Brevet FR2561378A1 — publié le 19850920

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif utilisant ce procédé pour détecter ou mesurer le débit d'un fluide à l'intérieur d'une canalisation. Actuellement les debit-mètres les plus couramment utili sés sont du type électromagnétique. Ces appareils comprennent notamment des électrodes immergées dans le fluide. En présence d'un champ électrique, une tension électrique est induite dans ces électrodes. L'amplitude de cette tension étant fonction de la vitesse d'écoulemert du fluide. Sa mesure permet donc de déterminer la vitesse d'écoulement du fluide à l'intérieur de la canalisation. Un tel appareil présente néanmoins des inconvénients: prix de revient élevé. En outre, il est indispensable que le fluide considéré soit conducteur de 1' électricité.De plus, l'utilisation d'un appareil de ce type nécessite des liaisons électriques entre l'électrode introduite dans la canalisation et l'équipement d'amplification et de mesure situé à l'extérieur de cette canalisation. Un tel type d'appareil ne donne donc pas entière satisfaction et les anomalies de fonctionnement sont fréquentes, certaines entre elles étant d'ailleurs provoquées par l'érosion ou l'encrassement des électrodes D'autres types de débit-mètres sont également utilisés. Ainsi les appareils du type électromécanique dont le principe repose sur la variation de la fréquence d'une lame vibrante introduite dans la canalisation avec la vitesse d'écoulement du fluide dans celle-ci. On retrouve dans ce type d'appareil les inconvénients précités, ceux provoqués par une érosion de la lame vibrante devenant importants. Ces appareils électromécaniques sont de plus peu sensibles et ont un temps de réponse non négligeable dû à l'inertie mécanique de la lame. La présente invention a donc pour objet un procédé de détection ou de mesure du débit d'un fluide à l'intérieur d' une canalisation ainsi qu'un débit-mètre qui met en oeuvre ce procédé et qui ne présente pas les inconvénients précités. Le procédé de détection ou de mesure du débit d'un fluide à l'intérieur d'une canalisation de l'invention con siste à créer des turbulences dans le fluide par l'apport d'un corps étranger formant obstacle à l'intérieur de la canalisa- tion, lesdites turbulences engendrant des ondes dont la fré quence, comprise dans la gamme des fréquences audibles, varie en fonction notamment de la vitesse d'écoulement dudit fluide et à détecter cette fréquence à l'aide d'un capteur acoustique disposé à l'extérieur de la canalisation puis mesurer cette fréquence afin dlen déduire la valeur du débit du fluide à l'intérieur de cette canalisation. Le dispositif de détection ou due mesure du débit d'un fluide à l'intérieur d'une canalisation de l'invention comprend notamment une pièce formant obstacle disposé à l'intérieur de la canalisation, un premier capteur acoustique disposé sur la face externe de la canalisation, au voisinage de ladite pièce formant obstacle, et un circuit électronique composé notamment d'un amplificateur dont les entrées sont connectées à des sorties dudit capteur et d'un circuit intégrateur dont les entrées sont connectées à des sorties dudit amplificateur par l'intermédiaire d'une cellule de filtrage et d'un circuit de détection. Selon une autre caractéristique, le dispositif de l'in vention comprend également un second capteur acoustique disposé sur la face externe de la canalisation, en amont de ladite pièce formant obstacle. Selon une autre caractéristique, ledit amplificateur est un amplificateur différentiel dont une première entrée est connectée à la sortie du premier capteur acoustique et dont une seconde entrée est connectée à la sortie du second capteur acoustique. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant exposés de façon plus détaillée dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant à la figure annexée, qui représente le schéma de principe d'un débit-mètre conçu conformément au dispositif de détection ou de mesure du débit d'un fluide à l'intérieur d'une canalisation de la présente invention. On décrira tout d'abord le procédé de détection Ûu de mesure de l'invention basé sur un phénomène physique qui va être explicité. L'expérience montre que l'introduction d'un corps étranger formant obstacle à l'intérieur d'une canalisation dans la quelle circule un fluide engendre des turbulences sans modifier le débit de ce fluide. Un capteur de type transducteur microphonique placé en contact direct avec la paroi externe de la canalisation, au voisinage de cet obstacle, met en évidence l'existence d'ondes acoustiques dont la fréquence est comprise dans la gamme 200 Hz - 7000 Hz environ. Une analyse spectrale montre que dans une même canalisation et pour un débit prédéterminé du fluide, l'introduction de cet obstacle donne naissance à une onde acoustique dont la fréquence F est bien déterminée, alors qu'en l'absence d'obstacle il ne subsiste qu'un bruit blanc ou bruit de fond, aucune fréquence n'étant privilégiée par rapport aux autres.Une variation du débit du fluide dans la canalisation provoque une variation dans le même sens de la valeur de la fréquence F. Ainsi, par exemple, dans une même canalisation, la fréquence F prédominante de l'onde acoustique engendrée par les turbulences créées par l'introduction d'un obstacle à l'intérieur de cette canalisation peut varier de 3000 Hz à 7500 Hz lorsque le débit du fluide dans cette canalisation passe de 50 lXh à 500 l/h. La détection et l'évaluation de cette fréquence F permet donc une détection et une mesure du débit du fluide dans la canalisation. On décrira maintenant, en se reportant à la figure annexée, un exemple de réalisation d'un débit-mètre conçu conformément à la présente invention. Le dispositif représenté schématiquement sur la figure annexée permet, selon le principe exposé précedemment, de détecter/mesurer le débit d'un fluide circulant dans une canalisation CL dans le sens indiqué par une flèche FL. A l'intérieur de cette canalisation CL est introduit un corps étranger DH formant obstacle. Ce corps peut être réalisé sous la forme d'une couronne ou d'un diaphragme, par exemple, en matière plastique rigide ou autre. Son moyen de fixation, connu en soi, n'entre pas dans le cadre de l'invention et ne sera donc pas décrit. On précisera seulement qu'il peut être monté comme générateur de turbulence à la jonction de deux parties consécutives de la canalisation CL (collier battu) ou sur une partie de canalisation intercalée sur la canalisation CL. Sur la face extérieure de la canalisation CL, au niveau du point de fixation du diaphragme DH ou à quelques centimè tres en aval de ce point, est fixé un capteur microphonique CM. Ce capteur CM reçoit l'onde acoustique engendrée par les turbulences créées au sein du fluide par le diaphragme DH. Il fournit en réponse une tension alternative de même fréquence que cette onde acoustique. La sortie non référencée du capteur CM est connectée à l'entrée d'un étage amplificateur AM dont la sortie est connectée à l'entrée d'une cellule de filtrage PB via un étage écreteur LM. Cette cellule de filtrage PB est réalisée sous la forme d'un filtre passe-bande dont les fréquences de coupure sont voisines des valeurs que peut prendre la fréquence prédominante F de l'onde acoustique engendrée par l'introduction du diaphragme DH dans le cas d'application considéré. Ainsi, par exemple, comme on l'a vu précedemment, la bande passante de la cellule de filtrage PB peut être de 3000 Hz à 7500 Hz pour des valeurs du débit comprises entre 50 l/h et 500 l/h. La sortie de la cellule de filtrage PB est connectee à l'entrée d'un circuit intégrateur IN via un circuit de détection DE. Le circuit de détection DE reçoit le signal transmis par la cellule de filtrage PB et fournit en réponse une tension continue dont l'amplitude est fonction directe de la fréquence du signal issu de la cellule de filtrage. Le circuit intégrateur IN reçoit le signal de sortie du circuit de détection DE et retransmet un signal continu dont l'amplitude est la valeur moyenne de la tension continue issue du circuit de détection sur une période de temps prédétermi née. Son role n'est donc que d'éliminer les fluctuations rapides et erratiques de cette tension continue. I1 peut être