Brevet FR2850457A1 — publié le 20040730

La présente invention concerne un compteur de volume d'alcool éthylique basé sur un compteur massique direct à effet Coriolis, et vérifiable avec les mêmes étalons que ceux couramment utilisés pour la vérification métrologique des compteurs de volume d'alcool utilisant un principe de mesure volumétrique: jauge, aréomètre et thermomètre étalons. Les compteurs de volume d'alcool éthylique sont utilisés sur les écoulements de mélanges hydroalcooliques (eau / alcool éthylique) pour mesurer la production d'alcool dans les distilleries (de marc, de vins, de lies, de fruits), dans les sucreries et dans les usines de production d'alcool de synthèse. Ils sont également utilisés pour la mesure des quantités d'alcool expédiées ou transférées à partir de sites de stockage et chargées en camions ou wagons citernes. Un compteur massique direct à effet Coriolis s'installe en série sur une conduite fermée dans laquelle s'écoule un liquide, et délivre des mesures primaires de masse du liquide, d'une part, et de masse volumique de ce liquide aux conditions d'écoulement d'autre part. Son utilisation en tant que compteur de volume d'alcool éthylique pose le problème de sa vérification sur site. Cette vérification est destinée à contrôler périodiquement l'exactitude du compteur d'alcool et peut être 15 exigée par la réglementation suivant l'exploitation qui en est faite. Un compteur massique direct est capable de fournir une mesure indirecte du volume aux conditions de température d'écoulement, en divisant la masse mesurée par la masse volumique instantanée mesurée. Toutefois, la comparaison directe de cette mesure de volume avec un étalon de volume ne permet pas de déterminer quelle mesure primaire peut être à l'origine d'une erreur 20 éventuelle: la mesure de masse, la mesure de masse volumique, ou encore les deux simultanément. Cette comparaison en volume ne permet donc pas d'ajuster convenablement le compteur en cas d'erreur. Des vérifications distinctes de la masse et de la masse volumique apparaissent nécessaires pour permettre un tel ajustage en toute connaissance de cause. Or, il n'existe pas à ce jour d'étalon de masse facilement utilisable. Par ailleurs, les systèmes étalons de 25 masse volumique permettant de vérifier un densimètre en ligne sont onéreux et très délicats à mettre en oeuvre. La combinaison de ces contraintes rend en pratique très improbable l'application industrielle des compteurs massiques directs à effet Coriolis pour la mesure de volume d'alcool. Le compteur selon l'invention contourne ces difficultés en permettant de déterminer séparément l'exactitude en masse et l'exactitude en masse volumique du compteur massique direct à effet Coriolis, sans vérifier directement aucune de ces deux grandeurs, mais en s'appuyant uniquement sur des moyens d'étalonnage en volume. Le compteur de volume d'alcool éthylique objet de l'invention est constitué, suivant la figure 1, de: - un compteur massique direct à effet Coriolis, comportant lui-même: - un transducteur (1) de masse et de masse volumique à température de mesurage 35 du mélange hydroalcoolique - un transmetteur (2) délivrant les mesures ci-dessus sous forme de signaux électroniques (impulsions, courants analogiques et/ou communication numérique) - une sonde de température (3) - un calculateur de comptage (4) recevant les signaux de masse, de masse volumique et de 40 température, et assurant des fonctions de calcul et d'indication des grandeurs mesurées. A l'effet de permettre sa vérification par les étalons couramment utilisés, le compteur de volume d'alcool éthylique à base de compteur massique direct à effet Coriolis utilise, selon une première caractéristique, un algorithme de calcul délivrant deux mesures différentes de volume: - le volume apparent du mélange hydroalcoolique à température T de mesurage (noté VT). - le volume d'alcool éthylique pur contenu dans le mélange hydroalcoolique, exprimé à la température de référence de 20OC (noté VAP, 20 C). Ces deux mesures sont obtenues respectivement de la façon suivante: VT = M / P T O : VT = volume du mélange hydroalcoolique à température T de mesurage M = masse mesurée du mélange hydroalcoolique P T = masse volumique mesurée du mélange hydroalcoolique à température T de mesurage VAP,20oC = M * P(P T,T) / P A,200C O : VAP,200C = volume d'alcool éthylique pur à 200C p(p T,T) = titre massique d'alcool pur du mélange hydroalcoolique déterminé par le calculateur de comptage à partir de p T, de T, et des tables alcoométriques internationales (recommandation OIML R22), et exprimé en pourcentage en masse. P A,20C = masse volumique de l'alcool éthylique pur à 20'C = 789,24 kg/m3 20 Détails de l'algorithme de calcul: L'algorithme de calcul de volume d'alcool utilise l'équation polynomiale définie dans la recommandation R22 de l'OIML (1973), également connue sous la dénomination de " tables alcoométriques internationales ", pour calculer le titre massique p(p T,T) et le titre volumique à 20 C q(p T,T). Une éventuelle révision