Brevet FR2349131A1 — publié le 19771118

La presente invention concerne un procédé de détermination du courant de masse de courants à une ou deux phases, stationnaires ou non stationnaires, dans un canal de courant, par mesure de la concentration et du temps de parcours correspondant, le long d'un étalement donné, suivant la méthode d'absorption infrarouge La méthode d'absorption infrarouge présente l'avantage, par rapport aux procédées de mesure mécaniques, que les milieux d'analyseurs ne sont ni touchés, ni influencés par la mesure. Leur principe est décrit dans les brevets U5-PS 3.435.209 et 3.740.144. Dans l'outil d'analyse représenté dans le brevet US-PS 3.425.209, l'acier IR, après pénétration de ltéchantillon à analyser, est analysé entre un rayon de mesure et un rayon de référence. Ces deux rayons parviennent, par un filtre d'inter férence â bande étroite de longueurs d'onde d'absorption différentes, à un photodôtecteur. Entre le filtre et le détecteur, se trouve un disque Chopper rotatif, par lequel les impulsions de mesure et de référence atteignent successivement, les unes après les autres, le détecteur.Les signaux électriques produits au détecteur agissent par un amplificateur et un servomécanisme, sur un filtre qui affaiblit la marche de l'un des rayons jusqu'à obtenir la même intensité. Au servomécanisme, est lié mécaniquement un stylet. Cet appareillage n'est pas propre à la mesure de courants de masse, car, par un système d'égalisation mécanique, on n'atteint que des processus quasi-stationnaires. En outre, par le passage successif, l'un derrière l'autre, des rayons de mesure et de référence, des défauts apparaissent aux milieux en circulation. La présente invention se propose donc de déterminer, en continu et sans contact, des courants de masse de courants à une ou deux phases, stationnaires ou non stationnaires. On doit ainsi rendre possible un temps de réponse très bref, une haute exactitude et, pour des courants à deux phases, la production séparéeS simultanée, des phases. Ce problème est résolu, selon l'invention, par un procédé caractérisé en ce que le gaz pénètre dans deux plages transversales d'impulsions de rayons infrarouges, parallèles entre elles, déterminant I'étalement,qui, après leur abandon, se décomposent simultanément en rayons de mesure et rayons de référence et sont conduites par un filtre dtinterférence à un récepteur de rayonnement, sur quoi les signaux électriques ainsi obtenus sont traités et transformés en leurs valeurs physiques voulues, en ce que, pour établir la concentration du gaz, ltun des rayons de mesure est conduit dans un filtre d'absorption correspondant au gaz et la différence entre signal de mesure et signal de référence est formée, et en ce que, pour établir le temps de parcours, on inocule le gaz au-dessus des plages transversales avec un gaz de comparaison, dont la bande d'absorption infrarouge se trouve au-dessus de celle du gaz, on conduit un autre rayon de mesure des deux plages à un filtre d'absorption correspondant au gaz de comparaison, et l'on mesure les impulsions, temporairement retardées, causées par linoculation ou leur temps de parcours entre les deux marches des rayons appropriés. D'autres dispositions avantageuses du procédé sont décrites ci-dessous. En saisissant simultanément le rayon de mesure et le rayon de référence, on évite les erreurs de mesure, par suite des modifications de concentration conditionnées par le courant. La méthode d'inoculation pour la détermination du temps de parcours de la phase gazeuse présente, par rapport à la technique aux isotopes traceurs, l'avantage qu'on utilise le même appareillage que pour la détermination de la concentration, simplement étendue à une partie de rayon avec un filtre et un détecteur correspondant, et jupon peut éviter l'emploi de substances radioactives et la dépense ainsi nécessaire.Lors de la mesure de vitesse de la phase fluide, on utilise la propriété que les gouttelettes de brouillard présentes dans le courant à deux phases forment de quasi "nuages de courant", c'est- & dire que, lors de la traversée de ces nuages dans les deux plages de mesure, les concentrations se modifient pareillement dans les deux plages et, l'une après l'autre, de manière caractéristique, et peuvent ainsi être ordonnées entre elles (corrélation en croix)-. Suivant un mode avantageux de réalisation, une variante