follows.

L'invention permet de réaliser un débitmètre comme cela ressort de ce qui suit. Un boîtier du débitmètre est constitué par exemple d'une matière plastique ou d'un aluminium coulé sous pression, qui est hautement résistant(e) et autorisé(e) pour l'alimentation en eau potable. 15 Dans ce cas, une partie du boîtier destinée à recevoir un groupe de montage compact comprenant un élément détecteur est reliée d'un seul tenant à un élément tubulaire du boîtier. La partie de boîtier est fermée de façon étanche à l'air par un couvercle. L'élément de boîtier délimite une partie médiane d'un canal d'écoulement. Le canal d'écoulement s'étend 20 depuis un emplacement extrême d'une extrémité ouverte d'une douille taraudée reliée du côté extrémité au boîtier jusqu'à un autre emplacement extrême sur une douille taraudée opposée, les diamètres intérieurs entre les emplacements évoluant en continu via les diamètres intérieurs de l'élément de boîtier. The invention makes it possible to produce a flow meter as shown in the following. A housing of the flow meter consists for example of a plastic material or of die-cast aluminum, which is highly resistant and authorized for the supply of drinking water. In this case, a part of the housing intended to receive a compact mounting group comprising a detector element is connected in one piece to a tubular element of the housing. The housing part is closed in an airtight manner by a cover. The housing member defines a middle portion of a flow channel. The flow channel extends from an end location of an open end of a threaded socket connected on the end side to the housing to another end location on an opposite threaded socket, the internal diameters between the locations changing continuous via the inside diameters of the housing element.

Le groupe de montage est constitué par une plaque en céramique dont la zone d'extrémité positionnée dans l'écoulement est réalisée sous forme de fléau de flexion, et par des tôles de protection qui enferment la plaque en céramique pratiquement complètement et à la manière d'un sandwich. Sur cette plaque en céramique, on a agencé des capteurs de 30 mesure et tous les composants électriques servant au prétraitement du signal. L'agencement des composants et de leurs connexions s'effectue de préférence par la technique des couches épaisses qui est un procédé très économique qui permet l'intégration et la miniaturisation pratiquement de tous les éléments essentiels pour le débitmètre sur une plaque en céramique. The mounting group consists of a ceramic plate whose end zone positioned in the flow is produced in the form of a bending beam, and of protective plates which enclose the ceramic plate practically completely and in the manner required. 'a sandwich. On this ceramic plate, measurement sensors and all the electrical components used for signal preprocessing were arranged. The arrangement of the components and their connections is preferably carried out by the thick layer technique which is a very economical process which allows the integration and miniaturization of practically all the essential elements for the flow meter on a ceramic plate.

Pour la protection vis-à-vis d'un fluide en écoulement et pour la fixation dans la partie de boîtier, le groupe de montage est surmoulé d'une résine dans une zone déterminée. Cette zone est délimitée par un joint d'étanchéité au fond de la partie de boîtier, par la partie de boîtier ellemême, et par un niveau jusqu'auquel aucun composant servant au 10 prétraitement n'est agencé sur la plaque en céramique. For protection against a flowing fluid and for fixing in the housing part, the mounting group is overmolded with a resin in a specific area. This zone is delimited by a seal at the bottom of the housing part, by the housing part itself, and by a level up to which no component serving for the pretreatment is arranged on the ceramic plate.

Des capteurs de mesure, de préférence des jauges de contrainte ou des résistances de mesure piézorésistives, sont agencés sur le fléau de flexion dans une zone de transition vers la plaque en céramique. On peut également prévoir d'autres modes de réalisation de capteurs de mesure qui 15 fournissent un signal électrique en fonction de la flexion de l'élément détecteur. Pour engendrer un signal de forte intensité, la zone de transition présente une échancrure sur au moins un côté. Grâce à ceci, la sollicitation en flexion est concentrée sur cette zone. Pour augmenter le rapport signal/bruit, on prévoit judicieusement des modes de réalisation qui 20 possèdent des capteurs de mesure de part et d'autre du fléau de flexion et dans lesquels des signaux de part de d'autre du fléau de flexion sont combinés pendant le prétraitement. Measuring sensors, preferably strain gauges or piezoresistive measuring resistors, are arranged on the bending beam in a transition zone towards the ceramic plate. It is also possible to provide other embodiments of measurement sensors which supply an electrical signal as a function of the bending of the detector element. To generate a strong signal, the transition zone has a notch on at least one side. Thanks to this, the bending stress is concentrated in this area. To increase the signal-to-noise ratio, embodiments are judiciously provided which have measuring sensors on either side of the bending beam and in which signals on either side of the bending beam are combined during pretreatment.

Les tôles de protection enfermant la plaque en céramique à la manière d'un sandwich ont trois tâches: 1. Elles servent à la protection contre des influences électromagnétiques, de manière similaire à une cage de Faraday. The protective sheets enclosing the ceramic plate in the manner of a sandwich have three tasks: 1. They serve to protect against electromagnetic influences, in a similar way to a Faraday cage.

