Brevet FR2121452A1 — publié le 19720825

L'invention se rapporte aux dispositifs de mesure de débit de canalisations, devis lesquelles se déplace un fluide par exemple un liquide. Certains de ces dispositifs utilisent la mesure du temps mis par une onde ultrasonore, pour aller d'une paroi à l'autre de la canalisation. Ce temps est fonction de la vitesse de déplacement du fluide et de la vitesse de propagation du son dans le fluide. Or . cette dernière vitesse n'est pas toujours connue avec précision. De plus, si le liquide n'est pashomogène, comme cela peut être le cas dans un oléoduc, ou plusieurs variétés de rétrole peuvent circuler successivement, cette vitesse peut varier dans d'assez grandes proportions. La demanderesse a déposé le brevet français 1.375.940 ayant pour objet un dispositif qui à la suite de deux mesures successives, et au moyen d'un calculateur numérique, obtient un résultas à la suite d'un processus permettant d'éliminer ltinfluence de la vitesse de propagation du son dans le fluide. Ce dispositif a pour inconvénient de nécessiter l'emploi d'un calculateur numérique, et est par conséquent coûteux. 7 la présente invention a pour objet un dispositif utilisant le même processus, dans lequel le calculateur numérique est remplacé par trois compteurs décompteurs. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après en se référant aux dessins annexés parmi lesquels ta figure 1 est un schéma synoptique du dispositif selon l'invention. ta figure 2 est un diagramme explicatif. La figure 3 est un schéma d'un semple non limitatif de réalisation d'un premier ensemble de circuits d'un dispositif selon 1 ' invention. La figure 4 est uii diagramme explioatif. La figure 5 est un schema d'un exemple non limitatif de réalisation d'un deuxième ensemble de circuits d'un dispositif selon l'invention. Sur la figure 1, on voit une canalisation 1 dans laquelle se déplace un fluide avec la vitesse V dans le sens de la fièche. Sur deux génératrices de cette canalisation appartenant au meAme plan diamètral, sont placés deux preniers transducteurs électroacoustiques 11 et 12, le transducteur 11 en amont du transducteur 12. Chacun d'eux est capable d'émettre un faisceau ultrasonore, et de recevoir le faisceau ultrasonore mis par l'autre ces deux trancducteurs émettent en réponse à un signal électrique, engendré par le générateur 2. Le signal de sortie de ce générateur est envoyé alternativement sur le transducteur 11 ou sur la trans- ducteur 12, au moyen d'un commutateur 3, actionné par un programmateur 4. les sorties desdeux transducteurs 11 et 12 sont connec- tes aux entrées d'un compteur 5 dont ils commandent le fonctionnement.Ce compteur compte les impulsions d'une horl@ge 6, mise en action par le programmateur 4. ensuite, ce co-rpteur 5 est mis en position de doomptage par le programmateur 4. Les impulsions qu il émet pendant son décomptage et ju@qu'à ce qu'il soit remis à 0 maintiennent ouverte un dispositif bistable 7. Deux autres transducteurs 21 et 22, l'un émetteur 22, l'autre récepteur 21, sont place aux extrémités d'un diamètre de la ìeme section droite de la canalisation par exemple en aval des deux premiers. Le sortie du transducteur 21 est connecte à l'entrée du transducteur 22 au moyen d'un amplificateur 8, Il en résulte que quand le transducteur 22 émet une impulsion ultrasonore, celleci est reçue par le transducteur 21, qui en réponse émet une im- pulsion électrique qui est envoyée à l'entrée du transducteur 22, par l'amplificateur 8. Une séric d'impulsions sera donc engendrée, ct leur périodicité sera égale au temps de parcours to mis par l'onde ultrasonore pour aller de 22 à 21. Le transducteur 22 est mis en action par le programmateur 4. Les impulsions reçus par le transducteur 21 sont comptées su@cessivement par deux compteurs 9 et 10. Le compteur 9 est mis cn action par le bistable 7. Le compteur 10 set mis en action par Un deuxième bistable 13, commandé par le compteur 9 de la même fanon que le bistable 7 par le compteur 5. Le compteur 9 est actionné par le programmateur 4. Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant Le générateur 2 relié dans un premier temps de la mesure au vibrateur 11 par le commutateur 3 émet un train d'ondes entretenues d'une fréquenc. choisie de façon que la différence de dépha- sage du au temps de transit de l'onde de 11 vers 12,ou au temps de transit de 12 vers 11 s6it inférieur à 2 Tr. Après la fin du régime transitoire et à partir d'un instant imposé par le programmateur 4, le premier passage par zéro à pente positive de l'onde électrique émise est repéré, à un instant to (Fig.2). Le compteur 5 et l'horloge sont mis en action à ce temps t0. Le compteur 5 comptera les impulsions d'horloge jusqu'à ce que au temps t1, il soit arrêté par le transducteur 12. Ce temps t1 est le premier instant suivant le temps t0 où l'onde engendrée par le transducteur 12, en réponse à celle qui est émise par le transducteur 11, passe par le niveau O avec une pente positive. Ce temps tl est le temps mis par le son pour aller de 11 à 12. La mesure est alors arrêtée. Le compteur a compté un nombre N1 d'impulsions d'horloge. Dans un deuxième temps de la mesure, le commutateur 3 met en communication le transducteur 12 et le générateur 2. La mesure se fait exactement de la même façon, à ceci près que le compteur 5 est maintenant mis en position de décomptage jusqu'à ce qu'il passe par O, (annulation de son contenu ) puis remis en position de comptage jusqu'au temps t2, où le transducteur il reçoit une onde passant par le niveau 0, avec une pente positive et l'arrête. Le compteur aff@che alors un nombre N2 d'impulsions d'horloge. Ce nombre N2 est gal à t2 - t1 à une période d'horloge près. Or , t1 L c + v ces O t2 I c - v cos O où L est la distance il - 12 c la vitesse du son dans le fluide v la vitesse du fluide -4 cos e l'angle des deux directions 11-12 et V l'expression de t2 - t1 est égale au second ordre près 2 v2 ét & it régligeable par rapport à c , à Le nombre N2 permet de connaître v si on connait T,, et c. Or c peut ne pas etre constant, et de plus n'est ras toujours connu avec précision. Pour élininer ce terme, la mesure comporte encore deux temps Dans le troisième temps, le compteur 5 est mis en position de décomptage sous l'action du programmateur 4. les impulsions d'horloge qu'il est amené à compter peuvent avoir une fréquence beaucoup plus faible que lors des deux premiers temps. En effet dans les deux premiers temps la période d'horloge devait être faible par rapport à celle de l'onde ultrasonore pour obtenir une bonne résolution. Dans le deuxième cas on verra que c'est l'inverse qui est intéressent. Le transducteur 22 est mis en action. il émet une impulsion qui est- reçue au bout d'un temps t0 par le transducteur 21. Celuici émet en réponse une impulsion électrique amplifiée par l'amplificateur 8, et transmise à l'entrée du transducteur 22. Un bouclage étant fait, une série d'impulsions est émise avec la périodicité t0. Pour éliminer le facteur c, il suffit de mesurer t0, puis d'effectuer le quotient t2 - t1 , dans lequel n'apparaissent t02 que v et des termes constants. 