EP4260016A1 - Dispositif de mesure d'un paramètre d'écoulement d'un fluide - Google Patents

Dispositif de mesure d'un paramètre d'écoulement d'un fluide

Info

Publication number
EP4260016A1
EP4260016A1 EP21836103.8A EP21836103A EP4260016A1 EP 4260016 A1 EP4260016 A1 EP 4260016A1 EP 21836103 A EP21836103 A EP 21836103A EP 4260016 A1 EP4260016 A1 EP 4260016A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
obstacle
flow
pipe
vibration sensor
fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21836103.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Anas SAKOUT
Laurent Rambault
Kamel ABED-MERAIM
Cauet SÉBASTIEN
Erik Etien
Thierry Doget
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Poitiers
La Rochelle Universite
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Poitiers
Universite de la Rochelle
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite de Poitiers, Universite de la Rochelle filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP4260016A1 publication Critical patent/EP4260016A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G01F1/32—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
    • G01F1/3209—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters using Karman vortices
    • G01F1/3218—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters using Karman vortices bluff body design
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G01F1/32—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
    • G01F1/325—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl
    • G01F1/3259—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting fluid pressure oscillations
    • G01F1/3266—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting fluid pressure oscillations by sensing mechanical vibrations

Definitions

  • the present invention relates to the field of measuring the speed and/or flow rate of a flowing fluid.
  • vortex effect flowmeters mass flowmeters (also called Coriolis effect), Doppler effect flowmeters, electromagnetic or ultrasonic flowmeters.
  • each type of flow meter is generally limited to a range of pipe diameters, temperature and type of fluid.
  • the doppler effect flowmeter is recommended for large pipe diameters, in particular up to approximately 5 m, whereas the vortex effect flowmeter is recommended for pipe diameters not exceeding 0.5 m.
  • Disturbances inherent in the operation of the industrial installation can also considerably reduce the accuracy of the flow measurements: for example, the vibrations of the industrial installation in the case of a vortex effect flow meter or even the magnetic field radiated by the industrial installation and its environment in the case of an electromagnetic flowmeter.
  • insertion flowmeters intended to be immersed in a pipe and which therefore do not require mounting with flanges, such as thermal effect flowmeters, in particular hot wire or hot film systems, or those based on pressure measurements, in particular the Pitot tubes which make it possible to determine the speed of a flowing fluid thanks to the measurement of a pressure difference.
  • the hot wire or hot film system is an instrument placed in the flowing fluid to determine the flow rate of a flowing fluid from its velocity. Nevertheless, its implementation is complex and costly, in particular because the heating wire or film is very fragile and ages rapidly, which requires regular maintenance.
  • thermal effect insertion flowmeters and those based on pressure measurements does not allow their use in flows of fluid laden with water vapour, solvent vapours, fumes and/or particles. solid.
  • the principle of a vortex flow sensor is to create an obstacle to the flow of the fluid, so that "big" vortices are formed downstream of the obstacle.
  • the laws of fluid mechanics impose that the frequency of detachment of the vortices is then proportional to the average speed of the flow.
  • the frequency of vortex detachment can be determined by counting, by detecting the pressure variations induced by each vortex detachment in the vicinity of the part forming an obstacle.
  • the part forming an obstacle occupies a large part of the section of the pipe so as to disturb the flow sufficiently to generate the desired vortices therein, and generally extends over the entire internal diameter of the pipe.
  • the counting of the detachment of vortices is carried out using a sensor fixed to the part forming an obstacle.
  • the part forming an obstacle is fixed rigidly to the pipe.
  • the installation of the flow meter generally requires special provisions at the level of the pipe, for example the presence of a fixing flat for a flange (US 5,321,990 or US 4,526,040) or a housing for holding the part forming an obstacle at its free end (US 5,563,350 or US 2005/0217389).
  • a second vibration sensor is generally present to allow by signal processing the elimination of the ambient vibrations and thus improve the signal / noise ratio of the useful signal the counting of vortex detachments (see US 4 526040 for example which describes signal processing based on the use of a low-pass filter to eliminate high frequencies before attacking a Schmitt trigger transforming the resulting signal into pulses rectangles allowing to count the detachments of vortices).
  • An alternative solution, described in US Pat. No. 5,563,350 consists in providing special damping means to isolate the vibration sensor of the part forming an obstacle from external vibrations, the part forming an obstacle remaining however rigidly linked to the pipe.
  • Vortex effect sensors generally work well for a flow having a relatively high Reynolds number, typically greater than 10,000; for a flow having a lower Reynolds number, a convergent is used, which requires cutting the pipe to integrate the sensor, and performing careful assembly to prevent, for example, a bad weld from disturbing the flow. The presence of this convergent leads to an additional pressure drop.
  • the invention therefore aims to provide a robust measuring device, at low cost, which can be easily mounted on a pipe in which a fluid circulates and which makes it possible to solve all or part of the aforementioned drawbacks of the flowmeters of the prior art.
  • the invention thus relates to a device for measuring at least one flow parameter of a fluid in a pipe, in particular its flow rate, comprising:
  • a processing unit configured to calculate the fluid flow parameter from at least one vibration signal delivered by the vibration sensor.
  • the measuring device according to the invention can make it possible to measure the speed and/or the flow rate of the fluid in real time and in a robust manner.
  • the cost of the measuring device according to the invention is significantly reduced compared to the devices of the prior art, in particular vortex effect flowmeters.
  • the measuring device according to the invention can be mounted simply and quickly on an existing pipe, in particular that of a fluidic installation, without having recourse to a mounting with flanges, unlike the devices of the prior art, in particular effect flowmeters. vortex or Coriolis.
  • the measuring device according to the invention is furthermore of reduced size compared to the devices of the prior art, which further facilitates its implementation on an existing pipe.
  • the operation of the measuring device according to the invention is based on the following principle.
  • the part forming an obstacle When the part forming an obstacle is brought into contact with the flow, the part forming an obstacle generates turbulence in the flow, and vortices are formed in particular around the part forming an obstacle.
  • the periodic detachment of these vortices induces vibrations on the part forming an obstacle, and in particular a characteristic vibratory frequency, which are measured by the vibration sensor which delivers a corresponding vibratory signal to the processing unit.
  • the processing unit then calculates from at least the vibration signal delivered by the vibration sensor the flow parameter of the fluid, in particular its speed and/or its flow rate.
  • the vibrations induced on the part forming an obstacle by the turbulence and in particular the characteristic vibratory frequency induced on the part forming an obstacle by the detachment of the vortices and the turbulence of the flow around the part forming an obstacle, will make it possible to go up indirectly like the flow velocity of the fluid.
  • the part forming an obstacle Compared to a vortex effect sensor of the prior art, it is possible in the invention for the part forming an obstacle to occupy only a small part of the passage section offered to the fluid in the pipe; indeed, it is not necessary in the invention to generate vortices whose detachment is accompanied by strong local variations of pressure, therefore to use to generate these vortices a part forming an obstacle occupying a large part of the section of passage, nor to count the number of detachments of these vortices.
  • the sensor according to the invention makes it possible to measure low flow rates, with a Reynolds number of less than 4000.
  • the vibration sensor can be an accelerometer, in particular piezoelectric, in particular with 1 or 3 axes.
  • the use of a piezoelectric sensor can be advantageous due to its large measurement range and/or its sensitivity to a wide frequency band.
  • the measuring range of the vibration sensor can be between 0 and 100 g.
  • the bandwidth of the vibration sensor can be between 5 and 20,000 Hz.
  • the vibration sensor can be arranged inside the part forming an obstacle. This can allow the vibration sensor to be sealed off from the fluid.
  • the part forming an obstacle may comprise a body defining an internal housing receiving the vibration sensor, the internal housing being preferably isolated in leaktight manner from the fluid.
  • the vibration sensor can be fixed against a wall of said body.
  • the mass of the vibration sensor is chosen in such a way that the vibration sensor does not disturb, or as little as possible, the vibrations induced by the turbulence of the flow on the part forming an obstacle.
  • the mass of the vibration sensor is preferably less than or equal to 30 grams, better still less than or equal to 20 grams, even better less than or equal to 10 grams.
  • the device may comprise a support, preferably having a tubular shape, connected at one of its ends to the part forming an obstacle, in particular in one piece with it.
  • the inside of the support can be in communication with the internal housing of the part forming an obstacle.
  • the inside of the support and the internal housing of the part forming an obstacle are sealed from the fluid.
  • the interior of the support can receive at least one cable connected to the vibration sensor.