2. Elles servent à la protection mécanique ainsi qu'à la monture de la plaque en céramique. 2. They are used for mechanical protection as well as for mounting the ceramic plate.

3. Elles servent au positionnement et au blocage du groupe de 30 montage dans la partie de boîtier par une languette coudée pourvue d'un trou des tôles de protection, en coopération avec un bec de retenue correspondant à titre d'élément complémentaire. 3. They are used for positioning and blocking the mounting group in the housing part by a bent tab provided with a hole in the protective sheets, in cooperation with a corresponding retaining spout as an additional element.

Avantageusement, une tôle de protection est réalisée de telle sorte qu'il se forme une rondelle-ressort par poinçonnage de par exemple quatre 5 ressorts à lame, qui établit un contact de masse avec une prise de courant mise en place dans la partie de boîtier. Au cas o l'on utiliserait le débitmètre dans des systèmes de conduites d'eau reliés à la terre, on peut obtenir une mise à la terre électrique des tôles de protection de manière particulièrement efficace par une languette en tôle reliée de façon 10 électriquement conductrice aux tôles de protection, languette qui est menée à travers une paroi entre la partie de boîtier et l'élément de boîtier jusque dans le fluide en écoulement. Advantageously, a protective sheet is produced in such a way that a spring washer is formed by punching, for example, four leaf springs, which establishes ground contact with a socket taken up in the housing part. . If the flowmeter is used in grounded water pipe systems, electrical grounding of the protective sheets can be achieved particularly effectively by a sheet metal tab connected electrically conductively to the protective sheets, tongue which is led through a wall between the housing part and the housing element into the flowing fluid.

La prise de courant est menée de façon étanche à l'air à travers une ouverture dans la partie de boîtier et elle sert à transmettre le signal par 15 une connexion avec des lignes électriques réalisées de façon connue. La prise de courant peut être formée de diverses manières. Elle est munie d'une feuille ou d'une pastille microporeuse pour compenser la pression d'air à l'intérieur de la partie de boîtier et celle de l'environnement, et de préférence d'un composant électronique pour assurer la compatibilité 20 électromagnétique. The socket is conducted in an airtight manner through an opening in the housing part and is used to transmit the signal by connection with electric lines made in known manner. The socket can be formed in various ways. It is provided with a microporous sheet or tablet to compensate for the air pressure inside the housing part and that of the environment, and preferably an electronic component to ensure electromagnetic compatibility. .

Un corps de retenue agencé en amont devant l'élément détecteur est positionné de préférence au milieu dans le canal d'écoulement et il présente par exemple une section transversale triangulaire. Dans ce cas, une surface latérale est orientée de préférence à angle droit par rapport à 25 la direction d'écoulement et elle est attaquée par le fluide. Dans l'état attaqué, le courant se décolle au niveau de deux arêtes de décollement de cette surface latérale et il cause des tourbillons qui s'écoulent avec le fluide. D'autres modes de réalisation de corps de retenue et d'autres positions en amont devant l'élément détecteur sont également possibles. A retaining body arranged upstream in front of the detector element is preferably positioned in the middle in the flow channel and it has for example a triangular cross section. In this case, a side surface is preferably oriented at right angles to the direction of flow and is attacked by the fluid. In the attacked state, the current takes off at two detachment edges of this lateral surface and it causes vortices which flow with the fluid. Other embodiments of retaining bodies and other positions upstream in front of the detector element are also possible.

Ce qui est significatif pour la précision de la mesure de débit, c'est l'uniformité radiale du profil de vitesse d'écoulement du fluide attaquant le corps de retenue. Dans le débitmètre conforme à l'invention, on peut assurer à cet effet un apaisement du courant en prévoyant une dimension suffisante pour la longueur du canal d'écoulement en amont devant le corps de retenue. Sur le plan structurel, on peut obtenir ceci par une 5 réalisation d'autant plus longue d'une douille taraudée encliquetée en amont dans le boîtier ou retenue par un jonc. Bien entendu, pour améliorer l'uniformité radiale, on peut prévoir d'autres éléments tels que par exemple un grillage à turbulence décrit dans le document US- A-5922970. What is significant for the accuracy of the flow measurement is the radial uniformity of the flow velocity profile of the fluid attacking the retaining body. In the flow meter according to the invention, it is possible to ensure for this purpose a calming of the current by providing a sufficient dimension for the length of the flow channel upstream in front of the retaining body. Structurally, this can be achieved by an all the longer making of a threaded sleeve snapped upstream in the housing or retained by a rod. Of course, to improve the radial uniformity, other elements can be provided such as for example a turbulence mesh described in document US-A-5922970.

