Brevet FR2051815A1 — publié le 19710409

L'invention se rapporte aux mesures de densité et plus particulièrement au traitement des signaux donnés par un transducteur de densité vibrant sur sa fréquence de résolusses „ Bans ce type d'appareils il existe me relation du second degré entre la densité p du fluide dans lequel est immergé le transducteur et la différence de période Zit entre le signal donné par le transducteur d'une part pour une densité égale à pet d'autre part pour une densité égale à zéro ou a toute autre valeur de référence. Dans les densimètres à liquide de type connu, par exemple^ la relation entre la densité p et la fréquence f est la suivante : P- po ( ^ ' (1> dans laquelle f est la fréquence pour une densité nulle et est une constante. Etant donné que f = l/t, et que At = t - l/fQ on déduit de l'équation P = P ( 2 f At + ff l\t2) (2) 1 i o o o • 15 On démontre facilement qu'après avoir modifié de façon convenable les constantes, l'équation (2) est également applicable pour la mesure de A |° = p- p^ , |0^ étant une valeur différente de zéro. Le même commentaire s'applique aux équations ci-après. Dans les densimètres à gaz de type connu, la relation est légè-20 rement plus complexe : /° = l°o ( A / f2 + f2 / f ~ 1} dans laquelle p Q, et fg sont des constantes. L'équation (j) peut prendre la même forme que l'équation. (2) : p = pA ( 2 fQ At + f2 At2) (4) 25 dans laquelle \/f^ + 4 f2 PA = Po ~ 2 f O et fl = 2 fo f2 / \/f2 + 4 f2 70 26461 2 2051815 L'objet de l'invention concerne un appareil donnant une mesure numérique de p (ou Ap) à partir d'un signal dont la période est t + At lors- o 2 qu'il existe entre et At une relation de la forme - A At + B At dans laquelle A et B sont des constantes. 5 L'invention utilise des techniques numériques et en particulier des multiplicateurs binaires à coefficient variable » Les multiplicateurs binaires à coefficient variable ("binary rate multipliers") sont bien connus des spécialistes (voir par exemple "The digital differential analyser", édité par T.R.H. Sizer, Chapman et Hall, 1968). Un tel multiplicateur comprend un comp-10- teur binaire associé à un circuit logique de commande de portes» Ces portes sont placées à la sortie des étages du compteur et le circuit logique de commande sélectionne différentes combinaisons de portes de façon à donner m nombre d'impulsions qui, par rapport au nombre d'impulsions d'entrée, est divisé par un coefficient constant 2n et multiplié par un coefficient variable (entre 15 0 et 2n - l) dépendant de la combinaison d'étages sélectionnés. Ce circuit logique de commande de portes introduit donc un coefficient variable entre le nombre d'impulsions d5entrée et de sortie. On utilisera donc dans la description qui va suivre le terme "circuit de démultiplication" à coefficient variable, pour le circuit de commande de portes, 20 Selon l'invention, un dispositif pour donner sous forme numérique la densité p d'un fluide en réponse à un signal dont la période est t = t + At, \ - 2 0 p étant lié à At par une équation de la forme p = A At + B At , comprend : un premier compteur binaire et un premier circuit de démultiplication à coefficient préréglé adaptés à démultiplier par un facteur déterminé des impulsions 25 d'horloge; un second compteur binaire recevant les impulsions de sortie dudit premier circuit de démultiplication, ledit second compteur étant associé à un second circuit de démultiplication dont les portes sont sélectionnées par les étages du second compteur lui-même de façon que le nombre d'impulsions de sortie du deuxième circuit de démultiplication soit proportionnel au carré du JO nombre d'impulsions d'entrée du deuxième compteur; et un troisième compteur binaire adapté à compter le nombre total d'impulsions de sortie des premier et deuxième circuits de démultiplication depuis l'instant où le nombre du deuxième compteur atteint une valeur déterminée jusqu'à la fin de la période t. Ce dispositif comprend aussi de préférence un registre tampon au-35 quel est transféré le contenu du troisième compteur à la fin de la période t. Le registre tampon peut être utilisé