Brevet FR2456315A1 — publié le 19801205

Appareil de mesure pour la mesure acoustique de la densité de fluides. La présente invention concerne un appareil de mesure destiné à être utilisé pour la mesure acoustique de la densité de fluides, comprenant un circuit de commutation électronique et un transducteur au moyen duquel des impulsions ultrasonores peuvent être envoyées dans le fluide concerné de manière à déterminer à l'aide du circuit de commutation électronique l'impédance acoustique du fluide et la vitesse de propagation du son dans le fluide. L'impédance acoustique d'un fluide est le produit de la densité du fluide par la vitesse de propagation d'une onde sonore dans le fluide. Ce rapport est utilisé pour la détermination de la densité dans des appareils dans lesquels on envoie une impulsion ultrasonore dans le fluide sur une distance connue au moyen d'un transducteur tel qu'un disque de céramique piézoélectrique. Dans les appareils de mesure connus, cette distance est constituée par la distance séparant deux parois d'une chambre de mesure ou par le double de cette distance quand le même transducteur est utilisé comme émetteur et comme récepteur des impulsions ultrasonores. Ces appareils qui sont connus par exemple par la description donnée dans les brevets américains 3.028.749 et 2.926.522 exigent une installation de mesure relativement compliquée et fixe. Selon la présente invention, il est proposé de disposer le transducteur dans une sonde de mesure constituée par un conteneur tubulaire contenant également un corps de référence appliqué contre le transducteur et un disque de réflexion disposé sur le côté du corps qui est opposé au transducteur et à une certaine distance de celui-ci, le conteneur tubulaire étant fendu entre le corps de référence et le disque de reflexion de façon à constituer dans la paroi tubulaire au moins une ouverture, et l'organe de référence comprenant au moins une incision circulaire dont la surface limite tournée vers le transducteur est paral lèle à la surface limite entre le transducteur et le corps. Grâce à cette conformation, on obtient un appareil de mesure simple et relativement stable, et facile à transporter du fait que la sonde de mesure peut avoir par exemple les dimensions d'un stylo à bille habituel. A l'aide du circuit de commutation électronique, on peut déterminer la densité d'un fluide dans l'espace situé entre le corps de référence et le disque de réflexion en mesurant la valeur de l'amplitude du réflecteur de la zone de transition entre le corps de référence et le fluide et la durée de propagation de l'onde sonore dans le fluide. L'invention sera maintenant décrite plus en détail avec référence au dessin qui représente une coupe d'une sonde de mesure selon l'invention, destinée à la mesure acoustique de la densité d'un fluide. La sonde représentée comprend un disque de céramique piézoélectrique 1, un corps de référence 2 et un disque de réflexion 3, lesquels sont disposés dans un conteneur tubulaire 4. Entre le corps de référence 2 et le disque de réflexion 3, le conteneur tubulaire 4 est fendu de manière à ce que soit constituée au moins une ouverture 5 dans la paroi du tube. Le disque de céramique 1 est relié à un circuit de commutation électronique nonreprÉsenté qui peut appliquer au disque des impulsions électriques. I1 en résulte que des ondes ultrasonores sont envoyées au travers du corps de référence voisin 2, ces ondes passant dans l'espace libre entre le corps 2 et le disque de réflexion 3 et étant renvoyées pour revenir frapper le disque de céramique. Les signaux sonores réfléchis sont alors convertis en signaux électriques qui sont appliqués au circuit de commutation électronique. En d'autres termes, le disque de céramique 1 est utilisé comme émetteur et comme récepteur d'impulsions sonores. Le corps de référence 2 comprend une incision circulaire dont la surface limite 6 qui est tournée vers le disque de céramique 1 est parallèle à la surface limite entre le disque 1 et le corps 2, c'est-à-dire à angle droit par rapport à la direction de la propagation du son dans le corps 2. Si on applique au disque decéramique 1 une courte impulsion électrique, on envoie une onde ultrasonore