Des exemples de réalisation de l'invention sont illustrés dans les 10 dessins. Les figures montrent: - figure 1, une coupe à travers un débitmètre selon le principe de mesure de vortex, comportant un boîtier en matière plastique; - figure 2, une coupe à travers le débitmètre suivant la ligne 11-Il de la figure 1; - figure 3, une coupe à travers le débitmètre suivant la ligne 111-111 de la figure 1, dans laquelle une prise de courant est illustrée non coupée; - figure 4, une coupe à travers un groupe de montage comportant une plaque en céramique et un encadrement métallique en forme de sandwich, suivant la ligne 111-111 de la figure 1; - figure 5, une vue en élévation du côté avant du groupe de montage figure 6, une vue en élévation du côté arrière du groupe de montage; figure 7, une coupe à travers le groupe de montage suivant la ligne 25 VII-VII de la figure 4; - figure 8, une coupe longitudinale à travers un débitmètre comportant un boîtier en aluminium coulé sous pression; figure 9, une coupe à travers le débitmètre suivant la ligne IX-IX dans la figure 8; - figure 10, une coupe transversale à travers le débitmètre suivant la ligne X-X de la figure 8; - figure 11, un détail agrandi Xl de la figure 10; et - figure 12, une coupe longitudinale à travers un débitmètre comportant une tôle de protection sur laquelle est réalisée une languette en tôle qui s'étend jusque dans un canal d'écoulement. Illustrative embodiments of the invention are illustrated in the drawings. The figures show: - Figure 1, a section through a flow meter according to the vortex measurement principle, comprising a plastic casing; - Figure 2, a section through the flowmeter along line 11-II of Figure 1; - Figure 3, a section through the flowmeter along line 111-111 of Figure 1, in which an outlet is shown uncut; - Figure 4, a section through an assembly group comprising a ceramic plate and a metal frame in the form of a sandwich, along line 111-111 of Figure 1; - Figure 5, an elevational view of the front side of the mounting group Figure 6, an elevational view of the rear side of the mounting group; Figure 7, a section through the mounting group along line 25 VII-VII of Figure 4; - Figure 8, a longitudinal section through a flow meter comprising a die-cast aluminum housing; Figure 9, a section through the flow meter along line IX-IX in Figure 8; - Figure 10, a cross section through the flow meter along line X-X of Figure 8; - Figure 11, an enlarged detail XI of Figure 10; and - Figure 12, a longitudinal section through a flow meter comprising a protective sheet on which is made a sheet metal tongue which extends into a flow channel.

Les figures 1 à 3 montrent un débitmètre conforme à l'invention dans un mode de réalisation dans lequel un boîtier 12 est réalisé en matière plastique, par exemple par une technique de coulée par injection. Une telle matière peut être renforcée. En raison de ses propriétés mécaniques, thermiques et chimiques, ce mode de réalisation convient par exemple à 10 l'utilisation pour mesurer le débit d'eau potable. Un élément de boîtier tubulaire 36 délimite ici une partie médiane rectiligne d'un canal d'écoulement 10 dans lequel s'écoule un fluide. Le canal d'écoulement 10 s'étend depuis un emplacement extrême 108 de l'extrémité ouverte d'une douille taraudée 54 reliée du côté extrémité au boîtier 12 jusqu'à un autre 15 emplacement extrême 110 sur une douille taraudée 56 opposée en aval, les diamètres intérieurs entre les emplacements évoluant en continu via les diamètres intérieurs de l'élément de boîtier 36. Ainsi, les douilles taraudées 54, 56 comprennent un tronçon 58 présentant des diamètres intérieurs qui représentent un prolongement continu de diamètres intérieurs de la partie 20 médiane du canal d'écoulement 10, partie qui s'y raccorde directement, et représentent ainsi un prolongement du canal d'écoulement 10. Les deux douilles taraudées 54, 56 sont réalisées à partir d'un demi-produit métallique hexagonales ou à six pans en acier spécial. Dans les zones d'extrémité libres, c'est-à-dire depuis l'extérieur jusqu'aux emplacements 25 108, 110, les douilles taraudées 54, 56 présentent des taraudages qui permettent de manière connue une liaison du débitmètre à un système de conduites tubulaires. Le blocage axial mécanique des douilles taraudées 54, 56 s'effectue par coopération de doigts d'encliquetage 64 intégrés dans le boîtier 12 avec une gorge périphérique des douilles taraudées 54, 56, 30 comme on le voit en particulier dans la figure 1. Les douilles taraudées 54, 56 peuvent tourner autour de leur axe qui coïncide avec l'axe du canal d'écoulement 10. Grâce à ceci, le boîtier 12 est protégé contre un endommagement par des couples de rotation de serrage excessifs lors de la liaison avec le système de conduites tubulaires. L'étanchéité entre les douilles taraudées 54, 56 et l'élément de boîtier 36 est assuré par un joint torique 66. Figures 1 to 3 show a flow meter according to the invention in an embodiment in which a housing 12 is made of plastic, for example by an injection molding technique. Such material can be reinforced. Due to its mechanical, thermal and chemical properties, this embodiment is suitable for example for use in measuring the flow rate of drinking water. A tubular housing element 36 here delimits a rectilinear middle part of a flow channel 10 in which a fluid flows. The flow channel 10 extends from an end location 108 of the open end of a threaded socket 54 connected on the end side to the housing 12 to another end location 110 on a threaded socket 56 opposite downstream, the internal diameters between the locations evolving continuously via the internal diameters of the housing element 36. Thus, the threaded bushings 54, 56 include a section 58 having internal diameters which represent a continuous extension of internal diameters of the middle part of the flow channel 10, part which connects directly to it, and thus represent an extension of the flow channel 10. The two threaded bushings 54, 56 are produced from a semi-metallic hexagonal or hexagonal product in special steel. In the free end zones, that is to say from the outside to the locations 108, 110, the tapped sockets 54, 56 have tappings which in known manner allow a connection of the flow meter to a system of tubular pipes. The mechanical axial locking of the threaded sockets 54, 56 is effected by cooperation of latching fingers 64 integrated in the housing 12 with a peripheral groove of the threaded sockets 54, 56, 30 as seen in particular in FIG. 1. The threaded bushings 54, 56 can rotate about their axis which coincides with the axis of the flow channel 10. Thanks to this, the housing 12 is protected against damage by excessive tightening torques when connecting with the tubular pipe system. The seal between the threaded sockets 54, 56 and the housing element 36 is ensured by an O-ring 66.

