BR112019022326B1

BR112019022326B1 - Processo de medição de uma velocidade de um fluido, medidor de fluido ultrassônico e meio legível por computador

Info

Publication number: BR112019022326B1
Application number: BR112019022326-6A
Authority: BR
Inventors: Henri TEBOULLE
Original assignee: Sagemcom Energy & Telecom Sas
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2024-01-30
Also published as: EP3615894A1; WO2018197159A1; CA3061189C; EP3615894B1; FR3065524A1; BR112019022326A2; ES2923383T3; CN110573841B; CA3061189A1; US20200232829A1; CN110573841A; FR3065524B1; US10852167B2

Abstract

processo de medição de uma velocidade de um fluido, executado por um medidor de fluido ultrassônico (10) que compreende um espelho refletor (15a, 15b) posicionado entre dois transdutores (14a, 14b), o processo de medição compreendendo fases de medição no decorrer das quais: - um dos dois transdutores emite um sinal ultrassonoro de medição; - o outro dos dois transdutores recebe o sinal ultrassonoro de medição depois que ele tenha percorrido um trajeto de medição; - os meios de tratamento (18) avaliam a velocidade do fluido em função de um tempo de trajeto de medição; o processo de medição compreendendo por outro lado fases de compensação no decorrer das quais: - um dos dois transdutores emite um sinal ultrassonoro de compensação; - o dito transdutor recebe o sinal ultrassonoro de compensação depois que ele tenha percorrido um trajeto de compensação no decorrer do qual ele foi refletido pelo espelho refletor; - os meios de tratamento compensam uma deriva de medição do dito transdutor ajustando para isso o tempo de trajeto de medição em função de um tempo de trajeto de compensação.

Description

[0001] A invenção se refere ao domínio dos processos de medição de uma velocidade de um fluido.

PLANO DE FUNDO DA INVENÇÃO

[0002] Um medidor de fluido ultrassônico utiliza classicamente, para medir uma vazão de um fluido que circula dentro de um tubo, um dispositivo de medição da velocidade do fluido por emissão e recepção de sinais ultrassonoros de medição.

[0003] O dispositivo de medição compreende um conduto, conectado ao tubo, dentro do qual o fluido circula. Para medir a velocidade do fluido, é emitido dentro do conduto um sinal ultrassonoro de medição que percorrer um trajeto de comprimento definido, são medidos os tempos de trajeto levados pelo sinal ultrassonoro de medição para percorrer o trajeto de comprimento definido de a montante para a jusante e de a jusante para a montante, e é estimada a velocidade do fluido a partir notadamente do comprimento definido e da diferença entre os tempos de trajeto.

[0004] Um tal dispositivo de medição 1, às vezes designado pelo termo em inglês classical pipe, é visível na figura 1. O dispositivo de medição 1 compreende um primeiro transdutor 2a, um segundo transdutor 2b, e um módulo de medição 3 ligado ao primeiro transdutor 2a e ao segundo transdutor 2b.

[0005] O primeiro transdutor 2a e o segundo transdutor 2b são emparelhados em frequência e em nível de emissão. O primeiro transdutor 2a e o segundo transdutor 2b são por exemplo transdutores piezelétricos.

[0006] O trajeto de comprimento definido é, portanto, um trajeto retilíneo de comprimento L entre o primeiro transdutor 2a e o segundo transdutor 2b.

[0007] O primeiro transdutor 2a emite um sinal ultrassonoro de medição Se. O sinal ultrassonoro de medição Se é por exemplo gerado a partir de um sinal retangular 4. O segundo transdutor 2b recebe um sinal ultrassonoro Sr que resulta da propagação dentro do fluido do sinal ultrassonoro de medição Se.

[0008] O módulo de medição 3 mede o tempo de trajeto levado pelo sinal ultrassonoro de medição Se para percorrer o trajeto de comprimento definido de a montante para a jusante. O módulo de medição 3 mede na realidade um tempo de transferência global TAB do primeiro transdutor 2a para o segundo transdutor 2b.

[0009] O tempo de transferência global TAB é tal que: TAB = TAA+ToFAB+TRB, em que: - TAA é um tempo de ignição do primeiro transdutor 2a; - ToFAB corresponde ao Time of Flight (“Tempo de Voo”, em português) levado pelo sinal ultrassonoro de medição Se para percorrer o trajeto de comprimento definido entre o primeiro transdutor 2a e o segundo transdutor 2b; - TRB é um tempo de recepção do segundo transdutor 2b.

[0010] Do mesmo modo, o segundo transdutor 2b emite um sinal ultrassonoro de medição que é recebido pelo primeiro transdutor 2a.

[0011] O módulo de medição 3 mede assim um tempo de transferência global TBA do segundo transdutor 2b para o primeiro transdutor 2a.

[0012] O módulo de medição 3 calcula então a velocidade média do fluido utilizando para isso a fórmula: - ΔT = TBA - TAB = (V.2L) / c2, na qual c é a velocidade de uma onda ultrassonora dentro do fluido. Por exemplo, a velocidade de uma onda ultrassonora dentro da água é igual a cerca de 1500 m/s, e depende da temperatura da água.

