FR3065525A1

FR3065525A1 - Appareil de controle a piston pour le calibrage et/ou l'etalonnage d'un appareil de mesure de debit

Info

Publication number: FR3065525A1
Application number: FR1753465A
Authority: FR
Inventors: Vincent Mickael Anthony LEVEQUE
Original assignee: L Atelier De Matourne
Current assignee: L Atelier De Matourne
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2018-10-26
Anticipated expiration: 2037-04-21
Also published as: EP3392628B1; US10871390B2; EP3392628A1; US20180306624A1; FR3065525B1

Abstract

Appareil de contrôle (1) pour le calibrage et/ou l'étalonnage d'un appareil de mesure de débit et/ou pour déterminer un débit, ayant un boîtier tubulaire (20) avec une entrée (21) par laquelle arrive un milieu de mesure dans le boîtier (20), ainsi qu'une sortie (22) par laquelle le milieu de mesure sort du boîtier (20). L'appareil de contrôle (1) a un piston (3) dans le boîtier (20), et un dispositif d'entraînement (10) pour déplacer le piston (3) par la transmission d'une force magnétique, sans contact, à partir du dispositif d'entraînement (10).

Description

Titulaire(s) : L ATELIER DE MATOURNE Société par actions simplifiée, LEVEQUE VINCENT MICKAËL ANTHONY.

Demande(s) d’extension

Mandataire(s) : CABINET HERRBURGER.

APPAREIL DE CONTROLE A PISTON POUR LE CALIBRAGE ET/OU L'ETALONNAGE D'UN APPAREIL DE MESURE DE DEBIT.

FR 3 065 525 - A1 (ff) Appareil de contrôle (1) pour le calibrage et/ou l'étalonnage d'un appareil de mesure de débit et/ou pour déterminer un débit, ayant un boîtier tubulaire (20) avec une entrée (21) par laquelle arrive un milieu de mesure dans le boîtier (20), ainsi qu'une sortie (22) par laquelle le milieu de mesure sort du boîtier (20).

L'appareil de contrôle (1) a un piston (3) dans le boîtier (20), et un dispositif d'entraînement (10) pour déplacer le piston (3) par la transmission d'une force magnétique, sans contact, à partir du dispositif d'entraînement (10).

ι

Domaine de l’invention

La présente invention se rapporte à un appareil de contrôle pour le calibrage et/ou l’étalonnage d’un appareil de mesure de débit et/ou pour déterminer un débit, l’appareil de contrôle ayant un boîtier tubulaire avec une entrée par laquelle un milieu de mesure arrive dans le boîtier, ainsi qu’une sortie par laquelle le milieu de mesure sort du boîtier, l’appareil de contrôle ayant un piston dans le boîtier. Etat de la technique

Les appareils de contrôle à piston sont des appareils de mesure très précis pour le calibrage d’appareils de mesure en technique de procédé de mesure, notamment pour le calibrage d’appareils de mesure de débit. Les conditions de calibrage, par exemple la température, la pression et l’humidité de l’air sont alors surveillées d’une manière extrêmement précise pour répondre aux conditions de conformité des différents offices d’étalonnage, par exemple, API, OIML et/ou GOST.

Depuis peu on connaît des appareils de contrôle à piston, mobiles, encore appelés appareils SVP (contrôleur de petit volume). Un tel appareil de contrôle à piston, portatif, s’installe sur une plateforme de transport et peut être transporté avec un camion jusqu’à l’endroit où se trouve l’appareil de mesure de débit à calibrer.

De manière caractéristique, dans les appareils de contrôle à piston, connus, le piston est déplacé dans sa position de sortie par sa tige de piston. Pour cela on se reportera entre autre au document EP 2 773 926 Al, notamment à la figure 1 de ce document. L’appareil de contrôle à piston décrit dans ce document permet de déplacer le piston à l’aide d’un organe d’actionnement et d’un moteur installé dans le boîtier de l’appareil de contrôle à piston. Mais la difficulté réside d’une part dans l’agrandissement du boîtier dans sa direction longitudinale à cause de l’encombrement de la tige de piston et, d’autre part, de la fragilité du moteur placé dans le boîtier et subit, par exemple, l’effet des milieux cryogéniques ou chauds traversant l’appareil de contrôle à piston.

But de l’invention

Partant de cet état de la technique, la présente invention a pour but de développer un appareil de contrôle à piston permettant le calibrage et/ou l’étalonnage d’un appareil de mesure de débit dans un spectre large de milieux différents, notamment de milieux cryogéniques. L’invention se propose également de déterminer le débit dans un spectre très étendu de milieux de mesure très différents, notamment de milieux cryogéniques avec cet appareil de contrôle à piston.

L’invention a aussi pour but de développer un procédé permettant de déterminer le débit, notamment celui d’un milieu cryogénique, à l’aide d’un appareil de mesure à piston.