qui se propage dans le matériau de référence. Une partie du son est complètement réfléchie par la surface limite 6 à condition que sur l'autre côté de la surface 6 se trouve un matériau tel que de l'air dont l'impédance acoustique soit nettement plus réduite que l'impédance acoustique du matériau de référence, lequel peut être par exemple du verre, de l'aluminium ou de l'acier inoxydable. L'amplitude Ao de l'écho réfléchi est proportionnelle à l'amplitude de l'onde sonore envoyée. Le reste de l'onde sonore émise traverse le matériau de référence et parvient à la zone de transition entre le corps de référence 2 et le fluide qui a pénétré par l'ouverture 5 entre le corps 2 et le disque de réflexion 3.Si la sonde de mesure est plongée dans un fluide, c'est ce fluide qui parvient sur la surface terminale du corps de référence 2. Une onde sonore est réfléchie par cette surface terminale, dont l'amplitude A1 peut être exprimée par la formule où Ai représente l'amplitude de l'onde sonore entrante, sr et 9v la densité du corps de référence et du fluide, et c r et c v les vitesses sonores correspondantes. De l'équation (1) ci-dessus, on peut calculer la densité du dU fluide selon la formule: où r représente I'impédance acoustique connuesrcr du corps de référence 2. La partie de l'onde sonore qui n'est pas réfléchie parla zone de transition entre le corps de référence 2 et le fluide se propage dans ce dernier et est renvoyée par le disque de réflexion vers le disque de céramique 1. La vitesse de propagation cv dans le fluide peut être déterminée par la formule: où 1 représente la distance entre le corps de référence et le disque de réflexion 3 et Tv la durée de propagation, qui est déterminée en tant qu'intervalle de temps entre les ondes sonores réfléchies. A l'aide de l'amplitude Ao du son qui est réfléchi par la surface limite 6, le circuit de commutation électronique peut réguler l'amplitude de l'émission de manière que Ai reste constant quelles que soient les variations possibles des conditions de température du disque de céramique piézoélectrique 1. On peut alors déterminer par les équations (2) et (3) la densité du fluide en mesurant la valeur de l'amplitude A1 ou de la tension E1 qui lui est proportionnelle et la durée de propagation Tv, et on a alors: où Ei = Constante . . A1 (4) i .1 Comme il peut être difficile sur le plan électronique d'obtenir une grande précision par multiplication et division analogique des tensions, on peut écrire l'équation (4) sous la forme suivante: où Z nor représente l'impédance acoustique d'un fluide normal, et de façon avantageuse de l'eau à 200C. Si on plonge la sonde dans l'eau, le second membre de cette équation (5) est nul et la densité est déterminée par une mesure de temps. Du fait que l'impédance acoustique de la plupart des fluides est de même ordre de grandeur que celle de l'eau, le second membre de l'équation (5) ne constitue qu'une faible partie de la détermination de la densité. Il en résulte que l'incertitude provenant du calcul de ce membre n'a qu'une faible importance. REVENDICATION Appareil de mesure destiné à être utilisé pour la mesure acoustique de la densité de fluides, comprenant un circuit de commutation électronique et un transducteur (1) au moyen duquel des impulsions ultrasonores peuvent être envoyées dans le fluide concerné de manière déterminer a l'aide du circuit de commutation électronique I'impédance acoustique du fluide et la vitesse de propagation du son dans le fluide, caractérisé en ce que le transducteur (1) est disposé dans une sonde de mesure constituée par un conteneur tubulaire (4) contenant également un corps de référence (2) appliqué contre le transducteur et un disque de réflexion (3) disposé sur le côté du corps (2) qui est opposé au transducteur (1) et a une certaine distance de celui-ci, le conteneur tubulaire (4) étant fendu entre le corps de référence (2) et le disque de réflexion (3) de façon constituer dans la paroi tubulaire au moins une ouverture (5), et l'organe de référence (2) comprenant au moins une incision circulaire dont la surface limite (6) tournée vers le transducteur (1) est parallèle a la surface limite entre le transducteur (1) et le corps (2).