Brevet FR2269706A1 — publié le 19751128

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif pour la correction des erreurs sur les compteurs à gaz. Il est bien connu que les compteurs utilisés pour la mesure des débits, par exemple les compteurs à roue de turbine, les compteurs à piston rotatif, les compteurs à élément de torsion donnent une indication entachée d'une certaine erreur qui est fonction du nombre de Reynolds Re = W x D w v d , caractéristique de l'écoulement dans la section de mesure représentative. I1 est démontré que l'erreur de ces compteurs est une fonction très précise du nombre de Reynolds et ne peut pas être calculée avec precision à partir de la seule pression, température ou vitesse d'ecoulement. Dans le cas des compteurs qui sont utilisés dans les applications soumises à obligation d'étalonnage, il est spécifié que les limites d'erreur qui doivent être respectees lors de l'éta- lonnage, opération qui s'effectue à un nombre de Reynolds très petit, doivent également être respectées à des valeurs beaucoup plus grandes du nombre de Reynolds, par exemple sous des pressions beaucoup plus élevées. Toutefois, pour des raisons physiques (viscosité, couche-limite,- compressibilité et autres effets), il est extrêmement difficile et même fréquemment impossible de garantir ce respect d'une limitation très serrée de erreur. Pour éliminer dans la plus grande mesure possible l'influence de la viscosité (qui contribue à déterminer le nombre de Reynolds) sur l'erreur d'un compteur à roue de turbine, il a été proposé dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 248 945, de freiner la rotation de la roue de turbine en fonction de la viscosité du fluide à mesurer, c'est-à-dire de provoquer un certain glissement destiné à compenser l'erreur. On a constaté qu'il n'est pas possible de maintenir un glissement exactement défini, parce que des particularités mécaniques jouent également un rôle dans ce glissement, notamment lors de la mesure des fluides gazeux, il se produisait des différences considérables qui, en outre, n'étaient pas toujours reproductibles. Pour compléter, il convient encore de mentionner le brevet des Etats-Unis d1Amérique n 3 053 086 qui décrit un comp ttur dans lequel on peut regler manuellement la position de certaines pièces en fonction du nombre de Reynolds en agissant de l'extérieur. Malheureusement, ceci ne constitue pas une solution satisfaisante parce qu'il n'est pas possible d'admettre une intervention extérieure arbitraire dans une application assujettie à une obligation d'étalonnage. En principe, les compteurs à gaz volumétriques du type mentionné au début du présent mémoire peuvent être classés en deux catégories en fonction de leur mode de transmission. Alors que, dans le premier groupe, la transmission de la valeur mesurée au dispositif d'affichage s'effectue par voie purement mécanique, dans le deuxième groupe, qui est le plus utilisé actuellement, la valeur mesurée est captée sous la forme d'une impulsion électrique et cette impulsion est transmise à un dispositif d'affichage soit directement, soit par l'intermédiaire d'un convertisseur, d'un décodeur ou d'un amplificateur. L'invention a pour objet un procédé de correction de l'erreur des compteurs à gaz volumétriques qui débitent des impulsions électriques en fonction du débit qui sont transmises à un ou plusieurs dispositifs d'affichage, c'est-à-dire des compteurs à gaz volumétriques du dernier groupe. L'invention vise à réaliser un procédé qui, tout en évitant une intervention dans les éléments mécaniques, élimine l'influence du nombre de Reynolds sur l'erreur des compteurs à gaz volumétriques, et ceci d'une façon exploitable pour l'étalonnage. Suivant l'invention, ce problème est résolu par le fait que les impulsions électriques émises par le compteur volumétrique sont multipliées avant d'être transmises au dispositif d'affichage par un coefficient de correction a qui correspond au nombre de Reynolds du fluide gazeux à mesurer. Dans ce procédé, les impulsions sont donc multipliées par un coefficient de correction qui correspond a un nombre de Reynolds déterminé. Toutefois, étant donné qu'il serait trop compliqué d'effectuer un coefficient de correction à chaque valeur du nombre de Reynolds, et suivant une autre caractéristique de l'invention, chaque