Brevet FR2754597A1 — publié le 19980417

DEBITMETRE FONDE SUR L'EXPLOITATION DES FORCES DE CORIOLIS DESCRIPTION L'invention concerne un débitmètre fondé sur l'exploitation des forces de Coriolis. Les débitmètres de cette catégorie comprennent un tube pouvant prendre des formes très diverses (droit, bouclé, replié) et qui est parcouru par un écoulement de fluide dont le débit doit être mesuré. Un générateur de vibrations permet d'exciter ce tube et deux capteurs mesurent ses déplacements à deux endroits différents, normalement de part et d'autre du générateur de vibrations. On s'aperçoit que les déplacements mesurés par les capteurs sont en phase quand le débit de l'écoulement est nul mais subissent un décalage temporel sinon, et que ce décalage est proportionnel au débit massique de l'écoulement. La simplicité de ces débitmètres les rend attrayants dans les conditions d'utilisation rudes, sur les chantiers de forage par exemple. Contrairement à d'autres, ils mesurent les débits massiques, ce qui les rend précieux pour certaines applications, notamment pour les fluides chargés d'impuretés en suspension, de bulles de gaz, ou les fluides compressibles dont la pression n'est pas connue avec précision. En outre, la fréquence de résonance du tube, qui est inversement proportionnelle à la racine carrée de la somme de la masse du tube et de son contenu, permet de déterminer la densité du fluide. Ainsi, les débitmètres de cette catégorie, déjà couramment utilisés pour des applications aux basses et moyennes pressions, pourraient avantageusement trouver emploi pour les mesures de SP 12821 JCI débit et de densité à haute pression, notamment à la sortie des pompes d'injection. Les constructions connues possèdent malheureusement une limitation à ce sujet, car pour mesurer convenablement les déplacements des tubes, il faut que ceux-ci soient peu rigides, ce qui est peu compatible avec des applications aux hautes pressions. De plus, ils doivent avoir un petit diamètre car leur rigidité est proportionnelle à la puissance quatrième de ce diamètre. On est donc limité, pour des mesures à haute pression, à la mesure de petits débits. Il résulte de ces limitations que l'emploi des débitmètres à forces de Coriolis est impossible dans certaines situations et qu'on est amené dans d'autres à construire le tube en un matériau aussi coûteux que le titane. On emploie donc ces appareils beaucoup moins que leur simplicité de construction pourrait le laisser supposer, au profit, entre autres, de densimètres fondés sur l'absorption de rayonnement radioactif, dangereux et qui ne permettent pas la mesure du débit. L'invention concerne un débitmètre amélioré fondé sur l'exploitation des forces de Coriolis, capable de résister à des pressions élevées, et le tube est suffisamment mince pour que les déplacements puissent être mesurés convenablement, et ce sans qu'il soit trop long. Le débitmètre conforme à l'invention comprend un tube traversé par un écoulement de fluide ayant un débit qui doit être mesuré, un générateur de vibrations excitant le tube, deux capteurs de déplacement du tube situés à des endroits différents du tube, et il est original en ce qu'il comprend une enceinte, emplie de liquide en équipression avec celui de l'écoulement, o le tube est enfermé. SP 12821 JCI Un moyen simple de garantir l'équipression des fluides consiste à employer une enceinte fermée et emplie d'un liquide peu compressible: quand le fluide de l'écoulement parcourant le tube atteint une pression élevée, il dilate légèrement le tube, dilatation qui reste faible du fait de la compression immédiate du liquide de l'enceinte. Cet effet peut également être garanti si le tube comprend une partie souple, telle qu'une membrane ou un soufflet, baignée par le fluide de l'enceinte. Enfin, il est avantageux que le tube soit droit, car l'enceinte de confinement peut conserver des dimensions raisonnables car proches de celles du tube de mesure. L'invention va maintenant être décrite à l'aide de la figure unique. Le débitmètre est logé dans une enveloppe 1 percée d'une embouchure d'entrée 2 et d'une embouchure de sortie 3 en prolongement, entre