Exposé et avantages de l’invention

A cet effet, la présente invention a pour objet un appareil de contrôle pour le calibrage et/ou l’étalonnage d’un appareil de mesure de débit et/ou pour déterminer un débit, l’appareil de contrôle ayant un boîtier tubulaire avec une entrée par laquelle un milieu de mesure arrive dans le boîtier, ainsi qu’une sortie par laquelle le milieu de mesure sort du boîtier, l’appareil de contrôle ayant un piston dans le boîtier, cet appareil étant caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif d’entraînement pour déplacer le piston par une transmission par une force magnétique sans contact à partir du dispositif d’entraînement.

L’appareil de contrôle à piston selon l’invention permet le calibrage et/ou l’étalonnage d’un appareil de mesure de débit et/ou la détermination du débit d’un milieu de mesure. Le milieu de mesure est, de préférence, un milieu cryogénique, en particulier un liquide cryogénique. Un tel milieu est liquide dans les conditions dans lesquelles s’effectue la mesure mais il est gazeux à la température ambiante de 25°C et sous une pression normale de 1 bar. De tels gaz sont entre autre l’oxygène liquéfié, un gaz liquéfié tel que par exemple du propane ou du butane, un gaz naturel liquide, des gaz rares liquides et/ou de l’azote liquide.

L’appareil de contrôle à piston selon l’invention, a un boîtier tubulaire avec une entrée pour y introduire le milieu de mesure. Le boîtier tubulaire a une sortie par laquelle le milieu de mesure sort du boîtier. L’appareil de contrôle à piston a en outre un piston dans le boîtier.

L’appareil de contrôle à piston selon l’invention a en plus un dispositif d’entraînement pour déplacer le piston par une transmis3065525 sion sans contact de la force magnétique du dispositif d’entraînement. Ainsi, le piston est déplacé par la transmission sans contact, magnétique, de la force par le dispositif d’entraînement.

La transmission de la force magnétique du dispositif d’entraînement au piston permet de supprimer la tige de piston et les joints associés à celle-ci ou les embrayages mécaniques et les entraînements par un moteur à l’intérieur du boîtier. Le dispositif d’entraînement peut être situé à l’extérieur du boîtier, ce qui permet un meilleur découplage thermique entre le dispositif d’entraînement et le milieu conduit dans le boîtier.

Le dispositif d’entraînement est installé, de préférence à l’extérieur du boîtier de l’appareil de contrôle à piston. Cela simplifie l’entretien du dispositif d’entraînement et le dispositif d’entraînement lui-même peut fonctionner de façon plus protégée grâce au découplage thermique. Le dimensionnement de l’appareil de contrôle à piston peut, en outre, être considérablement réduit dans ses dimensions.

De manière avantageuse, le piston a au moins un premier aimant et le dispositif d’entraînement a au moins un second aimant. Les aimants sont orientés avantageusement l’un par rapport à l’autre pour que dans une certaine position, le piston puisse être déplacé par le mouvement du second aimant du dispositif d’entraînement à l’intérieur du boîtier. La force de répulsion magnétique des deux aimants permet de déplacer le piston de façon avantageuse par le dispositif d’entraînement à travers la paroi du boîtier.

Le boîtier tubulaire a, de manière caractéristique, un axe longitudinal. Le premier aimant fait avantageusement partie d’un anneau magnétique installé dans le boîtier. Cet anneau est appelé anneau magnétique intérieur. Il comporte avantageusement un ensemble d’aimants répartis symétriquement dans une garniture annulaire à l’intérieur du boîtier autour du centre de l’anneau. La disposition annulaire des aimants garantit une répartition régulière du champ magnétique dans la paroi du boîtier. Cela exclut tout blocage de l’anneau magnétique à cause des mouvements d’échappement puisque les forces magnétiques sont réparties en périphérie à plusieurs endroits pour agir sur l’anneau magnétique. De façon idéale, l’anneau magnétique est concentrique à l’axe longitudinal du boîtier de forme tubulaire.

Le second aimant est avantageusement une partie d’un anneau magnétique du dispositif d’entraînement. Cet anneau magnétique appelé anneau magnétique d’entraînement a un ensemble d’aimants. Les aimants sont répartis symétriquement dans une garniture annulaire à l’extérieur du boîtier autour du centre de l’anneau. La garniture annulaire est concentrique à l’axe longitudinal du boîtier tubulaire. La répartition régulière des aimants à partir de l’extérieur autour de la paroi du boîtier permet avantageusement une répartition régulière des forces magnétiques appliquées pour déplacer le piston.

De façon avantageuse, le second aimant est mobile le long de la paroi du boîtier par un dispositif de palier linéaire. Le montage par palier peut également être réalisé sous la forme d’un palier à roulement. Celui-ci comporte avantageusement une cage d’organes de roulement qui sont notamment des rouleaux.