2 En effet on peut montrer que t02 est égal à :- D2 S en 2 appelant D le diamètre de la conduite. c C'est cette opération que permettent de faire les compteurs 9 et 10. Le compteur 9 compte les impulsions de périodidité t0, tant qu'il est mis en action par le bistable 7, c'est-à-dire tant que le compteur 5 n'est pas vidé, il s'arrête quand il est vide., @2-@1 Le nombre N3 qu'il affiche est alors proportionnel à t0. En effet le temps mis par le compteur 5 pour se vider est propor- tionnel à t2 - t1, et le nombre que le compteur 9 affiche est inversement proportionnel à t0 c'est-à-dire proportionnel à # 0 = 1/t0, fréquence des impulsions de recyclage. La même opération, dans un quatrième temps est pratiquée, sur le compteur 10, le compteur 9 étant mis on position de décomp- tage, sous l'section de la meme horloge. On a ainsi le résultat recherché : le compteur 10 affichant un nombre N4 proportionnel à t2 - t1 t02 la figure 3 représente un exemple de réalisation des circuits capables de réaliser la première et la deuxième mesure. la dispositif représente figure 3 comprend un premier bistable n F1, qui reçoit du programmateur non représenté, l'autorisation d mesure. il se met alors en position haute et delivre une tension de niveau 1 qui est appliquée aux portes E T1 et E T2. Ces deux portes E D et 2 E T2 sont reliées aux deux entrées d'un bistable F F2 . Ce bistable F F2 forme un créncau de mesure, se mettant ns une première position 1, à l'arrivée du premier passage par zéro de 11 onde du transducteur émetteur. le signal correspondant à ce passage est transmis à travers la deuxième entrée du circuit E T ; le bistable reste dans cet état jusqu'à sa remise dans la position 0, qui lui est imposée par le circuit E T2, à l'arrivée du premier passage par zéro de l'onde du trans- ducteur récepteur. le meAme processus a lieu dans les deux sens de mesure. Quand il est an position 1, le bistable Z B2 ouvre une porte E T3 ; cette porte E T3 reçoit sur sa deuxième entrée, des signaux d'horloge ayant une fréquence de l'ordre de 1 M H Z, par exemple. a porte . T3 a ra sortie connectée par un circuit O U 1 à l'entrée du compteur C1 (compteur qui e une fonction analogue au compteur 5 de la figure 1). Le pronier mns@mble d'organes p@rmet d'effectuer la première mesure, soit l@ @esure du temps t1 (le transducteur amont 11 étant émetteur). En effet, le bistable F F2 se mettant dans la position 1 sous l'action du programmateur, délivre une tension qui ouvre les portes E T1 et E T2. L'onde émise par le générateur de @ignaux électriques est transformée d'abord par un écrétage, et ensuite par dérivation, en une série d'i@pulsions positives (fig.4) (les impulsions négatives étant éliminées). Celles-ci se produisent chaque fois que l'onde alternative primitive @ son niveau passant par zéro en croissant.A la première impulsion qui suit l'autorisation de mesure, le bistable FF1 est mis en position 1, par la porte E T1. A l'apparition de la première impulsion qui suit sur le récepteur, il est mis dans la position G. La porte 7 T3 est donc ouverte pendant le temps t1. Le compteur C1 reçoit alors les impulsions d'horloge par l'intermédiaire du circuit ET5 et de la porte O ti 1. il compte les impulsions d'horloge jusqu'à ce que le bistable F F2 soit fermé, soit pendant le temps t1. il affiche un nombre N1, qui à une période d'impulsions d'horloge près est égal au temps t1 les organes suivants permettent de faire la mesure du temps t2 - t1 Sous l'action du bistable F F3 commandé par le programmateur, le compteur C1 par l'intermédiaire du dérivateur D2 est mis en position de décomptage. le compteur C1 a ses étages connectés à un circuit E- T6 . Le circuit . T6 est connecté au circuit E T4 qu'il ouvre, quand- le compteur C1 passe par zéro, fournissant ainsi une seconde autorisation de mesure à la porte z T 2. Cette seconde autorisation de mesure cet nécessaire pour arrêter le compteur C1 au bout d'un temps correspondant réellement au déphasage à mesurer, quelle que soit la position relative des ondes émises et reçues. Le fonctionnement de l'ensemble se comprendra mieux'à l'aide du diagramme des temps de la figure 4. Le programmateur non représenté assure les opérations séquentielles suivantes : a) au temps t@ , corimence la mesure qui amènera à la @onnais- sance de titl. le basculeur F F1 provoque sur sa première entrée le basculement du basculeur F F3 , et la mesure s'effectue comme on l'a vu plus