Brevet FR2138394A1 — publié le 19730105

La présente invention concerne un dispositif de mesure du débit d'un fluide -débitmètre- du type comportant un élément creux d'axe vertical présentant une conicité intérieure orientée vers le bas et traversé par le fluide de bas en haut, dans lequel un objet mobile est libre de se mouvoir verticalement. Les études faites sur ce type de dispositif ont montré que la perte de charge due à la présence de l'objet mobile (bille ou cylindre d'axe vertical par exemple) dans l'élément conique est proportionnelle à la surface libre entre l'objet mobile et la paroi conique. Le poids de l'objet mobile étant constant, c'est la surface libre autour de l'objet mobile qui varie en fonction du débit de sorte qu'une augmentation du débit entraîne un déplacement de l'objet mobile vers le haut de l'élément creux (partie plus large). Dans les dispositifs connus de ce type, le débit est généralement déterminé en observant visuellement la position de l'objet mobile. Bien entendu, l'observation visuelle est insuffisante et, en particulier, ne peut être utilisée lorsque l'on veut insérer ces débitmètres dans des ensembles automatiques pour lesquels la mesure du débit ne constitue qu'un facteur parmi d'autres. Pour remédier à cet inconvénient, il a été proposé d'associer au débitmètre un appareil pour suivre optiquement l'objet mobile et fournissant une information électrique fonction du débit d'un fluide. Toutefois, ces appareils restent mécaniquement compliqués et limités dans leur vitesse de réponse. La présente invention propose un nouveau dispositif de mesure du débit d'un fluide de conception particulièrement simple, susceptible de fournir une tension électrique proportionnelle au débit du fluide et, de ce fait, particulièrement adapté pour être incorporé dans des ensembles automatiques. Selon l'invention, le dispositif de :meure du débit d'un fluide comporte un transducteur giézo-électrioue disposé qe manière à émettre ou capter, suivant l'axe de l'élément, ledit transducteur ;tn;,t- connecté d'une part à un circuit d'alimentation, d'autre part à un circuit de détection fournissant un signal électrique dont l'instant de détection est une fonction linéaire du temps de propaoation, entre l'émission et la réception par le transducteur,de l'onde ultra-sonore et de son écho par l'objet mobile. En outre, l'invention est remarquable en ce que des moyens sont nrévus pour soustraire du si:al électrique de mesure, un signal fixe correspondant au temps de propagation de ltonle ultra-sonore et de l'écho lui correspondant dans le cas de débit nul (appelé temps mort). Suivant une forme particulière de l'invention le circuit d'alimentation comporte une commande à bascule -dont le premier état est commandé par l'impulsion électrique fourni par le circuit d'horloge et alimentant le trans ducteur, et le second par l'impulsion électrique correspondant à l'écho sonoreet un circuit intégrateur associé en outre à un circuit de recalage de zéro. Suivant une autre disposition de l'invention le circuit d'alimentation comporte un circuit d'horloge à facteur de forme réglable en fonction du temps mort, tandis que le circuit de détection comporte une commande à bascule et un circuit intégrateur, le premier état de la commande à bascule étant commandé par le front de descente du circuit d'horloge et le second état par l'impulsion électrique émise par le transducteur et correspondant à la réception de l'écho. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ciaprès faite à titre d'exemple en se reportant aux figures annexées qui représentent - fig. 1, une vue schématique du dispositif selon l'invention avec un premier exemple de réalisation d'alimentation et de détection. - Fig. 2, un second exemple de réalisation de l'alimentation et de la détection du même dispositif. Sur la fig. 1, l'élément creux d'-axe AA' est référencé 1. Il présente une conicité intérieure dirigée vers le bas. Le fluide circulant à l'intérieur de cet élément est amené par une tubulure d'arrivée 3 et évacué par une tubulure de sortie 4. La position verticale de l'objet mobile 2, de révolution autour de l'axe li1 -bille sur la figure- est fonction du débit du fluide. Â la partie inférieure de l'élément 1, est monté un transducteur piézo-électrique 5, susceptible d'émettre des vibrations suivant l'axe AK', éventuellement associé à une optique ultra-sonore, non représentée, pour concentrer le rayonnement. La partie cîrcuiterie des figures n' est représentée que sous forme schématique, en se référant à la fonction (généralement signifiée sur les figures) des circuits utilisés, circuitsirprimés par exemple, ceux-ci étant tous bien connus et ne nécessitant pas d'adaptation particulière. Les connexions d'alimentation et de sortie du transducteur 5 sont référencées globalement en 6. Il est connecté : - à un circuit d'alimentation C.A. comportant un circuit d'horloge 7 dont les impulsions périodiques sont transformées dans un générateur d'impul- sions brèves 8, puis amplifiées dans un amplificateur 9. - à un circuit de détection C.. comportant une commande à bascule 12 à deux positions de sortie connecté un intégrateur de sortie 13 fournissant une tension proportionnelle au débit du fluide. La commande à bascule est connectée au transducteur 5 et au circuit d'alimentation. Dans