[0013] A duração de vida de um medidor de fluido ultrassônico é tipicamente compreendida entre 15 e 20 anos. No decorrer desse tempo de vida, os componentes do primeiro transdutor 2a e o segundo transdutor 2b são submetidos aos efeitos do envelhecimento. Em especial, os tempos de recepção do primeiro transdutor 2a e o segundo transdutor 2b têm tendência a derivar, o que diminui a precisão da medição da velocidade do fluido.

OBJETO DA INVENÇÃO

[0014] A invenção tem como objeto compensar uma deriva de medição sofrida por um medidor de fluido ultrassônico e devida ao envelhecimento dos transdutores do medidor de fluido ultrassônico.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0015] Tendo em vista a realização desse objetivo, é proposto um processo de medição de uma velocidade de um fluido, executado por um medidor de fluido ultrassônico que compreende dois transdutores, um espelho refletor posicionado entre os dois transdutores, e meios de tratamento, o processo de medição compreendendo fases de medição que compreendem cada uma delas etapas de medição no decorrer das quais: - um dos dois transdutores emite um sinal ultrassonoro de medição; - o outro dos dois transdutores recebe o sinal ultrassonoro de medição depois que ele tenha percorrido um trajeto de medição; - os meios de tratamento avaliam a velocidade do fluido em função de um tempo de trajeto de medição levado pelo sinal ultrassonoro de medição para percorrer o trajeto de medição;

[0016] o processo de medição compreendendo por outro lado fases de compensação que compreendem cada uma delas etapas de compensação no decorrer das quais: - um dos dois transdutores emite um sinal ultrassonoro de compensação; - o dito transdutor recebe o sinal ultrassonoro de compensação depois que ele tenha percorrido um trajeto de compensação no decorrer do qual ele foi refletido pelo espelho refletor; - os meios de tratamento compensam uma deriva de medição do dito transdutor ajustando para isso o tempo de trajeto de medição em função de um tempo de trajeto de compensação levado pelo sinal ultrassonoro de compensação para percorrer o trajeto de compensação.

[0017] O ajuste do tempo de trajeto de medição permite compensar uma deriva de medição sofrida pelo medidor de fluido ultrassônico e devida ao envelhecimento dos transdutores do medidor de fluido ultrassônico.

[0018] É proposto além disso um processo de medição tal como aquele que acaba de ser descrito, no qual o medidor de fluido ultrassônico compreende por outro lado um sensor de temperatura, e no qual os meios de tratamento ajustam também o tempo de trajeto de medição em função de uma temperatura de medição do fluido no decorrer da fase de medição.

[0019] É proposto além disso um processo de medição tal como aquele que acaba de ser descrito, no qual o medidor de fluido ultrassônico compreende por outro lado uma memória na qual é estocada uma tabela de referência que compreende valores de temperatura de referência e, para cada valor de temperatura de referência, um tempo de referência levado por um sinal ultrassonoro de referência para percorrer o trajeto de compensação enquanto o envelhecimento dos transdutores é insignificante, e no qual o ajuste do tempo de trajeto de medição consiste em extrair da tabela de referência um tempo de referência que corresponde a uma temperatura de referência idêntica à temperatura de medição, e em acrescentar ou a subtrair do tempo de trajeto de medição uma diferença entre o tempo de trajeto de compensação e o tempo de referência.

[0020] É proposto além disso um processo de medição tal como aquele que acaba de ser descrito, no qual as fases de compensação compreendem fases de aprendizagem no decorrer das quais: - o sensor de temperatura mede a temperatura do fluido e produz temperaturas de referência; - para cada temperatura de referência, os meios de tratamento medem o tempo de referência levado pelo sinal ultrassonoro de referência para percorrer o trajeto de compensação, e integram na tabela de referência a temperatura de referência e o tempo de referência.

[0021] É proposto além disso um processo de medição tal como aquele que acaba de ser descrito, no qual as fases de aprendizagem são executadas durante um período preliminar de tempo predeterminado, que começa depois de uma instalação do medidor de fluido ultrassônico.

[0022] É proposto além disso um processo de medição tal como aquele que acaba de ser descrito, no qual a tabela de referência é preenchida previamente a uma instalação do medidor de fluido ultrassônico.

[0023] É proposto também um medidor de fluido ultrassônico que compreende um conduto no qual são integrados dois transdutores e um espelho refletor posicionado entre os dois transdutores, e meios de tratamento dispostos para executar o processo de medição que acaba de ser descrito.

[0024] É proposto além disso um medidor tal como aquele que acaba de ser descrito, que compreende dois espelhos refletores, cada espelho refletor sendo posicionado na proximidade de um dos transdutores.

[0025] É proposto além disso um medidor tal como aquele que acaba de ser descrito, no qual os transdutores são transdutores piezelétricos.

[0026] É proposto além disso um medidor tal como aquele que acaba de ser descrito, no qual os transdutores e o espelho refletor apresentam cada um deles uma forma anular que se ajusta a uma parede interna do conduto.