En aval dans le canal d'écoulement 10, vu de la gauche vers la droite dans les figures 1, 2, 8, 9 et 12, un corps de retenue 14 est prévu en aval d'une longueur du canal d'écoulement 10, qui suffit pour apaiser le courant. La longueur est dimensionnée de telle sorte que le corps de 10 retenue 14 est attaqué avec un profil de la vitesse d'écoulement pratiquement uniforme en direction radiale. Ceci est significatif pour des mesures précises et reproductibles. Le corps de retenue 14 est introduit dans le canal d'écoulement à travers une ouverture radiale inférieure 68 et il y est fixé. On voit en particulier dans la figure 2 que le corps de retenue 15 14 présente une section transversale triangulaire, de préférence sous la forme d'un triangle isocèle. Dans ce cas, une surface latérale du corps de retenue 14 est orientée de manière à se trouver à angle droit par rapport à la direction d'écoulement S et à être attaquée directement par le courant. Downstream in the flow channel 10, seen from the left to the right in FIGS. 1, 2, 8, 9 and 12, a retaining body 14 is provided downstream of a length of the flow channel 10, which is enough to calm the current. The length is dimensioned such that the retaining body 14 is driven with a substantially uniform flow velocity profile in the radial direction. This is significant for precise and reproducible measurements. The retaining body 14 is introduced into the flow channel through a lower radial opening 68 and is fixed there. It can be seen in particular in FIG. 2 that the retaining body 14 has a triangular cross section, preferably in the form of an isosceles triangle. In this case, a lateral surface of the retaining body 14 is oriented so as to be at right angles to the direction of flow S and to be directly attacked by the current.

Deux arêtes de décollement 16 provoquent un décollement du courant et 20 elles génèrent dans le fluide, en aval des arêtes de décollement 16, un sillage de Karman défini. Les modifications de pression dans le fluide, qui sont liées à l'écoulement des tourbillons sont détectées au moyen d'un élément détecteur 20 positionné en aval dans le fluide, en l'occurrence au moyen d'un fléau de flexion 26 en céramique. Le fluide quitte le débitmètre 25 à travers la douille taraudée 56, prévue en aval, jusque dans le système de conduites tubulaires. Two detachment edges 16 cause a detachment of the current and they generate in the fluid, downstream of the detachment edges 16, a defined Karman wake. The pressure changes in the fluid, which are linked to the flow of the vortices, are detected by means of a detector element 20 positioned downstream in the fluid, in this case by means of a bending beam 26 made of ceramic. The fluid leaves the flow meter 25 through the threaded bush 56, provided downstream, into the system of tubular conduits.