haut, le compteur C1 comptant. b) Au temps tE, fin de cette première séquence, une impulsion négative est produite, par le dérivateur D1. Celui-ci fait basculer le basculeur F F3 le remettant au zéro et plaçant le compteur C1 en position de décomptage sur la position D. Au temps tF , le basculateur F F4 est mis à zéro. Il ferme la porte E T2. Le décomptage commence, comme le comptage de l'opération précédente. Mais le compteur ne pourra se remettre à compter que quand il aura atteint son zéro. En effet, à ce moment, une im pulsion est produite par le circuit E T6 T6 qui refait basculer le bistable F F4 . La porte E T2 s'ouvre, la mesure commence dans le sens du comptage et s'arrête quand le récepteur reçoit une onde passant par 0, dans le sens croissant (impulsion positive). Le compteur aura à cet instant @@registré un compte # t2 - #t1 . En effet on sait que #t2 est forcément plus grand que #t1 et il est normal que la première ph@se de décomptage ait effacé tout le contenu de C1 soit l'éauivalent de T@ute arrivée d'une impulsion correspondant a un #t2 Quand la mesure est terminée, par le circuit 7 T4 et le dérivateur D1, une impulsion négative est produite oui refait basculer le bistable F F3. le compteur C1 est remis n position de décomptage. La figure 5 représente les circuits capables de faire les mesures Sur cette figure, on retrouve des organes visibles sur la figure 3, et dont on n'a .-s encore parle, a savoir, un basculateur bistable F F4, actionné sur une de ses entrées par le programmateur. Ce bistable en poeition haute, délitre sa tension de sortie à un circuit T5 ; celui-ci, @tant ouvert, délivre au compteur C1 des impulsions d'horloge à fréquence beaucoup plus basse que les précédentes de l'ordre de 10 K Hz. Le compteur C1 qui est en position de décomptage, reçoit donc par ce circuit E F5, les impulsions d'horloge à basse fréquence. Le basculateur bistable F F4, dès le bouclage des vibrateurs 21 et 22 ot sur ordre du programmateur sc met dans la position haute. Il autorise le vidage de C1 au rythme de 10 K Hz et le comptage de C2. Il est remis à zéro, par le compteur C1, quand celui-ci passe par 0. L'impulsion délivrée alors par C1 sur la deuxième entrée de F F4 le remet dans la position basse. D'autre part le basculeur F F4 ouvre un circuit j T7, dont la sortie est connectéc au compteur C2 , chargé de faire la mesure t2 - t1 t0 Le @ireuit E T7 reçoit d'autre part les impulsions recurrontes du bouclage des transducteurs 21 et 22. Le fonctionnement de ce premier ensemble est le suivant la première impulsion récurrente met le basculeur F F4 on position haute et 2 F5 en position basse. lia porte T5 est ouverte. lie compteur C1 commence son décomptage au rythme des impulsions à 10 K Hz fournis par l'horloge. La porte E T7 étant ouverte par le basculeur F F4, le compteur C2 compte les impulsions récurrentes fournies par les transducteurs en position de bouclage. Quand C1 repasse par 0, F F4 se met en position basse, et les opérations s'arrêtent. La porte E T7 se fermant, le compteur C2 aura compté les impulsions à la fréquence f0 = 1/t0 , pendant le temps que le compteur C1 aura mis à se vider, c'està-dire pendant un temps proportionnel à t2 - t1 . Il affichera donc un compte proportionnel à t2 1 t1 o Les autres éléments du circuit permettent de faire la mesure t2 - t1 t02 . Le bistable F F4 est relié par un dérivateur D3 à une des entrée d'un bistable F F6. L'autre entrée est reliée à la sortie du compteur C2 qui lui délivre une impulsion a son passage à 0. lie bistablo F F6 est relié à l'entrée D du compteur C2 et commande son décomptage. il est reli également à une portc 9 qui ouverte, reçoit les impulsions basse-fréqu@nce d'horloge. Les impulsions récurrentes sont am@nées au compteur C3 par l'intermédiairo d'une porte E T8, ouverte quand le bistable F F@ est en position haute. La sortie