WO2022106961A1 - Débitmètre et méthode de mesure de consommation d'eau - Google Patents

Débitmètre et méthode de mesure de consommation d'eau Download PDF

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WO2022106961A1
WO2022106961A1 PCT/IB2021/060398 IB2021060398W WO2022106961A1 WO 2022106961 A1 WO2022106961 A1 WO 2022106961A1 IB 2021060398 W IB2021060398 W IB 2021060398W WO 2022106961 A1 WO2022106961 A1 WO 2022106961A1
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flow
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liquid
detection module
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Ramzi BOUZERDA
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Definitions

  • the present invention relates to a means of determining the consumption of a liquid in real time, which is reliable, precise and compact.
  • the present invention relates to a flow meter capable of measuring low flow rates and higher flow rates with precision.
  • the flowmeter according to the present invention is particularly suitable for monitoring domestic water consumption but it can be used for any other liquid measurement whose flow rate requires instantaneous measurement.
  • All the taps in an apartment can thus be equipped, so as to allow precise measurements of consumption and of their origin.
  • the highest flow rates are determined by means of a paddle wheel, which does not allow the lowest flow rates to be measured accurately.
  • the lowest flow rates are determined by directing the water into a narrow channel. This type of flowmeter requires a preselection valve directing the water to one or other of the available channels depending on its flow rate.
  • This preselection valve is likely to generate leaks or blockages which make the measurements imprecise. In addition, the presence of such a preselection valve induces a pressure drop, detrimental to the comfort of use. [0005] There is therefore scope for improving the means of measuring flow rates so as to accurately determine water consumption over a wide range of flow rates while limiting the effects of pressure drop.
  • An object of the present invention is to provide a flow meter suitable for measuring low flow rates, even detecting leaks, and measuring high flow rates.
  • the present invention proposes a flowmeter suitable for measuring a wide range of flow rates, between 0 and 2000 L/hour, or between a value close to 0 and a high flow rate of the order of 1800 l/hour. .
  • the flowmeter of the present description comprises a low-flow module provided with a movable piston in the pipe through which passes the liquid whose flow rate is to be measured.
  • the pipe forms a jacket adjusted to the diameter of the piston and a widened part leaving a larger clearance to allow the passage of the liquid around the piston.
  • the widening of the pipe is progressive and results from at least one flare or even two successive flares of the pipe.
  • the piston assumes a stable position in the pipe.
  • the liquid passes through the flare of the pipe and pushes the piston all the closer to its widest part as the flow rate is high.
  • a detection module makes it possible to determine the position of the piston between its limit positions.
  • the piston may include one or more magnets, arranged along its longitudinal axis, so that the detection module can determine its position.
  • a return device such as a compression spring, keeps the piston in position against the force exerted by the liquid.
  • the flow meter may further comprise a high flow module arranged downstream of the low flow module and suitable for measuring high flow rates. It comprises in particular a paddle wheel which may comprise one or more series of blades arranged around a hub.
  • the paddle wheel comprises a device for detecting its angular position. Such a device may for example comprise one or more magnets, arranged at a distance from the axis of rotation of the bladed wheel. The speed of rotation of the paddle wheel can thus be determined by the detection module.
  • the detection module can be calibrated so as to correct or compensate for the interaction of the magnets of the piston, in the low flow module, and those of the paddle wheel, when present. Such an arrangement is advantageous for compact devices.
  • This description includes a reliable and precise method for measuring or determining a flow rate over a wide range of flow rates, making it possible in particular to measure low flow rates by means of the low flow module described here and higher flow rates by means of of the broadband module.
  • Figure 1 flow meter according to the invention, front longitudinal section view
  • Figure 2 flow meter according to the invention, view in longitudinal profile section;
  • Figures 3a, 3b, 3c, 3d Longitudinal sectional view of the piston in the first position; in intermediate positions and in the second position;
  • Figure 4a Cross-sectional view of the piston in the pipe
  • Figure 4b three-dimensional view of an example of a piston
  • Figure 6 longitudinal sectional view of an example of a flowmeter according to the invention.
  • the flowmeter 1 comprises a body 10 provided with a connection means 11 to a liquid line.
  • a liquid pipe may for example be a drinking water tap comprising at its end a thread, in particular intended to screw on a jet aerator (not shown).
  • the connection means 11 is for example a threaded pox that can be screwed onto such a tap thread instead of a jet aerator.
  • Other devices can however be used as connection means 11 of the flow meter 1, such as a clip, a clamp, or a quarter-turn locking system.
  • the connection means 11 is arranged at one of the ends of the body 10 and makes it possible to fix the flowmeter to a pipe whose liquid flow rate is to be determined.
  • the flowmeter 1 comprises a tip 13, arranged at the opposite end of the body 10 with respect to the connection means 11.
  • the connection means 11 and the tip 13 are thus arranged on either side of a central part 12 of the body 10.
  • the connection means 11 comprises a central recess allowing the liquid to pass through the flowmeter 1.
  • the central recess of the connection means 11 thus acts as a supply line 14 for the flowmeter 1.
  • the end piece 13 is also hollowed out in its central part and acts as an outlet pipe 15 for the flow meter 1.
  • the central part 12 is also hollowed out in its center and forms with the supply pipe 14 and the outlet pipe a pipe single pipe crossing from end to end the flow meter 1.
  • This single pipe, or central pipe therefore corresponds to the only channel taken by the liquid.
  • a single pipe is understood here as not comprising any bifurcation capable of dividing the path of the liquid towards several distinct paths. This also implies that there is no preselection device aimed at distributing the flow of liquid.
  • the body 12 of the flowmeter 1 comprises at least two zones distributed upstream of each other along the central pipe.
  • a first zone, arranged upstream, designates a low-speed module 20.
  • a second zone, downstream of the first, designates a high-speed module 30.
  • upstream and downstream here designate the commonly accepted arrangement with respect to the flow of liquids.
  • the liquid entering the flow meter 1 via the supply pipe 14, passes through the low flow module 20, then the high flow module 30, before leaving the flow meter 1 via the outlet pipe 15.
  • the low flow module 20 is preferably directly connected or integrated into the supply pipe 14.
  • the high flow module 30 is itself directly connected or integrated into an outlet pipe 15.
  • the low flow modules 20 and the high flow module 30 are in fluidic connection, either directly , or via an intermediate chamber 24.
  • the low-flow module 20 makes it possible to detect any leaks from the pipe to which the flow meter 1 is connected.
  • the leaks here designate unwanted residual flows, which are necessarily of low flow.
  • Leaks typically have flow rates below about 3 liters per hour.
  • the low-flow module 20 then makes it possible to detect flows with flow rates comprised between about 3.5 and 0.5 liters per hour, or else comprised between 3 and 2 liters per hour.
  • the low-flow module 20 also makes it possible to measure the flow rate of low-flow liquid flows. Typically, beyond a flow rate of about 2 liters per hour or about 3 liters per hour, the flow rate value can be precisely determined by means of the low flow module 20. Low flow rates are understood to be understood as between 0 and about 150 liters per hour, or between 0 and about 120 liters per hour. Beyond a maximum flow rate value, the measurement of the flow rate by the low flow rate module 20 is no longer as precise, or even impossible. Below a minimum flow rate value, only detection is possible but precise measurement of its value remains difficult or even impossible. The low flow module 20 typically makes it possible to accurately measure flow rates comprised between around 2 liters per hour and around 180 liters per hour, or between 3 and 120 liters per hour.
  • the low flow module 20 comprises a piston 21 concealing the internal pipe close to the supply pipe 14.
  • Proximity preferably means immediately downstream of the supply pipe 14.
  • the passage of the liquid in the internal pipe to the flowmeter 1 is hampered due to the relative dimensions of the piston 20 and the jacket 22, corresponding to the internal part of the central pipe in which the piston 21 is arranged.
  • the diameter of the piston 21 is determined to allow the play necessary for its sliding in the central pipe while nevertheless limiting the passage of the liquid in the central pipe to a flow rate close to, or equal to 0 liters per hour.
  • the piston 21 may include a cylindrical part 212, concealing the central pipe. It may also include a conical part 211 oriented towards the supply line 14.
  • the clearance between the piston 21, determined by the diameter of its cylindrical part 212, with the sleeve 22, is of the order of 0.03 to 0.1 mm.
