Brevet FR2260782A1 — publié le 19750905

La présente invention est relative aux mesureurs débitmétriques du type à turbine et plus particulièrement aux mesureurs de ce type dans lesquels le nombre de tours de la turbine, représentatif du débit, est converti en signaux électriques à l'aide d'un capteur de rotation. On connait des débitmétres du type à turbine pour le mesurage de liquides, utilisés en mesureurs de débit instantané ou en compteurs. Ces mesureurs sont généralement équipés d'un capteur comportant le plus souvent un aimant permanent, disposé dans l'axe de la turbine, qui induit des signaux électri ques dans une bobine disposée à proximité pour fournir sous forme électrique des indications débitmétriques. On a constaté que de tels mesureurs fonctionnant en régime d'écoulement pulsatoire ou saccadé, comme par exemple lorsqu'ils sont montés sur une lance de distribution de carburant, fournissent des indications de comptage inexactes et en particulier un surcomptage. Il a été trouvé que ces erreurs de comptage -provenaient essentiellement du fait que, lorsque le débit est brutalement interrompu, la turbine continue à tourner sur sa lancée pendant une fraction de seconde à une vitesse décroissante au lieu de s'immobiliser instantanément avec I'interruption du débit. De même lorsqu'on rétablit le débit, la turbine, en raison de son inertie ne démarre pas instantanément et donne lieu à un léger sous-comptage. Ces inconvénients ont eu pour effet de limiter jusqu'à présent l'utilisa tion en compteurs de tels mesureurs à des conditions d'écoulement ne présen tant pas de brusques variations de débit, ou n' exigeant pas une précision trop élevée L'invention vise à remédier à ces inconvénients en éliminant automatique ment les signaux de surcomptage qui sont produits par la turbine continuant à tourner sur sa lancée de façon à réaliser une compensation avec le sous comptage q.ui se produit lors de son démarrage. L'invention a plus précisément pour objet un circuit électrique de discri mination d'amplitude ou de fréquence des signaux fournis par le capteur de rotation d'un mesureur de débit du type à turbine, agencé de façon telle que les signaux résultant de la tratnée de la turbine soient- électriquement élimi- nés. Le circuit, suivant l'invention, est caractérisé en ce qu'il comporte un circuit à seuil d'amplitude ou de fréquence à l'entrée duquel sont appliqués lesdits signaux pour éliminer ceux d'amplitude ou de fréquence inférieure à ce seuil, ledit seuil correspondant à une vitesse prédéterminée de la tur bine, pour laquelle la courbe des variations de l'erreur de comptage en fonction dudit seuil passe par une valeur nulle. En effet, si on trace la courbe de l'erreur en fonction du seuil de vitesse 4 considéré comme variable, on s'aperçoit que cette courbe présente une allure du genre représenté à la fig.l, et en particulier qu'elle s'annule pour une certaine valeur du seuiît/o. Cette valeur dépend surtout des caractéristique mécaniques et dynamiques de la turbine du mesureur et est pratiquement indépendante du circuit hydraulique (dimensions et rigidité de la conduite4, de la pression, la densité, la viscosité du fluide à mesurer, et aussi des caractéristiques de la commande d'ouverture et de fermeture du débit dans la conduite.La valeur de' seuil choisie est précisément la valeur déterminée par la courbe d'erreur ci-dessus pour laquelle cette erreur s'annule L'invention permet ainsi d'améliorer sensiblement la précision du comptage malgré les conditions d'utilisation du mesureur en régime pulsatoire, comme cela est notamment le cas dans les installations de distribution de carburants. De préférence, lorsque le capteur de rotation est de type électromagnétique, le seuil d'amplitude est élaboré électriquement en fonction des paramètres mêmes du capteur pour tenir compte des caractéristiques électromagnétiques de ses éléments aimant-bobine associés pour la reproduction des signaux électriques. En effet, alors que des turbines mécaniquement semblables produisent, pour un même débit, un meme-nombre de tours, l'amplitude des signaux électriques correspondants peut varier d'un capteur à l'autre suivant les caractéristiques propres