Brevet FR2499241A1 — publié le 19820806

L'invention se rapporte à un débitmètre absolu comprenant une éprouvette branchée en dérivation sur une conduite où s'écoule un liquide dont il s'agit de mesurer le débit et une vanne placée sur ladite conduite et permettant d'effectuer le remplissage et la vidange de l'éprouvette pour faire une mesure de débit en mesurant le temps qui sépare les passages de la surface du liquide dans l'éprouvette par des niveaux dits de seuil haut et de seuil bas délimitant un volume déterminé. Les débitmètres de ce genre nécessitent jusqu'ici des opérateurs qui manoeuvrent la vanne et observent le passage de la surface du liquide devant un repère de seuil haut et devant un repère de seuil bas pour noter, au moyen d'un chronomètre manuel, le temps séparant les deux passages correspondants. Tout cela représente un travail fastidieux qui demande beaucoup d'attention, de sorte que des erreurs de manipulation ou d'observation sont inévitables. De plus, un important personnel est nécessaire quand les points de' mesure de débit sont nombreux. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en rendant automatiques toutes les opérations de /13arP1 de/ mesure. Selon l'invention, on prévoit, placés1aWl'eprouvette du débitmètre, un transducteur ultrasonore qui, en liaison avec un émetteur-récepteur, permet de mesurer de façon répétée la hauteur du niveau du liquide dans l'éprouvette par mesure du temps de propagation séparant l'émission de chaque impulsion ultrasonore et l'écho correspondant renvoyé par la surface du liquide, tandis qu'un dispositif électronique assure la mesure du temps qui s'écoule entre les passages du temps de propagation par deux valeurs successives prédéterminées définissant lesdits seuils haut et bas. I1 convient au surplus que la vanne, qui est de préférence une électrovanne, soit commandée par ledit dispositif électronique, savoir mise en position de fermeture pendant la durée d'une mesure de débit. Lorsque le débit à mesurer est un débit de soutirage défini par les organes d'utilisation en aval de l'éprouvette, la vanne est placée en amont du point de branchement de l'éprouvette sur la conduite et la mesure de débit se fait à la vidange de l'éprouvette (causée par la fermeture de Ta vanne). Lorsque le débit à mesurer est un débit d'inJectrnon défini par les organes d'alimentation en amont de l'éprol- vette, la vanne est placée en aval du point de branchement de l'éprouvette sur la conduite et la mesure du débit se fait au remplissage de l'éprouvette (que cause maintenant la fermeture de la vanne). Un dispositif d'étalonnage est de préférence prévu pour mesurer in situ la vitesse du son dans le liquide, car les mesures de débit obtenues dépendent de la valeur de cette vitesse, fonction elle-même notamment du liquide, de la pression et de la température. Un tel dispositif d'étalonnage peut comprendre une pièce placée dans l'éprou- vette à une distance déterminée du transducteur (ou d'un autre transducteur spécialement prévu), cette pièce réfléchissant partiellement les impulsions ultrasonores omises et faisant apparaître ainsi des échos d'étalonnage qui fournissent une mesure directe de la vitesse du son. Toutefois, lorsque la nature du liquide et les conditions de mesure sont bien définies et. stables , la vitesse du son ne dépend que de la température et il suffit de prévoir pour l'étalonnage une sonde thermométrique plongée dans le liquide. En ce qui concerne le dispositif électronique, il comprend de préférence un compteur effectuant la mesure du temps de propagation par comptage des impulsions d'une base de temps, deux comparateurs qui effectuent la comparaison du contenu du compteur et de celui de deux mémoires où ont été enregistrées les valeurs de temps de propagation correspondant respectivement aux seuils haut et bas, un chronomètre mesurant le temps qui s'écoule entre les instants où le contenu du compteur franchit celui de l'une puis de l'autre mémoire, et un dispositif de commande de la vanne qui maintient celle-ci fermée au moins pendant le temps s'écoulant entre ces deux instants de franchissement. Afin de permettre au ménisque que forme la surface du liquide dans l'éprouvette de se stabiliser parfaitement avant de passer par les niveaux correspondant aux seuils haut et bas, de manière à éviter des erreurs de mesure systématique, il convient que l'éprouvette se remplise un peu au-dessus du niveau de seuil haut pcur une mesure à la vidange, et