Brevet FR3135138A1 — publié le 20231103

Compteur de fluide (1) à ultrasons comportant un conduit (4) dans lequel un fluide peut circuler, un dispositif de mesure ultrasonique (6) comprenant un transducteur amont (7a) et un transducteur aval (7b) pour évaluer un débit courant, une vanne (12) comprenant un organe mobile (14) pour contrôler le débit courant, un capteur de position (15) pour mesurer une position courante de l’organe mobile, un circuit de traitement (5) pour, si la position courante de l’organe mobile est telle que le débit courant ne peut pas être mesuré par le dispositif de mesure ultrasonique, évaluer le débit courant en fonction de la position courante de l’organe mobile et d’une valeur de pression représentative d’une différence entre une deuxième pression du fluide en aval de la vanne, évaluée via une impédance du transducteur aval, et une première pression du fluide en amont de la vanne, évaluée via une impédance du transducteur amont. FIGURE DE L’ABREGE : Fig.1 Mesure du débit à partir des impédances électriques des transducteurs piézoélectriques L’invention concerne le domaine des compteurs de fluide à ultrasons. ARRIERE PLAN DE L’INVENTION Un compteur de fluide à ultrasons comporte très classiquement un conduit dans lequel circule le fluide, et un dispositif de mesure ultrasonique comprenant un transducteur amont (côté réseau) et un transducteur aval (côté installation de l’abonné). Chaque transducteur joue successivement le rôle d’un émetteur et d’un récepteur de signaux ultrasonores. Le transducteur amont émet ainsi un signal ultrasonore dans le conduit, qui est reçu par le transducteur aval après avoir parcouru dans le fluide un chemin prédéfini (de longueur parfaitement maîtrisée). Puis, le transducteur aval émet à son tour un signal ultrasonore, qui est reçu par le transducteur amont après avoir parcouru dans le fluide le chemin prédéfini (dans l’autre sens). Le dispositif de mesure ultrasonique évalue alors le débit du fluide à partir des temps de vol des signaux ultrasonores entre les transducteurs. L’estimation du débit du fluide permet d’évaluer et de facturer la quantité de fluide consommée. Dans certains pays, les compteurs doivent être capables de limiter, réguler, et de couper le débit du fluide. Par exemple, dans certains pays et dans le cas d’une facture d’eau impayée, le distributeur d’eau doit assurer au client final « mauvais payeur » un débit minimal durant un certain nombre de jours avant de lui couper totalement l’accès à l’eau. Ce débit minimal peut varier en fonction du pays et du client, et il est donc nécessaire d’avoir la possibilité de réguler le débit « à la demande » : le débit doit être adapté en fonction d’une consigne de débit. On a envisagé, pour réaliser la régulation du débit, d’intégrer dans le conduit du compteur une vanne à bille motorisée. La position angulaire de la bille peut être commandée à distance pour réguler le débit. Cependant, l’encombrement du compteur doit être limité, et il peut être nécessaire de positionner la vanne dans la zone de mesure du débit, c’est-à-dire entre les deux transducteurs. Or, lorsque la vanne est insuffisamment ouverte, les signaux ultrasonores ne peuvent pas cheminer normalement dans le conduit en suivant le chemin prédéfini. Il est donc impossible de mesurer et de réguler le débit pour certaines positions angulaires de la bille. OBJET DE L’INVENTION L’invention a pour objet, dans un compteur de fluide à ultrasons comprenant un conduit dans lequel circule le fluide et une vanne positionnée dans le conduit, de pouvoir mesurer et réguler le débit du fluide quel que soit l’état de la vanne (ouverte, fermée, partiellement ouverte). En vue de la réalisation de ce but, on propose un compteur de fluide à ultrasons comportant : - un conduit dans lequel un fluide peut circuler ; - un dispositif de mesure ultrasonique comprenant transducteur amont et un transducteur aval qui sont des transducteurs piézoélectriques et qui sont agencés pour émettre et recevoir des signaux ultrasonores dans le conduit, le dispositif de mesure ultrasonique étant agencé pour évaluer un débit courant du fluide à partir de temps de vol des signaux ultrasonores entre le transducteur amont et le transducteur aval ; - une vanne positionnée, selon une longueur du conduit, entre le transducteur amont piézoélectrique et le transducteur