pour sélectionner les portes d'un troisième circuit de démultiplication associé à un quatrième compteur auquel est appliqué le signal de sortie d'un débitmètre donnant des impulsions dont la fréquence est proportionnelle au débit instantané du fluide. Les impulsions de sortie 70 26461 3 2051815 dudit troisième circuit de démultiplication représentent alors le débit massique instantané. De tels débitmètres sont des mesureurs à turbine ou à déplacement positif. Dans les débitmètres à manomètre différentiel, le débit instan- 5 tané est proportionnel à l'expression Vh/yô dans laquelle h est la pression différentielle. De tels manomètres peuvent être connectés à un circuit d'adaptation qui donne des impulsions dont la fréquence est proportionnelle au débit instantané. Ces impulsions pourront alors être appliqùées au quatrième compteur. 10 Un avantage important de l'invention consiste à pouvoir très fa cilement modifier l'appareil pour l'adapter à l'équation (2) ou (4). Selon m perfectionnement de 1 ' invention, deux circuits supplémentaires de démultiplication sont associés respectivement aux deuxième et troisième compteurs. Chacun de ces circuits supplémentaires est monté de façon que chaque impulsion de sortie 15 de ce circuit inhibe une impulsion d'entrée du compteur associé. Ces circuits fonctionnent seulement depuis l'instant où le second compteur atteint la valeur déterminée jusqu'à la fin de la période t. Ce perfectionnement permet d'introduire des coefficients appropriés dans les équations. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront 20 d'ailleurs mieux de la description qui va suivre donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'ensemble d'un mode de réalisation de l'invention, et - la figure 2 représente un circuit d'adaptation permettant 25 d'associer au circuit de la figure 1 un débitmètre à manomètre différentiel. En référence à la figure 1, un densimètre 10, à liquide ou à gaz de type connu fournit les impulsions de sortie 11 dont la période est ~C . La période t est généralement trop courte pour effectuer un calcul satisfaisant de p . On applique donc les impulsions 11, par l'intermédiaire d'un 30 amplificateur d'entrée 9* à un circuit 12 de division par N, dans lequel N,qui 5 8 varie généralement de 2~a 2 , peut être sélectionné suivant la bande de fréquence de fonctionnement de l'appareil 10. Les impulsions de sortie 13 du circuit 12 ont une période t = N ~C = tQ + At et sont appliquées à m circuit de cadencement 14 qui donne deux impulsions à la fin de chaque période t. 35 L'une sur le conducteur 15 est une impulsion de transfert, l'autre sur le conducteur 16 est une impulsion de remise à zéro suivant immédiatement la première. 70 26461 4 2051815 L'impulsion de transfert fait passer la valeur calculée de ç d'un compteur à un registre tampon 17. L'impulsion du conducteur 16 remet à zéro le compteur et un autre compteur Cg. Un oscillateur à cristal 18, qui oscille à une fréquence de 1 MHz 5 par exemple, envoie à un compteur binaire des impulsions périodiques représentant l'intervalle de temps élémentaire dt. Le compteur est associé à un circuit de démultiplication à coefficient variable que l'on peut prérégler de façon à obtenir la valeur cherchée de f^. Les impulsions de sortie du circuit de démultiplication G, représentent donc f dt et sont appliquées au compteur x o 10 Gg par l'intermédiaire d'une porte 19 nécessairement passante pendant cette première phase de fonctionnement. Le compteur Cg enregistre donc un nombre d'impulsions égal à f t. Lorsque ce nombre d'impulsions atteint la valeur 1 O on a t > l/f , c'est-à-dire t = t . Le compteur C_ donne alors sur le conduc- O O c teur 20 une impulsion qui met à l'état actif une bascule bistable 21. Comme 15 cette bascule est remise à l'état passif par l'impulsion de remise à zéro apparaissant sur le conducteur 16, son état actif dure l'intervalle & t. Pendant cet intervalle, correspondant à la deuxième phase du cycle de fonctionnement, la bascule 21 rend passantes deux portes 22 et 23. La porte 2j5 permet aux impulsions de sortie des circuits de démultiplia 20 