  • the cable can thus be sealed off from the fluid.
  • the cable can make it possible to electrically supply the vibration sensor and/or transmit the vibration signal delivered by the vibration sensor to the processing unit.
  • the vibration sensor and in particular the cable making it possible to supply it electrically, are not in contact with the fluid.
  • the part forming an obstacle intended to be brought into contact with the flow does not cause the fluid to heat up.
  • the measuring device according to the invention thus has the advantage of being able to be used in an ATEX zone.
  • the device may comprise a fixing element, in particular a cable gland, making it possible to fix the support to the pipe.
  • the fastening element may include an element providing a sealing and/or damping function, in particular an anti-vibration sole. This can make it possible to reduce, or even cancel, the sensitivity of the vibration sensor to the vibrations of the pipe, which are in particular induced by the flow, and in general, by the overall operation of the fluidic installation, so as to that the vibration sensor is sensitive only to the vibrations induced on the part forming an obstacle by the turbulence of the flow.
  • the device may comprise at least one external vibration sensor sensitive to the vibrations of the pipe, which are in particular induced by the flow, and in general, by the overall operation of the fluid installation.
  • the external vibration sensor may be intended to be positioned on an external face of the pipe or any other place making it possible to measure the vibrations of the pipe.
  • the external vibration sensor can be an accelerometer, in particular piezoelectric, in particular with 1 or 3 axes. It may have the same characteristics as the vibration sensor or different characteristics. In the latter case, this may allow the vibration sensor and the external vibration sensor to each detect a different vibrational frequency.
  • the processing unit can be configured to calculate the fluid flow parameter from at least the vibration signal delivered by the vibration sensor and an external vibration signal delivered by the external vibration sensor. That can make it possible to improve the precision of the calculation of the flow parameter of the fluid by making it possible to decouple the vibratory signal delivered by the vibration sensor into a component corresponding to the vibrations induced on the part forming an obstacle by the turbulence of the flow and a component corresponding to driving vibrations.
  • the external vibration sensor can be connected to at least one cable making it possible to power the external vibration sensor electrically and/or to transmit the external vibration signal delivered by the external vibration sensor to the processing unit.
  • This cable may or may not be housed at least partly inside the support.
  • the flow parameter of the fluid can be its speed or its flow rate, in particular by volume.
  • the determination of the flow velocity of the fluid can make it possible to go back to its flow rate.
  • the shape of the part forming an obstacle is chosen to generate turbulence in the flow, in particular around the part forming an obstacle.
  • the vibrations induced on the part forming an obstacle by the turbulence of the flow depend on the shape of the part forming an obstacle.
  • the shape of the part forming an obstacle can be chosen according to the flow rate range to be measured and/or according to the nature of the fluid.
  • the part forming an obstacle may have the general shape of a sphere, a half-sphere, a disc, a cylinder, a half-cylinder (cut lengthwise) or a beam, in particular with a square, rectangular or circular cross-section, or any shape adapted to generate turbulence in the flow, in particular around the part forming an obstacle.
  • the part forming an obstacle has the shape of a hemisphere
  • its base is preferably oriented parallel to the direction of the flow of the fluid in the pipe.
  • the part forming an obstacle has the shape of a beam
  • its longitudinal axis is preferably oriented perpendicular to the direction of the flow of the fluid in the pipe.
  • its main faces are preferably oriented perpendicular to the direction of the flow of the fluid in the pipe.
  • the part forming an obstacle has the shape of a cylinder
  • its bases are preferably oriented perpendicular to the direction of the flow of the fluid in the pipe.
  • a larger dimension of the part forming an obstacle may be between 1 and 30 cm, better between 1 and 20 cm, even better between 1 and 10 cm.
  • the reduced size of the part forming an obstacle can facilitate the implementation of the device on a pipe.
  • the part forming an obstacle may have a surface in contact with the flow, the area of which is between 1 and 500 cm 2 , better still between 1 and 250 cm 2 , even better still between 1 and 100 cm 2 .
  • the portion forming an obstacle may extend over a distance which represents less than half of the inside diameter of the pipe.
  • the part forming an obstacle impedes the flow less compared to known vortex effect sensors, and the risk of clogging is reduced.
  • the vibrations induced on the obstacle-forming part by the turbulences of the flow around the obstacle-forming part also depend on the material of the obstacle-forming part.
  • the material of the part forming an obstacle can be chosen according to the flow rate range to be measured and/or according to the nature of the fluid.
  • the part forming an obstacle can be made of a metallic material, in particular stainless steel, plastic, composite or any other suitable material.
  • a metallic material such as stainless steel for example can be chosen in the case where the fluid is corrosive for example.
  • the part forming an obstacle may have been manufactured in particular by an additive manufacturing technique.
  • the device may comprise a temperature sensor, in particular placed inside the part forming an obstacle.
  • the temperature sensor can deliver a signal temperature at the processing unit. Since most vibration sensors are influenced by temperature, such a temperature sensor can be used to monitor the temperature, and possibly signal when the temperature deviates from that used for calibration of the vibration sensor. Such a temperature sensor can also make it possible to measure, in particular in real time, the temperature of the flowing fluid.
  • the device may comprise a wireless transmission means transmitting to the processing unit at least the vibration signal delivered by the vibration sensor, and where appropriate, the external vibration signal delivered by the external vibration sensor and/or the signal temperature delivered by the temperature sensor.
  • the transmission medium can be configured to use a “Bluetooth”, “Wifi” or LPWAN network, such as “Sigfox”, “LoRa”, “Neul”, “Nwave”, LTE-M or NB-loT.
  • the processing unit is arranged outside the pipe.
  • the processing unit may comprise a control circuit, in particular a microcontroller or any other circuit suitable for carrying out the desired functions.
  • the control circuit can exchange data with a memory that contains an operating system.
  • Memory can be SD, USB and/or SSD.
  • the memory can be removable such as a memory card for example.
  • the processing unit can integrate into its memory the position of the part forming an obstacle and/or of the vibration sensor along the pipe.
  • the processing unit can integrate the calibration curve of the vibration sensor into its memory.
  • the processing unit may include a connector such as a micro-USB, serial or other port which makes it possible to program it, to parameterize it or to retrieve stored data.
  • a connector such as a micro-USB, serial or other port which makes it possible to program it, to parameterize it or to retrieve stored data.
  • the processing unit can be configured to calculate the flow parameter of the fluid by carrying out a frequency analysis of the vibration signal delivered by the vibration sensor.
  • a frequency analysis can exploit all the information carried by a relatively wide range of frequencies, unlike the processing generally carried out in known vortex effect sensors, which aims to count the number of vortex detachments, and for which all this information is not useful.
  • the processing unit can thus be configured to calculate, during the frequency analysis, a frequency spectrum over a frequency range at least 500 Hz wide.
  • the vibration spectrum used in the frequency analysis is advantageously obtained by FFT, the signal sampling frequency preferably being greater than or equal to 2 kHz.
  • Sampling can be carried out by storing the sampled values in sliding time windows, so as to be able, on each new frequency spectrum calculation, to reuse part of the values already sampled and already used to calculate at least one previously calculated frequency spectrum.
  • the acquisition duration is long compared to the period of the turbulence phenomena, which makes it possible to smooth and improve the precision, this acquisition duration thus possibly being greater than or equal to ls. It is possible, for example, to use at least three sliding windows, by renewing after each frequency spectrum calculation the values by sampling for the most recent window only, and by shifting the values of each window towards the consecutive past window.
  • the processing unit can be configured to calculate a quantity representative of the flow rate of the fluid, by integration over the selected frequency range of a quantity representative of the amplitude of the vibrations.
  • This integration is done for example over a frequency range ranging from a frequency F_min between 50 and 150 Hz, for example of the order of 100 Hz (+/- 20%), to a frequency F_max for example greater than or equal to 500 Hz, for example of the order of 1000 Hz (+/- 20%), such a range covering the vibrations generated by the turbulence within the fluid in general (detachment of the vortices generated by the obstacle, secondary vortices, vibrations close to the wall linked to the boundary layer and to the recirculation zones, etc. and not only those induced by possible detachments of vortices.
  • this value calculated by integration it is possible from this value calculated by integration to deliver a value of flow rate or flow velocity of the fluid in the pipe relatively close to the real value.
  • the acquisition and processing of the acquired signal can easily be carried out in a microcontroller, for example an STM 32 type microcontroller.
  • the measuring device can be used to determine the fluid flow in the pipe in a fluid flow rate range of up to 1000 m 3 /s and/or a fluid temperature range of -20°C to 150° vs.