Le premier aimant est avantageusement relié à une soupape du piston qui, à l’état ouvert, permet le passage du milieu de mesure à travers le piston et qui, à l’état fermé, bloque le passage du milieu de mesure à travers le piston. La soupape est à l’état ouvert si l’aimant est influencé par la transmission de la force magnétique du second aimant. La soupape est à l’état fermé si le premier aimant n’est pas influencé par la transmission de la force magnétique du second aimant. Il peut toutefois exister un état dans lequel la force magnétique transmise n’est pas suffisamment puissante pour fermer la soupape, par exemple pour vaincre la force d’un ressort de compression appliqué à la soupape. Cela est par exemple le cas si l’anneau magnétique d’entraînement se rapproche de l’anneau magnétique intérieur, mais si le rapprochement et les forces de répulsion correspondantes sont encore suffisamment faibles pour déclencher le déplacement. Cet état peut toutefois être vaincu par un rapprochement progressif. L’état de fermeture de la soupape peut ainsi être obtenu même pour une transmission de force magnétique faible, mais, cela peut toutefois n’être qu’un état intermédiaire entre l’état fermé sans aucune action de force magnétique et l’état ouvert pour une force magnétique plus grande. L’avantage est que la transmission de la force magnétique ne déterminer pas seulement le mouvement du piston, mais en même temps également l’état d’ouverture de la soupape qui, dans le cas contraire, serait d’une construction plus complexe, nécessitant, par exemple, un circuit de soupape supplémentaire.

Le piston comporte un élément annulaire en forme de plateau avec un siège de soupape et la soupape est une soupape à plateau comportant un plateau, un manchon de soupape relié solidairement à l’élément annulaire en forme de plateau, une tige de soupape mobile dans le manchon de soupape en étant reliée au plateau et un ressort de compression entre le manchon de soupape et le plateau. Ce type de soupape est une forme simple et mécaniquement peu fragile qui convient bien pour son application à un appareil de contrôle à piston.

La soupape, notamment le plateau de la soupape, coopère avantageusement avec le siège de soupape de l’élément annulaire du piston de sorte que lorsque la soupape est fermée, elle délimite un espace de mesure fermé avec le boîtier. Cet espace ou chambre de mesure est traversé par le milieu de mesure. Le volume de la chambre de mesure varie selon le mouvement du piston.

Le volume respectif de la chambre de mesure ainsi que son volume minimum et/ou maximum sont déterminés par un dispositif de mesure, par exemple un capteur ou une jauge en verre.

Le dispositif d’entraînement comporte un vérin pneumatique et/ou hydraulique avec un piston relié au second aimant du dispositif d’entraînement.

Le vérin hydraulique et/ou pneumatique a au moins une entrée pour introduire le milieu d’entraînement, de préférence un gaz de propulsion pour déplacer le piston du cylindre et le second aimant selon un axe parallèle à l’axe longitudinal du boîtier. L’axe est, de préférence, extérieur au boîtier de l’appareil de contrôle à piston.

Le premier et/ou le second aimant(s) de préférence tous les aimants de l’anneau magnétique intérieur et/ou de l’anneau magnétique d’entraînement sont avantageusement des aimants permanents de préférence des aimants permanents contenant du néodyme et d’une manière particulièrement préférentielle, il s’agit d’aimants permanents formés d’un alliage néodyme-fer-bore. Il est certes possible d’utiliser des électroaimants, mais ceux-ci sont plus fragiles. Au moins pour l’anneau magnétique intérieur, il est avantageux d’utiliser des aimants permanents car sinon la source de courant d’alimentation des électroaimants devrait se trouver dans le boîtier.

L’appareil de contrôle à piston à en outre une enveloppe extérieure qui définit le volume intérieur logeant au moins le boîtier et le dispositif d’entraînement de l’appareil de contrôle à piston, ce volume intérieur étant rempli d’un gaz inerte. Cette solution a l’avantage d’éviter le dépôt de glace provoqué par l’humidité de l’air, par exemple, sur la paroi du boîtier, ce qui pourrait gêner le mouvement de l’anneau magnétique d’entraînement le long du boîtier.

En outre, l’invention prévoit l’utilisation d’un appareil de contrôle à piston pour calibrer et/ou étalonner des appareils de mesure de débit pour un milieu de mesure cryogénique, de préférence un gaz liquéfié qui est à l’état gazeux à 25°C et sous une pression normale, d’une manière particulièrement préférentielle, pour un gaz liquéfié, et/ou du gaz naturel liquéfié.

L’invention s’applique également à l’utilisation de l’appareil de contrôle à piston pour déterminer le débit du milieu de mesure cité ci-dessus.