lesquelles un tube 4 mince s'étend. L'enveloppe 1 n'est cependant pas indispensable au bon fonctionnement de l'appareil et pourrait être omise pour certaines applications, o il serait avantageux de réduire sa largeur, comme au fond de puits de forage. Une enceinte 5 fermée et étanche s'étend dans l'enveloppe 1. Elle se raccorde aux embouchures 2 et 3 et elle enclôt une chambre 6 au centre de laquelle le tube 4 se trouve, et qui est ailleurs emplie d'un liquide sensiblement incompressible tel que de l'huile. La chambre 6 contient aussi un générateur de vibrations 7 apte à imposer des déplacements transversaux au tube 4 à mi-longueur, et deux capteurs des déplacements 8 et 9 du tube 4, situés symétriquement de part et d'autre du générateur de vibrations 7. Le générateur 7 et les capteurs 8 et 9 sont des appareils usuels conçus pour SP 12821 JCI travailler à haute pression. Le tube 4 est en une matière élastique usuelle, telle que l'acier inoxydable, à moins que la nature du fluide de l'écoulement n'en impose une autre; il peut cependant être remplacé sur une partie de sa longueur, et notamment près d'une des embouchures 2 et 3, par une membrane 10 plus souple ou un soufflet qui se déforme librement et communique instantanément la pression du fluide parcourant le tube 4 à la chambre 6. Cette membrane 10 est cependant facultative puisque le tube 4 se déforme lui-même sous l'effet de la pression. En fonctionnement, l'enveloppe 1 est bridée à des tuyauteries d'entrée et de sortie 12 et 13 pour faire passer un écoulement à travers le tube 4. La mesure est faite comme avec les débitmètres classiques, avec un système central 14 de commande et de mesure qui commande le générateur de vibrations 7 pour exciter le tube 4 en recherchant sa fréquence de résonance, puis mesure les déplacement du tube 4 au droit des capteurs 8 et 9 et le déphasage de leurs signaux pour en déduire le débit massique de l'écoulement. Il faut simplement tenir compte de la masse ajoutée causée par la mise en vibration d'une partie du fluide de la chambre 6. Le tube 4 peut avoir un diamètre de trois pouces, soit 7,5 cm, pour une longueur inférieure à cm. Un tel diamètre permet de faire passer des fluides très visqueux tels que des boues et des ciments. Mais on peut au contraire remplacer le tube 4 unique par deux voire plusieurs tubes parallèles de plus petit diamètre, si l'application le permet, et comme dans certains débitmètre déjà connus. L'invention peut trouver en particulier emploi dans le domaine du forage pétrolier, pour régler l'injection de divers fluides dans les puits; elle permet de mesurer leur débit à la sortie des pompes, et SP 12821 JCI non plus uniquement du côté des basses pressions, comme cela est jusqu'à présent usuel avec les débitmètres existants, dont la résistance est moindre. L'invention peut également trouver emploi dans la réalisation d'appareils pour basses ou moyennes pressions en permettant l'emploi de tubes de mesure plus minces que ceux qui sont utilisés dans les réalisations existantes, ce qui permettrait: soit des débitmètres de plus grand diamètre; soit l'emploi de matériaux moins flexibles mais moins coûteux; soit de réaliser des capteurs plus courts et donc plus facilement utilisables, voire capables de remplacer des débitmètres moins performants mais beaucoup plus compacts que les débitmètres à effet Coriolis existants. SP 12821 JCI REVENDICATIONS 1. Débitmètre comprenant un tube (4) traversé par un écoulement de fluide ayant un débit à mesurer, un générateur de vibrations (7) excitant le tube (4), deux capteurs de déplacement (8, 9) du tube situés à des endroits différents du tube, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte (5), emplie de fluide en équipression avec le fluide de l'écoulement, dans laquelle le tube est enfermé. 2. Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte (5) est fermée et le fluide de l'enceinte est un liquide. 3. Débitmètre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tube (4) est droit. 4. Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tube comprend une partie souple (10) baignée par le fluide de l'enceinte (5). SP 12821 JCI