  • Figures 3a to 3d show the arrangement of the piston in its sleeve 22.
  • the sleeve 22 comprises a cylindrical part facing the cylindrical part of the piston 21.
  • the sleeve 22 further comprises a flared part, 221, 222, on at least one part of its circumference.
  • the flared part can also be opposite the cylindrical part 212 of the piston 21.
  • the piston further comprises a holding device, such as a housing 214 into which a spring 23 can be inserted.
  • the housing 214 is thus arranged on the underside of the piston 21 and along its longitudinal axis.
  • the spring 23 can be of the compression spring type.
  • the holding device may alternatively have the shape of an axis which may be surrounded by a spring 23.
  • the piston 21 may thus slide in the sleeve 22 over a predetermined distance and in a reversible manner thanks to the spring 23.
  • Other elastic devices can be used to allow the stroke of the piston 21 in the sleeve 22.
  • the sleeve 22 further comprises one or more stops 220, making it possible to limit the stroke of the piston 21 in the sleeve 22.
  • the piston 21 comes into contact with the stop(s) 220 of the sleeve under the effect of the thrust of the spring 23.
  • the contact can be established for example at the level of a rim or a chamfer 210 of the piston 21.
  • a rim or chamfer can for example correspond to the end of the cylindrical portion of the piston 21.
  • the stroke of the piston 21 is determined so that its cylindrical part 212 can move from the cylindrical part of the sleeve 22 towards its flared part 221, 222 and vice versa.
  • the displacement of the piston 21 takes place against the stiffness of the spring 23 under the effect of the liquid passing through the central pipe, in such a way that the cylindrical part 212 of the piston 21 passes progressively from the cylindrical part of the sleeve 22 towards its part. flared 221, 222.
  • the flared part 221, 222 of the jacket 22 thus lets the liquid flow into the central pipe of the flow meter 1.
  • the position of the piston 21 corresponds to a position of equilibrium between the force exerted by the liquid which flows through the flared part 221, 222 of the sleeve 22 and the spring 23.
  • the force exerted by the liquid being relative at its flow rate, the flow rate of the liquid can be determined according to the position of the piston 21 .
  • the position of the piston 21 can be determined precisely by means of a magnetic sensor.
  • the piston can be provided with one or more permanent magnets.
  • a magnetic sensor arranged in the sleeve 22 or close to the piston 21 makes it possible to determine the position of the permanent magnet(s) and consequently the precise position of the piston in the central pipe. The flow can thus be measured.
  • the magnetic sensor can for example be integrated or combined with a detection module 40.
  • the piston comprises 2 magnets arranged along its longitudinal axis. [0021] A reverse arrangement of the magnet, or magnets, and of the sensor can of course be envisaged.
  • a slight displacement of the piston, retained in the sleeve with a sufficiently small clearance and a sufficiently weak restoring force to be moved by the friction of the water, can then be detected. Either or both of piston movement or position can be detected.
  • An alarm can be initiated if, for example, a flow rate of the order of 1.0L/hour to approximately 3L/minute is measured continuously for a predetermined period of time thanks to the position measurement of the piston.
  • the flared part 221, 222 of the sleeve 22 may have a first flare angle A1 of a few degrees, of the order of 1° to less than 10° or less than 8° or less than 5° with respect to to the longitudinal axis of the flow meter 1.
  • the first angle of flare A1 makes it possible in particular to determine the value of the flow in a first range of flow rates of low values thanks to the slight widening 221 of the passage around the piston 21.
  • the flared part may comprise a second flare angle A2, of the order of 5° to 30°, or from 10° to 20°, the second flare angle A2 being greater than the first flare angle A1.
  • the second flare angle A2 makes it possible in particular to determine the value of the flow rate in a second range of flow rates with higher values than those of the first range of flow rates, thanks to the widening 222 of the larger passage around the piston 21 .
  • flare angles A1 and A2 can be provided in the sleeve 22.
  • more than two flare angles can be provided depending on the needs and the ranges of targeted debits.
  • the piston 21 may further comprise an anti-rotation device.
  • a device may for example comprise one or more fins 211a, 211b (FIG. 4a) intended to limit the rotation of the piston about its longitudinal axis, which also corresponds to its axis of translation.
  • the fin(s) 211a, 211b can cooperate with one or more lugs 223a, 223b of the sleeve 22. It is understood that the fin(s) can alternatively be inserted into one or more grooves provided in the sleeve 22 to prevent rotation of the piston 21.
  • piston 21 may be provided with one or more longitudinal grooves cooperating with one or more lugs projecting from sleeve 22.
  • lugs may correspond to lugs 223a, 223b intended to limit the stroke of piston 21
  • a suitable stop is provided in the groove or grooves of the piston 21.
  • Other anti-rotation devices can be envisaged depending on the circumstances to limit or avoid the rotation of the piston 21.
  • one or more seals may be provided.
  • the friction of the seals on the sleeve 22 risks disturbing the sliding of the piston and distorting the accuracy of the flow measurement. Consequently, the piston 21 is preferably free of seals. It is also made of a material with a low coefficient of friction such as Teflon, an STL resin, or a compound of the MoS2 type.
  • the piston 21 can be composed for example of a material known under the term iglidur®.
  • the sleeve 22 also comprises a material limiting the friction forces, which can be the same as that of the piston or different.
  • the sleeve 22 has a widened part 224, corresponding to its maximum diameter.
  • the widened part 224 is arranged in the continuity of the flared part 221, 222.
  • the clearance between the cylindrical portion 212 of the piston and the widened part of the central pipe can be between 0.3 mm and 0.9 mm. It may for example be of the order of 0.5 mm or of the order of 0.7 mm.
  • the piston 21 is thus movable in translation between a first position and a second position, the first position corresponding to the closure of the central pipe, and the second position corresponding to the maximum opening of the central pipe.
  • the diameter of the pipe varies progressively over the course of the piston 21 between a minimum value and a maximum value.
  • the first position is reached when the piston is in contact with the end stop 220.
  • the second position is reached when the upper end of the cylindrical portion 212 of the piston 21 arrives opposite the part widened 224 of the sleeve 22.
  • An end stop can be provided in the lower position so as to limit the stroke of the piston when it reaches the second position.
  • the high flow module 30 comprises a paddle wheel 31 provided with blades 310 and a hub 311.
  • the hub 311 comprises a central housing 313 adapted to contain an axis 315 (fig. 5) on which the paddle wheel 31 can turn. Housing 313 may optionally pass through the hub of the impeller.
  • the axis of rotation 315 (Fig.5a) is transverse to the flow of the liquid, that is to say transverse to the central pipe of the flow meter 1.
  • the blades 310 are arranged around the hub 311 on the path of the liquid so as to rotate the wheel at blade 31 under the effect of the flow of liquid.
  • the blade wheel 31 rotates all the more rapidly as the flow of liquid increases.
  • the high-speed module 30 can be separated from the low-speed module 20 by a wall 240 transverse to the central pipe and blocking the central pipe over a proportion of between approximately 10% and 80% of its section, or between 40 and 60 % of its cross-section, or of the order of 50% of its cross-section so as to provide a passage 241 allowing the flow of the liquid towards the high-speed module 30.
  • the passage 241 is preferably eccentric with respect to the longitudinal axis of the central pipe so as to direct the flow of liquid onto the blades of the paddle wheel 31.
  • the widened part 224 can thus form an intermediate chamber 24 between the low flow module 20 and the high flow module 30.
  • the central pipe can remain straight so as to maintain the flow of liquid in its longitudinal axis and the paddle wheel 31 can be offset so as to present the blades 310 in the flow of liquid.
  • a lug or pivot 230 may be provided to hold spring 23 in the vertical position, in the longitudinal axis of piston 21.
  • one or more lower stops 231 may be provided near lug 230 to limit the piston stroke 21.
  • the hub 311 of the impeller 31 comprises one or more housings 314a, 314b allowing for example to fix magnets.
  • the housings 314a, 314b are preferably remote from the central housing 313 so as to easily determine the variation of their angular position by means of a detection module 40.
  • the central pipe can be widened at the location of the paddle wheel 31, as shown in Figure 2 or Figure 6. Such a widening can form a cavity adapted to the rotation of the paddle wheel 31.