Le procédé selon l’invention de mesure d’un débit d’un milieu de mesure, notamment le débit d’un milieu de mesure cryogénique à l’aide de l’appareil de contrôle à piston, de préférence par un appareil de contrôle à piston selon l’invention, comportant un boîtier tubulaire avec une entrée et une sortie, un piston logé dans le boîtier et un dispositif d’entraînement consiste à :

a) introduire le milieu de mesure par l’entrée du boîtier de l’appareil de contrôle à piston,

b) effectuer une mesure de débit en déplaçant le piston d’une position de sortie dans la région de l’entrée jusqu’à une position de fin de course dans la région de la sortie,

c) rappeler le piston en position de sortie en déplaçant le piston avec le dispositif d’entraînement.

Le déplacement du piston dans l’étape c) se fait selon le procédé de l’invention par la transmission d’une force magnétique sans contact entre le dispositif d’entraînement et le piston.

Dessins

La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l’aide d’un mode de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 est une première vue en perspective d’un mode de réalisation d’un appareil de contrôle à piston selon l’invention pour déterminer un débit, la figure 2 est une seconde vue en perspective du mode de réalisation de la figure 1, et la figure 3 est un schéma du fonctionnement de l’appareil de contrôle à piston.

Description d’un mode de réalisation de l’invention

La figure 1 montre un appareil de contrôle à piston 1 ayant un boîtier tubulaire 20 avec au moins une chambre de mesure 2 et un piston 3 équipé d’une soupape 4. La soupape 4 est de préférence une soupape à plateau ou également, de manière préférentielle, une soupape de passage.

La figure 3 est une vue très schématique de la structure simplifiée d’un appareil de contrôle à piston selon l’invention. Le fonctionnement de l’appareil de contrôle à piston 1 selon l’invention sera tout d’abord décrit à l’aide de la figure 3. L’appareil de contrôle à piston 1 fonctionne selon des cycles de travail répétés.

Partant d’une position de sortie Y dans laquelle la chambre de mesure 2 côté sortie, a un volume maximum, on déplace le piston 3 de l’appareil 1 dans la direction d’avancée A à l’aide d’un milieu de mesure M qui arrive dans la chambre de mesure 2 à travers l’entrée 21. La chambre de mesure 2 a une forme tubulaire avec un axe longitudinal R. La poussée du milieu déplace le piston en direction de la sortie 22 si bien que ce mouvement du piston réduit la chambre de mesure 2. Lorsque le piston 3 arrive dans une position déterminée, on peut évacuer le milieu à travers la sortie 22 de la chambre de mesure 2. Cette position correspond à la position de fin de course X du piston 3 ; dans cette position, la chambre de mesure a un volume minimum. Puis, le piston 3 est déplacé par un dispositif d’entraînement non représenté de manière détaillée selon une course de travail contre la direction d’avancée A pour revenir en position de sortie Y.

Les dispositifs d’entraînement transmettent la force au piston selon l’état de la technique, généralement par la tige de piston ayant un axe longitudinal qui correspond à l’axe longitudinal de la chambre de mesure. Dans l’appareil de contrôle à piston selon l’invention, cette tige de piston est avantageusement supprimée.

Le boîtier 20 a une entrée 21 et une sortie 22 pour le milieu de mesure dans la chambre de mesure 2. L’entrée 21 définit le côté d’arrivée et la sortie définit le côté de sortie de l’appareil de contrôle à piston 1. Au moins une zone du boîtier 20 est traversée par un milieu de mesure M qui définit la direction d’avancée A du piston 3 sous l’effet de la poussée du milieu s’exerçant sur le piston 3.

L’appareil de contrôle à piston 1 peut être installé sur une plateforme de transport et s’utiliser dans ces conditions comme un appareil SVP, c’est-à-dire un contrôleur de petit volume.

La course active de l’appareil de contrôle à piston 1, selon laquelle le piston 3 est reconduit dans sa position de sortie correspondant au volume minimum de la chambre de mesure s’obtient exclusivement par l’effet d’une force magnétique.

Mais on peut également utiliser la zone 7 côté entrée, de l’appareil de contrôle à piston comme chambre de mesure. Dans ce cas, il faut inverser les dénominations relatives au volume minimum et au volume maximum de la chambre de mesure dans la position de sortie Y et la position de fin de course X, respective.

L’anneau magnétique d’entraînement 5 est à l’extérieur du boîtier tubulaire 20, notamment cylindrique. Cet anneau magnétique comporte plusieurs aimants 101, de préférence des aimants permanents.

Le nombre d’aimants est, de préférence supérieur à 8, et notamment supérieur à 16.

Les aimants sont de préférence en un alliage contenant du néodyme et en particulier en un alliage néodyme-fer-bore.

Le piston 3 a un anneau magnétique intérieur 8. Cet anneau magnétique intérieur 8 a un centre d’anneaux magnétiques qui, comme le centre de l’anneau magnétique d’entraînement 5, se trouve sur l’axe R du boîtier 20.

