Brevet FR2548363A1 — publié le 19850104

CIRCUIT DE CONTROLE DE L'ETAT DE FONCTIONNEMENT D'UN COMPTEUR DE FLUIDE. La présente invention a pour objet un circuit de 5 contrôle de l'état de fonctionnement d'un compteur de fluide De façon plus précise, l'invention se rapporte à un circuit qui permet de contrôler si un compteur notamment de débit de gaz ou de liquide est dans un état correct de fonctionnement, c'est-à-dire 10 si le compteur est susceptible de fournir une mesure correspondant effectivement au débit auquel il est soumis. L'invention s'applique notamment à un compteur à 15 turbine Dans cette application le circuit permet de vérifier que la turbine comporte effectivement toutes ses pales. L'invention peut s'appliquer également à un compteur 20 à tourbillons Ces compteurs sont maintenant bien connus et on pourra se référer par exemple au brevet américain 4 171 643 pour en avoir un mode détaillé de réalisation En résumé le comptage consiste à placer dans une canalisation un obstacle derrière lequel se 25 forme des tourbillons avec une fréquence qui est proportionnelle à la vitesse d'écoulement du fluide. La fréquence de formation de ces tourbillons est mesurée à l'aide d'un capteur de pression différentielle ou d'un capteur de vibration qui 30 délivre ainsi un signal dont la fréquence est représentative de la vitesse du fluide Cependant le fonctionnement d'un tel compteur peut être délicat en -2 particulier pour les petites valeurs du nombre de Reynolds et il est donc très souhaitable d'avoir un moyen pour contrôler qu'il est effectivement en état de fournir une mesure représentative de la vitesse d'écoulement du fluide. Un premier objet de l'invention est donc de fournir un dispositif relativement simple qui permette de détecter de façon très fiable un défaut d'état de 10 fonctionnement du compteur. Un deuxième objet de l'invention est de fournir un tel dispositif qui ne soit pas sensible, ou peu sensible, à de faibles fluctuations du signal d es à 15 de légères défectuosités du compteur non susceptibles d'entaîner une erreur de mesure significative. Pour atteindre ce but le dispositif comprend des moyens pour élaborer une valeur représentative de 20 l'intervalle de temps tn entre une impulsion de rang N du signal délivré par le compteur et l'impulsion de rang N + 1, des moyens pour élaborer une grandeur représentative d'un intervalle de temps t'n de comparaison qui vaut tn ( 1 + a) avec a 25 fixe compris entre O et 1, des moyens pour comparer l'invervalle de temps tn + 1 entre les impulsions de rangs N + 1 et N + 2 à l'intervalle de temps de comparaison t'n et des moyens pour élaborer un signal d'alarme si l'intervalle de temps tn + 1 est 30 supérieur à t'n n -3 On comprend qu'ainsi on élabore cycliquement tout d'abord un intervalle de temps tn correspondant au temps s'écoulant entre deux impulsions successives du signal délivré par le compteur A partir de cet 5 intervalle de temps tn, on élabore un intervalle de temps de comparaison t'n qui est inférieur à deux fois l'intervalle de temps tn et on compare l'intervalle de temps tn + 1 entre les deux impulsions suivantes du signal délivré par le 10 compteur à l'intervalle de comparaison élaboré précédemment Si l'intervalle de temps entre les deux impulsions successives suivantes est supérieur à l'intervalle de temps de comparaison c'est que l'état de fonctionnement du compteur est défectueux. 