  • the radius of the paddle wheel 31 partly determines the accuracy of the flow rate measurements. Other parameters such as the length of the blades 310, or their shape, or their width, can also influence the measurement precision.
  • Several examples of paddle wheels 31 are illustrated by Figures 5a to 5c.
  • the clearance 350 made between the blades 310 of the bladed wheel 30 and the wall of the central pipe can be subject to adjustments. It can for example be limited to a minimum value such as between approximately 0.03 mm and 0.1 mm, so that a maximum of the liquid passing over the blades 310 produces a rotational force of the blade wheel 31. Alternatively, clearance 350 may be greater than 0.1 mm, for example between 0.2 and 0.5 mm or even greater than 1 mm, so as to allow sufficient escape for the liquid.
  • the paddle wheel 31 thus remains without effect on the flow rate of
  • the shape of the cavity comprising the paddle wheel 31 can be adapted depending on the uses.
  • the operating clearance 350 can be regular over the entire circumference of the paddle wheel 31.
  • the clearance 350 may vary so as to limit any liquid rising due to the rotation of the paddle wheel 31.
  • the clearance 350 may be maximum at the place of the passage provided for the flow of the liquid. and minimal, that is to say, immediately under the passage 241. The diametrically opposite play can be reduced so as to limit or prevent the rise of the liquid.
  • the impeller 31 preferably comprises 2 diametrically opposed magnets, although more than 2 magnets may be provided.
  • the diameter of the hub 311 partly conditions the spacing of the side housings 314a, 314b where the magnets are arranged.
  • the hub 311 can advantageously represent one third, or half or two thirds of the diameter of the paddle wheel 31.
  • the ratio between the radius of the hub 311 and the length of the blades 310 can be 1/1 or 1/2 or 2/1, or take other values as needed.
  • the side housings 314a, 314b are here arranged in the hub 311, this does not exclude fixing the magnets on two diametrically opposed blades. The distance separating the magnets can thus be significantly increased. Note that the paddle wheel 31 must remain relatively balanced so as to rotate at constant speed. The magnets therefore preferably have the same mass.
  • the impeller 31 may only comprise a series of blades 310.
  • the blades may all be identical or may have different lengths or shapes. For example, an alternation of short and long blades can be provided to avoid limiting the flow rate of the liquid while ensuring good rotation of the blade wheel 31.
  • the blade wheel 31 comprises several series of blades 310, either two series of blades or at least two series of blades arranged side by side on the same hub 311.
  • FIG. 5a shows an example of a blade wheel 31 comprising three series of blades.
  • the contiguous blades of two series of blades can be arranged in the same plane, as illustrated in FIG. 5a, or else be offset with respect to each other, as illustrated in FIG. 5d. others configurations can be considered depending on the needs.
  • a space 312 can be provided between the series of blades 310.
  • Such a space can be advantageous for the construction of the paddle wheel 31, in particular for its molding, which can be carried out in several parts. Additionally or alternatively, it may be necessary for the passage of liquid flow. In the absence of such a passage, the paddle wheel 31 could block the duct too much and limit the flow of liquid in an undesirable way.
  • the shapes of the blades of two contiguous series can be the same or differ from one to the other.
  • the blades 310 of a series arranged in the center of the hub 311 can be longer and more symmetrical than the blades 310 of the lateral series, close to the wall of the central pipe.
  • the paddle wheel 31 makes it possible to measure the highest flow rates.
  • the low speeds of rotation, corresponding to the low flow rates, do not allow sufficiently precise measurements.
  • the measurement of the flow rate can be carried out thanks to the rotation of the paddle wheel 31.
  • the flow rates ranging up to about 1500 liters per hour, or 1300 liters per hour, can be determined through the paddle wheel 31.
  • the piston 21 and the paddle wheel 31 are dimensioned so as to be able to determine flow rate values over overlapping ranges.
  • An overlapping of ranges can be provided for example for flow rates comprised between around 0.5 L/minute and around 3 L/minute. Other values can be provided as needed.
  • the flowmeter 1 may comprise a detector or a set of detectors making it possible to detect both the position of the piston 21 and the position of the blade wheel 31.
  • the detector also makes it possible to correct the measurement of the position of the piston 21 as a function of the position of the paddle wheel 31.
  • a detection module 40 is arranged laterally to the central pipe of the flow meter 1 so as to determine instantly or at regular intervals the position of the magnets contained or associated with the piston 21 and the paddle wheel 31.
  • a single detector allows the simultaneous detection of the positions of the piston 21 and of the paddle wheel 31.
  • the detection module 40 allows an automatic correction of the position of the piston 21 according to the position of the paddle wheel 31.
  • the magnets fixed or integrated into the piston 21 and the impeller 31 can be directly in contact with the flow of liquid.
  • Non-oxidizable materials should be used.
  • the magnets are preferably free of Neodymium, too likely to oxidize. They are preferably selected from AlNiCo or ferrite.
  • the magnets arranged in the blade wheel 31, in the housings 314a and 314b, provided for this purpose, are placed antiparallel. When there are two magnets, the positive pole of one of the two magnets and the negative pole of the other magnet are oriented towards the outside of the hub 311.
  • the detection module 40 is preferably integrated into the intermediate part 12 of the body 10.
  • the detection module 40 is calibrated so as to be able to determine a flow rate according to the position of the instantaneous piston 21, the speed of rotation instantaneous position of wheel 31, or the combination of the instantaneous position of piston 21 and the instantaneous speed of rotation of wheel 31.
  • the detection module 40 is able to correct any interaction between piston 21 and wheel 31 so as to limit or eliminate measurement errors.
  • the detection module 40 determines the instantaneous position of the paddle wheel 31 and the piston 21 at predetermined time intervals.
  • the time interval defines a frequency which can be of the order of 100 to 2000 Hz depending on requirements.
  • a frequency of the order of 400 Hz to 600 Hz, typically 500 Hz can be quite suitable.
  • Such a frequency makes it possible to determine the number of rotation cycles of the wheel vanes 31, thanks to the fluctuation of the magnetic field of the magnets arranged in the side housings 314a, 314b.
  • a standby position can be provided so as to limit energy consumption. In the standby position, a frequency of the order of 1 to 10 Hz can be programmed to maintain residual detection, which can be useful in particular for detecting leaks.
  • the instantaneous position of the piston 21 can be averaged over several consecutive measurements so as to increase the precision.
  • the flow rate value determined by the detection module 40 can also take into consideration the position of the piston 21, whether it is closer to its first position of closure of the pipe or else to its second position of maximum opening. , and the speed of the rotation of the impeller 31, to determine whether it is a low flow rate, to be measured by the low flow module 20, or a higher flow rate, to be determined by the broadband module 30.
  • the value thus measured can be weighted according to the position of the piston 21 relative to the speed of rotation of the blade wheel 31.
  • the detection module 40 can be programmed to trigger the measurements when a sudden increase in flow is detected.
  • the detection module 40 may further comprise a data recording device and a recorded data processing device. It thus makes it possible to accumulate the flow rates measured and to determine a volume of liquid consumed for a given period.
  • the observation period can be pre-scheduled or requested on demand. It can correspond to a day, or a week, or one or more months, or a year.
  • the detection module 40 may comprise or be associated with a communication device adapted to transmit the measured data or part of the data, or the results of their processing. Debits measured or the volumes consumed can thus be transmitted remotely to a server or a terminal. Such communication can be carried out via a Bluetooth type mode, or else via WiFi, or include an RFID type recording that can be interrogated by means of a suitable device.
  • the flowmeter 1 may also comprise a temperature sensor.
  • a temperature sensor can be a probe, in direct contact with the liquid passing through the central pipe.
  • the temperature sensor can be a thermistor welded to the wall of the central pipe so as to determine the temperature or the variation in temperature of this wall under the effect of the passage of the liquid.
  • the temperature sensor can be connected to the detection module 40.
  • the temperature sensor can be connected to a thermal device so as to be able to regulate the temperature of the liquid instantaneously.
  • the flowmeter 1 may further comprise a liquid conductivity sensor, which may be connected to the detection module 40.
  • the flow meter 1 can be designed so that its intermediate part 10 comprises both the low flow module 20 and the high flow module 30.
  • the assembly can thus be molded in one piece and ensure optimum compactness.