L’anneau magnétique intérieur 8 est distant, de préférence de moins de 15 cm, notamment de moins de 2 cm de la paroi du boîtier 20.

L’anneau magnétique intérieur 8 a également de préférence un ensemble d’aimants 102 et d’une manière très préférentielle, un ensemble d’aimants permanents.

Le nombre d’aimants est, de préférence, supérieur à 8, notamment supérieur à 16.

Les aimants formant l’anneau magnétique intérieur 8 sont de préférence en un alliage contenant du néodyme, notamment en un alliage néodyme-fer-bore.

L’anneau magnétique intérieur 8 et l’anneau magnétique d’entraînement 5 et notamment les aimants des anneaux magnétiques sont disposés de façon à se repousser les uns des autres. Les pôles des aimants de l’anneau magnétique intérieur 8 et les pôles voisins des aimants de l’anneau magnétique d’entraînement 5 ont ainsi la même polarité.

L’appareil de contrôle à piston 1 comporte un palier 9 pour porter l’anneau magnétique d’entraînement 5 coaxialement à l’axe longitudinal R du boîtier 20. Ces paliers 9 permettent le mouvement de l’anneau magnétique d’entraînement 5 dans la direction d’avancée A le long du boîtier 20. Les paliers 9 se trouvent à l’extérieur du boîtier 20 et sont de préférence réalisés sous la forme de paliers à galets et/ou à organes de roulement.

L’anneau magnétique d’entraînement 5 est guidé, par exemple, et de préférence, sur une cage d’organe de roulement 12 comportant des organes de roulement 13, notamment des galets, sur la paroi du boîtier 20 ; la cage des organes de roulement est reliée à l’anneau magnétique d’entraînement 5. Le boîtier présente, par exemple, selon sa surface extérieure, des surfaces de roulement pour guider les organes de roulement.

ίο

En variante, on peut également envisager un autre montage mobile de l’anneau magnétique d’entraînement à l’extérieur du boîtier 20 le long de la paroi du boîtier. C’est ainsi que Ton peut également prévoir, par exemple, un palier lisse sur des surfaces de glissement de la paroi du boîtier.

Le mouvement linéaire de l’anneau magnétique d’entraînement 5, le long de la paroi du boîtier peut également se faire à l’aide d’une unité d’entraînement 10, de préférence par un vérin pneumatique 11. Cela permet d’assurer l’ensemble de la course active du piston 3. En variante du vérin pneumatique 11, on peut également utiliser un vérin hydraulique.

Le vérin pneumatique 11 est, de préférence, relié directement à l’anneau magnétique d’entraînement 5 sans tige de piston. Ce vérin pneumatique 11 peut ainsi décrire tout le trajet actif 1 que le piston 3 exécute pendant sa course active. Il peut servir en même temps de moyen de guidage à l’anneau magnétique d’entraînement 5.

Le vérin pneumatique 11 est de préférence réalisé sous la forme d’un vérin sans tige d’entraînement et il comporte également, de préférence, à l’extrémité, une ou deux entrées non détaillées pour l’entrée et/ou l’évacuation d’un gaz d’entraînement. De plus, le vérin pneumatique 11 a un piston non détaillé relié à la cage 12 des organes de roulement.

En fournissant du gaz, par exemple de l’air ou un gaz inerte, notamment de l’air comprimé, par l’entrée respective du vérin pneumatique, on déplace le piston du cylindre 11. Cela déplace la cage d’organe de roulement 12 et ainsi, on entraîne l’anneau magnétique 5 suivant un mouvement linéaire, par exemple dans la direction de passage du milieu de mesure ou dans la direction opposée à celle-ci.

L’action magnétique alternée de l’anneau magnétique d’entraînement 5 coopérant avec l’anneau magnétique intérieur 8 permet de déplacer le piston 3 à partir de sa position de départ Y.

Du fait de sa polarité ou de celle de ses aimants, l’anneau magnétique d’entraînement 5 se trouve toujours côté sortie par rapport à l’anneau magnétique intérieur 8.

Le côté entrée du vérin pneumatique 11 correspond au côté entrée du milieu de mesure M dans l’appareil de contrôle à piston 1.

En introduisant du gaz de propulsion côté entrée du vérin pneumatique 11, on lance l’avancée de l’anneau magnétique d’entraînement 5 dans la direction opposée à la direction de déplacement du milieu de mesure M dans sa position de sortie Y, c’est-à-dire vers l’entrée.

Le piston 3 de l’exemple de réalisation des figures 1 et 2 comporte comme soupape 4, une soupape à plateau. Cette soupape comporte un plateau 25 formant en commun avec le siège de soupape annulaire 26 du piston 3, une surface fermée lorsque la soupape est fermée. Le siège de soupape annulaire 26 qui est une partie de l’élément annulaire en forme de plateau 31 est relié par des rubans métalliques 27 à une douille de soupape 28 en forme de manchon central. La douille de soupape 28 reçoit la tige 29 de la soupape à plateau. Cette tige 29 reliée au plateau 25 est mobile linéairement par rapport au manchon de soupape 28.