de leur aimant et de leur bobine, ainsi que suivant leur couplage. Suivant une caractéristique de l'invention, ledit circuit à seuil d'amplitude est constitué par un comparateur ayant deux entrées reliées à la sortie du capteur, dont l'une au moins par l'intermédiaire d'un intégrateur suivi d'un circuit-mémoire. Au lieu d'utiliser un seuil d'amplitude comme critère de vitesse limite de la turbine, l'invention prévoit aussi d'utiliser un seuil de fréquence fo au dessous duquel il convient d'éliminer les signaux du capteur. Autrement dit, le circuit dans ce cas, compare l'intervalle de temps entre deux signaux récurrents du capteur à un premier intervalle de temps de référence To = 60 déclenché à l'arrivée de chaque signal et correspondant à la vitesse limite de la turbine qu'on s' est fixé, et il vérifie que chaque signal arrive-bien avant l'échéance de l'intervalle de référence ainsi déterminé. S'il n'en est pas ainsi et que le signal arrive après cette échéance, le signal est élisiné. Toutefois pour lever cette interdiction lorsque la turbine s'est effectivement arrêtée de tourner et qu'aucun signal n'arrive plus pour déclencher un nouvel intervalle lors d'un redémarrage de la turbine, le circuit déclenche, simultanément à l'arrivée de chaque signal, un second intervalle de, temps de référence Tl, au-delà duquel l'interdiction est levee et le premier signal qui se présente est de nouveau autorisé à passer. Coreate générateurs de ces intervalles de référence, on peut par exemple utiliser deux bases de temps constituées par des intégrateurs de caractéristiques différentes attaqués par une tension stabilisée et associés à des circuits comparateurs avec cette mSme tension. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description suivante en relation avec le dessin annexé qui représente, à titre d'exemples non limitatifs, divers modes de réalisation de circuits conformes à l'invention. Sur ce dessin la fig. 1 représente un exemple de courbe erreur en fonction du seuil de vitesse. la fig. 2 est un schéma synoptique d'un circuit à seuil suivant llinven- tion. les fig. 3 et 4 représentent deux modes de réalisation de circuits à seuil d'amplitude. la fig. 5 représente un autre mode de réalisation d'un circuit à seuil de fréquence. En se référant à la fig.2, on voit un mesureur de débit comportant une turbine 1, munie sur son axe d'un aimant permanent 2, et placée dans une conduite 3 ou elle tourne, lorsqu'un fluide circule dans cette conduite, à une vitesse proportionnelle au débit du fluide; l'aimant 2 induit dans une bobine 4, disposée à proximité, des signaux électriques E d'allure généralement sinusoidale en régie d'écoulement continu et de fréquence proportionnelle au débit dans la conduite. Les éléments 2 et 4 constituent le capteur de rotation. Ces signaux sont appliqués sur un amplificateur 5 relié à sa sortie à un circuit à seuil 6. Le circuit 6 peut être un circuit à seuil d'amplitude ou à seuil de fréquen ce, ce seuil correspondant à une vitesse)0de de la turbine prédéterminée co-we il a été expliqué précédemment. Dans Les deux cas, les signaux d'amplitude ou de fréquence inférieurs au seuil fixé sont éliminés par le circuit 6. Les signaux sortants passent dans un circuit de mise en forme 7 qui fournit à un totalisateur les signaux de comptage S représentatifs du débit réel dans la conduite. En admettant qu'il s'agisse dtun seuil d'amplitude de tension, il est avan- tageux, au lieu de prendre une simple tension de référence, d'élaborer la tension de seuil en tenant compte des caractéristiques propres du capteur. En désignant par 0 le flux magnétique traversant la bobine et par W la vitesse angulaire de la turbine, on a = fo sin ba t, fo désignant le flux maximum induit par l'aimantet t le temps. La tension de signal E, qui est proportionnelle à la dérivée du flux par rapport au temps est de la forme E = Xo.K cos W t K désignant un coefficient constant caractéristique de la bobine du capteur. Si on désigne le seuil de vitesse qu on s1 est fixé expérimentalement par tJ o pour un type d'installation déterminée, il peut être représenté par une tension correspondante Vo = t) o . Xo.K. Comme les constantes o et K sont des