Brevet FR3074913A1 — publié le 20190614

L' erne le dcma ne des procédés de mesure d'une v 7.ssà LE L'IN,in Un c e flude à u_Ln n utilise classiquement, pour mesurer un débit d'un fluide circulant un tuyau, un dispositif de mesure de la vLcosc du fluide par à-lision et récent' n de s ulteo oures mesure. Le disç.o.siLiJ de mesure coT.poi-oe un conduit, r au _Jyau, dans lequel circule le fluide. Pour mez,,L,,..T. la vtesae du fluide, on émet rions le conduit un :f-idnal ultraso..L mcsdru un trê-:jet de lonuuur défo ou, r,.2 t de lo gneur aval et d'aval en amont, et on '1:ime la v:Ltesse du f],: à partir notamment de la longueur définie et de la di Il nou cntre les temps de Un tel 4-2 mesure narfc',=. pur les termes angla 7 7" e, est vsible su 1. Le dispositif mus use 1 como te un p eur 2e, un deuxiène tIansducteur 2b, et un module (2,e mesure 3 relié au premier transducteur 2a et au deuxième trasisduc.eur 2b. -teur 2e et le deuxième tIansduc 2b sont EppeioJé.E. en frésuenu niveau d'é r . Le premier (.1.teur 2e euzierie transducteur lb sont par exemple lus transci eurs piézoélectriques. Le trajet nqueur définie est dc.nc su Liajet rectiligne de 1 ng-,-Je-: L entre le premier transd-.:cter 2e 30 et le deuxiàme trariJucLour 2b. Le module de ne:,.:u= 3 produit un signal électrique d'excitation 4 qui car appliqué en entrée du premier transducteur 2a. Le -'r ::i:i:ictein 2e émet à partir eLt rejet _ourir le -Dar le sicnal Le deu-,,:ième 35 un signal ultrasonore Tur 2b reçoit un signal u rss 2 de mesure reçu 6 résultan r.opagation dans le fLJ du signal ultrasonore de mesure 5. Le nic:ciulc de :Lnn r 3 mesure le temps de trajet mis par le ultrasore de mesure 5 pour parcourir le 5 trajet de lcnueur défi- a d'amont en aval. 3 mesure en n1ité en tenes:de transfert global du premier trans.ducteur 7e. va le deuxième - b. Le temps d transfert global TAB est Lecue 10 TAB=TAA+Tor,b1-TRB, où : - TAA est un temps d'allumage du premier transducteur 2a. ; corresec.nd av Ti= cf I1c Temps Vol », en 1-.anc.c. m, 1 ultres:: re de mesuïe 5 cour 15 pc,rocurir le trajet de lngueur dé tinte entre le trans:d teur 2e et le deuxième transducteur 2b ; est un Ts de réception du deu:-n-Le:r.e 7ranscucteur 2b. D le deuxième Lantnsducteur 2b émet un signal 20 ultras no de mesure nJi est reçu par le premier transducLur 2a. Le temps de transfert global TBA est tel que : =TAB+T:7)F-T7A, OÙ : - TAB eFt un temps d'allumage du =ls-ducT.eur 11 2b ; - ToFBA p- 1 of Flight mis par le signal ultrasonore de mesure pour parcourir le trajet de longueur définis entre le deuxième transducteur lb et le premier tran 2e ; est un nemus de rèceeed on du premier eur 2e. En supnosant que : TAA=TAB et TR=TRB, on obtient : AT - TBA TAB-TOFBA TOFAB DF, cd DToF est le Diffo, ! Or, le DToF eso 1cnci:tion:el à la vitesse moyenne V du fluide, et le 7nodu rt:a;uje 3 calcule la vtesse ant la formule 1:2), C est la viLese d'une onde 5 ultrasonore dans le fluide. Par exemple, la vitesse d'une onde ultraonore dans l'eau est écale à environ 1500m/s, et dépend de température de l'eau. Le module de mesura. déduit alor: ai la se moyenne V, sinnée, le débit du fluide cir ulant dans le 10 tuyau. OBJET DE L'INVENTION L'invion a 2.our 1.71e'rer les resures débit réalisftf:: parun ompteur a 1.