[0027] É proposto além disso um medidor tal como aquele que acaba de ser descrito, no qual uma largura de cada transdutor é compreendida entre 8 % e 12 % de um diâmetro interno do conduto, e no qual uma largura do espelho refletor é compreendida entre 3 % e 5 % do diâmetro interno do conduto.

[0028] É proposto também um programa de computador que compreende instruções para executar, por um medidor de fluido ultrassônico, o processo de medição que acaba de ser descrito.

[0029] São propostos além disso meios de estocagem que estocam um programa de computador que compreende instruções para executar, por um medidor de fluido ultrassônico, o processo de medição que acaba de ser descrito.

[0030] Outras características e vantagens da invenção se destacarão com a leitura da descrição que se segue de um modo de realização especial não limitativo da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0031] Será feito referência aos desenhos anexos, dentre os quais: - a figura 1 representa um medidor de fluido ultrassônico de acordo com a arte anterior; - a figura 2 representa um medidor de fluido ultrassônico no qual é executado o processo de medição de acordo com a invenção; - a figura 3 representa um conduto de um dispositivo de medição do medidor de fluido ultrassônico no qual é executado o processo de medição de acordo com a invenção, o conduto sendo visto em corte de acordo com um plano perpendicular a um eixo do conduto; - a figura 4 representa um sinal ultrassonoro de medição recebido depois que ele tenha percorrido um trajeto de comprimento definido; - a figura 5 representa um primeiro tempo de transferência local TLA entre o primeiro transdutor e ele próprio; - a figura 6 representa etapas do processo de medição de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0032] Em referência à figura 2, o processo de medição de uma velocidade de um fluido de acordo com a invenção é aqui executado em um medidor de água ultrassônico 10.

[0033] O medidor de água ultrassônico 10 compreende um conduto 11 no qual circula água fornecida por uma rede de distribuição a uma instalação, um dispositivo de medição da velocidade da água 12, assim como um sensor de temperatura 13 que mede a temperatura da água dentro do conduto 11.

[0034] A água circula no conduto 11 de a montante para a jusante, como está indicado pelo sentido das flechas 9 visíveis na figura 1. A água poderia também circular de a jusante para a montante, a velocidade média do fluido sendo negativa neste caso.

[0035] O dispositivo de medição 12 compreende um primeiro transdutor 14a, um segundo transdutor 14b, um primeiro espelho refletor 15a, um segundo espelho refletor 15b e um módulo de medição 16.

[0036] O primeiro transdutor 14a e o segundo transdutor 14b são emparelhados. O primeiro transdutor 14a e o segundo transdutor 14b são aqui transdutores piezelétricos.

[0037] O primeiro transdutor 14a e o segundo transdutor 14b são espaçados de um comprimento definido L.

[0038] Em referência à figura 3, o primeiro transdutor 14a e o segundo transdutor 14b apresentam cada um deles uma forma anular que se ajusta a uma parede interna do conduto 11.

[0039] A largura do primeiro transdutor 14a e do segundo transdutor 14b (quer dizer a diferença entre o diâmetro externo e o diâmetro interno do primeiro transdutor 14a e do segundo transdutor 14b) é compreendida entre 8 % e 12 % do diâmetro interno do conduto 11. Aqui, a largura do primeiro transdutor 14a e do segundo transdutor 14b é igual a 10 % do diâmetro interno do conduto 11.

[0040] O primeiro transdutor 14a e o segundo transdutor 14b compreendem cada um deles um corpo metálico, aqui fabricado em aço inoxidável, que contém um anel piezelétrico. Os corpos metálicos do primeiro transdutor 14a e do segundo transdutor 14b são aparafusados ao conduto 11.

[0041] O primeiro espelho refletor 15a e o segundo espelho refletor 15b apresentam, eles também, cada um deles uma forma anular que se ajusta à parede interna do conduto 11.

[0042] O primeiro espelho refletor 15a e o segundo espelho refletor 15b são ambos posicionados entre o primeiro transdutor 14a e o segundo transdutor 14b.

[0043] O primeiro espelho refletor 15a está situado na proximidade do primeiro transdutor 14a e o segundo espelho refletor 15b está situado na proximidade do segundo transdutor 15b. O primeiro espelho refletor 15a está situado a uma distância l, aqui igual a 6 mm, do primeiro transdutor 14a, e o segundo espelho refletor 15b está aqui situado a uma distância l, aqui igual a 6 mm, do segundo transdutor 14b.

[0044] A largura do primeiro espelho refletor 15a e do segundo espelho refletor 15b é compreendida entre 3 % e 5 % do diâmetro interno do conduto 11. Aqui, a largura do primeiro espelho refletor 15a e do segundo espelho refletor 15b é igual a 4 % do diâmetro interno do conduto 11.

[0045] O primeiro espelho refletor 15a e o segundo espelho refletor 15b são fabricados em alumínio e são aparafusados ao conduto 11. O conduto 11 apresenta duas zonas de diâmetro reduzido que formam ressaltos. Por ocasião da fabricação do medidor de água ultrassônico 10, o primeiro espelho refletor 15a e o segundo espelho refletor 15b são introduzidos no conduto 11 e vêm cada um deles em batente contra um dos ressaltos antes de ser aparafusados ao conduto 11. É assegurado assim um posicionamento longitudinal preciso do primeiro espelho refletor 15a e o segundo espelho refletor 15b no interior do conduto 11.