Le fléau de flexion 26 en forme de plaque fait partie intégrale d'une plaque céramique 24 portant des composants électroniques 22. Le fléau de flexion 26 fait saillie ici en forme de languette par rapport à une partie de la 30 plaque céramique 24, qui porte les composants 22. Le fléau de flexion 26 est mis en place dans le canal d'écoulement 10 à travers un passage radial supérieur 42 dans l'élément de boîtier 36. Dans une zone de transition 32 vers la partie de la plaque céramique 24 portant les composants 22, le fléau de flexion 26 est pourvu d'échancrures latérales 70, afin de concentrer sur cette zone de transition 32 la sollicitation en flexion 5 provoquée par les modifications de pression causées par les tourbillons dans le fluide en écoulement. Ainsi, le fléau de flexion 26 présente une échancrure 70 au moins sur un côté dans une zone de transition 32 vers la plaque céramique 24. Dans la zone de transition 32, on a agencé un capteur de mesure 34, de préférence une jauge de contrainte, sur un côté 10 du fléau de flexion 26, sur lequel se trouvent également les composants électriques 22 et les pistes conductrices qui relient ces composants les uns aux autres et au capteur de mesure 34. Ce mode d'agencement unilatéral sur la plaque céramique 24 est particulièrement économique à fabriquer. Le capteur de mesure 34 génère un signal électrique en fonction de la 15 sollicitation en flexion, qui est traité par les composants 22. La zone de transition 32 du fléau de flexion 26 se trouve dans le passage radial désigné par la référence 42. La zone de transition se trouve au moins partiellement dans ce passage sans toutefois restreindre la fonction de flexion du fléau de flexion 26. On choisit cette position de la zone de 20 transition 32 à l'extérieur du courant pour protéger la zone de transition 32 contre l'abrasion causée par exemple par des particules entraînées dans le fluide. Pour mesurer la température du fluide en écoulement, on a agencé en supplément un détecteur de température 72 sur le fléau de flexion 26. The plate-shaped bending beam 26 forms an integral part of a ceramic plate 24 carrying electronic components 22. The bending beam 26 projects here in the form of a tongue relative to a part of the ceramic plate 24, which carries the components 22. The bending beam 26 is placed in the flow channel 10 through an upper radial passage 42 in the housing element 36. In a transition zone 32 towards the part of the ceramic plate 24 bearing components 22, the bending beam 26 is provided with lateral notches 70, in order to concentrate on this transition zone 32 the bending stress 5 caused by the pressure changes caused by the vortices in the flowing fluid. Thus, the bending beam 26 has a notch 70 at least on one side in a transition zone 32 towards the ceramic plate 24. In the transition zone 32, a measurement sensor 34, preferably a strain gauge, has been arranged. , on one side 10 of the bending beam 26, on which there are also the electrical components 22 and the conductive tracks which connect these components to each other and to the measurement sensor 34. This mode of unilateral arrangement on the ceramic plate 24 is particularly economical to manufacture. The measurement sensor 34 generates an electrical signal as a function of the bending stress, which is processed by the components 22. The transition zone 32 of the bending beam 26 is located in the radial passage designated by the reference 42. The zone at least partially in this passage without, however, restricting the bending function of the bending beam 26. This position of the transition zone 32 is chosen outside the current to protect the transition zone 32 against abrasion caused for example by particles entrained in the fluid. To measure the temperature of the flowing fluid, a temperature detector 72 has also been arranged on the bending beam 26.

La plaque céramique 24 comportant les composants 22 est 25 encadrée par deux tôles de protection 28, 30 à la manière d'un sandwich, et ceci dans la totalité de la zone intérieure de la partie de boîtier 38 qui fait saillie radialement de l'élément de boîtier 36, comme on le voit en particulier dans les figures 4, 5, 6 et 7, afin de la protéger notamment contre des influences électromagnétiques et mécaniques externes. Les 30 tôles de protection 28, 30 sont reliées l'une à l'autre de façon conductrice aux emplacements désignés par la référence 76, par exemple par brasage ou par soudage ponctuel. La plaque céramique 24, y compris le fléau de flexion intégré 26 avec le capteur de mesure 34 et avec les composants 22 ainsi que les pistes conductrices, et les tôles de protection 28, 30 forment un groupe de montage autonome 106. The ceramic plate 24 comprising the components 22 is framed by two protective sheets 28, 30 in the manner of a sandwich, and this in the entire interior area of the housing part 38 which projects radially from the element housing 36, as seen in particular in Figures 4, 5, 6 and 7, in order to protect it in particular against external electromagnetic and mechanical influences. The protective sheets 28, 30 are connected to each other in a conductive manner at the locations designated by the reference 76, for example by soldering or by spot welding. The ceramic plate 24, including the integrated bending beam 26 with the measurement sensor 34 and with the components 22 as well as the conductive tracks, and the protective sheets 28, 30 form an autonomous mounting group 106.

Le côté avant, montré dans la figure 5, de la tôle de protection 28 est réalisé de telle sorte que quatre ressorts à lame 78, formés par poinçonnage à partir de la tôle de protection 28, forment une rondelleressort. Cette rondelle-ressort établit un contact de masse avec le boîtier d'une prise de courant 52. Grâce à la réalisation intégrale de la rondelle10 ressort, on peut se passer d'une réalisation supplémentaire d'une rondelleressort autonome. Sur le côté arrière du groupe de montage 106, la tôle de protection 30 possède, à l'extrémité supérieure opposée au fléau de flexion 26, une languette coudée 80 pourvue d'un trou 82. Pendant le montage, on pose le trou 82 sur un bec de retenue 84, conformé sur la partie de boîtier 15 38 recevant le groupe de montage 106, afin d'orienter et de retenir le groupe de montage 106, en particulier le fléau de flexion intégral 26. The front side, shown in FIG. 5, of the protective sheet 28 is produced such that four leaf springs 78, formed by punching from the protective sheet 28, form a spring washer. This spring washer establishes a ground contact with the box of a socket 52. Thanks to the integral production of the spring washer, one can do without an additional production of an independent spring washer. On the rear side of the assembly group 106, the protective plate 30 has, at the upper end opposite the bending beam 26, a bent tongue 80 provided with a hole 82. During assembly, the hole 82 is placed on a retaining spout 84, shaped on the housing part 38 38 receiving the mounting group 106, in order to orient and retain the mounting group 106, in particular the integral bending beam 26.