paramètres propres du capteur pouvant varier d'un capteur à l'autre, il est préférable d'élaborer la grandeur o.K directement à partir du signal lui-mEme, par exemple par intégration pendant une alternance positive. On a alors d'où llexpression de la tension de seuil Vo en fonction de la tension d'intégration élaborée W Vo = gJ o.fo.K = W o . W 2 d'apres laquelle on voit que la tension d'intégration W est multipliée par le coefficient L o 2 Un exemple de circuit à seuil suivant les dispositions précédentes est représenté fig. 3. A la sortie de l'amplificateur 5 amplifiant les signaux d'entrée E provenant de la bobine 4, sont branchés deux redresseurs 8, 9, séparant les alternances positives et négatives des signaux amplifiés. Les alternances positives sont appliquées d'une part à l'entrée d'un intégrateur 10, d'autre part à la première entrée el d'un comparateur de tension 11. Entre la sortie de l'intégrateur 10 et la seconde entrée e2 du comparateur 11 sont intercalés en série un interrupteur commandé 12 et un circuit à mémoire 13, par exemple respectivement constitués par un transistor à effet de champ et par un condensateur. Les alternances négatives sont applqiuées sur un premier monsotable 14 dont la sortie est reliée à la commande de l'interrupteur 12 et à un second monostable 15. Celui-ci a sa sortie reliée à la commande d'un second interrupteur 16, par exemple un transistor à effet de champ, branché aux bornes du condensateur 17 de l'intégrateur 10 pour assurer sa remise à zéro par décharge complète. Le comparateur 11 est par exemple constitué par un amplificateur opérationnel muni d'un réseau de résistances appropriées pour fonctionner en additionneur, le signal sur son entrée e2 étant multiplié par le coefficient tj o vu précédemment, et d'un redresseur monté par exemple en 2 dérivation, 2 ne laissant passer que les signaux de polarité positive. A sa sortie est branché un monostable 18 convertissant les signaux en impulsions de comptage pour un totalisateur. Ce circuit fonctionne de la façon suivante la tension E issue de la bobine du capteur est amplifiée en 5. L'alternance positive est intégrée dans l'intégrateur 10, l'interrupteur 16 étant alors ouvert. Quand arrive l'alternance négative consécutive, elle déclenche le monostable 14 qui fournit une impulsion, par exemple de l'ordre de O,3L Celle-ci ferme l'interrupteur 12, permettant à la mémoire 13 de se charger à la tension d'intégration - W, et par son front arrière elle déclenche le second monostable 15 qui a son tour ferme l'interrupteur 16 pour ramener l'intssgrateur à zéro. Pour chaque alternance positive du signal amplifié E, l'amplificateut 11 effectue l'opération E - bt o W , W o W représentant la tension de seuil Vo élaborée comme 2 2 expliqué précédemment. Si donc cette tension différentielle E - bJ o W est positive, elle 2 déclenche le monostable 18 pour fournir une impulsion de comptage correspondant à cette période du signal d'entrée E. Si au contraire cette tension différentielle est négative, elle est bloquée par le redresseur et aucune impulsion de comptage n'apparaît à la sortie, le monostable 18 n'étant pas déclenché. A la période suivante du signal E, le fonctionnement se poursuit de façon identique. La figure 4 représente un mode de réalisation simplifiée d'un circuit analogue dans lequel l'intégrateur n'est plus remis à zéro à chaque période et la mémoire est chargée à travers un réseau de redresseurs à la tension crête de l'intégrateur. Ce circuit est particulièrement adapté au cas de faibles débits en régime continu, qui doivent être comptés, mais qui peuvent donner lieu à une tension de signal inférieure à la tension du seuil. La sortie de l'amplificateur 5 est dans ce cas reliée directement à l'entrée de l'intégrateur 10. Celui-ci comporte aux bornes de son condensateur d'intégration 17 (et à la place de l'interrupteur 16 de la figure précédente), une résistance de fuite 20 destinée à atténuer de façon sélective aux basses fréquences la valeur de la tension d'intégration. Elle contribue aussi à éliminer les dérives de l'intégrateur, celui-ci tendant à se comporter comme un amplificateur pour ces signaux à basse fréquence. Entre la sortie de