[0046] É notado que os transdutores 14 e os espelhos refletores 15 são aparafusados a partir do exterior do conduto 11 via furos rosqueados feitos na espessura do conduto 11. A estanqueidade do conduto 11 é assegurada aplicando para isso uma resina ao nível dos parafusos e dos furos rosqueados.

[0047] O módulo de medição 16 compreende meios de tratamento 18 que compreendem um componente de tratamento 19 “inteligente” adaptado para executar instruções de um programa para executar as diferentes etapas do processo de medição de acordo com a invenção. O componente de tratamento 19 é aqui um microcontrolador, mas poderia ser um componente diferente, por exemplo um processador ou um FPGA. Os meios de tratamento 18 compreendem também uma memória 20.

[0048] Os meios de tratamento 18 são notadamente dispostos para comandar o primeiro transdutor 14a e o segundo transdutor 14b, para adquiri sinais elétricos produzidos pelo primeiro transdutor 14a e pelo segundo transdutor 14b, para tratar esses sinais elétricos, etc.

[0049] É descrita primeiramente a maneira pelo qual são realizadas as medições da velocidade da água pelo dispositivo de medição 12 do medidor de água ultrassônico 10.

[0050] O primeiro transdutor 14a e o segundo transdutor 14b preenchem cada um deles sucessivamente a função de um emissor de sinais ultrassonoros de medição, e a função de um receptor de sinais ultrassonoros de medição.

[0051] Os meios de tratamento 18 fornecem assim ao emissor sinais elétricos que esse último transforma em sinais ultrassonoros de medição Se. Os sinais elétricos são aqui sinais retangulares. Os meios de tratamento 18 adquirem os sinais ultrassonoros de medição Sr recebidos pelo receptor.

[0052] O emissor emite os sinais ultrassonoros de medição Se a uma frequência de emissão fus. A frequência fus é aqui compreendida entre 900 kHz e 4 MHz.

[0053] Os sinais ultrassonoros de medição Se percorrem assim, entre o primeiro transdutor 14a e o segundo transdutor 14b, um trajeto de medição de comprimento definido L de a montante para a jusante. O trajeto de medição é aqui um trajeto retilíneo entre o primeiro transdutor 14a e o segundo transdutor 14b.

[0054] Na figura 2, foi representado o primeiro transdutor 14a preenchendo a função de um emissor e o segundo transdutor 14b preenchendo a função de um receptor. O sinal ultrassonoro de medição Se percorre portanto o trajeto de medição de a montante para a jusante. O sinal ultrassonoro de medição Se é emitido pelo emissor com um nível NE. O sinal ultrassonoro de medição recebido Sr é recebido pelo receptor com um nível NR inferior ao nível NE.

[0055] O processo de medição de acordo com a invenção compreende fases de medições, repetidas a intervalos regulares.

[0056] No decorrer de cada fase de medição, os meios de tratamento 18 medem um tempo de trajeto de medição de a montante para a jusante levado pelo sinal ultrassonoro de medição Se para percorrer o trajeto de medição de a montante para a jusante, e depois medem um tempo de trajeto de medição de a jusante para a montante levado pelo sinal ultrassonoro de medição Se para percorrer o trajeto de medição de a jusante para a montante, e depois enfim avaliam a velocidade da água em função desses tempos de trajeto de medição.

[0057] A figura 4 representa um sinal ultrassonoro de medição recebido Sr, que é recebido depois de ter percorrido o trajeto de medição (de a montante para a jusante ou de a jusante para a montante).

[0058] O receptor ativa a recepção a um momento T0, sincronizado com a emissão do sinal ultrassonoro de medição Se. O emparelhamento do emissor e de receptor, assim como o fato de que o módulo de medição 16 controla os dois transdutores ultrassônicos, tornam possível essa sincronização.

[0059] A medição do tempo de trajeto de medição é obtida a partir da determinação de um momento de sobrevinda T1 de um lóbulo predeterminado 21 do sinal ultrassonoro de medição recebido Sr.

[0060] O momento de sobrevinda T1 é aqui o momento no qual sobrevém um front ascendente do lóbulo predeterminado 21. O momento de sobrevinda T1 é medido por um método do tipo “Zero Crossing”.

[0061] O lóbulo predeterminado 21 é um jésimo lóbulo do sinal ultrassonoro de medição recebido Sr depois que uma amplitude do sinal ultrassonoro de medição recebido Sr tenha ultrapassado, no tempo T2, um limite de amplitude predeterminado Sa. O jésimo lóbulo é nesse caso aqui o quarto lóbulo.

[0062] A velocidade da água é em seguida avaliada pelos meios de tratamento 18 em função de uma medição do tempo de trajeto de medição de a montante para a jusante e de uma medição do tempo de trajeto de medição de a jusante para a montante.

[0063] A velocidade da água é proporcional a uma diferença entre a medição do tempo de trajeto de medição de a jusante para a montante e a medição do tempo de trajeto de medição de a montante para a jusante.