Comme on le voit dans les figures 3 et 10, une partie de réception 94 en forme de douille destinée à recevoir la prise de courant 52 se trouve dans la partie de boîtier 38. La prise de courant 52 sert à la connexion avec 20 des lignes électriques pour transmettre les signaux électriques prétraités et le cas échéant également pour transmettre des signaux de commande ou pour alimenter le débitmètre. À cet effet, la portion de la prise de courant 52, qui se trouve dans la partie de boîtier 38 est reliée par une fiche mâle 100 à un élément complémentaire associé 102 fixé sur la plaque céramique 25 24. À cet effet, on prévoit sur la tôle de protection 28 une ouverture 104 dans la zone entourée par la rondelle- ressort. Pour étancher la partie de boîtier 38, la prise de courant 52 est pourvue d'un élément d'étanchéité 86. As seen in Figures 3 and 10, a socket-shaped receiving part 94 for receiving the socket 52 is located in the housing part 38. The socket 52 is used for connection with lines electric to transmit the preprocessed electric signals and if necessary also to transmit control signals or to supply the flow meter. For this purpose, the portion of the socket 52, which is located in the housing part 38 is connected by a male plug 100 to an associated complementary element 102 fixed on the ceramic plate 25 24. For this purpose, provision is made on the protective plate 28 an opening 104 in the area surrounded by the spring washer. To seal the housing part 38, the socket 52 is provided with a sealing element 86.

La prise de courant 52 contient une pastille ou une membrane perméable à l'air en matériau microporeux, ce qui ne permet pas la pénétration d'eau, 30 mais une compensation de la pression d'air entre le volume intérieur de la partie de boîtier 38 et l'environnement. À l'intérieur de la partie de boîtier 38, le contact de masse déjà mentionné du boîtier de la prise de courant 52 est connecté de façon électriquement conductrice aux tôles de protection 28, 30 via les ressorts à lame 78 de la rondelle-ressort. Un composant pour assurer la compatibilité électromagnétique est intégré dans la prise de courant 52. The socket 52 contains an air-permeable pellet or membrane of microporous material, which does not allow the penetration of water, but a compensation of the air pressure between the interior volume of the housing part 38 and the environment. Inside the housing part 38, the aforementioned ground contact of the socket outlet housing 52 is electrically conductive connected to the protective sheets 28, 30 via the leaf springs 78 of the spring washer. A component for ensuring electromagnetic compatibility is integrated in the socket 52.

Un joint d'étanchéité 50 prévu au fond de la partie de boîtier 38 empêche d'une part la pénétration du fluide depuis le canal d'écoulement 10 jusque dans la partie de boîtier 38 qui entoure la portion supérieure de la plaque céramique 24, et d'autre part la pénétration d'une résine de 10 coulée 46 depuis la partie de boîtier 38 jusque dans le canal d'écoulement pendant le montage. Pendant le processus de montage, on colle tout d'abord le joint d'étanchéité 50 d'un matériau synthétique souple sur le fond de la partie de boîtier 38 et ainsi sur la paroi extérieure de l'élément de boîtier 36. Ensuite, on enfiche le fléau de flexion 26 de la plaque céramique 15 24 à travers une fente dans le joint d'étanchéité 50. Pour étancher complètement la partie de boîtier 38 et pour fixer le groupe de montage 106, on remplit maintenant avec la résine de coulée 46 la zone 44 délimitée par le joint d'étanchéité 50, par la partie de boîtier 38 et par un niveau 48. A seal 50 provided at the bottom of the housing part 38 prevents on the one hand the penetration of the fluid from the flow channel 10 into the housing part 38 which surrounds the upper portion of the ceramic plate 24, and on the other hand, the penetration of a casting resin 46 from the housing part 38 into the flow channel during assembly. During the mounting process, firstly seal the seal 50 of a flexible synthetic material on the bottom of the housing part 38 and thus on the outer wall of the housing element 36. Next, plugs the bending beam 26 of the ceramic plate 15 24 through a slot in the seal 50. To completely seal the housing part 38 and to fix the mounting group 106, we now fill with the casting resin 46 the zone 44 delimited by the seal 50, by the housing part 38 and by a level 48.