du procédé est caractérisée en ce qu'on compare le courant de masse de la phase fluide résultant de la corrélation en croix avec le courant de masse de la phase gazeuse résultant de la méthode d'inoculation. Ceci montre comment une sorte de glissement s'établit entre deux phases et y est constatée une différence de courant de masse Un dispositif d'exécution du procédé de la présente invention, ainsi que son mode de fonctionnement, vont maintenant être mieux expliqués au moyen des dessins joints, dans lesquels - La figure 1 représente schématiquement une coupe d'un canal de courant avec deux plages de mesure et un dispositif d'injection pour un gaz de référence; - La figure 2 représente une section transversale d'une plage de mesure avec l'appareillage infrarouge;; - La figure 3 représente un spectre pour gouttelettes eau/air/vapeur dgeau; - La figure 4 représente un diagramme de corrélation de deux plages de mesure pour un courant de brouillard à deux phases. Par le canal l, en direction de la flèche, court un mélange gazeux, par exemple de la vapeur chaude et de l'air, qui traverse les deux plages de mesure A et B. Au-dessus de ces deux plages, fait saillie dans le canal un petit tube d'injection 2, qui est relié par une soupape magnétique 3 avec un récipient de réserve 4 pour recevoir un gaz de référence. En outre, le canal est équipé, à la hauteur des plages A, B, de fenêtres 5, par lesquelles la lumière infrarouge peut pénétrer. Pour éviter une buée aux fenêtres 5, on peut lécher additionnellement celles-ci avec un gaz chauffé. Chaque plage de mesure est aménagée avec un appareillage aux infrarouges semblable. Elle est constituée, essentiellement, d'une source de lumière 6, de plusieurs lentilles collectrices 7, d'un Chopper 8, de plusieurs miroirs mi-filtrants S2, S3, S4, pour dévier une partie du rayonnement, de filtres d'interférence de bande étroite F1, F2, F3 et F4, et de récepteurs de rayonnement P1 > P2, P3 et P4, avec traitement de valeur de mesure électrique incorporé (non représentés3. La modulation par le Chopper 8 n'est effectuée qu'en évitant des dérives de point nul dans les récepteurs de rayonnement ou aux amplificateurs électroniques incorporés. Elle n'a pas pour fonction le multiplexage par répartition dans le temps usuel, suivant lequel les rayons de mesure et de référence sont atteints chronologiquement l'un après l'autre. Les filtres possèdent des longueurs d'onde de pénétration différentes. Le filtre F1 possède une telle longueur d'onde qui est en dehors des bandes d'absorption des milieux en cicu- lation à atteindre (filtre de référence). Le filtre F2 possède une longueur d'onde de pénétration 2 qui correspond au maximum principal d'une bande d'absorption de la vapeur. Le filtre F3 possède une longueur d'onde de pénétration #3 qui se trouve sur le flanc d'une ligne d'absorption de l'eau voisine du maximum principal. Le filtre F4 possède une longueur d'onde de pénétration #4 qui correspond au maximum principal d'une bande d'absorption du gaz d'inoculation, par exemple CO2. Pour l'exécution des essais avec un mélange air/vapeur chaude/eau, on utilise un canal d'un diamètre de 150 mi; l'espa- cement des deux plages de mesure A et B se monte à 500 mm. La figure 3 représente la suite chronologique des intensités du rayonnement partiel I dans les plages A pour (rayon de référence), #2 (rayon de mesure pour vapeur chaude D) #1 - #2 et 3A (rayon de mesure pour gouttelettes d'eau), lorsque le canal est parcouru, d'abord avec de l'air L et aussitôt avec un mélange vapeur chaude/gouttelettes de 2 t/h sous une pression de 1 > 5 bar et à une température de 1600C. Pour déterminer la vitesse (sans considérer le glissement de masse), on relève dans la plage de mesure B, en addition au cours du temps t, l'intensité du rayon I pour et ensemble avec #3A comme fonction du temps (figure 4). Pour représenter la fonction de corrélation en croix des fonctions du temps influencées statistiquement par les gouttelettes dgeau contenues dans le courant à deux phases7 on prend le temps de parcours et, ainsi, pour l'espacement connu I des deux plages de mesure, la vitesse v = 1/t de la phase fluide. Pour mesurer simultanément et indépendamment la vitesse des phases gazeuses - dans les courants de l'espèce, elle peut être bien supérieure à celle de la phase fluide - on souffle périodiquement par le petit tube 