[0064] É notado que a velocidade da água medida é aqui uma velocidade média da água dentro do diâmetro do conduto 11, a velocidade das massas de água sendo de fato diferente no centro do conduto 11 e na proximidade das paredes do conduto 11.

[0065] É notado também que a forma anular dos transdutores 14 e dos espelhos refletores 15 desempenha o papel de um regulador da água dentro do conduto 11, e permite produzir medições de velocidade da água em boas condições de estabilidade do fluxo de água.

[0066] Além das fases de medição, o processo de medição de acordo com a invenção compreende fases de compensação que são destinadas a compensar derivas de medição devidas ao envelhecimento do primeiro transdutor 14a e o segundo transdutor 14b.

[0067] É descrito primeiramente o princípio geral da compensação.

[0068] Como acaba de ser dito, a velocidade média da água dentro do conduto 11 é avaliada a partir da medição do tempo de trajeto de medição de a montante para a jusante e da medição do tempo de trajeto de medição de a jusante para a montante.

[0069] Ora, o “tempo de trajeto de medição”, que é medido pelo primeiro transdutor 14a e pelo segundo transdutor 14b, é na realidade um tempo de transferência global.

[0070] O tempo de transferência global de a montante para a jusante TAB é tal que: TAB = TAA+ToFAB+TRB, em que: - TAA é um tempo de ignição do primeiro transdutor 14a; - ToFAB corresponde ao Time of Flight (“Tempo de Voo”, em português) levado pelo sinal ultrassonoro de medição Se para percorrer o trajeto de medição entre o primeiro transdutor 14a e o segundo transdutor 14b; - TRB é um tempo de recepção do segundo transdutor 14b.

[0071] O tempo de transferência global de a jusante para a montante TBA é tal que: TBA = TAB+ToFBA+TRA, em que: - TAB é um tempo de ignição do segundo transdutor 14b; - ToFBA corresponde ao Time of Flight (“Tempo de Voo”, em português) levado pelo sinal ultrassonoro de medição Se para percorrer o trajeto de medição entre o segundo transdutor 14b e o primeiro transdutor 14a; - TRA é um tempo de recepção do primeiro transdutor 14a.

[0072] A velocidade da água é portanto estimada a partir da diferença: ΔT = TBA - TAB = (TAB+TOFBA+TRA) - (TAA+TOFAB+TRB).

[0073] É bem visto que os tempos de ignição e os tempos de recepção intervêm na estimativa da velocidade da água, e que uma deriva dos tempos de ignição e/ou dos tempos de recepção tem um impacto sobre a precisão da medição.

[0074] Colocar-se-á primeiramente em um caso no qual a deriva dos tempos de ignição é insignificante em relação à deriva dos tempos de recepção.

[0075] A compensação consiste em utilizar o primeiro espelho refletor 15a e o segundo espelho refletor 15b para estimar a deriva dos tempos de recepção do primeiro transdutor 14a e do segundo transdutor 14b.

[0076] O primeiro transdutor 14a desempenha primeiramente o papel de um emissor e depois de um receptor.

[0077] Um primeiro sinal ultrassonoro de compensação, semelhante ao sinal ultrassonoro de medição Se evocado mais cedo, é emitido pelo primeiro transdutor 14a.

[0078] O primeiro sinal ultrassonoro de compensação percorre um primeiro trajeto de compensação no decorrer do qual o primeiro sinal sonoro de compensação é refletido pelo primeiro espelho refletor 15a, e depois é recebido pelo primeiro transdutor 14a. O primeiro trajeto de compensação é, portanto, um trajeto de ida e volta entre o primeiro transdutor 14a e o primeiro espelho refletor 15a.

[0079] Os meios de tratamento 18 medem então um primeiro tempo de trajeto de compensação levado pelo primeiro sinal ultrassonoro de compensação para percorrer o primeiro trajeto de compensação.

[0080] O “primeiro tempo de trajeto de compensação” é na realidade um primeiro tempo de transferência local TLA.

[0081] O primeiro tempo de transferência local TLA é estimado da mesma maneira que os tempos de trajeto de medição (ou, mais exatamente, que os tempos de transferência global TAB e TBA), quer dizer a partir da determinação do momento de sobrevinda do quito lóbulo predeterminado do primeiro sinal ultrassonoro de compensação refletido e recebido pelo primeiro transdutor 14a.

[0082] Em referência à figura 5, o primeiro tempo de transferência local TLA é igual a: TLA = TAA+ToFAA+TRA, em que: - TAA é o tempo de ignição do primeiro transdutor 14a; - ToFAA corresponde ao Time of Flight (“Tempo de Voo”, em português) levado pelo primeiro sinal ultrassonoro de compensação para percorrer o primeiro trajeto de compensação entre o primeiro transdutor 14a e o primeiro transdutor 14a via o primeiro espelho refletor 15a; - TRA é um tempo de recepção do primeiro transdutor 14a.

[0083] Devido à distância entre o primeiro transdutor 14a e o primeiro espelho refletor 15a (aqui igual a 6 mm, ou seja, 12 mm para o trajeto de ida e volta), e considerando para isso a velocidade de uma onda ultrassonora na água (cerca de 1500 m/s), o Time of Flight T OFAA é da ordem de 8 μs.