coefficient de correction a est attribué à un certain intervalle de valeurs du nombre de Reynolds, qui ne correspond pas à plus de 0,2 % d'erreur de mesure du compteur à gaz et les coefficients de correction sont stockés dans une mémoire d'ou ils peuvent être extraits.Cet intervalle de 0,2 % correspond à la limite d'erreur de + 0,1 % actuellement admise pour un appareil de mesure du débit assujetti a obligation d'étalonnage et, si les spécifications varient, l'intervalle peut également être calculé sur une autre base. L'application de ce procédé suppose toutefois qu'on dispose d'un capteur indiquant la valeur du nombre de Reynolds, et qui produit le nombre de Reynolds sous la forme d'une valeur électrique numérique ou analogique. Dans de nombreuses installations, principalement dans les applications assujetties à obligations d'étalonnage, on dispose d'un convertisseur de quantite qui transforme le volume mesure dans les conditions de service (volume réel) en un volume ramené aux conditions normales (volume normal). Ce convertisseur peut être utilise comme capteur du nombre de Reynolds. Habituellement, on utilise pour la transformation-deux types différents de convertisseurs pour lesquels on demontrera dans la suite qu'ils sont appropriés pour servir de capteurs de nombre de Reynolds. Parmi la première catégorie de convertisseurs, on peut citer les convertisseurs mecaniques qui, a partir de la pression PB, de la temperature TB et du- coefficient de compressibilite k et du volume VB réel, c'e-st-à-dire mesuré dans les conditions de s-ervice, donnent le volume dans les conditions normales VN. Ces convertisseurs appliquent l'équation suivante, qui représente la loi des gaz parfaits @B 'N VN = # # 1/k # VB (ou VN = Z # VB) PN TB ou le coefficient Z est appelé coefficient d'état réel ou de conditions de service. Le débit #N est toutefois proportionnel au nombre de Reynolds, ainsi qu'on le démontre dans la suite Re = w . d w.d - '3 -4 ou, en d'autres termes, Re = p8 (W - - - # - A #.d# de sorte que l'on a : Re = 4 vB #.d2 # Dans ces équations, w représente la vitesse d'écoulement du gaz dans la section de mesure, d est une grandeur géométrique a laquelle le nombre de Reynolds est rapporte, par exemple le diamètre de la section de mesure A, n représente la viscosité du fluide. #B représente le débit de gaz à travers la section de mesure, A représente l'aire de la section de mesure représentative. Etant donné que d et n sont des constantes, on peut écrire 4 Re : C # #B # #B C = # d2 @ (# n'est une constante qu'à température constante). Toutefois, etant donné que P 1 p # 1/# = R # T # k et que, par conséquent # = # 1/k R # T on peut écrire pour VN VN = #B . #B et, étant donné que #O est une constante, on #o obtient :: #N = C1 # #B # #B (avec C1 =1/Po) Etant donné que Re = C . #B . #B, il est visible que le nombre de Reynolds est proportionnel au debit ramené aux conditions normales. Re = C2 # #N (avec C2 = ) C1 Par conséquent, on peut utiliser #N sous la forme d'une valeur électrique, analogique ou numerique, pour extraire de la mémoire un coefficient d'erreur qui correspond à la valeur VN et qu'on peut obtenir par variation continue ou par valeurs échelonnées. Une deuxième possibilite consiste a utiliser le convertisseur de densité, auquel cas le coefficient #B est mesure par un appareil de mesure de la densité (densimètre) et multiplié par VB dans un calculateur. L'unite transformee est la masse m en kilogrammes m = #B . VB ou rapporte aux valeurs instantanees # = #B # #B Etant donné que Re = C . p8 . VB, il est clair que le débit massique pi est proportionnel au nombre de Reynolds Re. Pour les deux procédés, la variation de la viscosité en fonction de la température peut être compensée par un thermomètre à résistance. Conformément à cette démonstration, et suivant une autre caractéristique de l'invention, on utilise pour appeler, c'est-àdire extraire de la mémoire, le coefficient de correction correspondant au nombre de Reynolds du fluide a mesurer, un signal proportionnel au débit volumique dans les conditions normales #N ou, suivant une autre caractéristique, un signal proportionnel au débit massique m. Dans une première forme de réalisation d'un dispositif servant à la mise en oeuvre du procédé conforme à l'nvention, le signal électrique émis par