  • the flowmeter 1 can be modular.
  • the low bit rate module 20 can be used independently of the high bit rate module 30.
  • a connection system makes it possible to combine the high bit rate module 30 with the low bit rate module 20.
  • the detection module 40 can also be interchangeable on demand, depending in particular on the configuration of the flowmeter 1 and its equipment.
  • the configuration of the flow meter 1 relates to the presence of the low flow module 20 alone, or to the presence of a high flow module 30 added to the low flow module 20, or to a body integrating both the low flow module 20 and the high-speed module 30.
  • the equipment is as to them relating to the presence or absence of temperature or conductivity sensors, and/or any means of communication and data storage.
  • the present invention also covers a method for determining the flow rate of a fluid in circulation by means of the flow meter described here.
  • the method comprises in particular the determination of a low flow rate by means of the low flow rate module, in particular when the flow rate is comprised in a range ranging from 1 l/hour to approximately 400 l/hour.
  • the method may further comprise the determination of a higher flow rate, in particular comprised between a range of 300 l/hour to approximately 1800 l/hour.
  • the determination of such a bit rate is performed by means of a high bit rate module 30 as described above.
  • the method also makes it possible to determine the flow rate of a liquid over a wide range with high precision, both for low flow rates, typically less than 400 l/hour or 200 l/hour, or 100 l/ hour, and for high flow rates comprised in a range of the order of 100 to 2000 l/hour, or in a range of the order of 200 to 1800 l/hour.
  • Such a measurement over a wider range is made possible thanks to the combination of the low bit rate 20 and high bit rate 30 modules described above and to the detection module 40 which makes it possible in particular to weight the values measured by means of the low bit rate 20 and high bit rate modules. rate 30.
  • the bit rate is understood here as an instantaneous value.
  • the value can however be averaged over time.
  • the present method further comprises a step of processing the measured values so as to produce usable values such as a volume of liquid consumed over a given period.
  • the terms "upper” and “lower” or equivalent herein designate commonly used orientations or positions. They apply in particular to the flowmeter of the present invention when it is in the useful position, that is to say in the position for measuring a flow rate when the liquid is passing.
  • the uppermost part of the flowmeter corresponds in this respect to the most upstream portion of the liquid flow, and the lowermost part of the flowmeter corresponds to its most downstream part of the liquid flow.
  • the flowmeter is arranged in a vertical position, that is to say its longitudinal axis T is in a substantially vertical position.

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Abstract

La présente invention décrit un débitmètre dont le corps comporte un module bas débit (20) et un module haut débit (30). Le module bas débit et le module haut débit étant en connexion fluidique via une chambre intermédiaire (24). Le module bas débit comporte un piston mobile dont la position dépend du débit à mesurer lorsqu'il est inférieur à une certaine valeur seuil. Le module haut débit comporte une roue à aubes adaptée à la mesure de plus hauts débits.

Description

Débitmètre et méthode de mesure de consommation d'eau
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un moyen de déterminer la consommation d'un liquide en temps réel, qui soit fiable, précis et compact. En particulier, la présente invention porte sur un débitmètre permettant de mesurer des faibles débits et des débits plus élevés avec précision. Le débitmètre selon la présente invention est particulièrement indiqué pour le suivi de la consommation d'eau domestique mais il peut être utilisé pour toute autre mesure liquide dont le débit nécessite une mesure instantanée.
Etat de la technique
[0002] L'évaluation de la consommation d'eau aux différents points d'utilisation reste un enjeu majeur dans la maîtrise des coûts, dans l'optimisation des réseaux de distribution, ou pour l'analyse des volumes consommés. Le document EP3652515 décrit un exemple de débitmètre adaptable aux robinets et permettant d'en mesurer les consommations.
[0003] Tous les robinets d'un appartement peuvent ainsi être équipés, de sorte à permettre des mesures précises des consommations et de leur origine. Sur chaque débitmètre, les débits les plus importants sont déterminés au moyen d'une roue à aubes, qui ne permet pas de mesurer avec précision les plus faibles débits. Les débits les plus faibles sont quant à eux déterminés en dirigeant l'eau vers un canal étroit. Ce type de débitmètre nécessite une vanne de présélection orientant l'eau vers l'un ou l'autre des canaux disponibles en fonction de son débit.
[0004] Cette vanne de présélection est susceptible de générer des fuites ou des blocages qui rendent les mesures imprécises. En outre, la présence d'une telle vanne de présélection induit une perte de charge, préjudiciable au confort d'utilisation. [0005] Il y a donc matière à améliorer les moyens de mesure des débits de sorte à déterminer avec précision les consommations d'eau sur une large plage de débit tout en limitant les effets de perte de charge.
Bref résumé de l'invention
[0006] Un but de la présente invention est de proposer un débitmètre adapté à la mesure de faibles débits, voir à la détection de fuites, et à la mesure de hauts débits. En particulier, la présente invention propose un débitmètre adapté à la mesure d'une plage de débits étendue, comprise entre 0 et 2000 L/heure, ou entre une valeur proche de 0 et un débit élevé de l'ordre de 1800 l/heure.
[0007] Pour ce faire, le débitmètre de la présente description comporte un module bas débit pourvu d'un piston mobile dans la conduite où transite le liquide dont le débit doit être mesuré. La conduite forme une chemise ajustée au diamètre du piston et une partie élargie laissant un jeu plus important pour permettre le passage du liquide autour du piston. L'élargissement de la conduite est progressif et résulte d'au moins un évasement voir de deux évasements successifs de la conduite. En fonction du débit du liquide, le piston prend une position stable dans la conduite. Le liquide transite par l'évasement de la conduite et pousse le piston d'autant plus près de sa partie la plus large que le débit est élevé. Un module de détection permet de déterminer la position du piston entre ses positions limites. Par exemple, le piston peut comporter un ou plusieurs aimants, disposés le long de son axe longitudinal, de sorte que le module de détection puisse en déterminer sa position. Un dispositif de rappel, tel qu'un ressort de compression permet de maintenir le piston en position contre la force exercé par le liquide.
[0008] Le débitmètre peut en outre comporter en outre un module haut débit disposé en aval du module bas débit et adapté à la mesure de forts débits. Il comprend en particulier une roue à aube pouvant comprendre une ou plusieurs séries de pales disposées autour d'un moyeu. La roue à aubes comprend un dispositif de détection de sa position angulaire. Un tel dispositif peut comprendre par exemple un ou plusieurs aimants, disposés à distance de l'axe de rotation de la roue à aubes. La vitesse de rotation de la roue à aubes peut ainsi être déterminée par le module de détection.
[0009] Le module de détection peut être calibré de sorte à corriger ou compenser l'interaction des aimants du piston, dans le module bas débit, et ceux de la roue à aubes, lorsqu'elle est présente. Une telle disposition est avantageuse pour les dispositifs compacts.
[0010] La présente description inclue une méthode fiable et précise de mesure ou de détermination d'un débit sur une plage élargie de débit, permettant notamment de mesurer les faibles débit au moyen du module faible débit décrit ici et les débit plus élevé au moyen du module haut débit.
Brève description des figures
[0011] Des exemples de mise en œuvre de l'invention sont indiqués dans la description et illustrés par les figures suivantes :
• Figure 1 : débitmètre selon l'invention, vue en coupe longitudinale de face ;
• Figure 2 : débitmètre selon l'invention, vue en coupe longitudinale de profile ;
• Figures 3a, 3b, 3c, 3d : Vue en coupe longitudinal du piston en première position ; dans des positions intermédiaires et dans la seconde position ;
• Figure 4a : Vue en coupe transversale du piston dans la conduite ; • Figure 4b : vue tridimensionnelle d'un exemple de piston ;
• Figures 5a, 5b, 5c, 5d : vue tridimensionnelle d'exemples de roues à aubes du module haut débit ;
• Figure 6 : vue en coupe longitudinale d'un exemple de débitmètre selon l'invention.
Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
[0012] Le débitmètre 1 selon la présente description comporte un corps 10 pourvu d'un moyen de connexion 11 à une conduite de liquide. Une telle conduite de liquide peut être par exemple un robinet d'eau potable comportant à son extrémité un filetage, notamment destiné à visser un brise- jet (non représenté). Le moyen de connexion 11 est par exemple une vérole filetée pouvant être vissée sur un tel filetage de robinet à la place d'un brise- jet. D'autres dispositifs peuvent cependant être utilisés comme moyen de connexion 11 du débitmètre 1, tels qu'un clip, un collier de serrage, ou un système de verrouillage quart-de-tour. Le moyen de connexion 11 est disposé à l'une des extrémités du corps 10 et permet de fixer le débitmètre à une conduite dont le débit de liquide doit être déterminé.
[0013] Le débitmètre 1 comporte un embout 13, disposés à l'extrémité opposée du corps 10 par rapport au moyen de connexion 11. Le moyen de connexion 11 et l'embout 13 sont ainsi disposés de part et d'autre d'une partie centrale 12 du corps 10. Le moyen de connexion 11 comporte un évidement central laissant passer le liquide à travers le débitmètre 1. L'évidement central du moyen de connexion 11 fait ainsi office de conduite d'alimentation 14 pour le débitmètre 1. L'embout 13 est également évidé dans sa partie centrale et fait office de conduite de sortie 15 pour le débitmètre 1. La partie centrale 12 est elle aussi évidée en son centre et forme avec la conduite d'alimentation 14 et la conduite de sortie une conduite unique traversant de bout en bout le débitmètre 1. Cette conduite unique, ou conduite centrale, correspond donc au seul canal emprunté par le liquide. Une conduite unique s'entend ici comme ne comportant pas de bifurcation susceptible de diviser le parcours du liquide vers plusieurs voies distinctes. Cela implique également qu'il n'y a aucun dispositif de présélection visant à distribuer le flux de liquide.
[0014] Le corps 12 du débitmètre 1 comporte au moins deux zones distribuées en amont l'une de l'autre le long de la conduite centrale. Une première zone, disposée en amont, désigne un module bas débit 20. Une seconde zone, en aval de la première, désigne un module haut débit 30. Les termes « amont » et « aval » désignent ici la disposition couramment admise par rapport aux flux de liquides. Le liquide entrant dans le débitmètre 1 par la conduite d'alimentation 14, traverse le module bas débit 20, puis le module haut débit 30, avant de sortir du débitmètre 1 par la conduite de sortie 15. Le module bas débit 20 est de préférence directement connecté ou intégré à la conduite d'alimentation 14. Le module haut débit 30 est quant à lui directement connecté ou intégré à une conduite de sortie 15. Les modules bas débit 20 et le module haut débit 30 sont en connexion fluidique, soit directement, soit via une chambre intermédiaire 24.
[0015] Le module bas débit 20 permet de détecter les fuites éventuelles de la canalisation à laquelle est connecté le débitmètre 1. Les fuites désignent ici des écoulements résiduels non désirés, qui sont nécessairement de faible débit. Les fuites ont typiquement des débits inférieurs à environ 3 litres par heure. Le module bas débit 20 permet alors de détecter les écoulements de débits compris entre environ 3.5 et 0.5 litres par heure, ou bien compris entre 3 et 2 litres par heure.
[0016] Le module bas débit 20 permet en outre de mesurer le débit des écoulements de liquide de faibles débit. Typiquement, au-delà d'un débit d'environ 2 litres par heure ou de environ 3 litres par heure, la valeur du débit peut être précisément déterminée au moyen du module de faible débit 20. Les faibles débits s'entendent comme étant compris entre 0 et environ 150 Litres par heure, ou entre 0 et environ 120 litres par heure. Au-delà d'une valeur maximale de débit, la mesure du débit par le module faible débit 20 n'est plus aussi précise, voire impossible. En deçà d'une valeur minimale de débit, seule la détection est possible mais la mesure précise de sa valeur reste difficile voir impossible. Le module faible débit 20 permet typiquement de mesurer précisément des débits compris entre environ 2 litres par heure et environ 180 Litres par heure, ou entre 3 et 120 litres par heure.
[0017] Le module faible débit 20 comporte un piston 21 occultant la conduite interne à proximité de la conduite d'alimentation 14. A proximité signifie de préférence immédiatement en aval de la conduite d'alimentation 14. Le passage du liquide dans la conduite interne au débitmètre 1 est entravé du fait des dimensions relatives du piston 20 et de la chemise 22, correspondant à la partie interne de la conduite centrale dans laquelle le piston 21 est disposé. En d'autres termes, le diamètre du piston 21 est déterminé pour permettre le jeu nécessaire à son glissement dans la conduite centrale en limitant toutefois le passage du liquide dans la conduite centrale à un débit proche de, ou égal à 0 litres par heure.
[0018] Un exemple de piston est représenté par les figures 4a et 4b. En l'occurrence, le piston 21 peut comporter une partie cylindrique 212, occultant la conduite centrale. Il peut en outre comprendre une partie conique 211 orientée vers la conduite d'alimentation 14. Le jeu entre le piston 21, déterminé au diamètre de sa partie cylindrique 212, avec la chemise 22, est de l'ordre de 0.03 à 0.1 mm. Les figures 3a à 3d montrent la disposition du piston dans sa chemise 22. La chemise 22 comporte une partie cylindrique en regard de la partie cylindrique du piston 21. La chemise 22 comporte en outre une partie évasée, 221, 222, sur au moins une partie de sa circonférence. La partie évasée peut également être en regard de la partie cylindrique 212 du piston 21. Le piston comporte en outre un dispositif de maintien, tel qu'un logement 214 dans lequel peut s'insérer un ressort 23. Le logement 214 est ainsi disposé sur la face inférieure du piston 21 et selon son axe longitudinal. Le ressort 23 peut être de type ressort de compression. Le dispositif de maintien peut avoir alternativement la forme d'un axe pouvant être entouré d'un ressort 23. Le piston 21 peut ainsi coulisser dans la chemise 22 sur une distance prédéterminée et de manière réversible grâce au ressort 23. D'autres dispositifs élastiques peuvent être utilisés pour autoriser la course du piston 21 dans la chemise 22. La chemise 22 comporte en outre une ou plusieurs butées 220, permettant de limiter la course du piston 21 dans la chemise 22. Le piston 21 vient au contact de la ou des butées 220 de la chemise sous l'effet du poussée du ressort 23. Le contact peut s'établir par exemple au niveau d'un rebord ou d'un chanfrein 210 du piston 21. Un tel rebord ou chanfrein peut par exemple correspondre à l'extrémité de la portion cylindrique du piston 21. La course du piston 21 est déterminée de sorte que sa partie cylindrique 212 puisse se déplacer depuis la partie cylindrique de la chemise 22 vers sa partie évasée 221, 222 et inversement. Le déplacement du piston 21 s'effectue contre la raideur du ressort 23 sous l'effet du liquide passant dans la conduite centrale, de telle manière que la partie cylindrique 212 du piston 21 passe progressivement de la partie cylindrique de la chemise 22 vers sa partie évasée 221, 222. La partie évasée 221, 222 de la chemise 22 laisse ainsi s'écouler le liquide dans la conduite centrale du débitmètre 1.
[0019] La position du piston 21 correspond à une position d'équilibre entre la force exercée par le liquide qui s'écoule par la partie évasée 221, 222 de la chemise 22 et le ressort 23. La force exercée par le liquide étant relative à son débit, le débit du liquide peut être déterminé en fonction de la position du piston 21 .
[0020] Selon un mode de réalisation avantageux, la position du piston 21 peut être déterminée précisément au moyen d'un capteur magnétique. En particulier, le piston peut être pourvu d'un ou de plusieurs aimants permanents. Un capteur magnétique disposé dans la chemise 22 ou à proximité du piston 21 permet de déterminer la position du ou des aimants permanents et par conséquent la position précise du piston dans la conduite centrale. Le débit peut ainsi être mesuré. Le capteur magnétique peut par exemple être intégré ou combiné à un module de détection 40. Selon un mode de réalisation, le piston comporte 2 aimants disposés selon son axe longitudinal. [0021] Une disposition inverse de l'aimant, ou des aimants, et du capteur peut bien sûr être envisagée. Un faible déplacement du piston, retenu dans la chemise avec un jeu suffisamment faible et une force de rappel suffisamment faible pour être déplacé par le frottement de l'eau, peut alors être détecté. L'un ou l'autre du mouvement du piston ou de sa position, ou bien les deux, peuvent être détectés. Une alarme peut être initiée si par exemple un débit de l'ordre de 1.0L/heure à environ 3L/minute est mesuré en continu pendant une période de temps prédéterminée grâce à la mesure de position du piston.