[0084] O anel piezelétrico do primeiro transdutor 14a é excitado por um sinal retangular durante um tempo máximo de 8 μs, de modo que o primeiro transdutor 14a tenha cessado de emitir para escutar o eco associado à reflexão do primeiro sinal ultrassonoro de compensação, e, portanto, para receber o primeiro sinal ultrassonoro de compensação depois de sua reflexão pelo primeiro espelho refletor 15a.

[0085] Em seguida, o segundo transdutor 14b desempenha por sua vez o papel de um emissor e depois de um receptor. Um segundo sinal ultrassonoro de compensação é emitido pelo segundo transdutor 14b.

[0086] Os meios de tratamento 18 avaliam então um segundo tempo de transferência local TLB entre o segundo transdutor 14b e ele próprio, via o segundo espelho refletor 15b.

[0087] O segundo tempo de transferência local TLB é igual a: TLB = TAB+ToFBB+TRB, em que: - TAB é o tempo de ignição do segundo transdutor 14b; - ToFBB corresponde ao Time of Flight (“Tempo de Voo”, em português) levado pelo segundo sinal ultrassonoro de compensação para percorrer o segundo trajeto de compensação entre o segundo transdutor 14b e o segundo transdutor 14b via o segundo espelho refletor 15b; - TRB é um tempo de recepção do segundo transdutor 14b.

[0088] Devido à distância entre o segundo transdutor 14b e o segundo espelho refletor 15b (aqui igual a 6 mm, ou seja, 12 mm para o trajeto de ida e volta), e considerando para isso a velocidade de uma onda ultrassonora na água (cerca de 1500 m/s), o Time of Flight TOFBB é da ordem de 8 μs.

[0089] A compensação é nesse caso realizada a partir do primeiro tempo de transferência local TLA e do segundo tempo de transferência local TLB.

[0090] É notado, no entanto, que os Time of Flight dependem da temperatura da água. A compensação utiliza, portanto, também tempos de referência TLA_Ref e TLB_Ref. Os tempos de referência TLA_Ref e TLB_Ref são tempos de transferência locais medidos enquanto o envelhecimento é insignificante, a uma temperatura idêntica a aquela da água no momento em que a compensação é realizada.

[0091] Os meios de tratamento 18 calculam assim: - ΔTA = TLA - TLA_Ref e - ΔTB = TLB - TLB_Ref.

[0092] Ora, como a deriva dos tempos de ignição é insignificante em relação à deriva dos tempos de recepção, é possível considerar em primeira aproximação que os tempos de ignição não evoluem.

[0093] Tem-se, portanto: - ΔTA = TRA - TRA_Ref; - ΔTB = TRB - TRB_Ref.

[0094] São compensadas então as derivas de medição devidas ao envelhecimento do primeiro transdutor 14a e do segundo transdutor 14b subtraindo para isso, na diferença ΔT = TBA - TAB utilizada para estimar a velocidade da água, ΔTB a TAB e ΔTA a TBA.

[0095] Alternativamente, é possível se colocar em um caso no qual a deriva dos tempos de recepção é insignificante em relação à deriva dos tempos de ignição.

[0096] Os meios de tratamento 18 calculam assim: - ΔTA = TLA - TLA_Ref e - ΔTB = TLB - TLB_Ref.

[0097] Ora, como a deriva dos tempos de recepção é insignificante em relação à deriva dos tempos de ignição, é possível considerar em primeira aproximação que os tempos de recepção não evoluem.

[0098] Tem-se, portanto: - ΔTA = TAA - TAA_Ref; - ΔTB = TAB - TAB_Ref.

[0099] São compensadas então as derivas de medição devidas ao envelhecimento do primeiro transdutor 14a e do segundo transdutor 14b subtraindo para isso, na diferença ΔT = TBA - TAB utilizada para estimar a velocidade da água, ΔTA a TAB e ΔTB a TBA.

[0100] Acabou-se, portanto, de descrever o princípio geral da compensação. É descrita agora a execução prática das fases de compensação. Será visto que as fases de compensação compreendem fases de aprendizagem e fases de compensação efetiva.

[0101] Cada fase de compensação é executada entre duas fases de medição. Cada fase de compensação é executada entre duas fases de medição. Cada fase de compensação é destinada a compensar a medição da velocidade da água realizada no decorrer da fase de medição que precede a dita fase de compensação.

[0102] Deve ser notado que a fim de melhorar as precisões de medidas, cada medição ultrassônica é, a um momento dado repetida algumas dezenas de vezes (tipicamente 80 vezes) e é feita a média aritmética a fim de deduzir daí a medida que será escolhida.

[0103] Em referência à figura 6, as fases de compensação compreendem primeiramente uma (única) etapa de inicialização (etapa E1), que vem depois da instalação e da colocação em funcionamento do medidor de fluido ultrassônico 10. No decorrer da etapa de inicialização, uma variável “t” é inicializada em zero. O valor da variável t é incrementado em função de uma saída de um medidor, de modo que a variável t mede o tempo escoado a partir da etapa de inicialização.