-.1t:slas0:1 e', réduire uL: :i:sa.:r:anion électrique par 15 mesures de débit. RESUME DE L'INVENTION En vue de la réalisatin dc ce but, on pr ose un procédé de mesure d'une un f:.7 irenant l'étape de mesurer un ter trajet m ru7-1 20 rrT.sonore de mesure pour arcourir un t .1rngueur mue, le rugnal ult.r.:asc)nore de mesure généré par un transducteur soumis à un signal électrique d'excitation. Selon l'in--,Lion, le signal électrique d'exciL cci:nicr Le rai Jemière portion de signal suivie d'une 25 portion de signal, la première portion ce signal étnuuiu. un signal iiér )L_gt,,,. présentant un rcri= ,7:.van_ une amo-itude maximale décrois .ion de 7. étant un signal p: riodique de même niotili ayant une a =ude maxin'a1.e constante. 30 Grâcc au .linal L_..uLoaqun md axai L itiOfl qui vient d' CLua f,( t, le sic -Ltrasoncre Je rasera a-tu suite à son parours présente des lobes qaasi identiques. Le fait d'avoir des lobes ,:uasi identraias acilite les r de ,Jites2e et amelio, . la rrcisto ces 35 cau-ns:ras de vitesse at donc de débit). Cm plus, ain i exploiter les premiers lobes des signaux ultrasonos 4 de mesure reçus produire les mesures de temps , trajet, ce qui pe=e- iL:. r 1. consomTàtion électrique nécessit p.ai 1 L, ,re- de te'zs On 1er-_. .Î::, 0 .--- L- ur:.ssi un compteur de fluide à ultrason 5 comportant un nremier transucteur, un deuxième transd..etaur, et ru module de .mesurc:: relié au trsrsciuc:u- et au deuxième Lrrirsuu . le compte fluideultrason émre,. er:ce ncim ia5te en -éde qui vient d'être :rH7 10 Ou propose aussi un programme d'ordinateur comprenant instructions oc,ur mettre en oeuvre, pur un Lrncur d'un comr:.eur de fluide à ul- -asc le -'-: mesure qui vient d'ôr.,:l durit. plus è us rie stockage qui stoc 15 un pro ,7,me ''ordinate uompru ànt des instructions Tertre en oeuvre, par un iricrucuetrdeur d'un compteur fis de à ultrason, la. Drccéd- mesure qui vient d' te decri.t. D' autres car-a...ràri.rissurs et avantacyes des micr_ proce 20 la 1eLu.s Je ia des:: mode de réalisation particulier l'invention. suit J' un 1. F. limitatif de BREVF Opéta.n'ION DES DESSI;;S Il sra fait ref.e ence au:: dessins ulia, parmi 25 J- els : - la figure 1 repues-ente un compteur de fluide à ultrason de l'art antérieur ; - la figure 2 rc, esenLo compteur de fluide à ultrason dans lequel est mi oeuvre le, de mesure 30 selon l'invention ; - la représente ur al ultrasac:r-r de mesure reL,A ,,.t un gnal électrique d'exctation utàa lors de la mise en oeuvre du procédé de''e., sc,1 l'invention ; - i la figure 4 représente un sic sonore :re 35 re,--- aigu_ ,c1:riqu, -.au. l a mise 55 oeuvre è' un pro(.2 ,-..- 7', sur e l'art 1 DESCRUVIJN DETAILLEE DE L'INVENT En réféer.:ae 1r vitasse d'un an , un le procédé de Tesure d'une ._ion est ici ris en oeuvre -c:eur d'eau à uleràon _3. Le canoteur d'eau à ultrason 10 comporte un conduit dans le _el circule de l'eau fournie paf un diF:Lribt mesure -cule dans 10 cela est indiqué par le de si de 11. conduit d'amont en aval, _rtme des flèches F, mais pou ait r' tout aurai bien L. transducL iLodule de uler d'aval en amont. de r: s1ue 11 c e un enier un -r1e transc,cc., un lé eu o renier ''a et au 15 _ uxième tré.ICT 12b. Le premier transducteur le deuxième transducteur 12b ,ont appairés. transducteur 1 le r..auxi-crrur transducteur 1 transducteu la :riqurrzr 20 Le module ra rriesurr 13 co:i:j rr.c un COT traitener-t adapta à cncutea des r nst..