l'intégrateur 10 et le circuit mémoire 13, on branche un redresseur 21, formant avec le condensateur du circuit 13 un détecteur de crête. Deux autres redresseurs 22 montés en parallèle à la sortie de l'intégrateur sont prévus pour compenser la chute de tension dans le redresseur 21. Le circuit à résistance-capacité constitué par le condensateur 13 et la résistance branchée à l'entrée el du comparateur 11 9 une constance de temps choisie de l'ordre de 0,4 à O,Ssde façon que ce condensateur ne se décharge que très lentement entre deux recharges successives. Le comparateur ll effectue dans ce cas la différence entre la tension d'entrée E amplifiée et la valeur maximale de la tension d'intégration prise ici comme tension de seuil, et fournit une tension de sortie positive déclenchant le monostable 18 seulement lorsque l'amplitude de la tension d'entrée est supérieure à celle de la tension d'intégration. La figure 5 représente un autre mode de réalisation d'un circuit conforme à l'invention dans lequel les signaux issus de la turbine sont éliminés quand leur fréquence devient inférieure à un premier seuil de fréquence fo et repris en compte seulement si leur fréquence redevient supérieure à fo ou tombe au-dessous d'un second seuil fl, comme cela a été précédemment expliqué. On réalise à cet effet deux bases de temps commandant des portes ET au bout d'intervalles de référence de valeurs respectives To et T 1, les signaux d'arrivée correspondant à une période étant utilisés d'une part, pour déclencher les bases de temps en vue de la comparaison avec les signaux de la période suivante, d'autre part pour être comparés aux intervalles de temps déclenchés lors de la période précédente. Le circuit comporte > à la sortie d'un amplificateur 25 sur lequel sont appliqués les signaux d'entrée E, un monostable 26 déclenché à chaque passage à zéro du signal dans le sens croissant ; ce déclenchement est par exemple obtenu, après amplification à saturation du signal d'entrée et différenciation, au moyen de l'impulsion de différenciation positive. La sortie de ce monostable est reliée d'une part à deux interrupteurs commandés 27, 28 branchés aux bornes des condensateurs de deux intégrateurs 29, 30, d'autre part sur l'une des deux entrées de deux circuits ET 31, 32. A l'entrée des intégrateurs est appliquée une tension stabilisée Vs fournie par une source convenable. La vitesse d'intégration de l'intégrateur 29 est choisie égale à fo, par exemple f0 = 1O =.16, de sorte qu'au bout d'une période To = 0,06 s la To tension d'intégration est égale à la tension d'entrée Vs. La vitesse d'intégration de l'intégrateur 30 est choisie plus faible, par exemple fi = 1l = 5 de sorte que sa tension d'intégration n'atteint la valeur Vs qu'au TI bout de 0,2 s. Deux comparàteurs logiques de tension, l'un non-inverseur 33, l'autre inverseur 34, ont une de leur entrée reliée à la source de tension Vs et leur seconde entrée reliée respectivement à la sortie des intégrateurs 29 et 30. Les sorties de ces comparateurs 33, 34, sont respectivement reliées à la seconde entrée des circuits ET 31, 32. Enfin, les sorties de ces circuits ET sont reliées aux entrées d'un circuit oe 35 qui fournit les signaux de sortie S. Ce circuit fonctionne de la façon suivante : le monos table 26 fournit des impulsions brèves à la fréquence du signal d'entrée E. Celles-ci ont un double rôle : a) elles ferment momentanément les interrupteurs 27 et 28, assurant la décharge complète des condensateurs des intégrateurs 29 et 30 et déclenchant un nouveau cycle d'intégration pendant une nouvelle période. b)- elles franchissent éventuellement les circuits ET 31 ou 32, si l'un de ceux-ci a été débloqué par un signal à l'état 1 issus d'un des comparateurs logiques 33 ou 34 au cours du cycle précédent. Si donc l'intervalle T entre l'impulsion précédente et l'impulsion actuelle est tel que T / To, le comparateur logique non-inverseur 33 fournit un signal à l'étant 1 puisque sa tension d'intégration n'a pas eu le temps d'atteindre la valeur Vs Ce signal débloque le circuit ET 31 de sorte que l'impulsion actuelle apparaît à la sortie du circuit 35. Si cet intervalle T est compris entre To et T 1 : To > / T / T 1, le