qu'elle se vide un peu au-dessous du niveau de seuil bas pour une mesure au remplissage.Le dispositif électronique peut comprendre en outre, à cet effet, deux autres mémoires où sont enregistrées des valeurs définissant respectivement un seuil de remplissage légèrement supérieur au seuil haut et un seuil de vidange légèrement inférieur au seuil bas; le dispositif de commande de la vanne commande alors la fermeture de celle-ci soit pendant le temps s 'écon- lant entre les instants où le contenu du compteur franchit d'une part celui de la mémoire contenant le seuil de remplissage et d'autre part celui de la mémoire contenant le seuil bas (cas d'une mesure s'effectuant à la vidange de l'éprouvette), soit pendant le temps s 'écoulant entre les instants où le contenu du compteur franchit d'une part celui de la mémoire contenant le seuil de vidange et d'autre part celui de la mémoire contenant le seuil haut (cas d'une mesure s'effectuant au remplissage de l'éprouvette). Lorsqu'un dispositif d'étalonnage tel que défini plus haut est prévu, il est avantageusement relié à la base de temps alimentant le compteur pour assurer la correction d'étalonnage par modification de la fréquence de cette base de temps. Cette correction pourrait aussi être réalisée en modifiant les valeurs enregistrées qui définissent les seuils haut et bas. Un calculateur est enfin prévu, qui est relié au dispositif électronique du débitmètre et effectue le calcul du débit ainsi qu'éventuellement diverses opérations, ce calculateur étant susceptible de recevoir et de traiter les informations d'autrS dispositifs de mesure analogues auxquels il est également relié. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mie en pratique. Les figures 1 et 2 représentent schématiquement un débitmètre selon l'invention, agencé respectivement pour la mesure d'un débit de soutirage et la mesure d'un débit d' injection. La figure 3 est un diagramme illustrant l'échelon- nement des temps qui interviennent dans le fonctionnement du débitmètre. La figure 4 représente le schéma d'organisation du dispositif électronique du débitmètre. On voit sur la figure 1 une conduite 1 alimentée en liquide 2 par une cuve de réserve 3, ce liquide s'écoulant dans la conduite suivant un débit de soutirage déterminé par les organes d'utilisation situés en aval sur la conduite 1 (pompe doseuse, pompe à engrenages, etc.). Pour permettre la mesure de ce débit, une éprouvette cylindrique 4 est branchée sur la conduite 1 par l'intermédiaire d'un tube 5,- et en amont du point de branchement est placée une électro-vanne 6 sur la conduite 1. Lorsque l'électro-vanne 6 s'ouvre, sous la commande d'un dispositif électronique 24, la cuve 2 assure le débit dans la conduite 1, tandis que l'éprouvette 4 se remplit. Le niveau dans celle-ci ayant atteint ou dépassé un niveau prédéterminé de seuil haut SH, l'électro-vanne 6 se ferme. L'éprouvette 4 se vide alors en fournissant- seule le débit à mesurer. Quand le niveau atteint un niveau inférieur prédéterminé de seuil bas SB, il s'est écoulé un volume de liquide défini; il suffit de mesurer le temps qu'a pris cet écoulement pour obtenir une mesure absolue du débit. Au fond de l'éprouvette 4 est placé un transducteur ultrasonore 7 capable, en liaison avec un émetteurrécepteur approprié faisant partie du dispositif électronique 24, d'émettre des impulsions ultrasonores vers la surface du liquide dans l'éprouvette et de recevoir les échos correspondants. Le temps de propagation aller et retour de-s impulsions dans le liquide permet de calculer, conniassant la vitesse du son dans le liquide, la hauteur de la surface du liquide. Cette mesure est faite à fréquence de récurrence relativement élevée (environ 300 impulsions par seconde), de sorte qu'on obtient une mesure quasicontinue de la hauteur du liquide.La descente de la surface du liquide du niveau de seuil haut SH au niveau de seuil bas SB s'effectue en un temps T qui, mesuré au moyen d'un chronomètre électronique incl dans le dispositif 24, permet de calculer le débit. Dans le cas de la figure 2, il s'agit de faire une mesure absolue du débit d'injection reçu par la conduite 1 en provenance d'organes d'alimentation (non représentés) placés en amont. Ici, l'électro-vanne 6 est disposée en aval du point de branchement du tube 5 sur la conduite 1. La mesure se fait de la même manière que dans le cas de la figure 1, mais cette fois au remplissage de l'éprouvette 4 et non plus à sa vidange. On détermine