Le niveau 48 se trouve au-dessous du composant 22 de la plaque 24 20 traitant le signal, vu à partir du joint d'étanchéité 50, en sens opposé au fléau de flexion 26, afin d'éviter un endommagement par un retrait qui se produit lors du durcissement de la résine de coulée 46. Un couvercle 74 referme la partie de boîtier 38 de façon étanche à l'air. Le couvercle 74 est constitué du même matériau que la partie de boîtier 38 et il est 25 solidairement relié à celle-ci par soudage. The level 48 is located below the component 22 of the plate 24 20 processing the signal, seen from the seal 50, in the opposite direction to the bending beam 26, in order to avoid damage by a shrinkage which is produced during the curing of the casting resin 46. A cover 74 closes the housing part 38 in an airtight manner. The cover 74 is made of the same material as the housing part 38 and it is integrally connected to the latter by welding.

Les figures 8 à 10 montrent le débitmètre dans un mode de réalisation comportant un boîtier métallique. Dans ce mode de réalisation, le groupe de montage 106, la prise de courant 52 et le corps de retenue 14 sont pratiquement identiques à ceux de la réalisation avec un boîtier en 30 matière plastique. Une différence réside cependant dans la réalisation des douilles taraudées 60 côté extrémité. La douille taraudée 60 située en il amont devant le corps de retenue 14 est munie dans ce cas d'un jonc 88 pour la protéger contre des forces axiales. Lors de la mise en place de la douille taraudée 60, le jonc 88 s'enclenche dans une rainure réalisée à cet effet dans l'élément de boîtier 36. Ainsi, la douille taraudée 60 reste montée 5 mobile en rotation, ce qui facilite le raccordement d'un tube. Pour l'étanchement, le joint torique 66 se trouve en amont du jonc 88 entre la douille taraudée 60 et l'élément de boîtier 36. De façon analogue à la douille taraudée 54, la longueur de la douille taraudée 60 qui délimite radialement une partie du canal d'écoulement 10 est dimensionnée de telle 10 sorte que la longueur totale d'une zone du canal d'écoulement 10, située en amont devant le corps de retenue 14 suffit pour apaiser le courant. La douille 60 présente un diamètre intérieur qui évolue dans au moins un tronçon 62 en continu à partir des diamètres intérieurs de la partie médiane du canal d'écoulement 10 raccordée directement à ce tronçon 62. Figures 8 to 10 show the flow meter in an embodiment comprising a metal housing. In this embodiment, the assembly group 106, the socket 52 and the retaining body 14 are practically identical to those of the embodiment with a plastic casing. A difference however lies in the production of the threaded sockets 60 on the end side. The threaded sleeve 60 located upstream in front of the retaining body 14 is provided in this case with a rod 88 to protect it from axial forces. When the threaded sleeve 60 is put in place, the rod 88 engages in a groove made for this purpose in the housing element 36. Thus, the threaded sleeve 60 remains mounted 5 movable in rotation, which facilitates the connection of a tube. For sealing, the O-ring 66 is located upstream of the rod 88 between the threaded socket 60 and the housing element 36. In a similar manner to the threaded socket 54, the length of the threaded socket 60 which delimits a portion radially of the flow channel 10 is dimensioned such that the total length of an area of the flow channel 10, located upstream in front of the retaining body 14 is sufficient to calm the current. The socket 60 has an internal diameter which evolves in at least one section 62 continuously from the internal diameters of the middle part of the flow channel 10 connected directly to this section 62.

Contrairement au mode de réalisation en matière plastique, on réalise en outre une zone d'extrémité, située en aval, de l'élément de boîtier 36 avec une forme extérieure hexagonale et on la pourvoit d'un taraudage. Unlike the plastic embodiment, there is also produced an end region, located downstream, of the housing element 36 with a hexagonal external shape and is provided with a thread.

La figure 11 montre la zone de liaison entre la partie de boîtier 38 et un autre couvercle désigné par la référence 96. Un joint torique 90 posé 20 dans le couvercle 96 referme la partie de boîtier 38 de façon étanche à l'air par rapport à l'environnement. Le couvercle 96 est fixé sur la partie de boîtier 38 au moyen de doigts d'encliquetage 92. Les couvercles de divers modes de réalisation et de divers matériaux sont interchangeables entre eux lors d'une réalisation correspondante des parties de boîtier. FIG. 11 shows the connection zone between the housing part 38 and another cover designated by the reference 96. An O-ring 90 placed in the cover 96 closes the housing part 38 in an airtight manner with respect to the environment. The cover 96 is fixed to the housing part 38 by means of latching fingers 92. The covers of various embodiments and of various materials are interchangeable with each other during a corresponding production of the housing parts.