aval piézoélectrique, la vanne comprenant un organe mobile qui s’étend dans le conduit et dont une position courante peut être commandée pour contrôler le débit courant du fluide ; - un capteur de position agencé pour mesurer la position courante de l’organe mobile ; - un circuit de traitement agencé pour, si la position courante de l’organe mobile est telle que le débit courant ne peut pas être mesuré par le dispositif de mesure ultrasonique, évaluer le débit courant en fonction de la position courante de l’organe mobile et d’une valeur de pression représentative d’une différence entre une deuxième pression du fluide dans le conduit en aval de la vanne et une première pression du fluide dans le conduit en amont de la vanne, la première pression étant évaluée à partir d’une première impédance électrique du transducteur piézoélectrique amont et la deuxième pression étant évaluée à partir d’une deuxième impédance électrique du transducteur piézoélectrique aval. Le compteur de fluide à ultrasons selon l’invention est donc particulièrement avantageux car, lorsque la position courante de l’organe mobile de la vanne est telle que le débit courant ne peut pas être mesuré via le dispositif de mesure ultrasonique, alors le débit courant est évalué en fonction de la position courante de l’organe mobile et d’une valeur de pression qui est calculée à partir de la première pression elle-même évaluée à partir de la première impédance électrique du transducteur amont, et de la deuxième pression elle-même évaluée à partir de la deuxième impédance électrique du transducteur aval. Dans ce cas, le compteur de fluide à ultrasons selon l’invention ne nécessite pas le dispositif de mesure ultrasonique pour fonctionner. Le compteur de fluide à ultrasons selon l’invention est ainsi en mesure de mesurer et réguler le débit du fluide quel que soit l’état de la vanne (ouverte, fermée, partiellement ouverte). Dans un mode de réalisation, la première impédance électrique est une impédance électrique du transducteur amont à une fréquence d’excitation du transducteur amont et du transducteur aval, et la deuxième impédance électrique est une impédance électrique du transducteur aval à ladite fréquence d’excitation. Dans un mode de réalisation, le circuit de traitement est agencé pour : - exciter le transducteur amont à des fréquences comprises dans un premier intervalle de fréquences prédéterminé pour évaluer une première fonction de la première impédance en fonction de la fréquence sur ledit premier intervalle ; - exciter le transducteur aval à des fréquences comprises dans un deuxième intervalle de fréquences prédéterminé pour évaluer une deuxième fonction de la deuxième impédance en fonction de la fréquence sur ledit deuxième intervalle ; - évaluer à partir de la première fonction un premier décalage, par rapport à une première fréquence de référence, d’une première fréquence de résonance ou d’une première fréquence d’antirésonance du transducteur amont ; - évaluer à partir de la deuxième fonction un deuxième décalage, par rapport à une deuxième fréquence de référence, d’une deuxième fréquence de résonance ou d’une deuxième fréquence d’antirésonance du transducteur aval ; - évaluer à partir du premier décalage la première pression, et à partir du deuxième décalage la deuxième pression. Dans un mode de réalisation, le circuit de traitement est agencé pour, si la position courante de l’organe mobile est telle que le débit courant peut être mesuré par le dispositif de mesure ultrasonique : - évaluer une pression du fluide à débit nul ; - estimer la température du fluide en utilisant la pression du fluide à débit nul ; - produire une première valeur de débit à partir de temps de vol des signaux ultrasonores entre le premier transducteur et le deuxième transducteur et de la température du fluide. Dans un mode de réalisation, le circuit de traitement est en outre agencé pour : - produire une deuxième valeur de débit à partir de la position courante de l’organe mobile et de la valeur de pression ; - produire une valeur de débit consolidée à partir de la première valeur de débit et de la deuxième valeur de débit. Dans un mode de réalisation, le circuit de traitement est agencé, pour évaluer la pression du fluide à débit nul, pour : - attendre que le débit courant soit nul ; - évaluer alors la première pression à partir de