[0022] La partie évasée 221, 222 de la chemise 22 peut comporter un premier angle d'évasement A1 de quelques degrés, de l'ordre de 1° à moins de 10° ou moins de 8° ou moins de 5° par rapport à l'axe longitudinal du débitmètre 1. Le premier angle d'évasement A1 permet notamment de déterminer la valeur du débit dans une première plage de débits de faibles valeurs grâce au faible élargissement 221 du passage autour du piston 21.
[0023] La partie évasée peut comporter un second angle d'évasement A2, de l'ordre de 5° à 30°, ou de 10° à 20°, le second angle d'évasement A2 étant supérieur au premier angle d'évasement A1. Le second angle d'évasement A2 permet notamment de déterminer la valeur du débit dans une seconde plage de débits de valeurs plus élevées que celles de la première plage de débits, grâce à l'élargissement 222 du passage plus conséquent autour du piston 21 .
[0024] L'homme de métier comprend qu'un seul des deux angles d'évasement A1 et A2 peut être ménagé dans la chemise 22. Alternativement, plus de deux angles d'évasement peuvent être prévus en fonction des besoins et des plages de débits visées.
[0025] Le piston 21 peut en outre comporter un dispositif anti-rotation. Un tel dispositif peut comprendre par exemple une ou plusieurs ailettes 211a, 211b (figure 4a) destinées à en limiter la rotation du piston autour de son axe longitudinal, qui correspond également à son axe de translation. En effet, la rotation du piston 21 autour de son axe de translation, pourrait entacher la mesure de sa position d'une erreur. La, ou les ailettes 211a, 211b peuvent coopérer avec un ou plusieurs ergots 223a, 223b de la chemise 22. Il est entendu que la ou les ailettes peuvent alternativement être insérées dans une ou plusieurs rainures aménagées dans la chemise 22 pour éviter la rotation du piston 21. Alternativement, les flancs du piston 21 peuvent être pourvus d'une ou plusieurs rainures longitudinales coopérant avec un ou plusieurs ergots saillant de la chemise 22. De tels ergots peuvent correspondre aux ergots 223a, 223b destinés à limiter la course du piston 21. Dans ce cas, une butée adéquate est aménagée dans la ou les rainures du piston 21. D'autres dispositifs anti-rotation peuvent être envisagés en fonction des circonstances pour limiter ou éviter la rotation du piston 21.
[0026] Accessoirement, un ou plusieurs joints d'étanchéité peuvent être prévus. Cependant, la friction des joints d'étanchéités sur la chemise 22 risque de perturber le glissement du piston et de fausser la précision de la mesure de débit. Par conséquent, le piston 21 est de préférence libre de joint. Il est en outre constitué d'une matière à faible coefficient de friction tel que du téflon, une résine STL, ou un composé de type MoS2. Le piston 21 peut être composé par exemple d'un matériaux connu sous le terme de iglidur®.. La chemise 22 comprend également une matière limitant les forces de frictions, pouvant être la même que celle du piston ou différente.
[0027] La chemise 22 comporte une partie élargie 224, correspondant à son diamètre maximal. La partie élargie 224 est disposée dans la continuité de la partie évasée 221, 222. Lorsque l'extrémité supérieure de la portion cylindrique 212 du piston 21 est en vis-à-vis de cette partie élargie 224 de la chemise 22, le débit de liquide est maximal mais ne peut plus être mesuré par la position du piston 21 . Le jeu entre la portion cylindrique 212 du piston et la partie élargie de la conduite centrale peut être compris entre 0,3 mm et 0,9 mm. Il peut être par exemple de l'ordre de 0.5 mm ou de l'ordre de 0,7 mm. [0028] Le piston 21 est ainsi mobile en translation entre une première position et une seconde position, la première position correspondant à l'obturation de la conduite centrale, et la seconde position correspondant à l'ouverture maximale de la conduite centrale. En d'autres termes, le diamètre de la conduite varie progressivement sur le parcours du piston 21 entre une valeur minimale et une valeur maximale. La première position est atteinte lorsque le piston est en contact avec la butée de fin de course 220. La seconde position est atteinte est atteinte lorsque l'extrémité supérieure de la portion cylindrique 212 du piston 21 arrive en vis-à-vis de la partie élargie 224 de la chemise 22. Une butée de fin course peut être prévue en position inférieure de sorte à limiter la course du piston lorsqu'il atteint la seconde position.
[0029] Le liquide ayant traversé le module bas débit 20, transite via le module haut débit 30. Le module haut débit 30 comporte une roue à aube 31 pourvue de pales 310 et d'un moyeu 311. Le moyeu 311 comporte un logement central 313 adapté à contenir un axe 315 (fig. 5) sur lequel peut tourner la roue à aubes 31 . Le logement 313 peut éventuellement traverser le moyeu de la roue à aubes. L'axe de rotation 315 (Fig.5a) est transversal au flux du liquide, soit transversal à la conduite centrale du débitmètre 1. Les pales 310 sont disposées autour du moyeu 311 sur le parcours du liquide de sorte à faire tourner la roue à aube 31 sous l'effet du flux de liquide. La roue à aubes 31 tourne d'autant plus rapidement que le flux de liquide est important.
[0030] Le module haut débit 30 peut être séparé du module bas débit 20 par une paroi transversale 240 à la conduite centrale et obturant la conduite centrale sur une proportion comprise entre environ 10% et 80% de sa section, ou entre 40 et 60% de sa section, ou de l'ordre de 50% de sa section de sorte à ménager un passage 241 permettant le flux du liquide vers le module haut débit 30. Le passage 241 est de préférence excentré par rapport à l'axe longitudinal de la conduite centrale de sorte à orienter le flux de liquide sur les pales de la roue à aube 31. La partie élargie 224 peut ainsi former une chambre intermédiaire 24 entre le module bas débit 20 et le module haut débit 30. L'homme de métier comprend que d'autres dispositions peuvent être utilisées. Par exemple, la conduite centrale peut rester rectiligne de sorte à maintenir le flux de liquide dans son axe longitudinal et la roue à aube 31 peut être excentrée de sorte à présenter les pales 310 dans le flux du liquide.
[0031] Un ergot ou pivot 230 peut être prévu pour maintenir le ressort 23 en position vertical, dans l'axe longitudinal du piston 21. En outre, une butée ou plusieurs inférieures 231 peut être prévue à proximité de l'ergot 230 pour limiter la course du piston 21.
[0032] Le moyeu 311 de la roue à aubes 31 comporte un ou plusieurs logements 314a, 314b permettant par exemple de fixer des aimants. Les logements 314a, 314b sont de préférence distants du logement central 313 de sorte à facilement déterminer la variation de leur position angulaire au moyen d'un module de détection 40.
[0033] La conduite centrale peut être élargie à l'endroit de la roue à aubes 31, comme illustré à la figure 2 ou à la figure 6. Un tel élargissement peut former une cavité adaptée à la rotation de la roue à aube 31. Le rayon de la roue à aubes 31 détermine en partie la précision des mesures de débits. D'autres paramètres tels que la longueur des pales 310, ou leur forme, ou leur largeur, peuvent également influencer la précision de mesure. Plusieurs exemples de roues à aubes 31 sont illustrés par les figures 5a à 5c. Le jeu 350 ménagé entre les pales 310 de la roue à aubes 30 et la paroi de la conduite centrale peut faire l'objet d'ajustements. Il peut être par exemple limité à une valeur minimale telle qu'entre environ 0.03 mm et 0,1 mm, de sorte à ce qu'un maximum du liquide passant sur les pales 310 produise une force de rotation de la roue à aubes 31. Alternativement, le jeu 350 peut être supérieur à 0,1 mm, par exemple comprise entre 0,2 et 0,5 mm ou même supérieur à 1 mm, de sorte à laisser suffisamment d'échappement au liquide. La roue à aube 31 reste ainsi sans effet sur le débit du liquide.
