Brevet FR2788125A1 — publié le 20000707

Procédé et dispositif de mesure du débit d'un liquide circulant de manière discontinue La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la détermination du débit d'un liquide, notamment le lait. Dans le transport des fluides, la mesure du débit a une importance pratique considérable. De nombreux appareils existent, fondés sur des principes très divers, adaptés à des mesures de débits faibles ou de débits importants, mais la majeure partie de ces débitmètres concerne des fluides circulant de manière continue. Cependant, dans un certain nombre de domaines (notamment celui du transport du lait, et en particulier durant l'opération de traite), le liquide circule de manière discontinue, c'est-à-dire mélangé à un gaz, par exemple l'air. Dans ce cas, les débitmètres classiques sont totalement inefficaces pour une détermination précise du débit volumique ou massique du liquide. Parmi les dispositifs existants, pour ce cas particulier des flux discontinus de liquide, les dispositifs mécaniques comportent de nombreuses pièces qu'il est nécessaire d'entretenir et de remplacer périodiquement. Le brevet US-A-5 581 086 décrit un appareil qui utilise une mesure optique du lait circulant dans une cellule de section parallélépipédique de largeur 10 mm, à laquelle est raccordée la canalisation. La diminution et la modification de la forme de la section provoque des accumulations de liquide, des dépôts et des recoins difficiles à nettoyer et peut aussi provoquer des chutes de griffe quand l'appareil est utilisé dans la canalisation d'une installation de traite. En outre, pour les appareils de mesure concernant le lait, les normes préconisent un étalonnage avec de l'eau, ce qui est impossible dans le cas d'une lecture optique: il est en effet nécessaire de dissoudre un colorant dans l'eau pour mettre en oeuvre l'étalonnage. Des problèmes identiques se posent pour le dispositif décrit dans EP- 0536080 o le lait circule dans des canaux parallèles o sont placées deux rangées de sources à rayonnements électromagnétiques, associées à des 2 2788125 détecteurs qui mesurent l'atténuation du rayonnement produit par le passage du lait dans le canal respectif. Les inconvénients majeurs de cet appareil sont la complexité due à la multiplicité des sources et des détecteurs, ainsi que la division du flux du lait en une pluralité de canaux étroits qui provoquent chacun d'importantes réductions de section, avec les problèmes décrits ci-avant pour l'appareil précédent. Un autre dispositif, décrit dans EP-A-0574480, est basé sur une mesure du volume du liquide utilisant le principe d'un siphon qui divise le flux liquide en volumes élémentaires reproductibles qui, après détection optique, IR ou à ultrasons, sont comptabilisés pour déterminer le volume total. Un tel dispositif présente l'inconvénient de ne pas permettre de mesurer de faibles débits, ni de connaitre instantanément la valeur du débit puisqu'il est nécessaire de remplir l'ensemble du volume correspondant au siphon avant d'obtenir une première information sur le débit du liquide. La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients précités en proposant un procédé de détermination du débit d'un liquide circulant de manière discontinue dans une canalisation et le dispositif correspondant pour la mise en oeuvre de ce procédé ne présentant pas les inconvénients des dispositifs précités. Il ne devra notamment pas comporter de réduction générale de la section de la canalisation, c'est-à-dire aucune dimension inférieure à celle de la canalisation située en amont du dispositif. Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif ne comportant pas de partie électrique en contact avec le liquide, ni de pièces mécaniques en mouvement, ni encore d'éléments écrasant ledit liquide, de façon à éviter au maximum les risques de modification de la structure du liquide, afin de pouvoir être utilisé par exemple au niveau des canalisations de transport du lait. Le procédé selon l'invention devra également pouvoir être mis en oeuvre dans les installations o le liquide est soumis à une aspiration comme "moteur" de déplacement. Tous ces problèmes sont résolus et ces contraintes respectées dans le procédé de détermination du débit d'un liquide selon la présente invention, 3 2788125 dans lequel le liquide circule de manière discontinue dans une canalisation sous aspiration, le procédé comprenant la mesure d'une différence de pression régnant dans la canalisation en amont et en aval d'un tronçon de canalisation avec élévation de niveau. De préférence, la différence de pression mesurée est transformée en signaux électriques, qui après intégration et traitement, fournissent une valeur proportionnelle au débit du liquide. Un tel procédé permet de mesurer des débits dans une très large gamme, allant des faibles débits massiques de l'ordre de quelques grammes/min à des débits aussi élevés que plusieurs dizaines de kg/min, suivant les sections utilisées. La présente invention concerne aussi un dispositif de mise en oeuvre du procédé ci-dessus, dans lequel un tronçon de la canalisation dans laquelle est aspiré et circule le liquide présente au moins une élévation de 1 5 niveau, sans diminution générale de la section de ladite canalisation, en ce qu'en amont et en aval dudit tronçon, sont disposées deux membranes sensibles à la pression, reliées à un capteur de pression, lui-même