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif La 20 description se réfère au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une vue simplifiée du dispositif de contrôle appliqué au cas d'un compteur à turbine; la figure 2 est un schéma simplifié du circuit de contrôle selon l'invention; la figure 3 est un schéma détaillé du circuit de contrôle de la figure 2 selon un mode préféré de 30 réalisation; les graphiques de la figure 4 illustrent le fonctionnement du circuit de contr 8 le de la figure 3; et la figure 5 montre le signal délivré par le compteur dans le cas o il y a un "bruit de phase". La figure 1 -illustre l'application du dispositif au cas d'un compteur à turbine Sur cette figure on a 10 présenté le compteur proprement dit qui est placé à l'intérieur d'une conduite 2 dans laquelle circule le fluide dont on veut mesurer la vitesse Le compteur comprend essentiellement une turbine 4 montée sur un arbre 6 et pourvue de pales 8 Le compteur comporte 15 également une ogive d'entrée 10 associée à des ailettes fixes 12 et une ogive aval 14 associée à des ailettes fixes 16 L'arbre 6 de la turbine est cinématiquement relié par l'intermédiaire d'un réducteur à un mécanisme de comptage Cette partie du 20 compteur n'a pas été représentée Pour effectuer la détection d'une absence de pale de la turbine on utilise par exemple un détecteur inductif 18 fixe qui est disposé à proximité immédiate du passage des pales 8 Par exemple, le détecteur est situé à une 25 distance de l'ordre de 5 à 6 dixièmes de millimètre de celles-ci Dans le cas o les pales 8 sont réalisées en métal le détecteur 18 délivre directement un signal à chaque fois qu'une pale passe devant lui Dans le cas o les pales sont réalisées 30 en matière plastique, il est nécessaire de prévoir à l'extrémité de chaque pale une pièce métallique insérée 20 Le signal délivré par le capteur 18 est mis en forme dans le circuit 22 pour délivrer un signal de référence HF qui présente une impulsion à chaque fois qu'une pale de la turbine passe devant le 5 détecteur 18 Ce signal HF est appliqué à l'entrée d'un circuit de contrôle 24 qui délivre à son tour un signal d'alarme AL lorsqu'une pale est absente. La figure 2 donne un mode général de réalisation du 10 circuit de contr 8 le de la figure 1 Le circuit 24 comprend un premier ensemble 26 pour élaborer une grandeur Ni représentative de l'intervalle de temps séparant deux impulsions successives du signal HF On appellera tn l'intervalle de temps séparant les 15 impulsions de rang N et N + 1 La grandeur N 1 est appliquée au circuit 28 pour élaborer une grandeur N 2 représentative d'un intervalle de temps de comparaison t' avec t' = t ( 1 + a) avec a n N N donné compris entre O et 1 Puis le circuit 26 20 élabore une nouvelle valeur de Ni représentative de l'intervalle de temps tn + 1 qui sépare les impulsions de rangs N + 1 et N + 2 Le circuit de comparaison 30 compare cette nouvelle valeur de N 1 à la valeur de comparaison N 2 Si N 1 est 25 supérieur à N 2 cela signifie que le compteur est dans un état convenable de fonctionnement Si N 1 est inférieur à N 2 le circuit de comparaison 30 délivre un signal d'alarme AL Bien entendu, pendant cette comparaison, le circuit 28 élabore une nouvelle 30 valeur de comparaison N 2 associée à la nouvelle valeur de Ni et correspondant à t'n + i = tn+ ( 1 + a) Le circuit 28 doit donc comporter également une fonction mémoire pour mémoriser la valeur de N 2 associée à t' pendant que le circuit 26 élabore la n valeur N 1 associée à tn + 1 ' En se référant maintenant à la figure 3 on va décrire plus en détail un mode préféré de réalisation du circuit de contrôle Ce circuit comprend un oscillateur local 32 qui délivre un signal de 10 fréquence fixe par exemple égal à 500 k Hz Le signal délivré par l'oscillateur 32 est introduit à l'entrée des diviseurs de fréquence 34 et 36 qui divisent par exemple la fréquence du signal d'entrée respectivement par 7 et par 10 Le diviseur 34 15 délivre un signal de fréquence F 1 qui vaut, dans l'exemple considéré, 71 k Hz et le diviseur 36 un signal de fréquence F 2 qui vaut 50 k Hz Plus généralement, on a F 2 commutateur 42 et à la borne 44 b du commutateur 44. Le circuit comporte également un diviseur de fréquence par 2 référencé 46 qui reçoit sur son entrée le signal HF c'est-à-dire le signal délivré par le compteur La sortie du diviseur 46 