  • a further subject of the invention is an installation for measuring at least one flow parameter of a fluid, in particular its flow rate, comprising:
  • the pipe may be a pipe of a fluid installation, in particular industrial, such as an aeraulic or hydraulic installation for example.
  • the pipe is a ventilation pipe, in particular a suction or blowing pipe or any pipe allowing the flow of a fluid.
  • the installation can comprise a plurality of measurement devices in a restricted portion of the pipe or distributed along the pipe. In the case where the measuring devices are distributed along the pipe, this can make it possible to produce a map of the entire pipe.
  • the measuring devices may or may not be evenly distributed along the pipe.
  • Each device can be the same or different.
  • the measuring devices differ by the shape of the part forming an obstacle and/or the characteristics of the vibration sensor, in particular its measuring range. This can allow each measuring device to be adapted to measure a different flow rate range, which is particularly advantageous in the case where the flow of the fluid in the pipe undergoes large variations in flow rate over time, for example.
  • the plurality of measuring devices can share the same processing unit.
  • the processing unit can integrate into its memory the position of the part forming an obstacle and/or of the vibration sensor of each measuring device along the pipe.
  • the processing unit can be configured to trigger, in particular autonomously and/or in real time, at least one corrective action on the fluid installation in the event that the fluid flow parameter calculated by the processing unit and/or the temperature measured by the temperature sensor deviates from a predetermined range of values.
  • the corrective action is an increase or decrease in flow rate.
  • the processing unit can thus make it possible to optimize the performance of the fluidic installation, for example in terms of suction in the case of an aeraulic installation for example, heat exchanges, reduction of noise pollution.
  • the vibration sensor is a 1 or 3 axis piezoelectric accelerometer
  • its positioning is preferably located in space. This can make it possible to locate the direction of the axis or axes of the piezoelectric accelerometer. Indeed, the modulus of the acceleration vector is independent of the positioning of the 3 axes of the piezoelectric accelerometer which form the projection base.
  • a further subject of the invention is a method for measuring at least one flow parameter of a fluid in a pipe, in particular its flow rate, using a device measurement as defined above, comprising the steps consisting in: a) detecting, using the vibration sensor, the vibrations induced on the part forming an obstacle by the turbulence, b) calculating, using the processing unit, the fluid flow parameter from at least the vibration signal delivered by the vibration sensor.
  • the method may also include a prior step of calibrating the vibration sensor.
  • the fluid can be of any type, including corrosive, toxic and/or abrasive.
  • the fluid can be a liquid or a gas, in particular loaded with solid particles.
  • the fluid is a gas, in particular air, loaded with water vapor, solvent vapours, smoke and/or solid particles such as dust, sawdust or wood shavings.
  • the fluid is a liquid, in particular a suspension or an emulsion.
  • the method may further comprise a step consisting in cleaning, in particular periodically, the external surface of the part forming an obstacle. Such cleaning may be necessary in particular in the case where the fluid is a humid gas loaded with solid particles.
  • the method may further comprise a step of detecting the vibrations induced on the fluid flow pipe using at least one external vibration sensor sensitive to the vibrations of the pipe, and of calculating, using of the processing unit, the fluid flow parameter from at least the vibration signal delivered by the vibration sensor and an external vibration signal delivered by the external vibration sensor.
  • the external vibration sensor can be positioned on an external face of the pipe.
  • the method may further comprise a step of activating an alarm and/or a step of stopping the flow of the fluid in the pipe when the flow parameter of the fluid calculated by the processing unit and/or the external vibration signal delivered by the external vibration sensor reaches a certain predefined threshold.
  • the method according to the invention applied to the measurement of the flow rate, in particular by volume, or of the flow velocity of the fluid, can comprise the following steps: a. calculation of a frequency spectrum of the vibration signal delivered by the vibration sensor detecting the vibrations induced on the part forming an obstacle, b. calculation of a quantity representative of the speed of the flow (also called scalar indicator) by integration of the amplitude of the signal vibratory or of a function representative thereof, the integration preferably taking place on the frequency spectrum from a low frequency F_min to a high frequency F_max, c.
  • the F_min and F_max frequencies can be adjusted according to the type of fluid and thus allow the sensor to operate correctly with a charged fluid.
  • the frequencies F_min and F_max can also be adjusted according to the vibratory characteristics of the system and also with respect to the vibratory environment of the system.
  • the integration operation makes the sensor robust with respect to measurement and gives it good repeatability.
  • the calculation of the spectrum in step a) can be performed with a Fourier transform, preferably of the FFT (Fast Fourier Transform) type.
  • a Fourier transform preferably of the FFT (Fast Fourier Transform) type.
  • the spectrum is preferably determined for the range of frequencies [0Hz; Fs] where Fs is the signal sampling frequency.
  • the sampling frequency is for example 2 kHz.
  • the spectrum can also be determined for a smaller range of frequencies, when F_max is less than Fs.
  • the scalar indicator determined in step b) by integrating the spectrum over the range [F_min; F_max] can be given by the relation
  • X(f) being the value of an element of the spectrum for a frequency, f, included in the range [F_min; F_max],
  • X(f) is for example equal to the square of the amplitude of the vibration signal at frequency f.
  • the evolution curve of the scalar indicator for different flow velocities can be linearized using the logarithm function. This function can give a better visibility of the measurement for low speeds as well as less significant deformation of the P*max curve as a function of the fluid flow speed.
  • a further subject of the invention is a method of manufacturing a measuring device as defined above, in which the part forming an obstacle is manufactured by an additive manufacturing technique or any another suitable technique.
  • the method comprises, after the step of manufacturing the part forming an obstacle, a step of fixing the vibration sensor inside the part forming an obstacle.
  • Figure 1 is a schematic section of an example of a measuring device according to the invention in the transverse plane of a pipe on which the device is mounted,
  • FIG 2 is a view similar to Figure 1 of an alternative embodiment
  • FIG 3 shows another example of a measuring device according to the invention
  • FIG 4 shows another example of a measuring device according to the invention
  • Figure 5 shows another example of a measuring device according to the invention
  • Figure 6 shows another example of a measuring device according to the invention
  • FIG 7 shows an example of a transfer function obtained after calibration, also called “calibration curve", allowing from the knowledge of a scalar indicator obtained by integration in the vibration spectrum, to determine the speed of fluid flow.
  • Figure 8 is a block diagram illustrating steps of an example throughput calculation.
  • FIG. 1 An example of a measuring device 1 according to the invention, mounted on a pipe 11 for the flow of a fluid 12.
  • the device 1 comprises a part 2 forming an obstacle, a vibration sensor 3, a support 7 and a processing unit 5.
  • Part 2 forming an obstacle is inserted within conduit 11 for the flow of fluid 12.
  • Part 2 forming an obstacle has a shape chosen to generate turbulence in the flow, in particular around part 2 forming an obstacle.
  • the part 2 forming an obstacle is arranged inside the pipe 11. It can be positioned in the center of the pipe 11, as illustrated in FIG. 1. Alternatively, it is positioned between the wall and the center of the pipe 11 .
  • the vibration sensor 3 preferably a 1 or 3 axis accelerometer, is configured to detect the vibrations induced on the part 2 forming an obstacle by the turbulence and to generate a corresponding vibration signal 4.
  • the vibration sensor 3 is arranged inside the part 2 forming an obstacle, within an internal housing 6 defined by the body of the part 2 forming an obstacle.
  • the vibration sensor 3 is encapsulated in the part 2 forming an obstacle, which makes it possible to isolate it in a sealed manner from the fluid 12 in flow.
  • the vibration sensor 3 is fixed against a wall of the body of the part 2 forming an obstacle.
  • Part 2 forming an obstacle is connected at one of its ends to a tubular support 7, preferably in one piece.
  • the interior of support 7 is in communication with internal housing 6 of part 2 forming an obstacle.
  • the vibration sensor 3 is connected to a cable 4 which passes through the inside of the support 7.
  • This cable 4 makes it possible to electrically supply the vibration sensor 3 and/or to transmit the vibration signal 4 delivered by the vibration sensor 3 to processing unit 5.
  • the support 7 is fixed to the pipe 11 by means of a fixing element 8, in particular a cable gland.
  • the fixing element 8 can comprise an element providing a sealing and/or damping function, such as an anti-vibration sole for example.
  • the processing unit 5 receives the vibration signal 4 delivered by the vibration sensor 3 and it is configured to calculate a flow parameter of the fluid, in particular its speed or its flow rate, from at least the vibration signal 4 delivered by the vibration sensor 3.