[0034] La forme de la cavité comprenant la roue à aubes 31 peut être adaptée en fonction des utilisations. En particulier, le jeu de fonctionnement 350 peut être régulier sur toute la circonférence de la roue à aubes 31. Alternativement, le jeu 350 peut varier de sorte à limiter une éventuelle remontée du liquide du fait de la rotation de la roue à aubes 31. En particulier, le jeu 350 peut être maximal à l'endroit du passage prévu pour l'écoulement du liquide et minimal, c'est-à-dire, immédiatement sous le passage 241. Le jeu diamétralement opposé peut être réduit de sorte à limiter ou interdire la remontée du liquide.
[0035] La roue à aubes 31 comporte de préférence 2 aimants diamétralement opposés, bien que plus de 2 aimants puissent être prévus. Le diamètre du moyeu 311 conditionne en partie l'espacement des logements latéraux 314a, 314b où sont disposés les aimants. Le moyeu 311 peut avantageusement représenter un tiers, ou la moitié ou les deux tiers du diamètre de la roue à aubes 31. Alternativement ou en plus, le rapport entre le rayon du moyeu 311 et la longueur des pales 310 peut être de 1/1 ou de 1/2 ou de 2/1, ou prendre d'autres valeurs en fonction des besoins.
[0036] Bien que les logements latéraux 314a, 314b soient ici disposés dans le moyeu 311 , cela n'exclut pas de fixer les aimants sur deux pales diamétralement opposées. La distance séparant les aimants peut ainsi être significativement augmentée. Notons que la roue à aubes 31 doit rester relativement équilibrée de sorte à tourner à vitesse constante. Les aimants ont donc de préférence la même masse.
[0037] La roue à aubes 31 peut ne comporter qu'une série de pales 310. Les pales peuvent être toutes identiques ou bien avoir des longueurs ou des formes différentes. Par exemple, une alternance de pales courtes et longues peut être prévue pour éviter de limiter le débit du liquide tout en en assurant une bonne rotation de la roue à aubes 31. Alternativement, la roue à aube 31 comporte plusieurs séries de pales 310, soit deux séries de pales ou au moins deux séries de pales disposées côte à côte sur le même moyeu 311. La figure 5a montre un exemple de roue à aubes 31 comportant trois séries de pales. Les pales contiguës de deux séries de pales peuvent être disposées dans un même plan, comme illustré à la figure 5a, ou bien être décalées les unes par rapport aux autres, comme illustrée à la figure 5d. D'autres configurations peuvent être envisagées en fonction des besoins. Un espace 312 peut être ménagé entre les séries de pales 310. Un tel espace peut être avantageux pour la construction de la roue à aubes 31, en particulier pour son moulage, qui peut être effectuée en plusieurs parties. En outre ou alternativement, il peut être nécessaire au passage du flux de liquide. En l'absence d'un tel passage, la roue à aubes 31 pourrait trop obturer le conduit et limiter le flux de liquide de façon indésirable. La formes des pales de deux séries contiguës peut être la même ou bien différer de l'une à l'autre. Par exemple, les pales 310 d'une série disposée au centre du moyeu 311 peuvent être plus longues et plus symétriques que les pales 310 de séries latérales, proche de la paroi de la conduite centrale.
[0038] La roue à aubes 31 permet de mesurer les plus forts débits. Les faibles vitesses de rotation, correspondant aux faibles débits, n'autorisent pas de mesures suffisamment précises. Cependant, à partir d'un débit moyen, de l'ordre de 120 litres par heure, ou 180 litres par heure, la mesure du débit peut être effectuée grâce à la rotation de la roue à aubes 31. Les débits allant jusqu'à environ 1500 litres par heure, ou 1300 litres par heure, peuvent être déterminé grâce à la roue à aubes 31.
[0039] Le piston 21 et la roue à aubes 31 sont dimensionnés de sorte à pouvoir déterminer des valeurs de débit sur des plages qui se chevauchent. Un chevauchement de plages peut être prévu par exemple pour des débits compris entre environ 0,5 L/minute et environ 3L/minute. D'autres valeurs peuvent être prévues en fonction des besoins.
[0040] Le débitmètre 1 selon la présente description peut comporter un détecteur ou un ensemble de détecteurs permettant de détecter à la fois la position du piston 21 et la position de la roue à aubes 31. De préférence le détecteur permet en outre de corriger la mesure de la position du piston 21 en fonction de la position de la roue à aubes 31. En effet, du fait de la compacité du débitmètre 1, les aimants de la roue à aubes 31 et du piston 21 peuvent interagir et perturber les mesures. [0041] Un module de détection 40 est disposé latéralement à la conduite centrale du débitmètre 1 de sorte à déterminer instantanément ou à intervalles réguliers la position des aimants contenus ou associés au piston 21 et à la roue à aubes 31. De préférence, un seul détecteur permet la détection simultanée des positions du piston 21 et de la roue à aubes 31. De préférence, le module de détection 40 permet une correction automatique de la position du piston 21 en fonction de la position de la roue à aubes 31.
[0042] Les aimants fixés ou intégrés au piston 21 et à la roue à aubes 31 peuvent être directement en contact avec le flux de liquide. Il convient d'utiliser des matériaux non oxydables. Les aimants sont de préférence exempts de Néodyme, trop susceptible de s'oxyder. Ils sont de préférence sélectionnés parmi l'AlNiCo ou la ferrite. Les aimants disposés dans la roue à aubes 31, dans les logements 314a et 314b, prévus à cet effet, sont placés de manière antiparallèle. Lorsqu'il y a deux aimants, le pôle positif de l'un des deux aimants et le pôle négatif de l'autre aimant sont orientés vers l'extérieur du moyeu 311.
[0043] Le module de détection 40 est de préférence intégré à la partie intermédiaire 12 du corps 10. Le module de détection 40 est calibré de sorte à pouvoir déterminer un débit en fonction de la position du piston instantanée 21, de la vitesse de rotation instantanée de la roue 31, ou de la combinaison de la position instantanée du piston 21 et de la vitesse de rotation instantanée de la roue 31. En considérant la position du piston 21 et la vitesse de rotation de la roue 3, le module de détection 40 est en mesure de corriger une éventuelle interaction entre le piston 21 et la roue 31 de sorte à limiter ou supprimer les erreurs de mesure.
[0044] Le module de détection 40 détermine la position instantanée de la roue à aubes 31 et du piston 21 à intervalles de temps prédéterminés. L'intervalle de temps définit une fréquence qui peut être de l'ordre de 100 à 2000 Hz en fonction des besoins. En particulier, une fréquence de l'ordre de 400 Hz à 600 Hz, typiquement 500 Hz, peut être tout à fait adaptée. Une telle fréquence permet de déterminer le nombre de cycle de rotation de la roue à aubes 31, grâce à la fluctuation du champ magnétique des aimants disposés dans les logements latéraux 314a, 314b. Une position de veille peut être prévue de sorte à limiter la consommation énergétique. En position de veille, une fréquence de l'ordre de 1 à 10 Hz peut être programmée pour maintenir une détection résiduelle, qui peut être utile notamment pour la détection de fuites.
[0045] La position instantanée du piston 21 peut être moyennée sur plusieurs mesures consécutives de sorte à augmenter la précision.
[0046] La valeur du débit déterminée par le module de détection 40 peut en outre prendre en considération la position du piston 21, qu'elle soit plus proche de sa première position de fermeture du conduite ou bien de sa seconde position d'ouverture maximale, et la vitesse de la rotation de la roue à aubes 31, pour déterminer s'il s'agit d'un faible débit, devant être mesuré par le module de faible débit 20, ou d'un débit plus fort devant être déterminé par le module haut débit 30. La valeur ainsi mesurée peut pondérée en fonction de la position du piston 21 relativement é la vitesse de rotation de la roue à aubes 31.
[0047] Le module de détection 40 peut être programmé pour déclencher les mesures dès lors qu'une brusque augmentation de débit est détectée.
[0048] Le module de détection 40 peut en outre comprendre un dispositif d'enregistrement des données et un dispositif de traitement des données enregistrées. Il permet ainsi de cumuler les débits mesurés et de déterminer un volume de liquide consommé pour une période donnée. La période d'observation peut être préprogrammée ou bien requise à la demande. Elle peut correspondre à une journée, ou une semaine, ou un ou plusieurs mois, ou une année.