ces conditions, à une impulsion d'horloge fournie par le circui 7 correspond a la sortie de l'amplificateur 9 une impulsion brève amplifiée re çue simultanément par le transducteur 5 et par la commande à bascule 12. Ceci provoque d'une part l'émission par le transducteur 5 d'une impulsion ultrasonore, d'autre part l'enclenchement de la position appelée "haute" de la commande à bascule. L'impulsion ultra-sonore reçue par la bille mobile provoque un écho oui est capté par le transducteur 5 et converti en une impulsion électrique dirigée vers le circuit de détection. Cette impulsion, commande la mise en position "bas@e" de la bascule 12. Celle-ci fournit donc une impulsion de sortie dont la longueur est proportionnelle à la distance de la bille mobile, donc au débit du fluide. Cette impulsion est intégrée dans l'intégrateur 13 qui fournit à la sortie une tension proportionnelle au débit du fluide, applicable par exemple à un disrosts f enregistreur non représenté. En fait, sur la fig. 1, le circuit de détection 4 comporte en outre un circuit de recalage à zéro 14 permettant de soustraire de la tension donnée par le circuit 13, une tension fiae correspondant au temps de propagation de l'onde ultra-sonore et de l'écho lui correspondant dans le cas de débit nul (temps nort). La fig. 2 donne un astre exemple de réalisation de circuit dans lequel 1 soustraction du temps mort est obtenu en utilisant un circuit d'horloge 7 dont le facteur de forme est réglable en fonction du temps mort. Dans ce cas, le circuit d'horloge 7 est connecté directement à la commande è bascule 12 par une connexion 15. Le front de montée de l'impulsion d'horloge alimente le transducteur 5, tandis que le front de descente, réglé en fon@tion on du temps mort, commande la mise en position haute de la commande à bascule 12. La mise en position basse de la bascule est commandée comme précéden ment --r " l'impulsion électrique provenant du transducteur 5 et correspondant à la réception par celui-ci de l'écho. De préférence, cette impulsion électrique est amplifiée dans l'amplificateur 10 et son niveau réglé par le systène à sain le. A la sortie du circuit intégrateur 13 on dispose d'une information sous forme de tension, directement proportionnelle au débIt du fluide. Un tel dispositif, de conception simple présente, en outre, l'avan ta@@ @'être pratiquement linéaire du fait que la vitesse de propagation du son dans les fluides est constante. Il est particulièrement adapté pour toute mesure automatique relatif au fluide et nécessitant la connaissance du débit du fluide. Une application possible de ce dispositif est, par exemple, la mesure du débit du sang à l'aide iun débitmètre tel que décrit au brevet français n 1 452 215 et qui nécessite la connaissance du débit d'un fluide auxiliaire injecté dans le sang pour lequel on utilise le dispositif selon l'inventio.. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et des modifications peuvent être apportées, notamment aux circuits et à la position du transducteur -qui peut, par exemple, être disposé dans la partie haute du débitmètresans sortir du cadre de l'invention. REVENDICXTIONS 1. Dispositif de mesure du débit d'un fluide du type comportant un élément creux d'axe vertical présentant une conicité intérieure orientée vers le bas et traversé par le fluide de bas en haut et un objet mobile intérieur à l'élément conique, de révolution par rapport à l'axe du cône, dont la position est fonction du débit, dispositif caractérisé en ce qu'un transducteur piézoélectrique est disposé sur l'élément de manière à émettre, puis capter, suivant l'axe de l'élément, ledit transducteur étant connecté d'une part à un circuit d'alimentation, d'autre part à un circuit de détection fournissant un signal électrique dont l'instant de détection est une fonction linéaire du temps de propagation, entre l'émission et la réception par le transducteur, de l'onde ultra-sonore et de son écho par l'objet mobile. 2. Dispositif de mesure de débit d'un fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour soustraire du signal électrique de mesure, un signal fixe correspondant au temps de propagation de l'onde ultra-sonore et de l'écho lui correspondant dans le cas de débit nul (appelé temps mort). 3. Dispositif de mesure de débit d'un fluide selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation comporte un circuit d'horloge et le circuit de détection comporte une commande à bascule -dont le premier état est commandé par l'impulsion électrique fourni par le circuit d'horloge et alimentant le transducteur, et le second par l'impulsion électrique correspondant à l'écho ultra-sonore- et un circuit intégrateur associé en outre à un circuit de recalage de zéro. 4. Dispositif de mesure de débit d'un fluide selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation comporte un circuit d'horloge à facteur de forme réglable en fonction du temps mort, tandis que le circuit de détection comporte une commande à bascule et un circuit intégrateur, le premier état de la commande à bascule étant commandé par le front de descente du circuit d'horloge et le second état par l'impulsion électrique émise par le transducteur et correspondant à la réception de l'c'cho ultra-sonore, l'alimentation du transducteur étant assurée par le front de montée du circuit d'horloge.