  • the pipe 11 can be a pipe of a fluidic installation, for example a Vogellic, in particular a suction pipe, and the fluid 12 flowing in the pipe 11 can be air, humid or not, for example loaded with sawdust. Of wood.
  • the flow velocity of the fluid 12 within the pipe 11 can be between 15 and 35 m/sec for example.
  • the processing unit 5 is for example a microcontroller, the sensor 3 being connected to an input of the latter, so that the microcontroller can sample the vibration amplitude as a function of time over a predefined period of time, by example of ls or more.
  • the values successively loaded into the three tables can be shifted in time in step 120, so as to constitute sliding sampling time windows, the values stored in the table NP2 being stored in the table NP3 and replacing the oldest values contained in the latter, the values contained in the table NPI being stored in the table NP2 thus released, and the newly sampled values, the most recent, being loaded into the table NPI.
  • the frequency spectrum is calculated in step 130 from the set of 3.NP values stored in the three tables NPI, NP2, NP3, which follow one another with a delay linked to the sampling frequency.
  • a scalar indicator P*max is calculated equal to the integration of the square of the amplitude of the vibration signal in the frequency spectrum, between the frequencies 100 and 1000 Hz for example.
  • This value P*max is representative of the speed of the flow, as illustrated in FIG. 7.
  • the logarithm of it can be taken at step 150 (optional).
  • flow measurements can be made with any type of flow meter whose measurement accuracy is known, which makes it possible to define the parameters of the transfer function giving from the calculation of P* ma x or of its logarithm the value of the speed of the flow or the volumetric flow, knowing the passage section.
  • Such a method which only uses the signal delivered by the vibration sensor 3 gives satisfactory accuracy for many applications, and has the advantage of great simplicity of implementation, since the part forming an obstacle 2 is reduced in size and can easily be introduced into the pipe, and that it is not necessary to use a second sensor to improve the useful signal-to-noise ratio.
  • the measuring device 1 may comprise an external vibration sensor 9, preferably a 1 or 3-axis accelerometer, configured to detect the vibrations of the pipe 11, in particular induced by the flow of fluid 12, and generate a corresponding external vibration signal 10.
  • the external vibration sensor 9 is arranged on an external surface of the pipe 11.
  • the sensor 9 is connected to a cable 10 enabling it to be supplied electrically and/or to transmit the external vibration signal 10 delivered by the external vibration sensor 9 to the processing unit 5.
  • the processing unit 5 also receives the external vibration signal 10 delivered by the external vibration sensor 9 and it is configured to calculate the flow parameter of the fluid, in particular its speed or its flow rate , from at least the vibration signal 4 delivered by the vibration sensor 3 and the external vibration signal 10 delivered by the external vibration sensor 9.
  • FIGS. 3 to 6 There is shown schematically in Figures 3 to 6 examples of measuring devices 1 according to the invention, mounted on the pipe 11, observed along a transverse plane of the pipe 11 ( Figures 3a), 4a), 5a) and 6a)) and along a longitudinal plane of the pipe 11 (FIGS. 3b), 4b), 5b) and 6b)).
  • the examples of devices 1 represented in FIGS. 3 to 6 differ in the shape of the part 2 forming an obstacle.
  • the latter may have the shape of a beam, the longitudinal axis of which is oriented perpendicular to the direction of the flow of the fluid 12 (FIG. 3), or a shape of a cylinder, the bases of which are oriented perpendicular to the direction of the flow. fluid flow ( Figure 4).
  • Part 2 forming an obstacle may also have the shape of a hemisphere, the base of which is oriented parallel to the direction of flow of the fluid 12 (FIG. 5) or a shape of a sphere (FIG. 6).
  • the dimensions A, B, C, D, E and F of FIGS. 3 to 6 are for example between 1 and 30 cm.
  • the measuring device is not limited to the determination of a flow parameter of a fluid in a pipe such as its speed or its flow rate.
  • Other parameters can be determined on the basis of the vibration signal 4 delivered by the vibration sensor 3 and possibly on the basis of the external vibration signal 10 delivered by the external vibration sensor 9.
  • the processing unit 5 can thus make it possible to know in real time the operating status of the fluidic installation, and can in particular to make it possible to carry out a diagnosis, or even conditional and/or predictive maintenance of the installation.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)

Abstract

Dispositif de mesure d'au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide Dispositif (1) de mesure d'au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide dans une conduite, notamment son débit, comportant : - une partie (2) formant obstacle, destinée à être mise en contact avec l'écoulement, ayant une forme choisie pour générer des turbulences dans l'écoulement, - un capteur de vibrations (3) sensible aux vibrations induites sur la partie (2) formant obstacle par les turbulences, - une unité de traitement (5) configurée pour calculer le paramètre d'écoulement du fluide à partir au moins d'un signal vibratoire (4) délivré par le capteur de vibrations (3).

Description

Description
Titre : DISPOSITIF DE MESURE D'UN PARAMÈTRE D'ÉCOULEMENT D'UN FLUIDE
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine de la mesure de la vitesse et/ou débit d'un fluide en écoulement.
Elle trouve notamment, mais non limitativement, application dans les installations fluidiques, notamment industrielles, telles que les installations aérauliques ou hydrauliques par exemple.
Plus particulièrement, elle trouve avantageusement application dans le contrôle et la régulation des circuits de ventilation, d'aspiration, de soufflage, de traitement de l'air, de climatisation, de chauffage à air chaud, de dépoussiérage, de désenfumage et de séchage.
Technique antérieure
Les mesures de débits sont des éléments indispensables à la mise en œuvre et à l'optimisation des processus industriels.
De nombreux débitmètres permettant de mesurer le débit d'un fluide en écoulement sont actuellement proposés sur le marché pour des installations industrielles, que ce soit dans le domaine de la distribution de l'eau, pétrochimique ou agroalimentaire par exemple.
On peut citer les débitmètres à effet vortex, les débitmètres massiques (encore appelés à effet Coriolis), les débitmètres à effet doppler, les débitmètres électromagnétiques ou à ultrasons.
Toutefois, ces débitmètres se montent généralement sur des conduites d'écoulement par montage à brides. Ainsi, la totalité de l'écoulement doit converger vers la section de mesure du débitmètre, ce qui augmente la perte de charge de l'écoulement. Par ailleurs, afin de garantir une précision de la mesure de débit, chaque type de débitmètre est généralement limité à une plage de diamètres de conduite, de température et de nature de fluide. Par exemple, le débitmètre à effet doppler est préconisé pour des diamètres importants de conduite, en particulier allant jusqu'à environ 5 m alors que le débitmètre à effet vortex est préconisé pour des diamètres de conduite ne dépassant pas 0,5 m.
Des perturbations inhérentes au fonctionnement de l'installation industrielle peuvent par ailleurs réduire considérablement la précision des mesures de débit : par exemple, les vibrations de l'installation industrielle dans le cas d'un débitmètre à effet vortex ou encore le champ magnétique rayonné par l'installation industrielle et son environnement dans le cas d'un débitmètre électromagnétique.
Il existe des débitmètres dits à insertion destinés à être plongés dans une conduite et qui ne nécessitent donc pas de montage à brides, tels que les débitmètres à effet thermique, notamment les systèmes à fil chaud ou à film chaud, ou ceux se basant sur des mesures de pression, notamment les tubes de Pitot qui permettent de déterminer la vitesse d'un fluide en écoulement grâce à la mesure d'une différence de pression.
Le système à fil chaud ou à film chaud est un instrument placé dans le fluide en écoulement permettant de déterminer le débit d'un fluide en écoulement à partir de sa vitesse. Néanmoins, sa mise en œuvre est complexe et coûteuse, en particulier parce que le fil ou film chauffant est très fragile et vieillit rapidement, ce qui nécessite une maintenance régulière.
En outre, la fragilité des débitmètres à insertion à effet thermique et ceux se basant sur des mesures de pression ne permet pas leur utilisation dans des écoulements de fluide chargé de vapeur d'eau, de vapeurs de solvants, de fumées et/ou de particules solides.
US 4526040, US 5 321990, US 2005/217389 et US 5 563 350 décrivent des capteurs de débit à effet vortex.
Le principe d'un capteur de débit à effet vortex est de créer un obstacle à l'écoulement du fluide, de manière à ce que de « gros » tourbillons se forment en aval de l'obstacle. Les lois de la mécanique des fluides imposent que la fréquence de détachement des tourbillons est alors proportionnelle à la vitesse moyenne de l'écoulement.