la première impédance ou la deuxième pression à partir de la deuxième impédance. Dans un mode de réalisation, le fluide est un fluide compressible, le compteur de fluide comprenant en outre un capteur de température agencé pour mesurer une température du fluide dans le conduit, le circuit de traitement étant agencé pour, si la position courante de l’organe mobile est telle que le débit courant ne peut pas être mesuré par le dispositif de mesure ultrasonique, utiliser aussi la température du fluide pour évaluer le débit courant. Dans un mode de réalisation, la vanne est une vanne à bille. On propose de plus un procédé de mesure d’un débit courant d’un fluide, mis en œuvre dans le circuit de traitement d’un compteur de fluide à ultrasons tel que précédemment décrit, et comprenant l’étape, si la position courante de l’organe mobile est telle que le débit courant ne peut pas être mesuré par le dispositif de mesure ultrasonique, d’évaluer le débit courant en fonction de la position courante de l’organe mobile et de la valeur de pression représentative de la différence entre la deuxième pression et la première pression. Dans un mode de réalisation, dans le procédé de mesure tel que précédemment décrit, la première impédance électrique est une impédance électrique du transducteur amont à une fréquence d’excitation du transducteur amont et du transducteur aval, et la deuxième impédance électrique est une impédance électrique du transducteur aval à ladite fréquence d’excitation. Dans un mode de réalisation, le procédé de mesure tel que précédemment décrit comprend les étapes de : - exciter le transducteur amont à des fréquences comprises dans un premier intervalle de fréquences prédéterminé et évaluer une première fonction de la première impédance en fonction de la fréquence sur ledit premier intervalle ; - exciter le transducteur aval à des fréquences comprises dans un deuxième intervalle de fréquences prédéterminé et évaluer une deuxième fonction de la deuxième impédance en fonction de la fréquence sur ledit deuxième intervalle ; - évaluer à partir de la première fonction un premier décalage, par rapport à une première fréquence de référence, d’une première fréquence de résonance ou d’une première fréquence d’antirésonance du transducteur amont ; - évaluer à partir de la deuxième fonction un deuxième décalage, par rapport à une deuxième fréquence de référence, d’une deuxième fréquence de résonance ou d’une deuxième fréquence d’antirésonance du transducteur aval ; - et évaluer à partir du premier décalage la première pression, et à partir du deuxième décalage la deuxième pression. Dans un mode de réalisation, le procédé de mesure tel que précédemment décrit, comprend les étapes, si la position courante de l’organe mobile est telle que le débit courant peut être mesuré par le dispositif de mesure ultrasonique, de - utiliser le dispositif de mesure ultrasonique pour mesurer le débit courant ; - attendre que le débit courant soit nul ; - évaluer alors la première pression à partir de la première impédance ou la deuxième pression à partir de la deuxième impédance, et évaluer ainsi la pression du fluide à débit nul ; - estimer la température du fluide en utilisant la pression du fluide à débit nul ; - estimer une première valeur de débit à partir de temps de vol des signaux ultrasonores entre le premier transducteur et le deuxième transducteur et de la température du fluide. Dans un mode de réalisation, le procédé de mesure tel que précédemment décrit comprend en outre les étapes de : - produire une deuxième valeur de débit à partir de la position courante de l’organe mobile et de la valeur de pression ; - produire une valeur de débit consolidée à partir de la première valeur de débit et de la deuxième valeur de débit. Dans un mode de réalisation, le procédé de mesure tel que précédemment décrit comprend en outre les étapes de : - définir un intervalle de temps entre un temps t1 et un temps t2, tels que, au temps t1, une différence entre la deuxième pression et la première pression passe d’une valeur nulle à une valeur supérieure à un seuil prédéfini, et au temps t2, la différence entre la deuxième pression et la première pression passe d’une deuxième valeur supérieure au seuil prédéfini à la valeur nulle - intégrer le débit courant sur l’intervalle de temps et évaluer ainsi un volume de fluide distribué