ou actualisation de ces tables internationales ne pourrait apporter que des modifications mineures des valeurs de référence et n'est donc pas susceptible de remettre en cause l'invention dans son principe. Le titre massique p(p T,T) et le titre volumique à 200C q(p T,T) sont calculés à partir des valeurs mesurées de masse volumique et de température du mélange hydroalcoolique (eau/alcool éthylique). Ces valeurs calculées sont utilisées pour calculer deux coefficients " v " et " w " liant le volume d'alcool éthylique pur à 200C, 30 respectivement à la masse du mélange hydroalcoolique et à son volume. Ces quatre valeurs, p(p T,T), q(p T,T), " v " et " w " sont ensuite utilisées dans un module de totalisation pour calculer le volume du mélange hydroalcoolique à température T de mesurage noté VT et le volume d'alcool éthylique pur à 200C noté VAP,20 C Les valeurs d'entrée de l'algorithme sont la masse volumique et la température. Le principe de 35 l'algorithme consiste à calculer le titre massique d'alcool en calculant tout d'abord une masse volumique résultant d'une valeur initiale de titre massique fixée arbitrairement d'une part et de la température mesurée d'autre part, puis à appliquer une méthode d'itération. Les unités utilisées en interne pour les calculs sont le kg/m3 pour la masse volumique et le OC pour la température. Les valeurs limites de température sont- 10 C et + 40 C. Les valeurs limites de masse volumique sont 771,90 kg/m3 et 1000,0 kg/m3. Valeurs d'entrée: Masse volumique du mélange hydroalcoolique Température du mélange hydroalcoolique Valeurs de sortie: Titre massique d'alcool éthylique dans le mélange hydroalcoolique: p(p T,T) Titre volumique d'alcool éthylique dans le mélange hydroalcoolique à 20 C: q(p T,T) Coefficient de volume d'alcool éthylique pur à 20 C par rapport à la masse: v 10 Coefficient de volume d'alcool éthylique pur à 20 C par rapport au volume: w Calculs: Calcul de la masse volumique par l'équation polynomiale définie dans la recommandation R22 de l'OIML, avec p(p T,T) = valeur précédemment calculée (valeur de départ = 1,0) et T = température mesurée. Calcul de la masse volumique par l'équation polynomiale définie dans la recommandation R22 de l'OIML, avec p(p T,T) = p(p T,T) - 0,01 et T = température mesurée. Calcul de la valeur de p(p T,T) correspondant à la dernière valeur mesurée de masse volumique. Application d'une itération linéaire pour aboutir à une valeur de p(p T,T) correspondant à la 20 valeur de masse volumique mesurée (p T). Calcul de la masse volumique à 20 C du mélange hydroalcoolique, notée MV20oc, par l'équation polynomiale définie dans la recommandation R22 de l'OIML, avec la valeur précédemment calculée de p(p T,T) et T = 20 C. Calcul de q(p T,T) = p(p T,T) * MV20-C / p A,20oC Calcul du coefficient v = p(p T,T) * 1000,0 / p A,20oC Calcul du coefficient w = p(p T,T) * p T / P A,20 C Calculs finaux: Volume VT = M / P T Volume VAp,20oc = M À v Soit: Volume VAP,2o0cC = VT. W Application à la vérification métrologique du compteur de volume d'alcool: Ces deux mesures de volume, VT et VAP, 2o0c, sont obtenues à partir des mêmes mesures primaires M et p T délivrées par le compteur massique direct à effet Coriolis. Le calcul du volume d'alcool éthylique pur à 20 C nécessite de disposer de l'information complémentaire de température T fournie par la sonde correspondante. Cette sonde - du type sonde à résistance platine 100 Q à 0 C - peut être vérifiée indépendamment. En considérant cette vérification effectuée, et la température T exacte, on peut établir comment la vérification de l'exactitude de VT et de VAP,20oc suffit à déterminer les erreurs éventuelles du compteur massique direct sur ses mesures primaires de masse M et de masse volumique p T à température de mesurage. VT et de VAP,200C sont tous deux proportionnels à la masse M. En conséquence une erreur relative donnée sur la mesure de M (notée s M) entraîne une erreur relative identique sur VT comme sur VAP,20 C. Il en va différemment pour une erreur sur p T Le tableau de la figure 2 est directement extrait des tables alcoométriques internationales. Il donne pour des valeurs échelonnées de température T et de titre massique p les valeurs correspondantes de masse volumique p T* Il permet d'en déduire le tableau de la figure 3 qui donne la variation de p T en kg/m3 pour une variation de 1% de titre massique. Puis le tableau de la figure 4 qui donne, pour une erreur de + 1 kg/m3 sur la mesure primaire de masse volumique p T à température de mesurage T, les erreurs relatives résultantes sur VT (notée s VT) et sur VAP,20oC (notée ú VAP,20 C). On note que pour une même erreur sur la mesure primaire p T, E VAP,20oC est plus grande que s VT, d'un facteur de 3 à 7 suivant la valeur du titre p pris en considération. La figure 5 donne une représentation graphique des valeurs de E VT et de E VAP,20oC en fonction des erreurs s M et s PT sur les mesures primaires. Les courbes sont ici tracées pour une plage de titre massique p de 90% à 100%, un cas courant en distilleries, et