Les bandes ou arceaux métalliques 27 forment une cage servant de butée pour le plateau de la soupape en position ouverte. La soupape 4 a de plus un ressort de compression 30 entre le plateau 25 et le manchon de soupape 28 et qui pousse le plateau 25 contre le siège de soupape 26. La tige de soupape 29 est en outre reliée solidairement à l’anneau magnétique intérieur 8.

L’élément annulaire 31 en forme de plateau du piston 3 présente sur son côté radial extérieur un joint de piston 32 pour éviter le passage du milieu de mesure, côté périphérique vers la chambre de mesure 2.

En position ouverte de la soupape 4, le milieu de mesure M peut traverser le piston 3 sans que le piston 3 ne soit déplacé dans la direction d’avancée A. L’état ouvert de la soupape est, par exemple, maintenu par un ou plusieurs électroaimants 33, placés dans le boîtier 20, côté arrivée, du piston 4. L’anneau magnétique intérieur 8 est tenu par les électroaimants. La tige de soupape 29 et le plateau 25 sont tirés en position ouverte dans la direction de l’électroaimant 33 au-dessus du siège de soupape 26. En activant un cycle de travail de l’appareil de contrôle de piston 1, on neutralise les électroaimants 33 et les plateaux seront poussés par la pression du milieu et le cas échéant la force du ressort de compression 30 dans le siège de soupape 26, ce qui se traduit par l’usure du piston. Puis le milieu de mesure pousse le piston 3 et le déplace dans la direction d’avancée A pour arriver au volume minimum de la chambre de mesure 2 ou jusqu’à ce que le piston atteigne le même point de butée ou la même position de fin de course X. On détermine le volume de la chambre de mesure et pour des conditions d’environnement connu, le débit, à l’aide du temps nécessaire au piston 3 pour passer de la position de sortie Y à la position de fin de course X, connaissant le volume de la chambre de mesure et les conditions d’environnement pour le débit.

La mesure est répétée au cours de nombreux cycles de travail. Le piston 3 est alors conduit en position de sortie Y par le dispositif d’entraînement prévu à l’extérieur du boîtier 20 et avec le dispositif mobile linéairement des deux anneaux magnétiques, c’est-à-dire de l’anneau magnétique d’entraînement 5 et de l’anneau magnétique intérieur 8 du piston 3.

Pour le déplacement dans la direction opposée à la direction d’avancée A, l’anneau magnétique d’entraînement 5 agit sur l’anneau magnétique intérieur 8. L’anneau magnétique intérieur 8 relié à la tige de soupape 29 tire alors le plateau 25 contre la force développée par le ressort de compression 30 pour l’écarter du siège de soupape pour ouvrir la soupape 4. Le milieu de mesure M peut ainsi passer par l’intervalle annulaire du piston 3 formé entre le plateau 25 et le siège de soupape 26. L’anneau magnétique d’entraînement 5, qui a été déplacé par le vérin pneumatique, déplace le piston 3 avec la soupape 4 et l’anneau magnétique intérieur 8 par le mouvement linéaire dans la position de sortie Y. Lorsqu’on atteint la position de sortie Y on active le ou les électroaimants 33.

L’anneau magnétique intérieur 8 est tenu dans sa position par les forces d’attraction de l’électroaimant 33 ou des électroaimants 33.

L’anneau magnétique d’entraînement 5 peut être déplacé dans la direction de sortie Y du piston vers le côté sortie de l’appareil de contrôle de piston 1, par exemple, en introduisant un gaz de propulsion dans l’orifice d’entrée côté entrée du vérin pneumatique 11. De même, on peut aspirer le piston du cylindre en appliquant une dépression à l’orifice d’entrée du vérin pneumatique.

En désactivant l’électroaimant 33, on libère l’anneau magnétique intérieur 8 qui tient alors non pas directement le ressort de compression 30 dans sa position comprimée. La soupape à plateau est fermée par la pression du milieu et le cas échéant par la force du ressort de compression 30. Le milieu de mesure M, introduit, déplace le piston 3 dans la direction d’avancée A.

Un capteur ou un élément de mesure, par exemple une tige de mesure en verre (jauge en verre) permet de mesurer très précisément la course 1 du piston 3. En mesurant l’impulsion, la fréquence, la durée de la course et de préférence également en utilisant la technique de chronométrie double selon la norme ISO 7278-3, on détermine, de façon précise, le débit volumique et le débit simple et on peut calibrer et/ou étalonner un appareil de mesure de débit.