du compteur C3 est connectée à un dispositif d'affichage A. le fonctionnement de l'ensemble est le suivant Le circuit F F4, quand il passe en position basse, amène le dérivateur D3 a engendrer une impulsion négative, qui met le bistable F F6 en position haute. Dans cette position ce dernier ouvre la porte @ T9 d'une part, ce qui permet d'alimenter le compteur C2 en position de décomptage. Le compteur C2 se vide alors au rythme des impulsions d'horloge. Quand il passera par zéro, le compteur C2 mettra le bistable F F6 en position basse. Le bistable F F6 en position haute ouvre également la porte E T8, ce qui permet d'alimenter le compteur C3 . Celui-ci compte alors les impulsions récurrentes produites par les transducteurs ceci uniquement pendant le temps où F F6 est en position haute. Le compte obtenu 1 fin du comptage est à la suite du @ même raisonnement que pour le compteur C2. Le dispositif A affiche alors la vitesse v du fluide dans la canalisation. REVENDICATIONS 1.Dispositif de mesure de la vitesse de déplacement d'un fluide dans une canalisation, du type comportant deux transducteurs electroacoustiques situés sur les parois de la canalisation, capables d'émettre et de recevoir des faisc@aux ultrasonores, émis et reçus @lternativement l'un par l'autre, après avoir traversé les conalisations, dans une direction inclinéc d'un angle conun sur la vitesse à mesurer, et capable de mesurer la différonce t2 - t1 des doux temps : t2 de propagation du son du trcnsducteur situé en aval vers celui qui est situe en amont et et t1 de propagation de celui qui est situé en amont vers celui qui est situé en aval 9 deux seconds transducteurs capables l'un d'émettre, et l'autre de recevoir un faisceau ultrasonore traversant la ca- nalisation, et des moyens de bouclage entre ces deux seconds transducteurs, pour émettre une série d'impulsions de période to voisine de t1 et t2 et des moyens pour nesurer t0 et des moyens pour effectuer le rapport t2 - t1 , caractérisé en ce que t02 la mesure de 2 - t1 est effectuée au moyen d'un premier compteur-décompteur, alimenté par des impulsions d'horloge, et comptant des impulsions pondant le temps t1 , des moyens tant prévus pour mettre en position de décomptage ledit premier compteur, et pour le rcmcttre on position de comptage quand il est passé par zéro, ledit premier compteur affichant ainsi à la fin du temps t2 la différence t2 - t1. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour effectuer le calcul t1 - t2 comportent t02 un deuxième compteur-décompteur et un troisième compteur. Des moyens étant associés au premier compteur pour mettre en action le deuxième compteur pendant un temps proportionnel à t2 - t1 , des moyens étant associés au deuxième compteur pour mettre en action le troisième compteur pendant un temps t2 - t1 ; tl et des moyens @ssociés au troisième compteur pour @fficher la vitesse du fluide. Ces deux derniers compteurs comptant les impulsions de période t0. 3. Système selon le revendication 2, caractérisé en ce que l'horloge délivre une première série d'impulsions à haute fréquence qui sont comptées par ledit premier compteur pendant la mesure de t2 - t1, et une deuxième série d'impulsions à basse fréquence, qui sont décomptées par ledit premier compteur pendant la mesure de t2 -t1 , t0 dit et par le deuxième compteur pendant la mesure de t2 - t1 . t02 4. Système selon la revendication 2, caracterisé en ce que les deux premiers transducteurs sont reliés à un générateur de signaux electriques, alternativement par l'intermédiaire d'un commutateur. 5. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour mpêcher l'arrêt dudit premier comp tueur, lors do la mesure de t2 tant qu?il est pas repassé par zéro. 6. Système selon la revendication 1, caractérisé on ce qu'un programmateur et des circuits bistables assurent la séquence des opérations.