Brevet FR2211644A1 — publié le 19740719

L'invention est relative aux débitmètres à ultra-sons, c'est-à-dire aux appareils comportant une canalisation de section déterminée dans laquelle circule le fluide dont on désire connaître le débit, des moyens pour émettre et recevoir un faisceau d'ultra-sons se propageant dans le fluide selon un trajet déterminé et des moyens pour mesurer la grandeur des perturbations provoquées par l'écoulement du fluide dans la propagation du faisceau. Les débitmètres à ultra-sons du genre connu comportent, insérées dans la paroi latérale de la canalisation, au moins deux sondes à ultra-sons disposées en regard et cowialement, et dont l'axe commun détermine avec l'axe de la canalisation un angle autant que possible très petit. Une sonde peut être émettrice et l'autre réceptrice, les deux sondes pouvant échanger périodiquement leur rale ou encore les sondes sont doubles, c'est-à-dire que chacune d'elles comporte un transducteur émetteur et un transducteur récepteur, l'émetteur de chaque sonde étant en regard du récepteur de l'autre, et l'on obtint ainsi la propagation de deux faisceaux ultra-sonores de sens opposé, la propagation de l'un étant accélérée par l'écoulement du fluide et la propagation de l'autre retardée. La valei;r des perturbations,~et en particulier du déphasage, est d'autant plus élevée et par conséquent d'autant plus aisée à mesurer que la vitesse fluide est plus grande, l'obliquité des sondes plùs faible et le trajet des iaisceaux plus long. Mais pour la mesure des faibles débits ces conditions deviennent contradictoires car plus la canalisation eat rendue étroite en vue d'augmenter la vitesse de circulation du fluide, et plus il devient technologi quement difficile d'éloigner les sondes et de diminuer leur obliquité. Aussi a-t-on déjà réalisé des débitmètres å ultrg-sons pour faibles débits comportant une tubulure calibrée, en général métallique, à raccorder au système de canalisations dans lequel on désire mesurer le débit, deux sondes à ultrasons obturant chacune l'un des orifices d'extrémité de la tubulure, et des raccords permettant le branchement de la tubulure sur le système de canalisa- tions et débouchant dans la tubulure par des ouvertures ménagées dans la paroi latérale à proximité de chaque sonde. Mais, pour la mesure de très faibles débits, on est amené à conférer à la tubulure une très grande longueur et à réduire son diamètre à une valeur compatible avec la viscosité du fluide. Or les tubulures longues et fines sont encombrantes et peu rigides ; ces inconvénients les font proscrire dans les installations où la place est limitée et qui sont sujettes à des vibrations, telles que les systèmes d'alimentation en carburants ou en ergol de moteurs à combustion ou à réaction. En outre,dans les débitmètres pour faibles débits de l'art antérieur, les corps de sonde sont insérés dans la tubulure, ce qui empêche de réduire le diamètre de la tubulure en deça d'un minimum imposé par la technologie des sondes. L'invention permet d'éliminer ces inconvénients. Elle repose sur la constatation que l'impédance acoustique du matériau métallique de la paroi de la tubulure étant faible par rapport à l'impédance acoustique du fluide, les ondes ultra-sonores se propagent dans le fluide par réflexion sur ladite paroi sans déphasage et avec des pertes d'absorption pratiquement nulles.C'est-à-dire qu'il est possible de courber la tubulure pour lui donner une forme compatible avec les sujétions de logeabilité (épingle à cheveux, hélice etc...) En outre l'invention prévoit d'allonger les corps de sonde c'est-à-dire les gaines dans lesquelles sont logées les transducteurs de façon à y ménager un alésage devant les transducteurs, d'insérer les extrémités de la tubulure dans lesdits alésages, de ménager dans lesdits alésages un vide entre lesdites extrémités et les transducteurs, et de faire déboucher les raccords, non pas dans la tubulure au travers de sa paroi latérale, mais dans les vides desdits alésages au travers des corps de sondes. La limite inférieure de la section intérieure de la tubulure n'est donc plus limitée par la section des corps de sondes mais par celle plus réduite de la section des transducteurs. Pour illustrer les différences des débitmètres pour faibles débits de l'invention par rapport à ceux de l'art antérieur, on se réfère aux figures suivantes - la figure 1, qui représente un débitmètre à ultra-sons pour