alors, l'électrovanne 6 étant fermée, le temps que met la surface 8 du liquide pour passer du seuil bas SB au seuil haut SH, puis on rouvre l'électro-vanne pour vider l'éprouvette. Etant donné que la mesure de hauteur du liquide dans l'éprouvette 4 dépend de la vitesse du son dans le liquide, cette dernière est mesurée in situ grâce à un petit obstacle 9 placé à une distance d déterminée au-dessus du transducteur 7, de manière à réfléchir partiellement les impulsions émises par celui-ci. Dès lors, à chaque impulsion ultrasonore I émise à un instant to (figure 3) correspondent un premier écho I' d'étalonnage dû à l'obstacle 9 et un deuxième écho I" de mesure dû à la surface 8 du liquide. Les seuils haut et bas SH et SB sont définis par des temps prédéterminés t1 et t2, l'instant de réception de l'impulsion I" se déplaçant, au cours d'une mesure, soit du temps t2 au temps t1 (cas de la figure 1), soit du temps t1 au temps t2 (cas de la figure 2). Dans le dispositif électronique 24 (figure 4), les différentes impulsions I, I', I" issues de l'émetteurrécepteur 10 piloté par une base de temps 11 sont triées au moyen d'un générateur de fenêtres 12 qui les isole les unes des autres ainsi que d'éventuelles impulsions parasites. L'impulsion d'émission I met en marche un compteur 13 qui copte les impulsions d'une base de temps 14 jusqu a ce qu'il soit arrêté par l'impulsion d'écho I". Son contenu est alors un nombre proportionnel au temps de propagation t de l'impulsion dans le liquide.Ce nombre est appliqué à deux comparateurs 15, 16 reliés par ailleurs à des mémoires 17, 18 où son enregistrées les valeurs de consigne correspondant aux seuils haut et bas sous forme des valeurs de temps t1 et t2. Lorsque t # t2, le comparateur 15 met marche un chronomètre electronique 19, puis, lorsque t r le comparateur 16 arrête celui-ci (ceci dans le cas d'une mesure à la vidange; dans le cas d'une mesure au rempiIs-su, c'est, à l'inverse, le comparateur 16 qui met en marche le chronomètre 19 et le comparateur 15 qui l'arrête). Le temps T que le chronomètre 19 indique alors permet de calculer, connaissant le volume offeru par l'éprouvette entre les seuils SH et SB, le débit cherché. Dans le cas d'une mesure à la vidange (figure 1. flèche V), l'électro-vanne 6 est ouverte par l'impulsiorw C issue du comparateur 16 et correspondant au niveau SB. L'éprouvette 4 se remplit alors jusqu'à un niveau SH' supé- rieur à SH et caractérisé par un temps t'2 > t2 qu'applique une mémoire 20 à un comparateur 21, lequel émet une impulsion de fermeture A au moment où t t t'2. Ainsi, lorsque ltéprou- vette commence à se vider, le ménisque de surface du liquide est parfaitement formé et stabilisé à son passage par le niveau de départ SH; sans cette précaution, les variations de forme du ménisque introduiraient une erreur systématique dans les mesures.Pour la même raison, dans le cas d'une mesure au remplissage (figure 2, flèche R), l'électrovanne est fermée nouer un niveau SB' inférieur au niveau SB par l'impulsion D émise par un comparateur 22 recevant d'une memoire 23 une valeur t'1 La fréquence engendrée par la base de temps 14 est corrigee en fonction des variations de la vitesse du son dans le liquide, soit à partir de l'impulsion I' d'étalonnage direct, soit, plus simplement, à partir des indications d'une sonde thermométrique 25 mesurant la température du liquide, dans le cas où la vitesse en cause ne dépend que de la temps rature, tous les autres paramètres restant constants. L'information de temps T délivrée par le chronomètre 19 est envoyée à un calculateur qui effectue le calcul du débit. Ce calculateur est également relié aux éventuels dispositifs de mesure analogues affectés à la mesure simultanée d'autres débits. Le calculateur peut effectuer en outre des calculs de débits moyens et des comparaisons de débits, actionner une imprimante de présentation des résultats, déclencher des alarmes, etc. Les mémoires 17 et 18 peuvent être réalisées au moyen de roues codeuses ou de commutateurs de codage. Par ailleurs, les valeurs de temps t'l et t'2 des mémoires 20 et 2) sont de préférence liées automatiquement aux valeurs de temps tl et t2 par des relations telles que t'l = tl -a et t'2 = t2 + b, a et b étant deux constantes positives choisies en fonction de l'importance du ménisque pLocité. REVENDICATIONS 1.