[0104] Depois da etapa de inicialização, as primeiras fases de compensação são fases de aprendizagem.

[0105] No decorrer de cada fase de aprendizagem, o sensor de temperatura 13 do medidor de fluido ultrassônico 10 mede a temperatura da água e produz uma temperatura de referência que é adquirida pelos meios de tratamento 18 (etapa E2).

[0106] Os meios de tratamento 18 comandam então o primeiro transdutor 14a para que ele desempenhe o papel de um emissor e depois de um receptor.

[0107] Um primeiro sinal ultrassonoro de referência é emitido pelo primeiro transdutor 14a, e percorre o primeiro trajeto de compensação. Os meios de tratamento 18 medem então um primeiro tempo de referência levado pelo primeiro sinal ultrassonoro de referência para percorrer o primeiro trajeto de compensação.

[0108] Em seguida, os meios de tratamento 18 comandam o segundo transdutor 14b para que ele desempenhe por sua vez o papel de um emissor e depois de um receptor.

[0109] Um segundo sinal ultrassonoro de referência é emitido pelo segundo transdutor 14b, e percorre o segundo trajeto de compensação. Os meios de tratamento 18 medem então um segundo tempo de referência levado pelo segundo sinal ultrassonoro de referência para percorrer o segundo trajeto de compensação (etapa E3).

[0110] O primeiro sinal ultrassonoro de referência e o segundo sinal ultrassonoro de referência são emitidos a momentos suficientemente afastados para que a medição do primeiro tempo de referência e a medição do segundo tempo de referência não se perturbem.

[0111] A temperatura de referência, o primeiro tempo de referência e o segundo tempo de referência são então integrados em uma tabela de referência que é estocada na memória 20 dos meios de tratamento 18 (etapa E4).

[0112] Os índices da tabela de referência são, portanto, valores de temperatura de referência. Os valores de temperatura de referência são aqui adquiridos e estocados com um passo de 1°C.

[0113] E depois, a variável t é comparada com um tempo predeterminado, que é aqui igual a 1 ano (etapa E5). Se o valor da variável t for inferior ao tempo predeterminado de 1 ano, o processo que acaba de ser descrito é repetido no decorrer da próxima fase de compensação. A próxima fase de compensação é, portanto, de novo uma fase de aprendizagem.

[0114] É compreendido, portanto, que as fases de aprendizagem são executadas unicamente durante um período preliminar de tempo predeterminado, aqui igual a 1 ano. No decorrer dessas fases de aprendizagem, nenhuma compensação é efetivamente realizada, pois o envelhecimento do primeiro transdutor 14a e do segundo transdutor 14b é insignificante durante o tempo predeterminado. As fases de aprendizagem são, portanto, utilizadas para preencher a tabela de referência da memória 20 com as temperaturas de referência, os primeiros tempos de referência e os segundos tempos de referência.

[0115] Voltando para a etapa E5, quando o valor da variável t se torna superior ou igual ao tempo predeterminado de 1 ano, a próxima fase de compensação é uma fase de compensação efetiva.

[0116] No decorrer de uma fase de compensação efetiva, o sensor de temperatura 13 do medidor de fluido ultrassônico 10 mede a temperatura da água (etapa E6). A temperatura da água obtida é considerada como sendo igual a uma temperatura de medição da água no decorrer da fase de medição que precede a fase de compensação efetiva.

[0117] E depois, os meios de tratamento 18 medem o primeiro tempo de trajeto de compensação e o segundo tempo de trajeto de compensação (etapa E7).

[0118] Em seguida, os meios de tratamento 18 extraem da tabela de referência um primeiro tempo de referência e um segundo tempo de referência que correspondem a uma temperatura de referência idêntica à temperatura de medição.

[0119] Os meios de tratamento 18 calculam então e o ΔTA e o ΔTB evocados mais cedo, e compensam a deriva de medição do primeiro transdutor 14a e do segundo transdutor 14b ajustando para isso o tempo de trajeto de medição de a montante para a jusante (ou, mais exatamente, o tempo de transferência global de a montante para a jusante) e o tempo de trajeto de medição de a jusante para a montante (ou, mais exatamente, o tempo de transferência global de a jusante para a montante) graças ΔTA e ao ΔTB (etapa E8).

[0120] A fase de compensação seguinte é de novo uma fase de compensação efetiva: a etapa E6 vem depois da etapa E8. A totalidade das fases de compensação que se seguem são fases de compensação efetiva, até uma etapa final (única) que corresponde ao fim de vida, à substituição ou à execução de uma operação de manutenção no medidor de fluido ultrassônico 10 (etapa E9).

[0121] Alternativamente, é possível não realizar uma fase de aprendizagem, e preencher a tabela de referência previamente à instalação do medidor de fluido ultrassônico 10.

[0122] A tabela de referência pode nesse caso ser preenchida no momento da concepção do medidor de fluido ultrassônico 10. Uma tabela de referência única é nesse caso utilizadas para todos os medidores de fluido ultrassônicos 10 de um mesmo modelo.

[0123] A tabela de referência pode também ser preenchida na fábrica, no momento da fabricação do medidor de fluido ultrassônico 10, por operações de calibração.