- ti ns d'un programme -r mettre en oeuvre le procédé de mesure selon l'inventi Le comuo.,2ant. le traitement est en l'occurrence mice..econn.610 P irrait être 25 iu é renr, un ou un Le module 13 pilote le prem 12a et lu deuxième trEnsducteur 12b. Le L:e:anï.ar trarr.rcir.cteur 12a et sducteur 12b rem'd ssent 30 faction d'un émetteur un n-pos.ant iducteur deux_me la fonction d'ue 7Ep7e7 do nc reçus 15. ' ondule de mesure 13 génère des signa J. ctriques d' LuLicur 16, et fournit à 1' êre1 turc sign u au 35 d excetat- ci 16. eur e électrique 6 d'excitation 16 en un de mesure 14. module de mesure 13 1-- ultrasonores mesure reçus 15 qei rce l ecepteur. L'émetteur émet LeS signaJ2_ ultrasnores de m;rre 14 à une fréduence d'émission lus La fréquence fus est class cuel:.ieni, comprise entre -..!kHz et et est ici , Les signaux ultrasonores ne 14 perceur:- ainsi, en':_ le premier et le d.x.Lrr 10 transd un trajet do longueur définie L d'amont en et en amont. Le trajet de longueur dàfine est Ici un tr Liligne entre le premier transuctei 12a et le douziè1 nsducteur Sur la 2, on a y le premier 15 transducteur 12i. reTp1.Esr la fon L un éme'T.teur et le don uieme transducteur 12b retu, la fonctjor. d'un recL or. Le signal éle. citation 16 es- ._,1_:pLiqué cri Ent-rée do prend. nranzT-ducteur 12e ocr Yrati:.re signal uitrarrcrc de resure 14, Le. signal n.teasonore 20 de mesure 14 pa le traje_ _ongueur refinie L d'amont en aval. -e _gnal ultrasonore de mesure 14 est émis par l'émetteur avec un r au NE. Le sicrel ultrasonore de mesur 15 est recri par le récepteur avec un n.icau Nn cii neur au niveau ME. 25 Le ircaue Je n.cartre 13 produit une mesure de. ,emps de trajet sen: ve d'un temps mis par le signal ultrasonore mesure 14 pour parcourir le trajet d 1 nqueur définie L d'amont e.n aval, rie mesure: de de trajet repr&sntative .1r mps rd s pal 30 siultrasonore de mesure pour parcourir d(f::11nie L d'ava_ en anoot, eu enfin évale Ta viLorre u: l'eau en fonction ces mesures de temps de trajet. Or ddcriL rrainternant, en i.é=4-.7ence à la figuI 35 _Lgna_ ---re citation 16. Le snal d' excttuLien 16 crvrjro.rte une 7 première pTt1on de s aaal 17 suivie d'une ièTe portion de signa La p-emiare i.aricn de signal 17 est un Luua périodique pi, un motif 19 répété périodiquement 5 selon une preiniêre période Ti. et ayant une amplitude Iç?croissante. La preml7uc portion gnal 17 est rec ngu _e. Le mt 19 de - r:Jremière portion 1 rectangle. Le motié 19 peut aussi être =me carre cianea j. 10 La première portion te signal 17 comporte ici quatre motifs 1 : un premier motif 19_1, un deuxième motif 1.9 2, un troisièl-: tif 19 3 et quatrième motif. 19_4. La p Ti-x si al 17 présente une prem durée le à quatre fois la prem_,. 15 période Tl. Ici, comme chaque motif 19 est un .,ng 11 7i..Tale d'un motif 19 est l'amplitude dc 1 haut du iouf 19. 5xmale d 19 de la pr ia.itrc 20 portion de ricual. .7 de _on une fonction lireiul Par « fonction », on entend ici la relation qui, à un moment de survenue ou à un numéro d'ordre de surrrnue du motif, relie un 'f à une valeur d'amplitude milxmale du motif. 