supprimé lorsque l'appareil de mesure utilisé et connecté à sa sortie remplit déjà, de par sa constitution, une fonction analogue. La sortie du circuit intégrateur IN est connectée à un appareil de mesure qui peut être un voltmètre numérique VN, un voltmètre analogique VA ou un voltmètre enregistreur VE. La valeur indiquée par cet appareil est la valeur moyenne de la tension continue fournie par le circuit de détection DE. Elle est donc fonction de la fréquence du signal fourni à la sortie de la cellule de filtrage PB, donc de la fréquence prédominante F de l'onde acoustique engendrée au sein du fluide cíl-culant dans la canalisation CL par les turbulences créées par le diaphragme DH disposé dans cette canalisation. La fréquence prédominante F étant, notamment, fonction directe du débit du fluide dans le canalisation CL, la valeur indiquée par appareil de mesure est donc bien représentative de ce débit. Le dispositif de la figure annexée peut donc être utilisée comme débit-mètre. Il présente l'avantage de ne nécessiter aucune liaison électrique ou mécanique entre l'intérieur et l'extérieur de la canalisation CL. Selon une variante du dispositif de l'invention, le tdébit-mètre de la figure annexée peut comporter un second capteur microphonique CN disposé en amont du diaphragme DH, suffisamment loin de celui-ci pour ne pas capter l'onde acoustique engendrée au niveau de ce diaphragme. Le signal fourni par ce capteur CN est donc représentatif du bruit de fond qui se superpose à l'onde acoustique engendrée au niveau du diaphragme DH. Dans cette configuration, l'étage amplificateur AM est un amplificateur différentiel dont une entrée (+) est connectée à la sortie du second capteur microphonique CN. De cette façon le signal amplifié fourni à l'entrée de l'étage écréteur LM est indépendant du bruit existant normalement au sein de la canalisation CL. I1 est bien évident que la description qui précède n'a été fournie qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé de détection ou de mesure du débit d'un fluide à l'intérieur d'une canalisation caractérisé par le fait qu'il consiste à créer des turbulences dans le fluide par l'apport d'un corps étranger formant obstacle à l'intérieur de la canalisation, lesdites turbulences engendrant des ondes dont la fréquence, comprise dans la gamme des fréquences audibles, varie en fonction, notamment, de la vitesse d'écoulement dudit fluide dans ladite canalisation, et à détecter cette fréquence à laide d'un capteur acoustique disposé à l'extérieur de la canalisation puis mesurer cette fréquence afin d'en déduire la valeur du débit du fluide à l'intérieur de cette canalisation. 2 - Dispositif de détection ou de mesure du débit d'un fluide à l'intérieur d'une canalisation caractérisé par le fait qu'il comprend notamment une pièce (DH) formant obstacle disposé à l'intérieur de la canalisation (CL), un premier capteur acoustique (CM) disposé sur la face externe de la canalisation (CL), au voisinage de ladite pièce (DH) formant obstacle, et un circuit électronique composé notamment d'un étage amplificateur (AM) dont les entrées sont connectées à des sorties dudit capteur (CM) et d'un circuit intégrateur (IN) dont les entrées sont connectées à des sorties dudit étage amplificateur (AM) par l'intermédiaire d'une cellule de filtrage (PB) et d'un circuit de détection (DE). 3 - Dispositif de détection ou de mesure tel que défini en 2, caractérisé par le fait qu'il comprend également un sew cond capteur acoustique (CN) disposé sur la face externe de la canalisation (CL), en amont de ladite pièce (DH) formant obstacle. 4 - Dispositif de détection ou de mesure tel que défini en 3, caractérisé par le fait que ledit étage amplificateur (AM) est réalisé sous la forme d'un amplificateur différentiel dont une première entrée est connectée à la sortie dudit premier capteur acoustique (CM) et dont la seconde entrée est connectée à la sortie dudit second capteur acoustique (CN). 5 - Dispositif de détection ou de mesure tel que défini en 2, caractérisé par le fait que ladite pièce (DH) formant obstacle est un diaphragme en matière plastique rigide ou autre.