La fréquence de détachement des tourbillons peut être déterminée par comptage, en détectant les variations de pression induites par chaque détachement de tourbillon au voisinage de la partie formant obstacle.
Typiquement, dans ces capteurs, la partie formant obstacle occupe une part importante de la section de la conduite de manière à perturber suffisamment l'écoulement pour y générer les tourbillons recherchés, et s'étend généralement sur tout le diamètre interne de la conduite.
Il en résulte une perte de charge non négligeable, et un risque augmenté d'obstruction du passage libre par accumulation de matière, lorsque le fluide est chargé, ce qui peut nécessiter des opérations d'entretien fréquentes pour nettoyer le débitmètre.
Par ailleurs, le comptage des détachement de tourbillons s'effectue à l'aide d'un capteur solidaire de la partie formant obstacle. De façon à faciliter la mise en vibration de la partie formant obstacle par les détachement de tourbillons et le comptage de ceux- ci, la partie formant obstacle est fixée rigidement à la conduite.
Du fait de la taille de la partie formant obstacle et de la nécessité de la fixer rigidement à la conduite, la mise en place du débitmètre nécessite généralement des dispositions particulières au niveau de la conduite, par exemple la présence d'un méplat de fixation d'une bride (US 5 321990 ou US 4526 040) ou d'un logement de maintien de la partie formant obstacle à son extrémité libre (US 5 563 350 ou US 2005/0217389).
Les vibrations autres que celles induites par les détachements de tourbillons étant néfastes au comptage de ceux-ci, un deuxième capteur de vibrations est généralement présent pour permettre partraitement du signal l'élimination des vibrations ambiantes et améliorer ainsi le rapport signal/bruit du signal utile au comptage des détachements de tourbillons (voir US 4 526040 par exemple qui décrit un traitement du signal reposant sur l'utilisation d'un filtre passe-bas pour éliminer les fréquences hautes avant d'attaquer un trigger de Schmitt transformant le signal résultant en impulsions rectangulaires permettant de compter les détachements de tourbillons). Une solution alternative, décrite dans US 5 563 350, consiste à prévoir des moyens d'amortissement particuliers pour isoler le capteur de vibrations de la partie formant obstacle des vibrations externes, la partie formant obstacle restant toutefois rigidement liée à la conduite.
Les capteurs à effet vortex fonctionnent généralement bien pour un écoulement ayant un nombre de Reynolds relativement élevé, typiquement supérieur à 10000 ; pour un écoulement ayant un nombre de Reynolds plus faible, un convergent est utilisé, ce qui nécessite de couper la conduite pour intégrer le capteur, et d'effectuer un montage soigné pour éviter par exemple qu'une mauvaise soudure ne perturbe l'écoulement. La présence de ce convergent entraîne une perte de charge supplémentaire.
Exposé de l'invention
L'invention vise par conséquent à fournir un dispositif de mesure robuste, à bas coût, qui peut être facilement monté sur une conduite dans laquelle circule un fluide et qui permet de résoudre tout ou partie des inconvénients précités des débitmètres de l'art antérieur.
Résumé de l'invention
Dispositif de mesure
L'invention a ainsi pour objet un dispositif de mesure d'au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide dans une conduite, notamment son débit, comportant :
- une partie formant obstacle, destinée à être mise en contact avec l'écoulement, ayant une forme choisie pour générer des turbulences dans l’écoulement, notamment autour de la partie formant obstacle,
- un capteur de vibrations sensible aux vibrations induites sur la partie formant obstacle par les turbulences,
- une unité de traitement configurée pour calculer le paramètre d'écoulement du fluide à partir au moins d'un signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations.
Le dispositif de mesure selon l'invention peut permettre de mesurer la vitesse et/ou le débit du fluide en temps réel et de manière robuste. Le coût du dispositif de mesure selon l'invention est significativement réduit par rapport aux dispositifs de l'art antérieur, notamment les débitmètres à effet vortex.
Le dispositif de mesure selon l'invention peut être monté simplement et rapidement sur une conduite existante, notamment celle d'une installation fluidique, sans avoir recours à un montage à brides, contrairement aux dispositifs de l'art antérieur, notamment les débitmètres à effet vortex ou Coriolis.
Le dispositif de mesure selon l'invention est en outre de taille réduite par rapport aux dispositifs de l'art antérieur, ce qui facilite encore son implémentation sur une conduite existante.
Le fonctionnement du dispositif de mesure selon l'invention repose sur le principe suivant. Lorsque la partie formant obstacle est mise en contact avec l'écoulement, la partie formant obstacle génère des turbulences dans l'écoulement, et des tourbillons se forment notamment autour de la partie formant obstacle. Le détachement périodique de ces tourbillons induit des vibrations sur la partie formant obstacle, et notamment une fréquence vibratoire caractéristique, qui sont mesurées par le capteur de vibrations qui délivre à l'unité de traitement un signal vibratoire correspondant. L'unité de traitement calcule alors à partir au moins du signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations le paramètre d'écoulement du fluide, notamment sa vitesse et/ou son débit. En effet, les vibrations induites sur la partie formant obstacle par les turbulences, et en particulier la fréquence vibratoire caractéristique induite sur la partie formant obstacle par le détachement des tourbillons et la turbulence de l'écoulement autour de la partie formant obstacle, permettront de remonter indirectement à l'image de la vitesse d'écoulement du fluide.
Par rapport à un capteur à effet vortex de l'art antérieur, il est possible dans l'invention que la partie formant obstacle n'occupe qu'une faible part de la section de passage offerte au fluide dans la conduite ; en effet, il n'est pas nécessaire dans l'invention de générer des tourbillons dont le détachement s'accompagne de fortes variations locales de pression, donc d'utiliser pour générer ces tourbillons une partie formant obstacle occupant une part importante de la section de passage, ni de compter le nombre de détachements de ces tourbillons. De plus, le capteur selon l'invention permet de mesurer de faibles débits d'écoulements, de nombre de Reynolds inférieur à 4000.
Le capteur de vibrations peut être un accéléromètre, notamment piézoélectrique, notamment à 1 ou 3 axes. L'utilisation d'un capteur piézoélectrique peut être avantageux en raison de sa large étendue de mesure et/ou de sa sensibilité à une large bande fréquentielle.
L'étendue de mesure du capteur de vibrations peut être comprise entre 0 et 100 g.
La bande passante du capteur de vibrations peut être comprise entre 5 et 20 000 Hz.
Le capteur de vibrations peut être disposé à l'intérieur de la partie formant obstacle. Cela peut permettre au capteur de vibrations d'être isolé de manière étanche du fluide.
La partie formant obstacle peut comporter un corps définissant un logement interne recevant le capteur de vibrations, le logement interne étant de préférence isolé de manière étanche du fluide.
Le capteur de vibrations peut être fixé contre une paroi dudit corps.
De préférence, la masse du capteur de vibrations est choisie de telle manière à ce que le capteur de vibrations ne perturbe pas ou le moins possible les vibrations induites par les turbulences de l'écoulement sur la partie formant obstacle. La masse du capteur de vibrations est de préférence inférieure ou égale à 30 grammes, mieux inférieure ou égale à 20 grammes, encore mieux inférieure ou égale à 10 grammes.
Le dispositif peut comporter un support, ayant de préférence une forme tubulaire, raccordé à l'une de ses extrémités à la partie formant obstacle, notamment d'un seul tenant avec elle.
L'intérieur du support peut être en communication avec le logement interne de la partie formant obstacle. De préférence, l'intérieur du support et le logement interne de la partie formant obstacle sont isolés de manière étanche du fluide.
L'intérieur du support peut recevoir au moins un câble relié au capteur de vibrations. Le câble peut ainsi être isolé de manière étanche du fluide. Le câble peut permettre d'alimenter électriquement le capteur de vibrations et/ou transmettre le signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations à l'unité de traitement.
Dans le dispositif de mesure selon l'invention, le capteur de vibrations, et notamment le câble permettant de l'alimenter électriquement, ne sont pas contact avec le fluide. La partie formant obstacle destinée à être mise en contact avec l'écoulement ne provoque pas d'échauffement du fluide. Le dispositif de mesure selon l'invention présente ainsi l'avantage de pouvoir être utilisé en zone ATEX.
Le dispositif peut comporter un élément de fixation, notamment un presse- étoupe, permettant de fixer le support sur la conduite.
