Brevet FR2538543A1 — publié le 19840629

Procédé et dispositif de mesure du débit d'un fluide, dans une canalisation L'invention concerne un procédé et un dispositif de mesure du débit d'un fluide dans une canalisation. Le problème à résoudre est celui de la détermination du débit d'un fluide dans une canalisation. Pour le resoudrey il existe déjà un certain nombre de débitmètres a) Les débitmètres à venturi ou à déprimogène sont peu précis et ils ne sont applicables qu"à des fluides de densité et de viscosité constantes. Des purges régulières des circuits de prise de pression y sont en général nécessaires. b) Les débitmètres volumétriques, à flotteur, ou à hélicoide, comportent des pièces mécaniques fragiles et sujettes à usure. Ils sont mal adaptés au cas des liquides visqueux ou corrosifs. c) Les débitmètres à ultrasons utilisent l'effet Doppler. Ils ont l'inconvénient d'être très sensibles à la présence de bulles ou de corps étrangers dans le fluide. d) Les débitmètres électromagnétiques utilisent la tension induite entre deux électrodes par un fluide conducteur circulant dans un champ magnétique. Ils ne fonctionnent qu'avec des fluides conducteurs, et leurs performances sont altérées des que les électrodes se salissent. I1 est donc nécessaire de prévoir un système de nettoyage des électrodes, mécanique, électrique ou ultrasonique, par exemple. On voit que les débitmètres connus présentent tous des inconvénients. Soit ils manquent de précision, soit leurs performances varient dans le temps, soit ils ne fonctionnent qu'avec certains liquides, notamment. C'est un but de la présente invention de proposer un débitmètre de grande sensibilité, de grande précision, sans pièce mécanique ou électrique coopérant avec le fluide dont le débit est à mesurer, et capable de fonctionner avec différents fluides sans adaptation particulière. N'ayant pas d'interaction mécanique ou électrique avec le fluide circulant, le débitmètre selon l'invention est adapté à la mesure des débit réduits et même des micro-débits. La présente invention a pour objet un 'procédé de mesure du débit d'un fluide circulant dans une canalisation caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes, d'amont en aval sur la canalisation : le fluide est soumis à une polarisation nucléaire permanente dans un champ magnétique ; au moyen d'un inverseur, à des intervalles de temps détermines on provoque une inversion de la polarisation permanente dé fa çon à définir un front d'inversion de polarisation ; à une distance prédéterminée de l'inverseur, on détecte le passage du front d'inversion de polarisation ; on calcule le temps d'écoulement du fluide entre l'inversion de polarisation et la détection du front, on en déduit la vitesse d'écoulement du fluide et, en fonction de la loi d'écoulement, le débit du fluide dans la canalisation. L'invention a également pour objet un dispositif de mesure du débit d'un fluide circulant dans une canalisation caractérisé en ce qu'il comporte, d'amont en aval sur la canalisation : un générateur de champ magnétique continu assurant la polarisation nucléaire permanente du fluide dans la canalisation ; un inverseur de polarisation définissant un front d'inversion de polarisation ; un capteur détectant le passage du front d'inversion ; et une unité de calcul assurant la détermination du débit du fluidè. 'D'autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description qui suit faite avec référence aux dessins annexés sur lesquels on peut voir Figure 1 : un schéma symbolique simplifié d'un dispositif de mesure de débit selon un premier mode de réalisation de l'invention Figure 2 : un schéma symbolique simplifié d'un dispositif de mesure de débit selon un autre mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, une canalisation 1 est parcourue dans le sens de la flèche par un fluide dont on veut mesurer le débit, c'est-à-dire la vitesse d'écoulement quand on connaît la loi d'écoulement dans la canalisation 1. En amont, le fluide passe dans un champ magnétique H créé par un électroaimant 2 par exemple, qui polarise de façon pratiquement uniforme les atomes