le compteur à gaz volumétrique et qui doit correspondre au volume mesuré dans les conditions de service V8 est transmis à un calculateur placé en amont d'un premier dispositif d'affichage, tandis que, parallèlement, ce signal est également transmis à un convertisseur commandé par la pression du fluide dans les conditions de service Pg, par la température du fluide dans les conditions de service T8 et par le coefficient de compressibilité k du fluide, en ce qu'un signal émis par le convertisseur et représentant après conversion le volume du fluide dans les conditions normales, est transmis à un deuxième calculateur monté en amont d'un deuxième dispositif d'affichage et en ce que le convertisseur transmet un signal converti représentant le débit du fluide VN à une mémoire, dans laquelle sont stockés les coefficients de correction a et dont le signal de sortie est transmis aux deux calculateurs par des lignes. Dans une variante de réalisation, le signal électrique émis par le compteur a gaz volumetrique, et qui doit correspondre au volume dans les conditions de service VB est transmis à un premier calculateur monté en amont d'un premier dispositif d'affichage tandis que, parallèlement, ce signal également transmis à un convertisseur commandé par la densité du fluide a mesurer dans les conditions de service, en ce qu'un signal émis par le convertisseur et qui représente la masse m du fluide est transmis à un deuxième calculateur qui est monte en amont d'un deuxième dispositif d'affichage et en ce que le convertisseur transmet un signal converti représentant le débit massique m à une memoire dans laquelle sont stockés les coefficients de correction et dont le signal de sortie est transmis aux deux calculateurs par des lignes. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en regard des dessins annexés sur lesquels La figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif dans lequel on utilise VN pour Re La figure 2 est un schéma synoptique d'un dispositif dans lequel on utilise m pour Re, et La figure 3 est un diagramme montrant l'échelonnement des zones de valeur du nombre de Reynolds. Sur la figure 1, on a représenté en 1 une conduite qui véhicule le fluide à mesurer et dans laquelle est intercalé un compteur à gaz volumétrique 2. Une ligne 3 transmet un signal électrique émis par le compteur à gaz volumetrique 2 et qui est indicatif du volume mesuré dans les conditions de service, c'està-dire le volume réel Vg, à un convertisseur 4,et ce signal est également transmis par une ligne 5 à un calculateur 6 en aval duquel est monte un dispositif d'affichage 7.Le convertisseur 4 reçoit par ailleurs la pression du fluide dans les conditions de service, c'est-à-dire la pression réelle PB, ainsi que la teinpé- rature du fluide dans les conditions de service ou température réelle TE,-ainsi que le coe-fficient de compressibilité k. Du convertisseur 4 part une ligne 8 qui mène à un deuxième calculateur 9 en aval duquel est monté un deuxième dispositif d'affichage 10. La ligne 8 transmet des signaux qui correspondent au volume du fluide ramené aux conditions normales V. Une autre ligne, 11, transmet du convertisseur 4 à une mémoire 12 des signaux correspondant au débit volumique ramene aux conditions normales, VN, c'est-à-dire des signaux correspondant à Re. Cette ménoire 12 contient des coefficients de correction a dont chacun correspond à une erreur attribuée à une valeur déterminée du nombre de Reynolds Re, l'erreur variant suivant une courbe en escalier en fonction de VN (Re). Ce coefficient de correction est transmis par les lignes 13 et 14 aux calculateurs 6 et 9 respectivement, ou il est multiplié par le signal V8 ou VN respectivement. Le résultat est transmis aux dispositifs d'affichage 7 et 10. On pourra se reporter maintenant à la figure 3 qui indique les coefficients de correction a stockés dans la memoire 12, ainsi que leur relation avec le nombre de Reynolds ou plus précisément avec une certaine gamme de valeurs de ce nombre de Reynolds. Sur le diagramme de la figure 3, on a porté en abscisses le nombre de Reynolds Re et en ordonnées les erreurs ou écarts d'un compteur à gaz volumétrique en pourcentage. La courbe 15 montre la variation de l'erreur de mesure sur la gamme considérée des valeurs du nombre de Reynolds.La courbe en escalier 16 