Lorsque le piston 3 arrive dans sa position de fin de course X, l’anneau magnétique intérieur 8 arrive à proximité de la force de répulsion de l’aimant magnétique d’entrée 5. L’anneau magnétique d’entrée 8 et la tige de soupape 29 reliée à celui-ci est ensuite déplacée dans la direction d’avancée A de sorte qu’il faut vaincre de nouveau la force du ressort de compression 30 et ouvrir la soupape à ressort.

Comme il n’y a pas de pièce mécanique à l’intérieur et à l’extérieur de la chambre de mesure 2 qu’il faut rendre étanches dans leurs mouvements, l’appareil de contrôle à piston selon l’invention convient tout particulièrement pour les applications dans le domaine cryogénique, de préférence pour des applications cryogéniques avec un milieu de mesure liquide à une température inférieure à -150°C, par exemple du gaz naturel liquide.

Le boîtier 20 de l’appareil de contrôle à piston selon l’invention est de préférence réalisé en une matière non magnétique comme, par exemple, un métal non magnétique et d’une manière parti3065525 culièrement préférentielle en acier, notamment en acier inoxydable austénitique ou en acier inoxydable sémitique, par exemple 304 ou 316 SS (acier sans polluant).

Le piston et les différents composants du vérin pneumatique peuvent avoir la surface de finition ou chromée.

Dans l’état de la technique on a déjà conduit des tiges de piston dans le boîtier de l’appareil de contrôle à piston pour rappeler le piston. Cela nécessite des joints particuliers. Le mouvement du piston par la force magnétique pour le découplage magnétique de l’unité d’entraînement évite le gel de la tige de piston utilisée par ailleurs et la pénétration d’humidité de l’air dans la chambre de mesure. Indépendamment de l’entrée et de la sortie du milieu de mesure cette chambre peut être complètement fermée. Des aimants contenant du néodyme sont particulièrement appropriés pour une application cryogénique car ces aimants s’utilisent en autre avec succès dans le domaine des supra conducteurs à des températures de -196°C.

Comme le vérin pneumatique 11 est très proche du boîtier 20 de l’appareil de contrôle à piston 1, il fonctionne avantageusement avec de l’hélium constituant le gaz moteur, pour ainsi éviter l’apport d’humidité de l’air et le gel du piton du vérin pneumatique.

Pour éviter le dépôt extérieur de givre, le boîtier 20 de l’appareil de contrôle à piston et tous les autres éléments de cet appareil 1 extérieurs au boîtier 20 sont entourés d’une enveloppe extérieure remplie d’un gaz inerte, par exemple d’hélium. Ainsi, il n’y aura pas de dépôt d’humidité de l’air sur la paroi du boîtier 20 ou sur les organes de roulement 12, les chemins de roulement des organes de roulement ou sur des moyens analogues.

NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX

Appareil de contrôle à piston

Chambre de mesure

Piston

Soupape

Anneau magnétique d’entraînement

Zone d’entrée

Anneau magnétique intérieur

Palier

Unité d’entraînement

Vérin pneumatique

Cage de roulement

Organe de roulement

Boîtier

Entrée

Sortie

Plateau

Siège de soupape

Arceau métallique

Chemise

Tige de soupape

Ressort de compression

Elément annulaire

Joint de piston

Electroaimant

101 Aimant (anneau magnétique d’entraînement)

102 Aimant (anneau magnétique intérieur)

Claims

REVENDICATIONS

1°) Appareil de contrôle (1) pour le calibrage et/ou l’étalonnage d’un appareil de mesure de débit et/ou pour déterminer un débit, l’appareil de contrôle (1) ayant un boîtier tubulaire (20) avec une entrée (21) par laquelle arrive un milieu de mesure (M) dans le boîtier (20), ainsi qu’une sortie (22) par laquelle le milieu de mesure (M) sort du boîtier (20), l’appareil de contrôle (1) ayant un piston (3) dans le boîtier (20), appareil caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif d’entraînement (10) pour déplacer le piston (3) par la transmission d’une force magnétique, sans contact, à partir du dispositif d’entraînement (10).
2°) Appareil de contrôle à piston selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d’entraînement (10) est installé à l’extérieur du boîtier (20) de l’appareil de contrôle (1).
3°) Appareil de contrôle à piston selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le piston (3) comporte au moins un premier aimant (102) et le dispositif d’entraînement (10) a au moins un second aimant (101) et, les aimants (101, 102) sont orientés l’un par rapport à l’autre pour que le piston (3) soit déplacé dans une position (X) par le mouvement du second aimant (101) du dispositif d’entraînement (10) dans le boîtier (20).
4°) Appareil de contrôle à piston selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le boîtier tubulaire (20) a un axe longitudinal (R) et, le premier aimant (102) fait partie d’un anneau magnétique intérieur (8) ayant un ensemble d’aimants (102) installés symétriquement dans une garniture annulaire à l’intérieur du boîtier (20), la garniture annulaire étant concentrique à l’axe longitudinal (R) du boîtier tubulaire (20).
5°) Appareil de contrôle à piston selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le second aimant (101) fait partie d’un anneau magnétique d’entraînement (5) du dispositif d’entraînement (10) ayant un ensemble d’aimants (101) installé symétriquement dans une garniture annulaire à l’extérieur du boîtier (20), la garniture annulaire étant concentrique à l’axe longitudinal (R) du boîtier tubulaire (20).
6°) Appareil de contrôle à piston selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le second aimant (101) est mobile linéairement le long de la paroi du boîtier (20) par un ou plusieurs paliers (9).
7°) Appareil de contrôle à piston selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le premier aimant (102) est relié à la soupape (4) du piston (3) qui, à l’état ouvert, permet le passage du milieu de mesure (M) à travers le piston (3) et qui, à l’état fermé, bloque le passage du milieu de mesure (M) à travers le piston (3), la soupape (4) étant à l’état ouvert si le premier aimant (102) est influencé par la transmission d’une force magnétique du second aimant (101).
8°) Appareil de contrôle à piston selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la soupape (4) a un état fermé lorsque le premier aimant (102) n’est pas influencé par la transmission de la force magnétique du second aimant (101).
9°) Appareil de contrôle à piston selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le piston (3) a un élément annulaire (31) en forme de plaque avec un siège de soupape (26), et la soupape (4) ayant un plateau de soupape avec un plateau (25), un manchon de soupape (28) solidaire de l’élément annulaire (31) en forme de plateau, une tige de soupape (29) mobile dans le manchon de soupape (28) en étant relié au plateau (25) et un ressort de compression (30) entre le manchon de soupape (28) et le plateau (25).
10°) Appareil de contrôle à piston selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le dispositif d’entraînement (10) comporte un vérin pneumatique et/ou hydraulique (11) avec un piston relié au second aimant (101) et au moins une entrée pour introduire un milieu d’entraînement, de préférence un gaz moteur pour déplacer le piston du cylindre et le second aimant magnétique (101) sur un axe parallèle à l’axe longitudinal (R) du boîtier (20).
11°) Appareil de contrôle à piston selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le second aimant (101) monté sur un organe de roulement est mobile le long de la paroi du boîtier (20).
12°) Appareil de contrôle à piston selon l’une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le premier et/ou le second aimant (101, 102) et de préférence tous les aimants (101, 102) de l’anneau magnétique intérieur (8) et/ou de l’anneau magnétique d’entraînement (5) sont des aimants permanents, de préférence des aimants permanents contenant du néodyme, en particulier comme aimant permanent formé d’un alliage néodyme-fer-bore.
13°) Appareil de contrôle à piston selon l’une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu’ il a une enveloppe extérieure qui définit un volume intérieur dans lequel se trouve au moins le boîtier (20) et le dispositif d’entraînement (10) de l’appareil de contrôle (1), ce volume intérieur étant rempli de gaz inerte.
14°) Application de l’appareil de contrôle à piston (1) selon Tune quelconque des revendications 1 à 13, pour calibrer et/ou étalonner un appareil de mesure de débit pour un milieu de mesure cryogénique (M), de préférence un gaz liquide qui est à l’état gazeux à 25°C et à la pression

5 normale et de préférence avec un gaz liquide et/ou un gaz naturel liquide ou pour déterminer le débit d’un milieu de mesure cryogénique (M), de préférence d’un gaz liquide qui est à l’état gazeux à 25°C et à la pression normale, de façon particulièrement préférentielle d’un gaz liquide et/ou d’un gaz naturel liquide.
15°) Procédé de mesure d’un débit d’un milieu de mesure (M), notamment d’un débit d’un milieu de mesure cryogénique (M) avec un appareil de contrôle à piston (1), de préférence un appareil de contrôle à piston selon Tune des revendications 1 à 14,

15 l’appareil de contrôle à piston (1) ayant un boîtier tubulaire (20) avec une entrée (21) et une sortie (22), un piston (3) dans le boîtier (20) et un dispositif d’entraînement (10), procédé caractérisé par les étapes suivantes consistant à :

a) fournir le milieu de mesure (M) à l’entrée (21) du boîtier (20) de
20 l’appareil de contrôle à piston (1),

b) effectuer une mesure de débit par le mouvement du piston (3) entre une position de sortie (Y) dans la région de l’entrée (21) à une position de fin de course (X) dans la région de la sortie (22),

c) rappeler le piston (3) dans sa position de sortie (Y) par
25 l’entraînement du piston (3) par le dispositif d’entraînement (10), le mouvement du piston (3) dans l’étape c) résultant de la transmission de la force magnétique sans contact entre le dispositif d’entraînement (10) et le piston (3).

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