L'élément de fixation peut comporter un élément assurant une fonction d'étanchéité et/ou d'amortissement, notamment une semelle antivibratoire. Cela peut permettre de diminuer, voire annuler, la sensibilité du capteur de vibrations aux vibrations de la conduite, qui sont notamment induites par l'écoulement, et d'une façon générale, par le fonctionnement global de l'installation fluidique, de manière à ce que le capteur de vibrations ne soit sensible qu'aux vibrations induites sur la partie formant obstacle par les turbulences de l'écoulement.
Le dispositif peut comporter au moins un capteur de vibrations externe sensible aux vibrations de la conduite, qui sont notamment induites par l'écoulement, et d'une façon générale, par le fonctionnement global de l'installation fluidique. Le capteur de vibrations externe peut être destiné à être positionné sur une face externe de la conduite ou tout autre endroit permettant de mesurer les vibrations de la conduite. Le capteur de vibrations externe peut être un accéléromètre, notamment piézoélectrique, notamment à 1 ou 3 axes. Il peut présenter les mêmes caractéristiques que le capteur de vibrations ou des caractéristiques différentes. Dans ce dernier cas, cela peut permettre au capteur de vibrations et au capteur de vibrations externe de détecter chacun une fréquence vibratoire différente.
L'unité de traitement peut être configurée pour calculer le paramètre d'écoulement du fluide à partir au moins du signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations et d'un signal vibratoire externe délivré par le capteur de vibrations externe. Cela peut permettre d'améliorer la précision du calcul du paramètre d'écoulement du fluide en permettant de découpler le signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations en une composante correspondant aux vibrations induites sur la partie formant obstacle par les turbulences de l'écoulement et une composante correspondant aux vibrations de la conduite.
Le capteur de vibrations externe peut être relié à au moins un câble permettant d'alimenter électriquement le capteur de vibrations externe et/ou transmettre le signal vibratoire externe délivré par le capteur de vibrations externe à l'unité de traitement. Ce câble peut être logé ou non au moins en partie à l'intérieur du support.
Le paramètre d'écoulement du fluide peut être sa vitesse ou son débit, notamment volumique. La détermination de la vitesse d'écoulement du fluide peut permettre de remonter à son débit d'écoulement.
Comme cela est mentionné plus haut, la forme de la partie formant obstacle est choisie pour générer des turbulences dans l'écoulement, notamment autour de la partie formant obstacle. Ainsi, les vibrations induites sur la partie formant obstacle par les turbulences de l'écoulement dépendent de la forme de la partie formant obstacle.
La forme de la partie formant obstacle peut être choisie en fonction de la plage de débit à mesurer et/ou en fonction de la nature du fluide.
La partie formant obstacle peut présenter une forme générale de sphère, de demi-sphère, de disque, de cylindre, de demi-cylindre (coupé dans la longueur) ou de poutre, notamment à section transversale carrée, rectangulaire ou circulaire, ou toute forme adaptée pour générer des turbulences dans l'écoulement, notamment autour de la partie formant obstacle.
Dans le cas où la partie formant obstacle présente une forme de demi-sphère, sa base est de préférence orientée de manière parallèle au sens de l'écoulement du fluide dans la conduite.
Dans le cas où la partie formant obstacle présente une forme de poutre, son axe longitudinal est de préférence orienté de manière perpendiculaire au sens de l'écoulement du fluide dans la conduite. Dans le cas où la partie formant obstacle présente une forme de disque, ses faces principales sont de préférence orientées de manière perpendiculaire au sens de l'écoulement du fluide dans la conduite.
Dans le cas où la partie formant obstacle présente une forme de cylindre, ses bases sont de préférence orientées de manière perpendiculaire au sens de l'écoulement du fluide dans la conduite.
Une plus grande dimension de la partie formant obstacle peut être comprise entre 1 et 30 cm, mieux entre 1 et 20 cm, encore mieux entre 1 et 10 cm. Ainsi, la taille réduite de la partie formant obstacle peut permettre de faciliter la mise en œuvre du dispositif sur une conduite.
La partie formant obstacle peut présenter une surface au contact de l'écoulement dont l'aire est comprise entre 1 et 500 cm2, mieux entre 1 et 250 cm2, encore mieux entre 1 et 100 cm2.
La partie formant obstacle peut s'étendre sur une distance qui représente moins de la moitié du diamètre intérieur de la conduite. Ainsi, la partie formant obstacle gêne moins l'écoulement comparativement aux capteurs à effet vortex connus, et le risque de colmatage est réduit.
En plus de la forme de la partie formant obstacle, les vibrations induites sur la partie formant obstacle par les turbulences de l'écoulement autour de la partie formant obstacle dépendent également de la matière de la partie formant obstacle.
La matière de la partie formant obstacle peut être choisie en fonction de la plage de débit à mesurer et/ou en fonction de la nature du fluide.
La partie formant obstacle peut être réalisée dans une matière métallique, notamment en inox, plastique, composite ou toute autre matière adaptée. L'utilisation d'une matière métallique telle que l'inox par exemple peut être choisie dans le cas où le fluide est corrosif par exemple.
La partie formant obstacle peut avoir été fabriquée notamment par une technique de fabrication additive.
Le dispositif peut comporter un capteur de température, notamment disposé à l'intérieur de la partie formant obstacle. Le capteur de température peut délivrer un signal de température à l'unité de traitement. Etant donné que la plupart des capteurs de vibrations sont influencés par la température, un tel capteur de température peut permettre de contrôler la température, et éventuellement de signaler lorsque la température s'écarte de celle utilisée pour l'étalonnage du capteur de vibrations. Un tel capteur de température peut permettre en outre de mesurer, notamment en temps réel, la température du fluide en écoulement.
Le dispositif peut comporter un moyen de transmission sans fil transmettant à l'unité de traitement au moins le signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations, et le cas échéant, le signal vibratoire externe délivré par le capteur de vibrations externe et/ou le signal de température délivré par le capteur de température. Le moyen de transmission peut être configuré pour utiliser un réseau « Bluetooth », « Wifi » ou LPWAN, tel que « Sigfox », « LoRa », « Neul », « Nwave », LTE-M ou NB-loT.
De préférence, l'unité de traitement est disposée à l'extérieur de la conduite.
L'unité de traitement peut comporter un circuit de contrôle, notamment un microcontrôleur ou tout autre circuit adapté à réaliser les fonctions recherchées. Le circuit de contrôle peut échanger des données avec une mémoire qui contient un système d'exploitation. La mémoire peut être SD, USB et/ou SSD. La mémoire peut être amovible telle qu'une carte mémoire par exemple.
L'unité de traitement peut intégrer dans sa mémoire la position de la partie formant obstacle et/ou du capteur de vibrations le long de la conduite.
L'unité de traitement peut intégrer dans sa mémoire la courbe d'étalonnage du capteur de vibrations.
L'unité de traitement peut comporter une connectique telle qu'un port micro- USB, série ou autre qui permet de la programmer, de la paramétrer ou de récupérer des données mémorisées.
L'unité de traitement peut être configurée pour calculer le paramètre d'écoulement du fluide en réalisant une analyse fréquentielle du signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations. Une telle analyse fréquentielle peut exploiter toute l'information portée par une plage relativement large de fréquences, contrairement au traitement généralement opéré dans les capteurs à effet vortex connus, qui vise à compter le nombre de détachements de tourbillons, et pour lequel toute cette information n'est pas utile. L'unité de traitement peut ainsi être configurée pour calculer, lors de l'analyse fréquentielle, un spectre fréquentiel sur une plage de fréquence d'au moins 500 Hz de large. Le spectre vibratoire utilisé dans l'analyse fréquentielle est avantageusement obtenu par FFT, la fréquence d'échantillonnage du signal étant de préférence supérieure ou égale à 2 kHz. On peut réaliser l'échantillonnage en stockant les valeurs échantillonnées dans des fenêtres temporelles glissantes, de sorte à pouvoir à chaque nouveau calcul de spectre fréquentiel réutiliser une partie des valeurs déjà échantillonnées et déjà utilisées pour calculer au moins un spectre fréquentiel précédemment calculé. La durée d'acquisition est grande par rapport à la période des phénomènes de turbulence, ce qui permet de lisser et d'améliorer la précision, cette durée d'acquisition pouvant ainsi être supérieure ou égale à ls. On peut utiliser par exemple au moins trois fenêtres glissantes, en renouvelant après chaque calcul de spectre fréquentiel les valeurs par échantillonnage pour la fenêtre la plus récente seulement, et en décalant les valeurs de chaque fenêtre vers la fenêtre passée consécutive. L'unité de traitement peut être configurée pour calculer une grandeur représentative du débit du fluide, par intégration sur la plage de fréquences retenue d'une grandeur représentative de l'amplitude des vibrations. Cette intégration se fait par exemple sur une plage fréquentielle allant d'une fréquence F_min comprise entre 50 et 150 Hz, par exemple de l'ordre de 100 Hz (+/- 20%), à une fréquence F_max par exemple supérieure ou égale à 500 Hz, par exemple de l'ordre de 1000 Hz (+/- 20%), une telle plage couvrant les vibrations générées par la turbulence au sein du fluide de façon générale (détachement des tourbillons générés par l'obstacle, tourbillons secondaires, vibrations proches de la paroi liées à la couche limite et aux zones de recirculation, ...) et pas seulement celles induites par des détachements éventuels de tourbillons. Après calibration, il est possible à partir de cette valeur calculée par intégration de délivrer une valeur de débit ou de vitesse d'écoulement du fluide dans la conduite relativement proche de la valeur réelle. L'acquisition et le traitement du signal acquis peut s'effectuer aisément dans un microcontrôleur, par exemple un microcontrôleur de type STM 32. Le dispositif de mesure peut être utilisé pour déterminer le débit du fluide dans la conduite dans une plage de débit du fluide allant jusqu'à 1000 m3/s et/ou une plage de température du fluide allant de -20°C à 150°C.