qui est superposée à la courbe 15 montre comment on a échelonné les valeurs du nombre de Reynolds en un certain -nombre d'intervalles le long de la courbe d'erreur 15, et comment on a attribue à chacun de ces intervalles un coefficient de correction a, dont chacun ne s'étend que sur une intervalle d'erreur de-0,2 %, c'est à-dire + 0,1 %. Sur la figure 2, tous les éléments qui sont identiques ou analogues à ceux représentés sur la figure 1 sont designés par les mêmes numéros de références. Contrairement à ce qu'on observe dans le dispositif de la figure 1, le dispositif de la figure 2 comporte un convertisseur 17 qui, à partir de la densité du fluide dans les conditions de service, c'est-a-dire de la densité reelle pB et du signal de volume dans les conditions de service, c'està-dire du volume réel VB, débite des signaux représentatifs du débit massique m et de la masse m qui sont transmis, l'un à la mémoire 12 et le deuxième au deuxième calculateur 9. REVENDICATIONS 1. Procédé de correction des erreurs des compteurs à gaz volumétriques qui transmettent des impulsions électriques en fonction du débit à un ou plusieurs dispositifs d'affichage, ce procede étant caractérisé par le fait que les impulsions électriques émises par le compteur volumetrique sont multipliées avant d'être transmises au ou aux dispositifs d'affichage par un coefficient- de correction qui correspond au nombre de Reynolds du fluide gazeux à mesurer. 2. Procédé -de correction des erreurs suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque coefficient de correction a est attribué à un intervalle déterminé de valeurs dii nombre de Reyolds qui nè représente pas plus de 0,2 % d'erreur de mesure du compteur volumétrique, et par le fait que les coefficients de correction sont stockés dans une mémoire et peuvent être extraits de cette mémoire. 3. Procédé de correction des erreurs suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que, pour extraire le coefficient de correction correspondant au nombre de Reynolds du fluide à mesurer, on utilise signal proportionnel au débit ramené aux conditions normales VN. 4. Procedé de correction des erreurs suivant l-a revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que, pour extraire de la mémoire le coefficient de correction correspondant au nombre de Reynolds du fluide à mesurer, on utilise un signal proportionnel au debit massique m. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que le signal électrique émis par le compteur gaz volumetrique et qui doit correspondre au volume mesuré dans les conditions de service V8 est transmis à un calculateur placé en amont d'un premier dispositif d'affichage, tandis que, parallèlement, ce signal est également transmis à un convertisseur commandé par la pression du fluide dans les conditions de service PB, par la température du fluide dans les conditions de service T8 et par le ccefficient de compressibilité'l du fluide, par le fait qu'un signal émis par le convertisseur et representant après conversion le volume du fluide dans les conditions normales, est transmis à un deuxième calculateur monté en amont d'un deuxième dispositif d'affichage et par le fait que le convertisseur transmet un signal converti représentant le débit du fluide, VN, à une mémoire, dans laquelle sont stockés les coefficients de correction a et dont le signal de sortie est transmis aux deux dispositifs d'affichage par des lignes. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 4, caractérisé par le fait que le signal électrique émis par le compteur à gaz volumétrique, et qui doit correspondre au volume dans les conditions de service V,J est transmis à un premier calculateur monté en amont d'un premier dispositif d'affichage, tandis que, parallèle- ment, ce signal est également transmis à un convertisseur commande par la densité du fluide à mesurer dans les conditions de service, par le fait qu'un signal émis par le convertisseur et qui represente la masse m du fluide est transmis à un deuxième calculateur qui est monté en amont d'un deuxieme dispositif d'affichage et par le fait que le convertisseur transmet un signal converti représentant le débit massique m à une mémoire dans- laquelle sont stockés les coefficients de correction et dont le signal de sortie est transmis aux deux ca-lculateurs par des lignes.