du fluide. Mais alors que la polarisation des électrons n'est pas persistante, la polarisation nucléaire se maintient en général quelques secondes, ce qui permet de faire des mesures. Le fluide avec ses noyaux polarisés passe ensuite dans un inverseur de polarisation 3 commandé par un générateur 4 d'inversion de polarisation controlé par une base de temps 5. La base de temps 5 envoie des impulsions qui sont codes pour provoquer périodiquement l'inversion de la polarisation des noyaux du fluide. Cette inversion est réalisée selon une technique de résonance magnétique nucléaire, par exemple selon le procédé de passage adiabatique rapide ou par impulsion de fréquence à 1800. L'inversion est généralement déclenchée au moyen d'un champ magnétique alternatif variant à une fréquence caractéristique des atomes du fluide circulant dans la canali- sation, et qui est fonction du champ magnétique de guidage des noyaux polarises.Ce champ de guidage est un champ magnétique de faible valeur qui doit régner dans la zone de déplacement des noyaux polarisés pour les maintenir en orientation. Il peut être établi par tout moyen approprié, par exemple par une spire entourant la canalisation 1, et qui établit dans la zone située entre l'électroaimant 2 et le capteur 6, un champ magnétique sensiblement uniforme. L'inversion de polarisation est obtenue par l'é- tablissement, ou par la coupure, du champ magnétique alternatif. On obtient donc un front d'inversion à chaque établissement, et à chaque coupure du champ alternatif, à des intervalles de temps que l'on peut définir par exemple à l'aide d'une base de temps. En aval de l'inverseur 3, est disposé un capteur 6, à une distance prédéterminée, et bien connue, de l'inverseur 3. Ce capteur 6 détecte le passage du front d'inversion de polarisation et fournit un signal à une cellule de mesure ma pnétométrioue 7, qui, après décodage, alimenteXune unité 8, recevant les impulsions ae la base de temps 5 et déterminant la durée ecoulée entre le signal d'inversion et le signal de détection, et en déduisant la vitesse d'écoulement du fluide dans la canalisation 1, c'est-à-dire le débit du fluide, la loi d'écoulement étant connue. Le débit du fluide est affiché sous forme numérique sur un afficheur 9. Le capteur 6 est du type magnétométrique, susceptible de mesurer l'inversion du champ statique, ou bien à système inductif, ou bien à système à résonance avec mesure de déphasage. D'un point de vue macroscopique, on peut dire que l'électroaimant 2 polarise en permanence les noyaux du fluide dans un sens. Periodiquement, l'inverseur 3 provoque une inversion de ce sens de polarisation. On mesure le temps qui s'écoule entre cette inversion de polarisation et le passage du front d'inversion devant le capteur 6. Comme on con nat la distance entre l'inverseur 3 et le capteur 6, on peut calculer la vitesse d'écoulement du fluide dans la canalisation 1. Et comme on connalt la loi d'écoulement du fluide dans la canalisation 1-, on peut en déduire la mesure du débit du fluide et l'afficher en 9. Comme fluide, on peut utiliser un gaz ou un liquide. Les liquides permettant des mesures faciles sont par exemple l'eau, les liquides 6rganiques, le sang. Les mesures de polarisation nucléaire, c'est-àdire d'aimantation, extrêmement faibles sont possibles, c'est pourquoi on peut mesurer des débits très faibles dans des canalisations de très petit diamètre. On peut ainsi contrôler le débit du sang dans une canalisation extérieure pendant une intervention chirurgicale ou un traitement médical. Selon un deuxième mode de réalisation de 1 'inven- tion, le champ magnétique de polarisation des atomes du fluide est créé par une bobine 10 disposée autour de la canalisation 1. Dans ce cas, au lieu du champ radial de la figure 1, le champ de polarisation est axial. Ce champ devant être intense, la bobine peut être résistive ou supraconductrice. Avec le débitmètre selon l'invention, on peut mesurer facilement le temps de relaxation spin-réseau des protons du fluide circulant dans la canalisation. A cet effe-t, on dispose sur la canalisation 1, à une distance