Installation de mesure
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une installation de mesure d'au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide, notamment son débit, comportant :
- une conduite d'écoulement du fluide,
- au moins un dispositif de mesure tel que défini ci-dessus, pour mesurer le paramètre d'écoulement du fluide dans la conduite.
La conduite peut être une conduite d'une installation fluidique, notamment industrielle, telle qu'une installation aéraulique ou hydraulique par exemple.
Par exemple, la conduite est une conduite de ventilation, notamment une conduite d'aspiration ou de soufflage ou toute conduite permettant l'écoulement d'un fluide.
L'installation peut comporter une pluralité de dispositifs de mesure dans une portion restreinte de la conduite ou répartis le long de la conduite. Dans le cas où les dispositifs de mesure sont répartis le long de la conduite, cela peut permettre de réaliser une cartographie de l'ensemble de la conduite.
Les dispositifs de mesure peuvent être répartis régulièrement ou pas le long de la conduite.
Chaque dispositif peut être identique ou différent. Par exemple, les dispositifs de mesure diffèrent de par la forme de la partie formant obstacle et/ou les caractéristiques du capteur de vibrations, notamment son étendue de mesure. Cela peut permettre à ce que chaque dispositif de mesure soit adapté pour mesurer une gamme de débit différent, ce qui est particulièrement avantageux dans le cas où l'écoulement du fluide dans la conduite subit de grandes variations de débit au cours du temps par exemple.
La pluralité de dispositifs de mesure peut partager une même unité de traitement. L'unité de traitement peut intégrer dans sa mémoire la position de la partie formant obstacle et/ou du capteur de vibrations de chaque dispositif de mesure le long de la conduite.
L'unité de traitement peut être configurée pour déclencher, notamment de manière autonome et/ou en temps réel, au moins une action corrective sur l'installation fluidique dans le cas où le paramètre d'écoulement du fluide calculé par l'unité de traitement et/ou la température mesurée par le capteur de température s'écarte d'une plage de valeurs prédéterminée.
Par exemple, l'action corrective est une augmentation ou une diminution du débit de l'écoulement.
L'unité de traitement peut ainsi permettre d'optimiser les performances de l'installation fluidique, par exemple en termes d'aspiration dans le cas d'une installation aéraulique par exemple, d'échanges thermiques, de réduction des nuisances sonores.
Dans le cas où le capteur de vibrations est un accéléromètre piézoélectrique 1 ou 3 axes, son positionnement est de préférence repéré dans l'espace. Cela peut permettre de repérer la direction du ou des axes de l'accéléromètre piézoélectrique. En effet, le module du vecteur accélération est indépendant du positionnement des 3 axes de l'accéléromètre piézoélectrique qui forment la base de projection.
Procédé de mesure
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de mesure d'au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide dans une conduite, notamment son débit, à l'aide d'un dispositif de mesure tel que défini ci-dessus, comportant les étapes consistant à : a) détecter, à l'aide du capteur de vibrations, les vibrations induites sur la partie formant obstacle par les turbulences, b) calculer, à l'aide de l'unité de traitement, le paramètre d'écoulement du fluide à partir au moins du signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations.
Le procédé peut comporter en outre une étape préalable d'étalonnage du capteur de vibrations.
Le fluide peut être de tout type, y compris corrosif, toxique et/ou abrasif. Le fluide peut être un liquide ou un gaz, notamment chargé de particules solides.
Dans une variante, le fluide est un gaz, notamment de l'air, chargé de vapeur d'eau, de vapeurs de solvants, de fumées et/ou de particules solides telles que des poussières, des sciures ou des copeaux de bois.
Dans une autre variante, le fluide est un liquide, notamment une suspension ou une émulsion.
Le procédé peut comporter en outre une étape consistant à nettoyer, notamment périodiquement, la surface externe de la partie formant obstacle. Un tel nettoyage peut être nécessaire en particulier dans le cas où le fluide est un gaz humide et chargé de particules solides.
Le procédé peut comporter en outre une étape consistant à détecter les vibrations induites sur la conduite d'écoulement du fluide à l'aide d'au moins un capteur de vibrations externe sensible aux vibrations de la conduite, et à calculer, à l'aide de l'unité de traitement, le paramètre d'écoulement du fluide à partir au moins du signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations et d'un signal vibratoire externe délivré par le capteur de vibrations externe.
Le capteur de vibrations externe peut être positionné sur une face externe de la conduite.
Le procédé peut comporter en outre une étape d'activation d'une alarme et/ou une étape d'arrêt de l'écoulement du fluide dans la conduite lorsque le paramètre d'écoulement du fluide calculé par l'unité de traitement et/ou le signal vibratoire externe délivré par le capteur de vibrations externe atteint un certain seuil prédéfini.
Le procédé selon l'invention, appliqué à la mesure du débit, notamment volumique, ou de la vitesse d'écoulement du fluide, peut comporter les étapes suivantes : a. calcul d'un spectre fréquentiel du signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations détectant les vibrations induites sur la partie formant obstacle, b. calcul d'une grandeur représentative de la vitesse de l'écoulement (encore appelée indicateur scalaire) par intégration de l'amplitude du signal vibratoire ou d'une fonction représentative de celle-ci, l'intégration s'effectuant de préférence sur le spectre fréquentiel d'une fréquence basse F_min à une fréquence haute F_max, c. détermination du débit ou de la vitesse d'écoulement avec une fonction de transfert donnant à partir de l'indicateur scalaire ou de l'image de celui-ci par une fonction, notamment une fonction de linéarisation par exemple logarithme, la valeur du débit ou de la vitesse d'écoulement, le ou les paramètres de cette fonction de transfert ayant été déterminés par un étalonnage préalable.
Les fréquences F_min et F_max peuvent être ajustées par rapport au type de fluide et ainsi permettre au capteur de fonctionner correctement avec un fluide chargé. Les fréquences F_min et F_max peuvent également être ajustées suivant les caractéristiques vibratoires du système et aussi par rapport par rapport à l'environnement vibratoire du système.
L'opération d'intégration rend le capteur robuste vis-à-vis de la mesure et lui procure une bonne répétabilité.
Le calcul du spectre à l'étape a) peut s'effectuer avec une transformée de Fourier, de préférence de type FFT (Fast Fourier Transform).
Le spectre est de préférence déterminé pour l'étendue des fréquences [0Hz ; Fs] où Fs est la fréquence d'échantillonnage du signal. La fréquence d'échantillonnage est par exemple de 2kHz. Le spectre peut aussi être déterminé pour une plage plus réduite de fréquences, lorsque F_max est inférieur à Fs.
L'indicateur scalaire déterminé à l'étape b) par l'intégration du spectre sur la plage [F_min; F_max] peut être donné par la relation
X(f) étant la valeur d'un élément du spectre pour une fréquence, f, comprise dans la plage [F_min; F_max],
On a par exemple F_min = 100 Hz et F_max = 1 kHz.
X(f) est par exemple égal au carré de l'amplitude du signal vibratoire à la fréquence f.
La courbe d'évolution de l'indicateur scalaire pour différentes vitesses d'écoulement peut être linéarisée en utilisant la fonction logarithme. Cette fonction peut donner une meilleure visibilité de la mesure pour de faibles vitesses ainsi qu'une déformation moins importance de la courbe P*max en fonction de la vitesse d'écoulement du fluide.