est reliée 10 à l'entrée d'un générateur -d'impulsions 48 Ce générateur délivre sur sa sortie 48 b une impulsion de durée brève pour chaque front descendant du signal appliqué à son entrée, alors que sa sortie 48 c délivre un signal de durée brève pour chaque front 15 montant du signal appliqué à son entrée La sortie 48 b du générateur 48 est reliée à l'entrée de remise à zéro c du compteur 40 tandis que la sortie 48 c du générateur 48 est reliée à l'entrée de remise à zéro c du compteur 38 Le signal délivré par le diviseur 20 46 est également appliqué aux entrées de commande 44 c et 42 c des commutateurs 44 et 42 et également à l'entrée b de commande de sens de comptage du compteur 38 Ce signal est enfin appliqué à l'entrée b de sens de comptage du compteur 40 par 25 l'intermédiaire de l'inverseur 50 Les sorties de dépassement d des compteurs 38 et 40 sont respectivement appliquées aux deux entrées d'une porte OU 52 dont la sortie délivre, s'il y a lieu, le signal d'alarme AL. Lorsque le signal délivré par le circuit 46 est au niveau logique 0, le compteur 38 compte et le compteur 40 décompte En outre, pour ce même niveau logique du signal délivré par le diviseur 46, l'entrée 42 b du commutateur 42 est reliée à l'entrée 5 a du compteur 38 et l'entrée 44 a du commutateur 44 est relié à l'entrée a du compteur 40 Pour le niveau logique 1 de ce même signal on a bien sûr les situations inverses. En se référant aux diagrammes de la figure 4 on va expliquer le fonctionnement du circuit de la figure 3 Les diagrammes 1 et 2 représentent respectivement le signal HF et le signal de synchronisation délivré par le diviseur 46 Si l'on s'intéresse uniquement au 15 compteur 38 on voit que pendant le temps tn séparant les impulsions consécutives IN et IN + 1 du signal HF le compteur 38 compte les impulsions du signal F 1 A la fin de cet intervalle de temps le contenu du compteur 38 (diagramme 5) est donc 20 représentatif de l'intervalle de temps tnf puis le compteur 38 décompte les impulsions du signal de fréquence F 2 Pour que le compteur 38 revienne à zéro, il faudrait qu'il s'écoule le temps t' = n (F 1/F 2) x tn = ( 1 + a) tn Pendant l'intervalle de temps tn + qui sépare les impulsions IN + 1 et IN + 2 le compteur 38 décompte effectivement les impulsions du signal de fréquence F 2 dont la fréquence est inférieure à F 1 A la fin de cet intervalle de temps, si le contenu du compteur est positif, celà signifie que l'intervalle de temps tn + 1 est inférieur à t'n nÀ Celà implique que l'impulsion IN + 1 est présente. Il n'y a pas de signal d'alarme Le diagramme ( 5) montre qu'en revanche il manque une impulsion entre les impulsions référencées IN + 3 et IN + 4 5 puisque t'n + 2 est inférieure à tn + 3 ' En effet, à la fin de l'intervalle de temps tn + 3 le contenu du compteur 38 est négatif La mesure est répétée pour les impulsions suivantes. On comprend cependant qu'avec le seul compteur 38 il n'est possible de détecter une absence d'impulsions que si elle se produit durant la phase de décomptage, c'est-à-dire pendant la deuxième partie du cycle de détection C'est pourquoi le circuit complet comprend 15 également un compteur 40 qui fonctionne exactement de la même manière mais décalé d'un demi-cycle, c'est-à-dire que pendant que le compteur 38 compte les impulsions de fréquence F 1, le compteur 40 décompte les impulsions de fréquence F 2 C'est ce qui est résumé par les diagrammes de la figure 4. La figure 4 montre en outre que le compteur 38 sert à élaborer les intervalles de temps tn de comparaison de la forme t'2 i pour les comparer aux intervalles 25 de temps tn de la forme t 2 i + 1 ' alors que le compteur 40 sert à élaborer les intervalles de temps de comparaison de la forme t'2 i + 1 pour les comparer aux intervalles de temps de la forme t 2 i+ 2 Ainsi, que l'impulsion manquante soit de 30 rang "pair" ou "impair", son absence est détectée par