cation G^ et Gg, combinées grâce à une porte 00 24, d'être appliquées au compteur Q par l'intermédiaire d'une porte 25. Un eourt retard 26 (0,5;us) déphase les unes par rapport aux autres les impulsions de sortie des deux circuits de démultiplication de façon qu'elles ne puissent pas se masquer. Au compteur Cg sont associés deux circuits de démultiplication à 25 coefficient variable, Gg mentionné ci-dessus et Gg. Le circuit Gg est préréglé à une valeur (f^/f^ - 1), les impulsions de sortie de ce circuit ne traversant la porte 22 que lorsque cette dernière est passante, c'est-à-dire pendant la deuxième phase du cycle de fonctionnement. Chaque impulsion de sortie inhibe la porte 19 pendant une durée choisie de façon à supprimer une impulsion du 30 signal f dt, L'entrée du compteur C„ devient alors f.dt au lieu de f dt. En O c. A © effet, si l'on suppose que la sortie de la porte 19 est égale à A, on obtient A = f dt - A (f /f - 1), c'est-à-dire : A = f. dt. o - o a A Alors que les coefficients des circuits de démultiplication G^ et Gïj sont préréglés, les portes du circuit Gg sont sélectionnées par les étages les 35 plus significatifs du compteur Cg et commandent la sortie des étages les moins significatifs. Comme le signal d'entrée du compteur Cg pendant la deuxième phase du cycle est fAdt, ce compteur accumule fAt. Comme, de plus, le circuit de démultiplication Gg multiplie par f^t, les impulsions de sortie de ce 70 26461 5 2051815 2 circuit représentent f t dt. Par conséquent, les impulsions appliquées à la 2 porte 25 représentent (f + f. t)dt. Si l'on s'arrange pour que les impulsions o A 2 appliquées au compteur C, représentent 2 p. (f + f. t)dt, les impulsions P P accumulées dans le compteur représenteront pA (2 fQt + t ). Le oospteur 5 réalise donc une opération d'intégration ei l'on a : r ] cùt ■ Pa = p conformément à l'équation (4) Le coefficient 2 est introduit à l'entrée du compteur par un 10 eircuit de démultiplication associé au compteur et préréglé à une valeur B « (fe + t) dt- (V2^a - 1) B 15 c'est-à-dire B = 2 (fQ + t) dt Si l'on désire utiliser l'équation (2) plutôt que l'équation (4), il suffit de remplacer f^ par fQ et pA par Le eircuit de démultiplication Gg est alors préréglé à zéro et le circuit de démltiplication G^ préréglé à (Va f>„ - i). 20 La suppression d'impulsions effectuée par le eircuit de démultiplica tion G^ (ou Gj) peut être réalisée grâce à une bascule bistable mise à l'état actif par chaque impulsion de sortie de ee circuit de démultiplication. Cette bascule inhibe la porte 19 (ou 25). L'impulsion suivante provenant du circuit de démultiplication G1 (ou de la porte 23) ne peut pas franchir la porte 19 25 (ou 25) mais remet la bascule à l'état passif de sorte qu'une seule impulsion est bloquée. La valeur de ^ ainsi calculée par le compteur est gardée en mémoire dans le registre tampon 17 pendant la période suivante, et peut être utilisée comme on le désire. Une lecture binaire directe est possible sur la ligne 28 30 qui commande aussi un autre circuit de démultiplication G^ associé au compteur C^. Les impulsions de sortie du circuit de démultiplication G^ représentent ç dt et sont disponibles sur la ligne 29 sous la forme d'une fréquence représentative de la valeur de la densité. La ligne 29 est aussi connectée à un convertisseur fréquence-tension 30 qui donne, sur une ligne de sortie 31, un signal 35 analogique représentatif de p. 70 26461 6 2051815 Afin d'obtenir le débit massique, le registre 17 consnandeaus& un oîpauit de dânuïïtiyîiosbîm -Q^ dont' le compteur associé G^ reçoit, par 1 ' intermédiaire d'un amplificateur 32s des impulsions provenant d'un débitmètre 33 à turbine ou à déplacement positif» Les impulsions de sortie de la ligne 34 5 représentent le débit massique instantané .et sont appliquées à un compteur- qui donne le débit massique total. Un eç-nvertisseur frécpence-tensioïi 35 donne sur la ligne 36 un signal de sorti® analogique représentant le débit instantané soit en masse, soit en .volume suivant la position d'un inverseur 37° Si l'on utilise un débit-mètre du type à pression différentielle, 