solidaire d'une unité de traitement de signaux. Ainsi, la circulation du liquide est directe entre la canalisation amont, le tronçon présentant une élévation de niveau, et la canalisation aval, avec des risques d'encrassement très limités grâce à la grande facilité de circulation du fluide, et sans modification de la structure du liquide. En outre, le dispositif selon l'invention ne présente aucune pièce mécanique en mouvement. Un tel dispositif présente l'avantage de permettre un ajustement (étalonnage) ou un contrôle avec un autre liquide que celui utilisé habituellement. De préférence, l'élévation de niveau est égale à au moins 2 fois, de préférence au moins environ 5 fois le diamètre de la canalisation. L'élévation de niveau peut être de toute forme imaginable, telle qu'un palier ou marche, une courbe, une boucle. 4 2788125 La forme préférée est une boucle, notamment pour des raisons d'encombrement, et de disposition. En effet, si la canalisation est horizontale, cette boucle peut être formée au dessus ou au dessous du niveau de la canalisation. Si la canalisation est verticale, la boucle peut indifféremment être placée dans tout plan autour de l'axe de la canalisation. La canalisation peut aussi être inclinée, c'est-à-dire prendre tout angle possible entre les positions horizontale et verticale. La présente invention trouve un exemple d'utilisation intéressante dans le cas o le liquide est du lait, et en particulier lors d'une opération de traite. Un autre exemple d'application est lorsque le liquide est de l'eau, notamment pendant des opérations de lavage des canalisations. L'invention sera mieux explicitée à l'aide de l'exemple de réalisation suivant décrit à titre illustratif, mais non limitatif, en relation avec les figures dans lesquelles: - les figures 1 et 2 présentent le dispositif, placé sur une portion de canalisation rectiligne, selon respectivement une première et une seconde variantes de l'invention. - les figures 3 et 4 présentent le dispositif, placé sur une portion de canalisation coudée, selon respectivement une troisième et une quatrième variantes de l'invention. - la figure 5 schématise un exemple d'utilisation du dispositif dans une installation de traite. Dans le dispositif selon l'invention présenté aux figures, un liquide circule de manière discontinue, mélangé à une forte proportion d'air (par exemple 70% en volume) dans une canalisation 1 horizontale. Il progresse sous l'effet d'une légère aspiration par exemple de gauche à droite (suivant les flèches). Un tronçon de la canalisation 1 est recourbé en formant une boucle 2 verticale, sans modification du diamètre de la canalisation. La boucle 2 peut être formée au dessus (figure 1: première variante) ou au 2788125 dessous (figure 2: seconde variante) de la portion rectiligne de la canalisation 1. A l'intérieur de la canalisation 1, de part et d'autre de ce tronçon formant boucle 2 sont disposées dans deux chambres arrondies identiques 6 et 6' deux membranes souples 3 et 3', par exemple en silicone, sensibles à la pression. Pour une meilleure sensibilité aux variations de pression, leur diamètre est supérieur au diamètre de la canalisation 1, par exemple de l'ordre de plusieurs centimètres, avantageusement entre 4 et 8 cm environ pour une canalisation d'environ 16 mm de diamètre. Le dispositif ne comporte donc pas de réduction générale de la canalisation 1, c'est-à-dire que les chambres (6, 6') renfermant les membranes constituent des élargissements et non des restrictions du diamètre de la canalisation. Les membranes sont positionnées de telle sorte que leur face inférieure soit en contact avec le dit liquide et leur face supérieure avec un gaz, par exemple ici de l'air, enfermé dans deux tuyaux (respectivement 4 et 4') de faible diamètre (environ 3 mm). Ces deux tuyaux 4 et 4' sont reliés à un capteur de pression 5, de type classique, tel que piézo-électrique ou à jauge de contrainte. La boucle 2 forme comme un frein au passage du liquide dans la canalisation 1. En effet, dans un premier temps le liquide s'accumule à la base de la boucle 2 puis franchit l'élévation de niveau en provoquant des différences de pression au niveau des deux membranes 3 et 3'. Ces pertes de charge, correspondant en quelque sorte à des différences de vide en amont et en aval de la boucle 2, sont transformées en signaux électriques, qui après intégration (par exemple toutes les 7 ou 20 secondes environ) et traitement, fournissent une valeur proportionnelle au débit du liquide dans la canalisation 1. Il est également possible que la canalisation 1 présente des tronçons d'arrivée et de sortie du dispositif non parallèles aux membranes (3, 3'), par exemple perpendiculaires, avec deux tronçons verticaux (figure 3: troisième variante, figure 4: quatrième variante). 