via le conduit. On propose de plus un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le circuit de traitement du compteur tel que précédemment décrit à exécuter les étapes du procédé de mesure tel que précédemment décrit. On propose de plus un support d'enregistrement lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d’ordinateur tel que précédemment décrit. On propose de plus un procédé de régulation d’un débit courant, mis en œuvre dans le circuit de traitement d’un compteur de fluide à ultrasons tel que précédemment décrit, et comprenant les étapes de : - acquérir une consigne de débit ; - estimer le débit courant en utilisant le procédé de mesure tel que précédemment décrit ; - adapter la position courante de l’organe mobile en fonction d’un écart entre la consigne de débit et le débit courant. On propose de plus un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le circuit de traitement du compteur tel que précédemment décrit à exécuter les étapes du procédé de régulation tel que précédemment décrit. On propose de plus un support d'enregistrement lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d’ordinateur tel que précédemment décrit. L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit de modes de mise en œuvre particuliers non limitatifs de l’invention. Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels : la représente un compteur de fluide à ultrasons selon un premier mode de réalisation de l’invention ; la représente schématiquement deux transducteurs dans le conduit ; la représente un tableau d’une deuxième table de référence ; la représente un graphique comprenant une courbe de la valeur de pression ΔP en fonction du débit courant ; la représente des étapes d’un procédé de mesure ; la représente des étapes d’un procédé de mesure à partir de la valeur de pression ΔP ; la représente un tableau d’une troisième table de référence ; la représente un graphique comprenant une courbe de la vitesse du son dans l’eau en fonction de la pression à 20°C ; la représente des étapes d’un procédé de régulation ; la représente un graphique sur lequel on voit l’évolution de la pression mesurée dans le conduit lorsque l’installation commence puis cesse de consommer de l’eau ; la représente un graphique comprenant des courbes représentant la magnitude de l’impédance électrique d’un transducteur piézoélectrique en fonction de la fréquence à différentes valeurs de pression à 20°C ; la représente un graphique comprenant une courbe de mesure de la magnitude de l’impédance électrique à 2 MHz d’un transducteur électrique en fonction de la pression et une courbe du modèle analytique correspondant ; la représente un tableau d’une cinquième table de référence ; la représente un graphique comprenant des courbes de la vitesse du son dans l’eau en fonction de la pression à différentes valeurs de température ; la représente un graphique comprenant des courbes de la vitesse du son dans l’eau en fonction de la température à différentes valeurs de pression ; la représente un compteur de fluide à ultrasons selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; la représente un compteur de fluide à ultrasons selon un troisième mode de réalisation de l’invention. Compteur de fluide (1) à ultrasons comportant : - un conduit (4) dans lequel un fluide peut circuler ; - un dispositif de mesure ultrasonique (6) comprenant un transducteur amont (7a) et un transducteur aval (7b) qui sont des transducteurs piézoélectriques et qui sont agencés pour émettre et recevoir des signaux ultrasonores dans le conduit, le dispositif de mesure ultrasonique étant agencé pour évaluer un débit courant du fluide à partir de temps de vol des signaux ultrasonores entre le transducteur amont et le transducteur aval ; - une vanne (12) positionnée, selon une longueur du conduit, entre le transducteur amont et le transducteur aval, la vanne comprenant un organe mobile (14) qui s’étend dans le conduit (4) et dont une position courante peut être commandée pour contrôler le débit courant du fluide ; - un capteur de position (15) agencé pour mesurer la position courante de l’organe mobile ; - un circuit de traitement (5) agencé pour, si la position courante de l’organe mobile est telle que le débit courant ne peut pas être mesuré par le dispositif de mesure ultrasonique, évaluer le débit courant en fonction de la position