25 Le rem_Ler motif 19_1 n:.-e.. ent.e ici une amplitude à 3V. Le leuxi motif 19 2 'Lude maximale égale à 1,75V. Le trois esente une - '1j.tude maximale 19_4 Tris.ente une amplitué 7 30 Le mor_if 27, qui suit le quan e _me le rr ccrlur motif de la d. de signal 18, s'ne, une amplitude maximale )._esente une , motif 19 3 Le quaLrime Le à 2,25V. , et qui est La deuxift r:ortion de 35 périodique un motif selon une .euxieme période T2 2nal 18 est per une 1 et muKimale c.onu.nte. Par « ampliLuri.e maximale consta _e », on 71_en sûr que l'amoll_uoc m.2,ilma peut vuiier mais ec variatio:-, u LaiLle 1 c» ses 1% et 5, 5 motif 21. La :Ile pér:du T2 est écale. à la pucfui5c.0 péric Tl. La deuxierre p. r-'" ..1 18 L un si.: il recrangu1a ne. mc 21 dc lu deuxième portion de ulou, 18 est donc lr 10 La deux eme portion de sna_ 18 conte un nombre importar7 dc motifs 21, de sorte qu'une deuxième durée D2 la or signa 18 est supérieue à la premi Portion de signal 17. Lu o.:Terd ère pertiot. de siiuiel 17 con-Litue ici une 15 portion .Lriqw2 excitation 16, alors que la deuxième portion de signal 18 étend à partir de la fL,icL cette portion de dénart jusqu'à la fin du signal cu:cu urcue .tation 15, le signal elect d'excitati 16 peumerreuit _r une mesure ce tem.os 20 trjet d'un terru u. mis p. r le u] TT sonore de mesuru 14 pour pucourir le trajet de longueur définie L d'amont en aval. Le récepteur (c'est à dire le deuxième :sducteur 12b cor la 're j ce la re on ou signal 25 ultr E;oncre de mcsurc cocu 15 à un =Tent TO, sy -ronisé avec l'émission ou signal ultrasonore de mesure 14. L'appairag_ de l'émetteur et du recepteur rend possible cette syn= nis re-rurque que lu sign :.raonore de mesurcu reçu 30 ::ente une sor. Fcne :.c= sinusoïdalen na cLcu1.ter, on no les uiw_c-re pr",.,ers lobessignal ultrasocuru de mesure reçu lu, correspor t aux motifs 19 dc la première n.rt= n dc tl 1 du sLcn,1 électrique d'eucication 16, urps:2 35 celle des au._1::s lobes du signal par eKemple e moyenne du 15. 9 Lc meuure de temps de trajet d'amont en aval est obtenu: la déter7tinaion d'un u -.ent de surven. -'un obe --...termine du signal ul cccnore de m recJ Le momen.i. de survenue Ti est ici l'instrno où survi un front dcs:2., _T_b:rit lia lobe ri 2n momnt ( survene Il passage oar zerd oui .oar une 1.] fl.T e le niqiiol ultras îC C de mesure L O - e nte 10 une si scion e, il est p-Tede7..ern7re mesure recu erent, par emoi 15 .labo 24 3 ou le , ultrasonique presque ,rfaitement de choisir comme lobe du ,.:1trasonore de en rho2 str un lobe as rame 24 4. d'en Un signal électrique d'excitation semblable au signal électrique d'excitation 16 ensuite anpl par le module mesure 13 en en-7.ré 1 deuxième t-.ans eur 12b. Un siqu -asonore car masure reç , semblable au signal 20 dè mesure coçu 15, est par le module de mefiure 13 après avoir narcouru le .._rajet de longueur définie L d'aval en a7r. La mesure de ps de tract -"aval en amont coi obtenue à partir la determ- :or d'un moment cc 25 survenue 71_1 l- dud_L -flesu-re -eçu. La vitesse de l'eau est ensuite évaluée par le module de mesure 13 en fonction de 'a mesure de temPs de trajet t en