La figure 12 montre un mode de réalisation dans lequel l'une au moins des tôles de protection 28, 30 est réalisée avantageusement de manière à assurer de manière particulièrement efficace une mise à la terre électrique via le fluide qu'est l'eau lors de l'utilisation dans des systèmes de conduites d'eau. On obtient ceci au moyen d'une languette en tôle 98 qui est 30 conformée sur l'une des tôles de protection 28, 30 et qui est menée à travers une paroi de l'élément de boîtier 36 jusque dans le fluide entourant 2853069 12 la languette en tôle 98. La position de la languette en tôle 98 en aval du corps de retenue 14 est choisie de manière à ne pas influencer la mesure du débit. La languette peut s'étendre en aval derrière l'élément détecteur 20. FIG. 12 shows an embodiment in which at least one of the protective sheets 28, 30 is advantageously produced so as to ensure in a particularly effective manner an electrical earthing via the fluid which is water during use in water pipe systems. This is achieved by means of a sheet metal tongue 98 which is shaped on one of the protective sheets 28, 30 and which is led through a wall of the housing element 36 into the surrounding fluid 2853069 12 la sheet metal tab 98. The position of the sheet metal tab 98 downstream of the retaining body 14 is chosen so as not to influence the measurement of the flow rate. The tongue can extend downstream behind the detector element 20.

Claims

claims

1. Flow meter based on the vortex principle, comprising a housing (12), a flow channel (10), a retaining body (14) arranged in the flow channel (10) and provided with edges detachment (16) which generate vortices in the flowing fluid, and comprising a detector (18) provided with a plate-shaped detector element (20) exposed to the effect of vortices and with a measurement sensor (34 ) to generate an electrical signal as a function of the bending of the detector element (20), characterized in that the detector element (20) is a bending beam (26) which is produced as an integral component of a ceramic plate (24) carrying electronic components (22).

2. Flow meter according to claim 1, characterized in that the measurement sensor (34) is a strain gauge.

3. Flow meter according to one of claims 1 or 2, characterized in that the ceramic plate (24) is framed in the manner of a sandwich between two protective sheets (28, 30) for protection against external electromagnetic influences , and in that a sheet metal tab (98) intended for earthing is preferably produced on one of the 20 protective sheets, a tab which extends downstream behind the detector element (20) as far as in the flow channel (10) and which is surrounded by the flow of the fluid.

4. Flow meter according to one of claims 1 to 3, characterized in that a temperature detector (72) intended to detect the temperature of the flowing fluid is arranged on the ceramic plate (24).

5. Flow meter according to one of claims 1 to 4, characterized in that the bending beam (26) has a notch (70) at least on one side in a transition zone (32) towards the ceramic plate (24) , in order to increase the bending stress in the transition zone (32), and in that a measurement sensor (34) is arranged in the transition zone (32).

6. Flow meter according to claim 5, characterized in that the flow channel (10) is delimited by a housing element (36), and in that the housing element (36) is provided with a passage ( 42) radial with respect to the direction of flow (S) and intended to pass the bending beam (26), the transition zone (32) of the bending beam (26) being at least partially in the passage radial (42) without restricting the bending function of the bending beam (26).

7. Flow meter according to claim 6, characterized in that the ceramic plate (24) is surrounded by a housing part (38) which projects radially from the housing element (36), and in that the ceramic plate (24) comprises an area (44) filled with a cast resin (46), the area (44) being delimited by a seal (50) preferably glued to the bottom of the housing element (36), by the housing part (38) and by a level (48) up to which the ceramic plate (24) does not comprise 15 components (22), seen from the seal (50) in the opposite direction to the bending beam (26).

8. Flow meter according to claim 7, characterized in that the housing part (38) surrounding the ceramic plate (24) is provided with a socket (52) for transmitting a pretreated electrical signal, the socket ( 52) having a microporous sheet or pellet to compensate for the air pressure inside the housing part (38) and that of the environment while simultaneously preventing the penetration of water and humidity.

9. Flow meter according to one of claims 1 to 8, characterized in that the housing element (36) is produced from a reinforced plastic material and produced by an injection molding technique, and in that two sockets threaded (54, 56) located on the end side on the housing (12) and preferably made of metal are made on the outside in a hexagonal shape and include a section (58) having internal diameters which represent a continuous extension of internal diameters of a middle part of the flow channel (10), part which connects directly thereto, and which thus represent an extension of the flow channel (10).

10. Flow meter according to one of claims 1 to 8, characterized in that the housing (12) is made of a metal, preferably of die-cast aluminum 5, and has a threaded socket (60) of metal fixed upstream on the end side on the housing element (36), socket which has an internal diameter which evolves in at least one section (62) continuously from the internal diameters of the middle part of the flow channel (10) connected directly to this section (62), as well as an end zone of the housing element (36) situated downstream behind the detector element (20), which has on the outside a hexagonal shape.

11. Flow meter according to one of claims 1 to 10, characterized in that the length of the flow channel (10) upstream in front of the retaining body (14) is dimensioned so that the retaining body (14) 15 is attacked by a fluid having a substantially uniform flow velocity profile in the radial direction.

12. Flow meter according to claim 2, characterized in that the measurement sensor (34) and the conductive tracks leading to the components (22) are deposited by the technique of thick layers on the ceramic plate (24).