prédétermi- née du capteur 6, un second capteur 11 du même type. Ce second capteur est équipé d'une cellule de mesure magnétométrique 12, d'une unité de calcul 13 et d'un afficheur 14. La cellule 12 est du même type que la cellule 7. L'unité de calcul 13 reçoit les impulsions de la base de temps 5 et les informations de l'unité de calcul 8. Elle détermine, à partir de ces données et des mesures fait-es par la cellule 12, le temps de relaxation spin-réseau caractéristique du fluide circulant, qui est affiché en 14. Ce temps correspond au temps de retour à l'aimantation permanente d'origine imposée par la bobine, des protons qui- ont subi une inversion de polarisation dans l'inverseur 3. L'amplitude du front d'inversion décroît exponentiellement avec le temps. La mesure de cette amplitude au moyen des deux capteurs 6 et 11 permet de calculer le temps de relaxation spin-réseau lorsqu'on connaît la vitesse de déplacement du front donnée par l'unité de calcul 8, le temps donné par la base de temps 5, et la distance entre les deux capteurs 6 et 11. La décroissance de l'amplitude du front d'inversion est un phénomène statique, facilement mesurable dans le cadre de l'invention, et qui permet de calculer aisément le temps de relaxation spin-réseau caractéristique du fluide circulant dans la canalisation. REVENDICATIONS. 1. - Procédé de mesure du débit d'un fluide circulant dans une canalisation, èaractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes, d'amont en aval sur la canalisation le fluide est soumis à une polarisation nucléaire permanente dans un champ magnétique ; au moyen d'un inverseur, à des intervalles de temps déterminés, on provoque une inversion de la polarisation permanente de façon à définir un front d'inversion de polarisation ; à une distance prédéterminée de l'inverseur, on détecte le passage du front d'inversion de polarisation ; on calcule le temps d'écoulement du fluide entre l'inversion de polarisation et la détection du front, on en déduit la vitesse d'écoulement du fluide et, en fonction de la loi dlécoulement, le débit du fluide dans la canalisation. 2. - Dispositif de mesure du débit d'un fluide circulant dans une canalisation, caractérisé en ce qu'il comporte d'amont en aval sur la canalisation (1) : un générateur de champ magnétique continu (2 ; 10) assurant la polarisation nucléaire permanente du fluide dans la canalisation (1) ; un inverseur (3) de polarisation définissant un front dlinver- sion de polarisation ; un capteur (6) détectant le passage du front d'inversion ; et une unité de calcul (8) assurant la détermination-du débit du fluide. 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le générateur de champ magnétique continu est un électroaimant (2) fournissant un champ radial. 4. - Dispositif selon la revendication 2, carac térisé en ce que le générateur de champ magnétique continu est une bobine (10) fournissant un champ axial. 5. - Dispositif selon la revendication 2, carac triste en ce que l'inverseur de polarisation (3) est comman- dé par un générateur (4) d'inversion de polarisation contrôlé par une base de temps (5). 6. - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur (6) alimente une cellule de mesure magnétométrique (7) qui alimente elle-même après décodage une unité (8) de calcul du débit. 7. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'unité de calcul (8) du débit est alimentée en impulsions par la base de temps (5). 8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un afficheur (9) affiche la valeur numérique du débit calculee par l'unité de calcul (8) 9. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte, en aval, un deuxième capteur (11) une deuxième cellule de mesure magnétométrique (12), une deuxième unité de calcul (13) et un deuxième afficheur (14), ladite deuxième unité de calcul recevant les impulsions de la base de temps (53 et les informations de l'unité de calcul (8) pour déterminer le temps de relaxation spin-réseau caracteristique du fluide circulant dans la canalisation (1), à partir de la variation de l'amplitude du front d'inversion entre les deux capteurs (6 et 11).