[0124] Naturalmente, a invenção não está limitada ao modo de realização descrito mas sim engloba qualquer variante que entra no campo da invenção tal como definida pelas reivindicações.

[0125] A invenção não está naturalmente limitada à medição da velocidade da água, mas sim se aplica a qualquer tipo de fluido (por exemplo a um gás ou ao petróleo).

[0126] Não é necessário utilizar dois espelhos refletores para executar a invenção. É perfeitamente possível utilizar um só espelho refletor posicionado entre o primeiro transdutor e o segundo transdutor. Nesse caso, o primeiro trajeto de compensação é um trajeto de ida e volta entre o primeiro transdutor e o espelho refletor, e o segundo trajeto de compensação é um trajeto de ida e volta entre o segundo transdutor e o espelho refletor.

[0127] Todos os valores numéricos fornecidos aqui são utilizados para ilustrar a invenção, e podem naturalmente ser diferentes por ocasião da execução da invenção.

Claims

1. Processo de medição de uma velocidade de um fluido, executado por um medidor de fluido ultrassônico (10) que compreende dois transdutores (14a, 14b), um espelho refletor (15a, 15b) posicionado entre os dois transdutores, e meios de tratamento (18), o processo de medição é caracterizado pelo fato de que compreende fases de medição que compreendem cada uma delas etapas de medição no decorrer das quais: - um dos dois transdutores emite um sinal ultrassonoro de medição; - o outro um dos dois transdutores recebe o sinal ultrassonoro de medição depois que ele tenha percorrido um trajeto de medição; - os meios de tratamento (18) avaliam a velocidade do fluido em função de um tempo de trajeto de medição levado pelo sinal ultrassonoro de medição para percorrer o trajeto de medição; o processo de medição compreende por outro lado fases de compensação que compreendem cada uma delas etapas de compensação no decorrer das quais: - um dos dois transdutores emite um sinal ultrassonoro de compensação; - o dito transdutor recebe o sinal ultrassonoro de compensação depois que ele tenha percorrido um trajeto de compensação no decorrer do qual ele foi refletido pelo espelho refletor; - os meios de tratamento compensam uma deriva de medição do dito transdutor ajustando para isso o tempo de trajeto de medição em função de um tempo de trajeto de compensação levado pelo sinal ultrassonoro de compensação para percorrer o trajeto de compensação.

2. Processo de medição de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o medidor de fluido ultrassônico (10) compreende por outro lado um sensor de temperatura (13), e em que os meios de tratamento (18) ajustam também o tempo de trajeto de medição em função de uma temperatura de medição do fluido no decorrer da fase de medição.

3. Processo de medição de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o medidor de fluido ultrassônico compreende por outro lado uma memória (20) na qual é estocada uma tabela de referência que compreende valores de temperatura de referência e, para cada valor de temperatura de referência, um tempo de referência levado por um sinal ultrassonoro de referência para percorrer o trajeto de compensação enquanto o envelhecimento dos transdutores é insignificante, e pelo fato de que o ajuste do tempo de trajeto de medição consiste em extrair da tabela de referência um tempo de referência que corresponde a uma temperatura de referência idêntica à temperatura de medição, e em acrescentar ou a subtrair do tempo de trajeto de medição uma diferença entre o tempo de trajeto de compensação e o tempo de referência.

4. Processo de medição de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as fases de compensação compreendem fases de aprendizagem no decorrer das quais: - o sensor de temperatura (13) mede a temperatura do fluido e produz temperaturas de referência; - para cada temperatura de referência, os meios de tratamento (18) medem o tempo de referência levado pelo sinal ultrassonoro de referência para percorrer o trajeto de compensação, e integram na tabela de referência a temperatura de referência e o tempo de referência.

5. Processo de medição de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as fases de aprendizagem são executadas durante um período preliminar de tempo predeterminado, que começa depois de uma instalação do medidor de fluido ultrassônico.

6. Processo de medição de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a tabela de referência é preenchida previamente a uma instalação do medidor de fluido ultrassônico (10).

7. Medidor de fluido ultrassônico caracterizado pelo fato de que compreende um conduto no qual são integrados dois transdutores e um espelho refletor posicionado entre os dois transdutores, e meios de tratamento dispostos para executar o processo de medição como definido na reivindicação 1.

8. Medidor de fluido ultrassônico de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende dois espelhos refletores (15a, 15b), cada espelho refletor sendo posicionado na proximidade de um dos transdutores.

9. Medidor de fluido ultrassônico de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os transdutores são transdutores piezelétricos.

10. Medidor de fluido ultrassônico de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os transdutores e o espelho refletor apresentam cada um deles uma forma anular que se ajusta a uma parede interna do conduto.

11. Medidor de fluido ultrassônico de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que uma largura de cada transdutor é compreendida entre 8 % e 12 % de um diâmetro interno do conduto, e pelo fato de que uma largura do espelho refletor é compreendida entre 3 % e 5 % do diâmetro interno do conduto.

12. Meio legível por computador, caracterizado pelo fato de que compreende instruções que, quando executada por computador, levam o dito computador a implementar as etapas do processo de medição definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.