courante de l’organe mobile et d’une valeur de pression représentative d’une différence entre une deuxième pression du fluide dans le conduit en aval de la vanne et une première pression du fluide dans le conduit en amont de la vanne, la première pression étant évaluée à partir d’une première impédance électrique du transducteur amont et la deuxième pression étant évaluée à partir d’une deuxième impédance électrique du transducteur aval. Compteur de fluide à ultrasons selon la revendication 1, dans lequel la première impédance électrique est une impédance électrique du transducteur amont (7a) à une fréquence d’excitation du transducteur amont (7a) et du transducteur aval (7b), et la deuxième impédance électrique est une impédance électrique du transducteur aval (7b) à ladite fréquence d’excitation. Compteur de fluide à ultrasons selon la revendication 1, dans lequel le circuit de traitement (5) est agencé pour : - exciter le transducteur amont (7a) à des fréquences comprises dans un premier intervalle de fréquences prédéterminé pour évaluer une première fonction de la première impédance en fonction de la fréquence sur ledit premier intervalle ; - exciter le transducteur aval (7b) à des fréquences comprises dans un deuxième intervalle de fréquences prédéterminé pour évaluer une deuxième fonction de la deuxième impédance en fonction de la fréquence sur ledit deuxième intervalle ; - évaluer à partir de la première fonction un premier décalage, par rapport à une première fréquence de référence, d’une première fréquence de résonance ou d’une première fréquence d’antirésonance du transducteur amont (7a) ; - évaluer à partir de la deuxième fonction un deuxième décalage, par rapport à une deuxième fréquence de référence, d’une deuxième fréquence de résonance ou d’une deuxième fréquence d’antirésonance du transducteur aval (7b) ; - évaluer à partir du premier décalage la première pression, et à partir du deuxième décalage la deuxième pression. Compteur de fluide à ultrasons selon l’une des revendications précédentes, le circuit de traitement (5) étant agencé pour, si la position courante de l’organe mobile (14) est telle que le débit courant peut être mesuré par le dispositif de mesure ultrasonique (6) : - évaluer une pression du fluide à débit nul ; - estimer la température du fluide en utilisant la pression du fluide à débit nul ; - produire une première valeur de débit à partir de temps de vol des signaux ultrasonores entre le premier transducteur et le deuxième transducteur et de la température du fluide. Compteur de fluide à ultrasons selon la revendication 4, le circuit de traitement (5) étant en outre agencé pour : - produire une deuxième valeur de débit à partir de la position courante de l’organe mobile et de la valeur de pression ; - produire une valeur de débit consolidée à partir de la première valeur de débit et de la deuxième valeur de débit. Compteur de fluide à ultrasons selon la revendication 4, dans lequel, pour évaluer la pression du fluide à débit nul, le circuit de traitement (5) est agencé pour : - attendre que le débit courant soit nul ; - évaluer alors la première pression à partir de la première impédance ou la deuxième pression à partir de la deuxième impédance. Compteur de fluide à ultrasons selon l’une des revendications précédentes, le fluide étant un fluide compressible, le compteur de fluide (101) comprenant en outre un capteur de température (120) agencé pour mesurer une température du fluide dans le conduit (104), le circuit de traitement (105) étant agencé pour, si la position courante de l’organe mobile est telle que le débit courant ne peut pas être mesuré par le dispositif de mesure ultrasonique, utiliser aussi la température du fluide pour évaluer le débit courant. Compteur de fluide à ultrasons selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la vanne (12) est une vanne à bille. Procédé de mesure d’un débit courant d’un fluide, mis en œuvre dans le circuit de traitement (5) d’un compteur de fluide à ultrasons selon l’une des revendications précédentes, et comprenant l’étape, si la position courante de l’organe mobile est telle que le débit courant ne peut pas être mesuré par le dispositif de mesure ultrasonique (6), d’évaluer le débit courant en fonction de la position courante de l’organe mobile (14) et de la valeur de pression représentative de la