faibles débits de l'art antérieur, - les figures 2 et 3 qui représentent deux formes de réalisation d'un débit mètre de l'invention. Le débitmètre de l'art antérieur selon la figure 1 comporte une tubulure métallique 1 dont les extrémités sont closes par des corps sertis 2 et 3 de sondes à ultra-sons dont on a représenté schématiquement les transducteurs 4 et 5. On a omis la représentation, inutile pour la compréhension de la description, des autres éléments constitutifs des sondes et notamment des conducteurs de branchement électrique des transducteurs et des circuits électroniques nécessaires au fonctionnement.Les sondes sont du genre connu, soit que 1 ' une soit émettrice et l'autre réceptrice, soit qu'elles echangent périodiquement leur rale, soit encore qu'elles soient doubles c'est-à-dire que chacune d'elles comporte un transducteur émetteur et un transducteur récepteur, de façon à permettre la mesure des déphasages relatifs de deux faisceaux ultra-sonores circulant dans des sens opposés. Les raccords métalliques 6 et 7, brasés ou soudés sur la tubulure 1 y débouchent par des ouvertures 8 et 9 ménagées dans la paroi latérale de la tubulure à proximité de chaque sonde 2 et 3. Ces raccords sont destinés à brancher la tubulure sur le système de canalisations dont on désire mesurer le débit et qui n'est pas représenté sur la figure. Les figures 2 et 3 sont relatives à deux formes de réalisation de l'invention. Les éléments représentés jouent le m8ré role que ceux de la figure 1. Mais la tubulure 1 est courbée en épingle à cheveux ou en spirale, ce qui permet d'augmenter considérablement sa rigidité et de diminuer son encombrement. En outre, les corps de sondes 2 et 3 débordent les faces libres des transducteurs 4 et 5 pour ménager, devant lesdites faces, des espaces vides 10 et 11 dans lesquels débouchent, d'une part coaxialement aux transducteurs 4 et 5, les extrémités de la tubulure 1, d'autre part, latéralement auxdits transducteurs et par des ouvertures 12 et 13, les raccords 6 et 7. A titre d'exemple, un débitmètre réalisé selon la figure 3 et conçu pour la mesure de débits de liquide compris entre 0,1 et 10 cm3/s comporte une tubulure conformée en deux spires de diamètre moyen SOim se raccordant à des tronçons rectilignes et dont le diamètre intérieur est de 2 mm. La distance entre sondes est d'environ 400 mm. Les sondes jouent alternativement le ralle d'émetteur et de récepteur. La fréquence ultra-sonore utilisée est de 5 MHZ. Si le liquide est l'eau, le déphasage correspondant à une vitesse d'écoulement de 31,8 c/s, c'est-à-dire à un débit de 1 cm3/s, est de 1,12 g . Cette valeur est mesurable avec une très bonne précision par les techniques coinues. REVENDICATIONS 1 - Débitmètre à ultra-sons pour la mesure de débit de fluides dans un circuit de canalisations et comportant d'une part une tubulure métallique, d'autre part deux sondes à ultra-sons comportant dans un corps métallique des transducteurs émetteurs ou récepteurs d'ultra-sons et dont chacune obture une extrémité de la tubulure, enfin des raccords destinés à brancher la tubulure, dans le circuit de canalisations et débouchant dans la tubulure par des ouvertures ménagées à proximité de chaque sonde, caractérisé en ce que l'axe de la tubulure est courbe. 2 - Débitmètre à ultra-sons pour la mesure de débit de fluides dans un circuit de canalisations et comportant d'une part une tubulure métallique, d'autre part deux sondes à ultra-sons comportant dans un corps métallique des transducteurs émetteurs ou récepteurs d'ultra-sons et dont chacune obture une extrémité de la tubulure, enfin des raccords destinés à brancher la tubulure dans le circuit de canalisations et débouchant dans la tubulure par des ouvertures ménagées à proximité de chaque sonde, caractérisé en ce que les corps de sonde sont prolongés en avant des transducteurs de façon à ménager devant les transducteurs des alésages dans lesquels sont insérés les extrémités de la tubulure et dans lesquels débouchent, par des ouvertures latérales, les raccords. 3 - Débitmètre à ultra-sons selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'axe de la tubulure est courbe. 4 - Débitmètre à ultra-sons selon la revendication I ou la revendication 3, caractérisé en ce que la tubulure est conformée en épingle à cheveux. 5 - Débitmètre à ultra-sons selon la revendication 1 ou la revendication 3, caractérisé en ce que la tubulure est conformée en spirale.