qui correspond à la différence la plus faible observable entre ú VT et de E VAP,20 C. En effet le tableau de la figure 4 montre que l'écart entre ces deux erreurs augmente lorsque le titre massique diminue. Le graphique est par 20 ailleurs établi avec une erreur s M nulle sur la mesure primaire de masse. Dans ce cas particulier, les graduations de l'axe des ordonnées représentent directement les valeurs de PT en kg/m3. La figure 6 donne la même représentation graphique que la figure 5, à la seule différence que le graphique est établi avec une erreur s M de 1,0% sur la mesure primaire de masse. Ces deux graphiques illustrent que, lors d'une vérification, il suffit de déterminer l'exactitude de VT 25 et de VAP,20oC. Toute différence entre les valeurs d'erreur ú VT et s VAP,20oC sera due à une erreur sur la mesure primaire p T. Après ajustage éventuel de la mesure de p T, l'erreur relative résiduelle sera identique sur VT et sur VAP,200C et aura pour origine une erreur relative de même valeur sur la mesure primaire de masse, qui pourra être à son tour ajustée. Selon une deuxième caractéristique, le compteur de volume d'alcool éthylique basé sur un compteur massique direct à effet Coriolis fournit une mesure instantanée du titre volumique à 200C (noté q) du mélange hydroalcoolique. Cette mesure est disponible sur l'indicateur du calculateur de comptage (4) et sous forme de signal électronique permettant son utilisation pour la régulation du fonctionnement d'une colonne de distillation d'alcool. Cette possibilité n'est aujourd'hui offerte par aucun des compteurs d'alcool à principe volumétrique existants. REVENDICATIONS 1 - Compteur de volume d'alcool éthylique contenu dans un mélange hydroalcoolique eau/alcool éthylique à une température T de mesurage, caractérisé en ce qu'il est constitué de: - un compteur massique direct à effet Coriolis, délivrant des mesures de masse M et de masse volumique PT SOUS forme de signaux, - une sonde de température (3) donnant la température de mesurage T, - un calculateur de comptage (4) recevant les signaux de masse M, de masse volumique PT et de température T et assurant des fonctions de 10 calcul et d'indication des grandeurs suivantes: le volume apparent VT du mélange hydroalcoolique à la température T de mesurage, le volume d'alcool éthylique pur VAP,20 C contenu dans le mélange hydroalcoolique, exprimé à la température de référence 15 de 20'C. 2 - Compteur de volume d'alcool éthylique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le compteur massique direct à effet Coriolis comporte: * un transducteur (1) de masse M et de masse volumique PT à la température de mesurage T du mélange hydroalcoolique, 20 * un transmetteur (2) délivrant les mesures ci-dessus sous forme de signaux. 3 - Compteur de volume d'alcool éthylique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le transmetteur délivre les mesures de masse M et de masse volumique PT sous forme de signaux électroniques, de type impulsions, courants analogiques et/ou 25 communication numérique. 4 - Compteur de volume d'alcool éthylique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le calculateur de comptage (4) fournit également une mesure instantanée du titre volumique q à 20'C du mélange hydroalcoolique. - Compteur de volume d'alcool éthylique selon la revendication 4, caractérisé 30 en ce que le calculateur de comptage (4) fournit la mesure du titre volumique q sous la fonTe d'un signal électronique utilisable pour la régulation du fonctionnement d'une colonne de distillation d'alcool. 6- Procédé de vérification du compteur de volume selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on vérifie préalablement et indépendamment la mesure de la température T puis, l'on vérifie séparément les mesures de masse M et de masse volumique PT délivrées par le compteur massique à 5 effet Coriolis, à partir des erreurs relatives 8VT et FVAPM2ooc des valeurs VT et VAp,20 c délivrées par le calculateur de comptage (4), erreurs obtenues grâce à des moyens d'étalonnage en volume. 7 - Procédé de vérification selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on détermine les éventuelles erreurs relatives SVT et EVAp,200c des valeurs de VT et 10 VAp,2 c délivrées par le calculateur de comptage (4), grâce à des moyens d'étalonnage en volume, et * si des erreurs relatives VT et EVAP,20 C identiques sont obtenues, on ajuste la mesure de la masse M, ou bien, * si des erreurs relatives P1VT et EVAp,20oc différentes sont obtenues, on ajuste la 15 mesure de la masse volumique PT, puis on ajuste éventuellement la mesure de la masse M, en cas d'erreurs relatives FVT et EVAp,20oC identiques résiduelles. 8 - Procédé de vérification selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'ajustage de la mesure de la masse M et/ou de la masse volumique PT est effectué grâce aux tables alcoométriques internationales de la recommandation R22 20 de OIML qui donnent la masse volumique d'un mélange hydroalcoolique en fonction de sa température et de son titre massique d'alcool.