6 2788125 Dans une autre variante non représentée, il peut aussi être prévu qu'un de ces tronçons (par exemple tronçon d'arrivée 7) de canalisation soit horizontal, et que l'autre tronçon soit vertical, ou incliné (par exemple tronçon de sortie 7') ou inversement. Un tel dispositif s'applique particulièrement bien à la mesure du débit d'un liquide tel que le lait, par exemple dans les installations de traite, comme représenté à la figure 5. Dans ce cas, o le diamètre de la canalisation 1 est de l'ordre de 16 mm, une boucle 2 d'un diamètre compris approximativement entre 80 mm et 320 mm (correspondant ainsi à une élévation de niveau de l'ordre de 5 à fois le diamètre de la canalisation 1), permet de créer une perte de charge (au moment du franchissement de la boucle 2 par le lait), telle qu'il est ainsi possible de mesurer des débits massiques dans une gamme pouvant aller entre 50 g/min environ (cas du début ou fmin de la traite) et 15 kg/min de lait, sous un vide d'environ 40 kPa absolu. Le dispositif selon l'invention permet une mesure de débit fiable, même aux faibles débits, et même lorsque le lait est mélangé à de l'air (de l'ordre de 70 % air, 30 % lait) en formant souvent une sorte de mousse, comme par exemple au démarrage de la traite. Le dispositif 10 selon l'invention formant une unité représentée en pointillés sur les figures 1 et 4 peut être inclus dans une installation de traite telle que représentée sur la figure 5, fonctionnant sous vide de l'ordre de 30 à 50 kPa, et munie d'un système de contrôle de la pulsation et éventuellement du décrochage automatique 15. Le dispositif 10 est placé sur la canalisation 1 entre la griffe 11 de collecte du lait provenant des trayons de l'animal (vache, chèvre, brebis...) et le réservoir 12 collecteur central. Il permet ainsi de connaître la production laitière de chaque animal en temps réel. Le dispositif selon l'invention est simple, bon marché, et présente une grande précision de mesure. Il s'adapte facilement sur les canalisations existantes, et peut même être disposé sur les tuyaux reliant le trayon à la griffe, afin, en déterminant le débit de chacun des trayons, d'avertir le manipulateur d'un défaut de production d'un quartier du pis de l'animal, 7 2788125 par exemple à une malformation, une infection..., ou bien d'indiquer lorsque le débit global est faible, qu'un quartier donne encore suffisamment de lait pour poursuivre la traite. Le dispositif selon l'invention peut aussi être utilisé lorsque de l'eau circule dans une installation, par exemple telle que celle décrite cidessus pour la traite. Il permet notamment, par une indication précise du débit de l'eau, de connaitre le volume total d'eau de rinçage ayant traversé chaque griffe. En effet, la norme actuelle préconisant le passage d'au moins 10 à 1 d'eau par griffe pour le lavage, les utilisateurs font circuler l'eau en abondance, et augmentent la durée du rinçage pour assurer un lavage correct, en l'absence d'appareil indicateur du volume (ou débit d'eau) utilisé par poste de traite. Le dispositif selon l'invention permet ainsi, avec une utilisation plus rationnelle de la quantité de liquide, d'économiser l'eau de lavage, et de réduire la durée de cette étape. Le dispositif selon l'invention permet en outre par une indication instantanée d'une forte variation du vide (retour à pression atmosphérique) de signaler à l'opérateur tout défaut dans l'installation, tel que par exemple une prise d'air anormale, risquant de laisser rentrer des germes et/ou des matières indésirables dans l'installation, ou encore une chute de griffe inopinée. Enfin, le dispositif selon l'invention peut être raccordé à toute canalisation, quel que soit le sens de circulation du liquide: il ne requiert pas un sens privilégié ou impératif pour la circulation du liquide, notamment lorsqu'il renferme une élévation de niveau sous la forme d'une boucle. Le capteur de pression détecte alors automatiquement le sens de circulation (variation de pression négative ou positive). 8 2788125 REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination du débit d'un liquide circulant de manière discontinue, par aspiration dans une canalisation, caractérisé en ce qu'il comprend la mesure d'une différence de pression régnant dans la canalisation en amont et en aval d'un tronçon de canalisation avec élévation de niveau. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence de pression mesurée est transformée en signaux électriques, qui après intégration et traitement, fournissent une valeur proportionnelle au débit du liquide. 3. Dispositif (10) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un tronçon de la canalisation (1) dans laquelle est aspiré et circule le liquide présente au moins une élévation de niveau (2), sans diminution générale de la section de ladite canalisation, et en ce qu'en amont et en aval dudit tronçon, sont disposées deux membranes (3, 3') sensibles à la pression, reliées à un capteur de pression (5), lui-même solidaire d'une unité de traitement de signaux. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élévation de niveau (2) est égale à au moins 2 fois le diamètre de la canalisation. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élévation de niveau est au moins égale à environ 5 fois le diamètre de la canalisation. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, 2 5 caractérisé en ce que l'élévation de niveau (2) est une boucle. 7. Utilisation du procédé selon l'une des revendications i et 2 ou du dispositif selon l'une des revendications 3 à 6 pour la détermination du débit du lait. 8. Utilisation selon la revendication 7 pendant l'opération de traite. 9. Utilisation du procédé selon l'une des revendications 1 et 2 ou du dispositif selon l'une des revendications 3 à 6 pour la détermination du débit de l'eau. 9 2788125 10. Utilisation selon la revendication 9 pendant des opérations de lavage de la canalisation. 11. Utilisation du dispositif selon l'une des revendications 3 à 6 pour la détection instantanée d'une prise d'air anormale.