- Débitmètre absolu comprenant une éprouvette branchée sur une conduite où s'écoule un liquide dont il s'agit de mesurer le débit et une vanne placée sur ladite conduite et permettant d'effectuer le remplissage et la vidange de l'éprouvette pour faire une mesure de débit en mesurant le temps qui sépare les passages de la surface du liquide dans l'éprouvette par des niveaux dits de seuil haut et de seuil bas délimitant un volume, déterminé, carac /Daroi d?/ terse par le fait qu'il comprend, placésurla7l'êprouvette, un transducteur ultrasonore qui, en liaison avec un émetteurrécepteur, permet de mesurer de façon répétée la hauteur du niveau du liquide dans l'éprouvette par mesure du temps de propagation séparant l'émission de chaque impulsion ultrasonore et ltécho correspondant renvoyé par la surface du liquide, et un dispositif électronique assurant la mesure temps qui s'écoule entre les passages du temps de propagation par deux valeurs successives prédéterminées définissant lesdits seuils haut et bas. 2.- Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la vanne est commandée à la fermeture par ledit dispositif électronique pendant la durée d'une mesure de débit. 3.- Débitmètre selon la revendication 1 ou la revendication 2 , caractérisé par le fait que, lorsque le débit à mesurer est un débit de soutirage en aval de ltéprou- vette, la vanne est placée en amont du point de branchement de l'éprouvette sur la conduite et la mesure de débit se fait à la vidange de l'éprouvette, et que, lorsque le débit à mesurer est un débit d'injection en amont de l'éprou- vette, la vanne est placée en aval du point de branchement de l'éprouvette sur la conduite et la mesure de débit se fait au remplissage de l'éprouvette. 4.- Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 1 à'3, caractérisé par le fait qu'un dispositif d'étalonnage permettant de mesurer in situ la vitesse du son dans le liquide est prévu. 5.- Débitmètre selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le dispositif d'étalonnage comprend une pièce placée dans l'éprouvette à une distance déterminée du transducteur, cette pièce réflécnissant partiellement les impulsions ultrasonores émises et faisant apparaître ainsi des échos d'étalonnage. 6.- Débitmètre selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le dispositif d'étalonnage comprend une sonde thermométrique plongée dans le liquide. 7. - Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que le dispositif électronique comprend un compteur effectuant la mesure du temps de propagation par comptage des impulsions d'une base de temps, deux comparateurs qui effectuent la comparaison du contenu du compteur et de celui de deux mémoires où ont été enregistrées les valeurs de temps de propagation correspondant respectivement aux seuils haut et bas, un chronomètre mesurant le temps qui s'écoule entre les instants où le'contenu du compteur franchit celui de l'une puis de l'autre mémoire, et un dispositif de commande de la vanne qui maintient celle-ci fermée au moins pendant le temps s'écoulant entre ces deux instants de franchissement. 8.- Débitmètre selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le dispositif électronique comprend deux autres mémoires où sont enregistrées des valeurs définissant respectivement un seuil de remplissage légèrement supérieur au seuil haut et un seuil de vidange légèrement inférieur au seuil bas, et que le dispositif de commande de la vanne commande la fermeture de celle-ci soit pendant le temps s'écoulant entre les instants où le contenu du compteur franchit d'une part celui de la mémoire contenant le seuil de remplissage et d'autre part celui de la mémoire contenant le seuil bas (cas d'une mesure s'effectuant à la vidange de l'éprouvette), soit pendant le temps s'écoulant entre les instants où le contenu du compteur franchit d'une part celui de la mémoire contenant le seuil de vidange et d'autre part celui de la mémoire contenant le seuil haut (cas d'une mesure s'effectuant au remplissage de l'éprouvette). 9.- Débitmètre selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le dispositif d'étalonnage éventuel est relié à la base de temps alimentant le compteur et assure la correction d'étalonnage par modification de la fréquence de cette base de temps. 10.- Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend un calculateur relié au dispositif électronique et effectuant le calcul du débit ainsi qu'éventuellement diverses opérations, ce calculateur étant susceptible de recevoir et de traiter les informations d'autres dispositifs de mesure analogues auxquels il est également relié.