2, à l'aide d'une soupape magnétique, une faible quantité d'un gaz de comparaison absorbant à une autre longueur d'onde, par exemple CO2 et lson enregistre le cours dans le temps des intensités à #4A et (des ino- culations statistiques et, de nouveau, des images de la corrélation en croix pour la détermination du temps de parcours sont également possibles). Le gaz de comparaison s'écoule, après une brève évacuation, avec la vitesse du gaz. Par une traversée des rayonnements, on produit des impulsions, à partir desquelles on détermine un écartement dans le temps du temps de parcours Pour determiner la partie de 1Pair, on complète les mesures cidessus avec une mesure de la pression totale et une mesure de la température Bien entendus l'invention n'est pas limitée a' l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Procédé de détermination du courant de masse d'un gaz2 dans un canal d'écoulement, par la mesure de la concentration du gaz et du temps de parcours correspondant le long d'un étalement prédéterminé du canal, procédé caractérisé en ce que le gaz pénètre dans deux plages transversales d'impulsions de rayons infrarouges, parallèles entre elles, déterminant l'étalement, qui, après leur abandon2 se décomposent simultanément en rayons de mesure et rayons de référence et sont conduites par un filtre d'interférence à un récepteur de rayonnement, sur quoi les signaux électriques ainsi obtenus sont traités et transformés en leurs valeurs physiques voulues2 en ce que, pour établir la concentration du gaz, l'un des rayons de mesure est conduit dans un filtre d'absorption correspondant au gaz et la différence entre signal de mesure et signal de référence est formée, et en ce que, pour établir le temps de parcours, on inocule le gaz au-dessus des plages transversales avec un gaz de comparaison, dont la bande d'absorption infrarouge se trouve au-dessus de celle du gaz, on conduit un autre rayon de mesure des deux plages à un filtre d'absorption correspondant au gaz de comparaison, et l'on mesure les impulsions2 temporairement retardées, causées par l'inoculation ou leur temps de parcours entre les deux marches des rayons appropriés. 20) Procédé de détermination du courant de masse de courants à plusieurs composants à deux phases stationnaires ou non stationnaires, par mesure de la concentration et du temps de parcours approprié le long d'une voie de parcours dsun canal, caractérisé en ce que les composants en écoulement pénètrent dans deux plages transversales d'impulsions de rayons infrarouges parallèles entre elles, déterminant la voie de parcours, rayons qui, après leur abandon, se décomposent simultanément en rayons de mesure et rayons de référence et sont conduits par un filtre d'interférence dans un récepteur de rayonnement, sur quoi les signaux électriques ainsi obtenus sont traités et transformés en leurs valeurs physiques voulues, en ce que, pour établir les phases de gaz et de vapeur, l'un des rayons de mesure est conduit à travers un filtre d'absorption correspondant au gaz et à la vapeur, et la différence entre signal de mesure et signal de référence est formée, en ce que, pour établir la phase gazeuse (gouttelettes de brouillard), un second rayon de mesure est conduit à travers un filtre dtabsorption correspondant à la phase fluide et en me me temps une différence entre le signal de mesure ainsi obtenu et le signal de référence est formée, et les parties disséminées intervenant sont éliminées par la formation du quotient entre les intensités des rayons de mesure et de reférences et en ce que2 pour établir le temps de parcours de la phase fluides les signaux statistiquement oscillants provenant du second rayon de mesure et les signaux3 de même statistiquement oscillants, provenant deun troisième rayon de mesure dans les plages parallèles, sont marqués en dépendance du temps, on détermine l'espacement dans le temps des maxima accordés entre eux (corrélation en croix) et l'on établit la vitesse de la phase gazeuse par l'inoculation d'un gaz témoin absorbant, ainsi que la mesure du temps de parcours. 30) Procédé de détermination du glissement entre les phases gazeuse et fluide, suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on compare le courant de masse de la phase fluide résultant de la corrélation en croix avec le courant de masse de la phase gazeuse résultant de la méthode d'inoculation.