comparateur logique 33 bascule au bout de l'intervalle To et fournit un signal à l'état 0 qui bloque le circuit ET 31. Le comparateur logique inverseur 34 fournit aussi un signal à l'état 0 puisque la tension de sortie de l'intégrateur 30 n'a pu atteindre la valeur Vs. avant la fin de l'intervalle T Les circuits 31 et 32 sont dans ces conditions tous deux bloqués et aucun signal n'apparaît à la sortie du circuit 35. Si enfin l'intervalle T est plus grand que T 1, le comparateur inverseur 34 bascule et fournit un signal à l'état 1 qui débloque le circuit ET 32 pour lui permettre de transmettre la première impulsion consécutive du monostable 26, impulsion qui par ailleurs redéclenche les intégrateurs pour un nouveau cycle. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée à un type de capteur de rotation particulier, mais qu'elle reste applicable à d'autres types de capteurs : photoélectriques, magnétiques, etc. fournissant des signaux électriques représentatifs du nombre de tours du mesureur. REVENDICATI0NS 1. Circuit électrique pour le traitement des signaux fournis par un capteur de rotation coopérant avec un mesureur de débit du type à turbine, comportant un circuit à seuil d'amplitude ou de fréquence à l'entrée duquel sont appliqués lesdits signaux pour éliminer ceux d'amplitude ou de fréquence inférieure à ce seuil, caractérisé en ce que ledit seuil correspond à une vitesse prédéterminée de la turbine pour laquelle la courbe des variations de l'erreur de comptage en fonction du seuil passe par une valeur nulle. 2. Circuit suivant la revendication 1, dans lequel le capteur de rotation est constitué par un aimant permanent induisant des signaux dans une bobine, caractérisé en ce que ledit seuil d'amplitude est élaboré par un intégrateur suivi d'un circuit mémoire. 3. Circuit suivant la revendication 2, caractérisé en ce que, entre l'intégrateur et le circuit-mémoire, est branché un élément de blocage de la décharge de l' intégrateur. 4. Circuit suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit élément de blocage comporte au moins un redresseur branché de façon que l'intégrateur reste chargé à la valeur de crête d'une polarité déterminée des signaux d'intégration. 5. Circuit suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'intégrateur comporte une résistance de fuite montée en parallèle avec son condensateur d'intégration. 6. Circuit suivant bs revendications2 et 3, caractérisé en ce que, à la sortie du capteur est branché un montage à redresseurs séparant les demi périodes des signaux en deux séries d'alternances, l'une de ces séries étant appliquée sur llintégratear, l'autre série sur un comparateur, et en ce que ledit élément de blocage est un interrupteur commandé à la fin de chaque alter nance d'intégration. 7. Circuit suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit interrupteur est commandé par un premier monos table déclenché à la fin de chaque alternance de la série appliquée sur l'intégrateur. 8. Circuit suivant les revendications 6 et 7 caractérisé en ce que l'intégrateur est déchargé par un second interrupteur commandé par un second monostable déclenché par le premier monostable. 9. Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit seuil de fréquence est élaboré au moyen d'un monostable, au moins une base de temps ayant son entrée de déclenchement reliée audit monostable et fournissant un signal logique changeant d'état au bout d'un intervalle de durée prédéterminée et au moins un circuit-porte ayant deux entrées respectivement reliées aux sorties du monos table et de la base de temps. 10. Circuit suivant la revendication 9, caractérisé en ce que ladite base de temps est constituée par un circuit intégrateur ayant son entrée reliée à une source de tension constante et déchargé par un interrupteur commandé par ledit monostable, et par un comparateur de tension logique ayant ses entrées reliées respectivement à ladite source de tension et à la sortie de l'intégrateur 11. Circuit suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte deux bases de temps ayant des intervalles de durées différentes entre lesquelles elles fournissent un signal logique sur leur circuit-porte respectif.