aval et de la ra de temps de tronc d'aval 30 en rTnxTnt La vitesse de l'ÇaL est proport:onnelle à une Oi'-érence entre 1 :r:-ncrc de temps de trajet d'a 1 en am t. et la mes-ùre de temps dc trajet d'a=nt en note ccc la citons:: e l'eau es,.:réeen_ une 35 vitsse moyeill l'eaJ donc le T?:ia..metre Cc conduit, la. vite': oc masses d'eau étant en effet din,::rente au 10 cicre du co_ t et à pro:-iir.t::e ces asen e ou conduit. On rioLe ciuss.i qu'ure eo=ens-. temp e est réalisée, vitesse chi con dc os l'eau verde en fonc7.ton de la température de l'eau (c'est aussi le cas pour d'autres fluides, par exemple pour le gaz ou le nétrole Observons maintenant la situ, ference à.in figure 4, lorsque le (:Jnal électrique e72- .ation 27 esr un simolc signal hgulaire dont les mo7:fs 32 ont une 10 amplitude constants. Dans ce cas, on cors,tate que les prorr ierc. lobes 2,n, do signal ultrasonore de mesure reçu 29 une -udc. rdciiste, qui augmente s: si vcsrer:t. Une ILrane du trn.sclin:teur p. =électrique 12e ou 15 comms eme,:eur forme un oscillateur, est pà_ un sirï.sl eiectrï77:e 71'e->7 L' uplitude croissante dc._ s mior itbes 28 du signal ultrasc-,ore de mesure reçu 29 est le à un ime transi,'. dans leccoel trouve l'c ateur au début de 20 con exeLstion par rs signal élect.;...oie cYocitation 27. Le régime transitoire précoce un régime ttabli correspondant aux T odes sui vents du s oral ultraso7ore de mesurc roui 29. prè .iers lobes 28r donc cric amplitude redut non constani_ , cL UUP, diffic:ilement loitables par 'a méthode du « Zero ». La mesure de temps de tracu en u val est obtri-J.e à partir de la détermination d'un moment dc sur' c:lue 12 lobe prédéterminé du signh7 ultrasonD mosun , qui n'est donc pas Jri des 30 cuir assurer une mesure satidliente, il est nécessaire de choisir, comme lobe prédécccLiné, un lobe dont on est certain oue l'amplitude corrpsppnd non ics au régime transitoire mali sic 35 chois.il_ par N où y est une ..mulitude axini. le d'un motif de la première portion 1, N la numér7., dudt motif à partir d'un premic:r de la 'ère posignal, et a, 5 b et c sc--Yt cas constante 0-cuic exemple a=3, b=7/ 1/8. Le premier moL et2ente alors une .:no .t.L ma imale égale à 3V. Le axiame motif présente une maximale 0 à Le trL sicuc motif préscate une 10 amT) ud.: l=1c c-ja à 2,4. Le cuatrième matif sen-::e une ampli .:-,I.o ua:cas la ega:e à 2,18V. ] Ceni la deux eu r - criai_ présente ra aTplitde maximale à 2V. On pourrait eec ail1ccs définir des valeurs fixes et 15 quI loonc:aIis de doc issance r:c's:if 19.1ans, sjj cas, de 17: , la premn- portion de ,ri9ru.l 11).:ut comporter de motifs différent de quatre. un no du me.:if de on les i1eurs disccètc id ridas, 20 On a indique suivie de la n'entend cas néc.es troisiere riat.icnla premère portion la premiee portion guai an sicruri. ccc « SU: or'. suivie ateunt » : une pourrait étre ente de signal et la deuxièms portion de 25 signal. De même, la première portion de signal pourrait o.e edée par un_ ouat.rieme po.ftion de sinal, et la perr_ion de suivie par une cincuiène ion de ignal. On a évoqué un motif rectangulaire, mais le motif 30 pourrait être différent : triangulaire, en dents de scie, sinusoïdal, etc. L'invention. s' prlic sûr quels que scient le positiement et - e car figucation du premier transOL: eur et du ciauaiêj.ie transduot:iu- Les signaux ultraso: ares de 35 mesure potrient être émis avec une or: _ion d'un angle quelconque par rapport à un axe longitu -1 du conduit. 