10 le débit instantané an volume dv/dt est égal à K \f h/^> , équation dans laquelle K est une constante et h est la pression différentielle. Le signal d'entrée du compteur peut être obtenu grâce au circuit représenté sur la figure 2. Le débitmètre 40 donne un signal analogique h appliqué à me entrée d'un amplificateur différentiel 41. La sortie ds est amplificateur, appelée x, est appli-15 quée à un convertisseur tension-fréquence 42. Un signal analogiquePprovenant de la ligne 31 (figure 1) est aussi appliqué au convertisseur 42 qui donne, sur une ligne 43, des impulsions dont la fréquence représente x/ Ç . Le convertisseur 42 peut prendre différentes formes comme par exemple un circuit intégrateur avec contre -réaction d'une unité de charge chaque fois que la sortie 20 dépasse vn. niveau de ™euils la valeur de ces unités de charge étant déterminée par la tension analogique Ç3. Une impulsion apparaît alors sur la ligne 43 pour chaque unité de charge. En d'autres termes, le convertisseur est m voltmètre numérique de typa connu dans lequel on remplace la tension de référence par ^ . 25 x et x/p sont appliqués à un multiplicateur 44 à modulation de * 2 durée et de fréquence qui donne un signal de sortie analogique x /p . Ce signal est appliqué à l'autre entrée de l'amplificateur 4l et le système se stabilise pour h - xZ/ç c'est-à-dire x = Vîïjô qui est proportionnel à «V h/^> c'est-à-dire à ç dv/dt, débit massique instantané. On peut donc obtenir une 50 représentation analogique du débit massique instantané sur une ligne 45 connectée à la sortie de l'amplificateur différentiel 4l par l'intermédiaire d'un amplificateur de sortie 46. D'autre part, les impulsions apparaissant sur la ligne 43, dont la fréquence représente x/ ^ c'est-à-dire V h/p peuvent être appliquées comme signal d'entrée dv/dt au Compteur C^. 26461 7 2.051815 REVENDICATIONS Dispositif pour donner une mesure de la densité d'un fluide, en réponse à un signal dont la période t est égale à t + £xt, ladite densité étant une fonction du second degré de At, caractérisé en ce qu'il comprend : - un premier compteur binaire et un premier circuit de démultiplication adaptés à démultiplier des impulsions d'horloge par un coefficient préréglé; - m deuxième compteur binaire relié à la sortie du premier circuit de démultiplication, ledit deuxième compteur étant associé à un deuxième circuit de démultiplication à coëfficient variable, commandé par les étages dudit deuxième compteur de façon que le nombre d'impulsions de sortie dudit deuxième circuit de démultiplication soit proportionnel au carré du nombre d'impulsions d'entrée dudit deuxième compteur; - et un troisième compteur binaire, adapté à compter le nombre total d'impulsions provenant desdits premier et deuxième circuits de démultiplication, depuis l'instant où le nombre du deuxième compteur atteint line valeur déterminée jusqu'à la fin de la période t. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un registre tampon et des circuits de transfert adaptés à faire passer le contenu dudit troisième compteur dans ledit registre à la fin de la période t. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend m quatrième compteur associé à m troisième circuit de démultiplication à coefficient variable commandé par les étages dudit registre, et une source d'impulsions reliée à l'entrée dudit quatrième compteur, lesdites impulsions étant proportionnelles au débit instantané en volume du fluide dont on mesure la densité. Appareil selon l'une des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé en ce qu'il comprend deux circuits supplémentaires de démultiplication à coefficient présélectionné, associés respectivement auxdits deuxième et troisième compteurs, chacun desdits circuits supplémentaires de démultiplication étant adapté de façon que chaque impulsion de sortie inhibe me impulsion d'entrée 70 26461 8 2051815 du compteur associé, lesdits circuits supplémentaires de démultiplication n'étant susceptibles de fonctionner que depuis l'instant où le nombre du deuxième compteur atteint ladite valeur déterminée jusqu'à la fin de la période t.