l'un ou l'autre des compteurs. Pour simplifier la structure du circuit qui vient d'être décrit, il est intéressant de prévoir, qu'en fait, lorsqu'un signal est appliqué sur l'entrée de remise à zéro c des compteurs 38 ou 40, le compteur 5 correspondant est chargé à la valeur un Ainsi le contenu d'un compteur ne pourra être égal à zéro que si tn + 1 est supérieur à t'n Pour détecter cette situation, il suffit de placer à la sortie d de chaque compteur un détecteur de zéro, qui émet un 10 signal à chaque fois que le compteur passe par zéro. Ce signal est ensuite appliqué à la porte OU 52. Compte tenu du fait que les signaux appliqués à l'entrée des compteurs ont une fréquence relativement élevée (de l'ordre de 50 k Hz), le fait de remettre à 15 la valeur un les compteurs et non à la valeur zéro, ne modifie pas de façon significative la précision de la détection. Dans la description précédente, on a considéré que 20 l'intervalle de temps séparant deux impulsions successives du signal HF était constant sauf bien sûr si une impulsion manquait En fait, pour un certain nombre de raisons, il peut y avoir dans le signal un bruit de phase C'est-à-dire que le signal HF, en 25 l'absence de défauts, n'est pas nécessairement parfaitement périodique Cela peut être dû à un faux rond de la turbine qui module l'entrefer entre les pales de la turbine et le détecteur et modifie donc l'instant de déclenchement Il peut également y avoir 30 des phénomènes de relaxation dans les trains d'engrenage des totalisateurs mécaniques associés au compteur à turbine Dans le cas de compteurs à tourbillons, le phénomène physique capté est de nature erratique Quelle qu'en soit la cause, la figure 5 illustre un tel signal On voit par exemple 5 qu'entre les impulsions IN et IN + 1 on trouve l'intervalle de temps T 1, alors qu'entre les impulsions suivantes IN + 1 et IN + 2 on trouve un intervalle de temps T 2 Cependant, il n'y a pas d'impulsion manquante On va montrer qu'il est 10 possible de choisir un rapport entre les fréquences F 1 et F 2 pour s'affranchir au maximum de ce bruit de phase que l'on peut appeler également taux de gigue. On comprend que pour tenir compte de la gigue, il y a deux écueils à éviter: a) d'une part, dans le cas o il n'y a pas d'impulsion manquante mais o, en raison de la 20 gigue, T 1 est nettement inférieur à T 2, il y a un risque d'alarme intempestive; b) d'autre part, dans le cas o une impulsion est manquante mais o également T 1 est allongé et 25 T 2 diminué par la gigue on risque de ne pas détecter l'absence de l'impulsion. On pose F 1 = k F 2 avec k > 1. Le résidu R dans le compteur à la fin d'un cycle de comptage est donné par: R = F 2 (k T 1 T 2) Dans le premier cas envisagé on pose: T 1 minimum = T ( 1 g) T 2 maximum = T ( 1 + g) expressions dans lesquelles T est la valeur moyenne 10 des intervalles entre deux impulsions successives et g le coefficient de gigue Le -résidu dans le compteur est alors donné par l'expression: R = F 2 T lK ( 1 g) ( 1 + g)l 15 Pour ne pas donner d'alarme intempestive, le résidu R doit être positif Cela impose: K> ( 1 + g)/(l g) ( 1). Dans le deuxième cas, on peut poser: T 1 maximum = T ( 1 + g) T 2 double du minimum = 2 T ( 1 g) 25 Pour que l'impulsion manquante soit effectivement détectée, il faut que le résidu R soit négatif, ce qui impose: K Si l'on impose de plus que g soit aussi grand que possible afin que le circuit fonctionne dans la plage la plus étendue possible, la résolution des deux inéquations ( 1) et ( 2) donne: g = 3 2 X soit g = 17 % et K= Si l'on revient aux notations initiales, celà signifie donc que a est choisi de préférence égal à Dans le cas d'un compteur à tourbillons, le signal HF est constitué par le signal de mesure délivré par le capteur de pression ou de vibration et mis en forme. 