13 ultrasnor_ :u .i peuvent être -éflechis pai'.=., -:flecteurs, :r eLa prr des miroirs oririLés à 450. L'invention peut être mise en muvre pour mesurer la 5 vitesse d'un autre fluide, par ex=__ L du gaz, du pétrole, REVENDICATIONS1. Procédé de mesure d'une vitesse d'un fluide, =prenant l'nFpe. de mesurer un temps de trajet mis par un i7na1 ult-asonore de mesurd '14) pour parcourir un trajet . longnéJ iàfinie, le 1 ultrasonore de mesure (14) étant qrilri par un transducteur (12a, 2b soumis à un signal elur.7:rigue d'excitation (16), le prudé de run étant cara Lsé en ce que le si 10 d'excitation comporte une première p rtion de signal (17) suivie o'une deuxième po,_icA'e signal (1.8), la prrn eue pcy_n .: n zL signal cL. ur un s reil pérod oue art (19) 7rpl maxime .e deulusscinte, ccxi n t. cri 7e signai é-n7 15 signal périodiquc:: mémé motif (21) ayant une ampli maximale constan 2. PI:c;càdéJL meure selon la revendica ion 1, 1 l'anpl ttu Inaxma du motif "ic" Ge ' pran:ièrc riortion de sirnriL 7) oît selon 20 linéll. Procédé de rnnre selon la revendatlon 1, a l'aFni'tude rnût1f de fune_ion dans portH F. premiàru 7.ype : f unu maximale d'un motif de la premièrc, :mal, t. es.t le 1.-11:rnrc: cucIL motif à part d'un premien nocif de la première por'on de signal, et b et c sont de:: constantes. = 4. , 30 cc lequel a=3, 5. Procédë f l'ampli mesure selon la revendication mesure selon ' rvend'céti maximale du =tli de portion de signal uLécroit selon d s valeurs déterminées. 35 6. PrDcéd:i 1.1:.?sr n selon la revendication 15 lequel le signal élect L.cue (sexcitation (16) est un lgnal rectang,ILiirc. 7. Procf_J rvre sel erioation 1, du1s lequel une amplitude maximale du mo-'7,tf (19) de la première portion de signal (17) est comprise entre 3V et 2V, et une suplitude. r:axit:nln du motif (21) de la deuxième portion de sic..nal 8. Preudé ce mesure l.a evendication 1, dans lequel 1-, anucivur est un transducteur 10 piézoélectrique. 9. Procédé de mesure selon l'une des revend os 1 cédantes, le pr:Dc:, mis en (11), le procédé metsu,_ 15 mesure 19) de la première portion de si (17) et à. ' rer les valeurs d'amplitud maxima dispositif définir da saleurs d'amplitude une table stocMi (11). 20 10. P mesu.re vendication 9, une m. ')ire du discc;sit de meSLIS. dans lequel l'ét de calibration est sdcdisée au moment d'une fabricaticrl du sptsitif de 11. eur de fluide comoortetL,_ un premier -r (12a, n de nsduct:e D) , et un mclule de mesure 3) relié au te: t r, et au deuxième transducteur, le c F.s.cJr de fluide à ultrason étant agencé pour mettre en oeuvre le procédé de J.,Jru selon 1' uns dus revendiations précéd,=ntes. 12. Pr,)gr:=T 'nateur Tiant des 30 i r, es n'uTse, par un :locontrêT u- d'un - fluide à ultrason, le u 'éd mesure selon l'une des revendications 1 à 10. 13. Moye st9cage, caractérisés en ce qu'ils s un d'ordinateur com unarit des 3.5 Liens , en oeuvra, 17ar un nerocenssôleur d'I - fluide à u1tr,7, le Inesre 16 selon l'une de iidioatiorxs 1 à. 10.