différence entre la deuxième pression et la première pression. Procédé de mesure selon la revendication 9, dans lequel la première impédance électrique est une impédance électrique du transducteur amont (7a) à une fréquence d’excitation du transducteur amont (7a) et du transducteur aval (7b), et la deuxième impédance électrique est une impédance électrique du transducteur aval (7b) à ladite fréquence d’excitation. Procédé de mesure selon la revendication 9, comprenant les étapes de : - exciter le transducteur amont (7a) à des fréquences comprises dans un premier intervalle de fréquences prédéterminé et évaluer une première fonction de la première impédance en fonction de la fréquence sur ledit premier intervalle ; - exciter le transducteur aval (7b) à des fréquences comprises dans un deuxième intervalle de fréquences prédéterminé et évaluer une deuxième fonction de la deuxième impédance en fonction de la fréquence sur ledit deuxième intervalle ; - évaluer à partir de la première fonction un premier décalage, par rapport à une première fréquence de référence, d’une première fréquence de résonance ou d’une première fréquence d’antirésonance du transducteur amont (7a) ; - évaluer à partir de la deuxième fonction un deuxième décalage, par rapport à une deuxième fréquence de référence, d’une deuxième fréquence de résonance ou d’une deuxième fréquence d’antirésonance du transducteur aval (7b) ; - et évaluer à partir du premier décalage la première pression, et à partir du deuxième décalage la deuxième pression. Procédé de mesure selon l’une des revendications 9 à 11, comprenant les étapes, si la position courante de l’organe mobile (14) est telle que le débit courant peut être mesuré par le dispositif de mesure ultrasonique (6), de - utiliser le dispositif de mesure ultrasonique (6) pour mesurer le débit courant ; - attendre que le débit courant soit nul ; - évaluer alors la première pression à partir de la première impédance ou la deuxième pression à partir de la deuxième impédance, et évaluer ainsi la pression du fluide à débit nul ; - estimer la température du fluide en utilisant la pression du fluide à débit nul ; - estimer une première valeur de débit à partir de temps de vol des signaux ultrasonores entre le premier transducteur et le deuxième transducteur et de la température du fluide. Procédé de mesure selon la revendication 12 comprenant en outre les étapes de : - produire une deuxième valeur de débit à partir de la position courante de l’organe mobile (14) et de la valeur de pression ; - produire une valeur de débit consolidée à partir de la première valeur de débit et de la deuxième valeur de débit. Procédé de mesure selon l’une des revendications 9 à 13, comprenant en outre les étapes de : - définir un intervalle de temps entre un temps t1 et un temps t2, tels que, au temps t1, une différence entre la deuxième pression et la première pression passe d’une valeur nulle à une valeur supérieure à un seuil prédéfini, et au temps t2, la différence entre la deuxième pression et la première pression passe d’une deuxième valeur supérieure au seuil prédéfini à la valeur nulle - intégrer le débit courant sur l’intervalle de temps et évaluer ainsi un volume de fluide distribué via le conduit (4). Programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le circuit de traitement (5) du compteur selon l’une des revendications 1 à 8 à exécuter les étapes du procédé de mesure selon l’une des revendications 9 à 14. Support d'enregistrement lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d’ordinateur selon la revendication 15. Procédé de régulation d’un débit courant, mis en œuvre dans le circuit de traitement (5) d’un compteur de fluide à ultrasons selon l’une des revendications 1 à 8, et comprenant les étapes de : - acquérir une consigne de débit ; - estimer le débit courant en utilisant le procédé de mesure selon l’une des revendications 9 à 14 ; - adapter la position courante de l’organe mobile en fonction d’un écart entre la consigne de débit et le débit courant. Programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le circuit de traitement du compteur (5) selon l’une des revendications 1 à 8 à exécuter les étapes du procédé de régulation selon la revendication 17. Support d'enregistrement lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d’ordinateur selon la revendication 18.