10 Il résulte de la description précédente que le dispositif selon l'invention permet effectivement de détecter un défaut d'état de fonctionnement d'un compteur de fluide que celui-ci soit du type à 15 turbine, le défaut consistant dans l'absence d'une pale, ou que le compteur soit à tourbillon, le défaut résultant d'un mauvais réglage ou fonctionnement du compteur Le circuit est simple Il permet de plus, en choisissant une valeur convenable du rapport entre 20 les fréquences F 1 et F 2 de s'affranchir d'un taux de gigue non négligeable sans pour celà altérer la qualité de la détection d'une absence d'impulsion c'est-à-dire d'un mauvais état de fonctionnement du compteur. Enfin dans le cas d'un comteur à tourbillons le circuit de détection permet d'éviter de doubler le circuit électronique de mesure En effet, dès qu'il y a une défaillance du circuit de mesure, cette 30 défaillance est indiquée par le circuit de détection selon l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif de contrôle de l'état de 5 fonctionnement d'un compteur de fluide, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens ( 22) pour recevoir un signal (HF) formé d'impulsions représentatives du fonctionnement dudit compteur; des moyens ( 26) pour élaborer des valeurs représentatives des intervalles de temps tn entre deux impulsions successives dudit 15 signal (HF) de rangs N et N + 1; des moyens ( 28) pour élaborer des grandeurs représentatives d'intervalles de comparaison t' avec t'n = tn (l+a) dans lequel A n est un nombre prédéterminé compris entre O et 1; des moyens ( 30) pour comparer les grandeurs représentatives des intervalles de temps 25 tn+l, aux intervalles de comparaison t'n et des moyens ( 30) pour élaborer un signal d'alarme (AL) si tn + 1 est supérieure à 30 t' n 2 Dispositif de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend: des premiers moyens ( 32,34,36,38,42) pour élaborer des valeurs représentatives des intervalles de temps t de la forme t 21 n 2 et pour élaborer des intervalles de temps de comparaison de la forme t'21 1; des deuxièmes moyens ( 32,34,36,40,44) pour élaborer des valeurs représentaitves des intervalles de temps tn de la forme t 2 +l 10 et pour élaborer les intervalles de comparaison de la forme t'2; 21 ' des premiers moyens de comparaison ( 38) des valeurs t 21 et t'21 1 pour élaborer un 15 signal de comparaison si t 21 > t'2 i 1; des deuxièmes moyens de comparaison ( 40) des valeurs t 2 i + 1 et t'21 pour élaborer un signal de comparaison si t 2 i + 1 > t'2 i; 20 et des moyens ( 52) pour élaborer ledit signal d'alarme (AL) si l'un desdits signaux de comparaison est présent. 25 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens d'élaboration et de comparaison comprennent: des moyens ( 32,34,36) pour élaborer un premier signal de fréquence F 1 et un deuxième signal de fréquence *F 2 avec F 1 = F 2 ( 1 + a), des premiers moyens compteurs-décomptemis ( 38) munis de moyens de commande du sens de comptage, et des premiers moyens ( 42) pour applquer alternativement auxdits premiers Moyens compteurs-décompteurs lesdits premier et deuxième signaux de fréquence; en ce que lesdits deuxièmes moyens d'élaboration et de comparaison comprennent: lesdits moyens ( 32,34,36) pour élaborer lesdits premier et deuxième signaux de 15 fréquence, des deuxièmes moyens compteurs-décompteurs ( 40) munis de moyens de commande du sens de comptage, et des deuxièmes moyens ( 44) pour 20 appliquer alternativement auxdits deuxièmes moyens compteurs- décompteurs lesdits premier et deuxième signaux de fréquence; et en ce qu'il comprend en outre des moyens de 25 synchronisation ( 46,48,50) pour appliquer le signal de fréquence F 1 auxdits premièes moyens compteurs- décompteurs ( 38) et pour les faire compter, et pour appliquer le signal de fréquence F 2 auxdits deuxièmes moyens 30 compteurs-décompteurs ( 40) et pour les faire décompter, pendant les intervalles de tem ps SE 1 ? 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