[0049] Le module de détection 40 peut comporter ou être associé à un dispositif de communication adapté à transmettre les données mesurées ou une partie des données, ou des résultats de leur traitement. Les débits mesurés ou les volumes consommés peuvent être ainsi transmis à distance sur un serveur ou un terminal. Une telle communication peut être effectuée via un mode de type bluetooth, ou bien par WiFi, ou comporter un enregistrement de type RFID que l'on peut interroger au moyen d'un dispositif adapté.
[0050] Le débitmètre 1 peut en outre comporter un capteur de température. Un tel capteur de température peut être une sonde, en contact direct avec le liquide passant dans la conduite centrale. Alternativement, le capteur de température peut être une thermistance soudée sur la paroi de la conduite centrale de sorte à déterminer la température ou la variation de température de cette paroi sous l'effet du passage du liquide. Le capteur de température peut être connecté au module de détection 40. Alternativement ou en plus, le capteur de température peut être connecté à un dispositif thermique de sorte à pouvoir réguler la température du liquide de façon instantanée.
[0051] Le débitmètre 1 peut en outre comporter un capteur de conductivité du liquide, lequel peut être connecté au module de détection 40.
[0052] Le débitmètre 1 selon la présente description peut être conçu de sorte que sa partie intermédiaire 10 comporte à la fois le module bas débit 20 et le module haut débit 30. L'ensemble peut ainsi être moulé d'une seule pièce et assurer une compacité optimale. Alternativement, le débitmètre 1 peut être modulaire. En d'autres termes, le module bas débit 20 peut être utilisé indépendamment du module haut débit 30. Dans ce cas, un système de connexion permet de combiner le module haut débit 30 au module bas débit 20. Le module de détection 40 peut également être interchangeable à la demande, en fonction notamment de la configuration du débitmètre 1 et de ses équipements. La configuration du débitmètre 1 est relative à la présence du seul module bas débit 20, ou à la présence d'un module haut débit 30 ajouté au module bas débit 20, ou à un corps intégrant à la fois le module bas débit 20 et le module haut débit 30. Les équipements sont quant à eux relatifs à la présence ou non de capteurs de température ou de conductivité, et/ou des éventuels moyens de communication et de stockage de données.
[0053] La présente invention couvre également une méthode de détermination du débit d'un fluide en circulation au moyen du débitmètre décrit ici. La méthode comporte en particulier la détermination d'un faible débit au moyen du module bas débit, notamment lorsque le débit est compris dans une plage allant de 1 l/heure à 400 l/heure environ.
[0054] La méthode peut comprendre en outre la détermination d'un débit plus élevé, notamment compris entre une plage de 300 l/heure à 1800 l/heure environ. La détermination d'un tel débit est effectuée au moyen d'un module haut débit 30 tel que décrit plus haut.
[0055] La méthode permet en outre de déterminer le débit d'un liquide sur une plage élargie avec une grande précision, à la fois pour les faibles débits, typiquement inférieurs à 400 l/heure ou 200 l/heure, ou 100 l/heure, et pour les débits élevés compris dans une plage de l'ordre 100 à 2000 l/heure, ou dans une plage de l'ordre de 200 à 1800 l/heure. Une telle mesure sur une plage élargie est rendue possible grâce à la combinaison des modules faible débit 20 et haut débit 30 décrit ci-dessus et au module de détection 40 qui permet notamment de pondérer les valeurs mesurées au moyen des modules faible débit 20 et haut débit 30.
[0056] Le débit s'entend ici comme une valeur instantanée. La valeur peut cependant être moyennée dans le temps. La présente méthode comprend en outre une étape de traitement des valeurs mesurées de sorte à produire des valeurs exploitables telles qu'un volume de liquide consommé sur une période donnée.
[0057] Méthode où la perte de charge est inférieure ou égale à environ 0.34 bar pour un débit de l'ordre de 15 l/heure, ou inférieure ou égale à 1 bar pour un débit de l'ordre 25 l/minute, ou inférieure ou égale à 1,4 bar pour un débit de l'ordre 30 I/ minute.
[0058] Les termes « supérieur » et « inférieur » ou équivalent désignent ici les orientations ou les positions couramment utilisées. Ils s'appliquent notamment pour le débitmètre de la présente invention lorsqu'il est en position utile, c'est-à-dire en position de mesure un débit ors du passage du liquide. La partie la plus supérieure du débitmètre correspond à ce titre à la portion la plus en amont du flux de liquide, et la partie la plus inférieure du débitmètre correspond à sa partie la plus en aval du flux du liquide. De préférence, le débitmètre est disposé en position verticale, c'est-à-dire que son axe longitudinal T est en position substantiellement verticale.
Numéros de référence employés sur les figures
Débitmètre
Corps
Moyen de connexion Partie intermédiaire Embout
Conduite d'alimentation
Conduite de sortie
Module bas débit
Piston 0 rebord 1a, 221 b Ailettes 2 Portion cylindrique 1 Portion conique 4 logement
Chemise 0 Butées 1 Première partie évasée 2 Seconde partie évasée 3a, 223b Ergots 4 Partie élargie
Ressort 0 Pivot 1 Butée inférieure
Chambre intermédiaire 0 Paroi transversale 1 Passage
Guide Piston a Ergot
Module haut débit
Roue à aubes 0 pales 1 Moyeu 3 Logement central 314a, 314b Logements
315 Axe
350 Jeu de roue
40 Module de détection
T Axe longitudinal
A1 Premier angle d'évasement
A2 Second angle d'évasement

Claims

Revendications
1. Débitmètre (1) comportant un corps (10) pourvu d'une conduite centrale, d'un module bas débit (20), et d'un module de détection (40), caractérisé en ce que le module bas débit comporte un piston (21) comprenant une portion cylindrique (212), en ce que la conduite centrale forme une chemise (22) comportant une portion cylindrique ajustée au diamètre de la portion cylindrique du piston (21) et une partie élargie (224) résultant d'au moins un évasement (221, 222) de la conduite, et en ce que le piston (21) peut prendre une position stable dans la chemise (22) entre une première position, où la partie cylindrique (212) du piston est au moins partiellement incluse dans la partie cylindrique de la chemise (22) et une seconde position où la partie cylindrique (212) du piston (21) est en vis-à-vis de la partie élargie de la conduite, le débitmètre (1) comportant un module de détection (40) capable de déterminer la position du piston (21) entre les première et seconde position.
2. Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (21) comporte au moins un aimant, de préférence deux aimants disposés le long de son axe longitudinal, et en ce que le module de détection (40) mesure le champ magnétique de l'un ou de l'ensemble des aimants de sorte à déterminer la position du piston (21).
3. Débitmètre selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le piston (21) comporte ou est associé à un dispositif de rappel exerçant une force opposée à la force exercée sur le piston par le débit du liquide, et en ce que la position stable du piston (21) correspond à l'équilibre entre la force de rappel et la force exercée sur le piston (21) par le flux de liquide.
4. Débitmètre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif anti-rotation.
5. Débitmètre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'il comporte en outre un module haut débit (30), disposé en aval du module bas débit (20), le module haut débit étant pourvu d'une roue à aube (31) comprenant une ou plusieurs séries de pales (310) disposées autour d'un moyeu (311), et au moins un aimant, de préférence deux aimants, disposés à distance de l'axe de rotation de la roue à aubes (31).
6. Débitmètre selon la revendication 5, caractérisée en ce que la vitesse de rotation de la roue à aubes (31) est déterminée par le module de détection (40).
7. Débitmètre selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le module de détection (40) est calibré de sorte à corriger ou compenser l'interaction des aimants du piston (21) et ceux de la roue à aubes (31) lorsqu'elle est présente.
8. Débitmètre selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un ou plusieurs capteurs tels qu'une sonde thermique ou un conductimètre.
9. Débitmètre selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs moyens de communication permettant de transmettre les données collectées ou traitées par le module de détection (40).
10. Méthode de détermination du débit d'un fluide en circulation, comprenant :
- La détermination d'un faible débit au moyen du module bas débit, lorsque le débit est compris dans une plage allant de 1 l/heure à 400 l/heure, - La détermination d'un fort débit au moyen du module haut débit lorsque le débit est compris dans une plage de 300 l/heure à 1800 l/heure.
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