Procédé de fabrication
L'invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d'un dispositif de mesure tel que défini ci-dessus, dans lequel la partie formant obstacle est fabriquée par une technique de fabrication additive ou tout autre technique adaptée.
De préférence, le procédé comporte, après l'étape de fabrication de la partie formant obstacle, une étape de fixation du capteur de vibrations à l'intérieur de la partie formant obstacle.
Le procédé peut comporter en outre une étape consistant à fabriquer par une Brève description des dessins
[Fig 1] La figure 1 est une coupe schématique d'un exemple de dispositif de mesure selon l'invention dans le plan transversal d'une conduite sur laquelle est monté le dispositif,
[Fig 2] la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 d'une variante de réalisation,
[Fig 3] la figure 3 représente un autre exemple de dispositif de mesure selon l'invention,
[Fig 4] la figure 4 représente un autre exemple de dispositif de mesure selon l'invention
[Fig 5] la figure 5 représente un autre exemple de dispositif de mesure selon l'invention,
[Fig 6] la figure 6 représente un autre exemple de dispositif de mesure selon l'invention,
[Fig 7] la figure 7 représente un exemple de fonction de transfert obtenue après étalonnage, encore appelée « courbe d'étalonnage », permettant à partir de la connaissance d'un indicateur scalaire obtenu par intégration dans spectre vibratoire, de déterminer la vitesse d'écoulement du fluide. [Fig 8] la figure 8 est un schéma en blocs illustrant des étapes d'un exemple de calcul du débit.
Description détaillée
On a illustré à la figure 1 un exemple de dispositif 1 de mesure conforme à l'invention, monté sur une conduite 11 d'écoulement d'un fluide 12.
Le dispositif 1 comporte une partie 2 formant obstacle, un capteur de vibrations 3, un support 7 et une unité de traitement 5.
La partie 2 formant obstacle est insérée au sein de la conduite 11 d'écoulement du fluide 12. La partie 2 formant obstacle présente une forme choisie pour générer des turbulences dans l'écoulement, notamment autour de la partie 2 formant obstacle.
La partie 2 formant obstacle est disposée à l'intérieur de la conduite 11. Elle peut être positionnée au centre de la conduite 11, comme illustré sur la figure 1. En variante, elle est positionnée entre la paroi et le centre de la conduite 11.
Le capteur de vibrations 3, de préférence un accéléromètre 1 ou 3 axes, est configuré pour détecter les vibrations induites sur la partie 2 formant obstacle par les turbulences et générer un signal vibratoire 4 correspondant. Le capteur de vibrations 3 est disposé à l'intérieur de la partie 2 formant obstacle, au sein d'un logement interne 6 défini par le corps de la partie 2 formant obstacle. Ainsi, le capteur de vibrations 3 est encapsulé dans la partie 2 formant obstacle, ce qui permet de l'isoler de manière étanche du fluide 12 en écoulement. Au sein du logement interne 6, le capteur de vibrations 3 est fixé contre une paroi du corps de la partie 2 formant obstacle.
La partie 2 formant obstacle est raccordée à l'une de ses extrémités à un support 7 tubulaire, de préférence d'un seul tenant. L'intérieur du support 7 est en communication avec le logement interne 6 de la partie 2 formant obstacle.
Le capteur de vibrations 3 est relié à un câble 4 qui traverse l'intérieur du support 7. Ce câble 4 permet d'alimenter électriquement le capteur de vibrations 3 et/ou de transmettre le signal vibratoire 4 délivré par le capteur de vibrations 3 à l'unité de traitement 5. Le support 7 est fixé sur la conduite 11 au moyen d'un élément de fixation 8, notamment un presse-étoupe. L'élément de fixation 8 peut comporter un élément assurant une fonction d'étanchéité et/ou d'amortissement, tel qu'une semelle antivibratoire par exemple.
L'unité de traitement 5 reçoit le signal vibratoire 4 délivré par le capteur de vibrations 3 et elle est configurée pour calculer un paramètre d'écoulement du fluide, notamment sa vitesse ou son débit, à partir au moins du signal vibratoire 4 délivré par le capteur de vibrations 3.
La conduite 11 peut être une conduite d'une installation fluidique, par exemple aéraulique, notamment une conduite d'aspiration, et le fluide 12 en écoulement dans la conduite 11 peut être de l'air, humide ou non, par exemple chargé de sciure de bois. La vitesse d'écoulement du fluide 12 au sein de la conduite 11 peut être comprise entre 15 et 35 m/sec par exemple.
Pour calculer la valeur du débit à partir du signal vibratoire délivré par le capteur 3 on peut procéder comme illustré à la figure 8.
L'unité de traitement 5 est par exemple un microcontrôleur, le capteur 3 étant relié à une entrée de celui-ci, de telle sorte que le microcontrôleur puisse échantillonner l'amplitude de vibration en fonction du temps sur une période de temps prédéfinie, par exemple de ls ou plus.
3.NP valeurs consécutives temporellement, provenant du capteur 3, peuvent ainsi être mémorisées à l'étape 110 dans trois tables NPi (i = 1, 2 et 3) de l'unité de traitement 5, préalablement initialisées à l'étape 100 (chaque « table » étant encore appelée « espace de mémorisation »).
Ensuite, les valeurs successivement chargées dans les trois tables peuvent être décalées à l'étape 120 dans le temps, de manière à constituer des fenêtres temporelles d'échantillonnage glissantes, les valeurs stockées dans la table NP2 étant stockées dans la table NP3 et remplaçant les valeurs les plus anciennes contenues dans cette dernière, les valeurs contenues dans la table NPI étant stockées dans la table NP2 ainsi libérée, et les valeurs nouvellement échantillonnées, les plus récentes, étant chargées dans la table NPI. On calcule à l'étape 130 le spectre fréquentiel à partir de l'ensemble des 3.NP valeurs stockées dans les trois tables NPI, NP2, NP3, qui se suivent avec un délai lié à la fréquence d'échantillonnage.
Ensuite, à l'étape 140, on calcule un indicateur scalaire P*maxégal à l'intégration du carré de l'amplitude du signal vibratoire dans le spectre fréquentiel, entre les fréquences 100 et 1000 Hz par exemple.
Cette valeur P*max est représentative de la vitesse de l'écoulement, comme illustré à la figure 7. On peut en prendre le logarithme à l'étape 150 (optionnel).
Sur la figure 7, on a représenté le spectre fréquentiel ayant conduit à l'un des points de la courbe d'étalonnage.
Pour étalonner le dispositif, on peut procéder à des mesures de débit avec tout type de débitmètre dont la précision de mesure est connue, ce qui permet de définir les paramètres de la fonction de transfert donnant à partir du calcul de P*max ou de son logarithme la valeur de la vitesse de l'écoulement ou du débit volumique, connaissant la section de passage.
On peut ainsi déterminer la courbe bijective, notamment la droite (au moins par segments) donnant la vitesse de l'écoulement à partir de P*max ou du logarithme de P*max.
Une fois la calibration effectuée, on peut à chaque nouveau calcul de P*max, déterminer par application de la fonction de transfert, la vitesse de l'écoulement à l'étape 160, puis le débit le cas échéant.
Un tel procédé qui ne fait appel qu'au signal délivré par le capteur de vibrations 3 donne une précision satisfaisante pour de nombreuses applications, et présente l'avantage d'une grande simplicité de mise en œuvre, puisque la partie formant obstacle 2 est de taille réduite et peut facilement être introduite dans la conduite, et qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser un deuxième capteur pour améliorer le rapport signal utile/bruit.
Toutefois, comme illustré sur la figure 2, le dispositif 1 de mesure peut comporter un capteur de vibrations externe 9, de préférence un accéléromètre 1 ou 3 axes, configuré pour détecter les vibrations de la conduite 11, notamment induites par l'écoulement du fluide 12, et générer un signal vibratoire externe 10 correspondant. Le capteur de vibrations externe 9 est disposé sur une surface externe de la conduite 11. Le capteur 9 est relié à un câble 10 permettant de l'alimenter électriquement et/ou transmettre le signal vibratoire externe 10 délivré par le capteur de vibrations externe 9 à l'unité de traitement 5. Ainsi, l'unité de traitement 5 reçoit également le signal vibratoire externe 10 délivré par le capteur de vibrations externe 9 et elle est configurée pour calculer le paramètre d'écoulement du fluide, notamment sa vitesse ou son débit, à partir au moins du signal vibratoire 4 délivré par le capteur de vibrations 3 et du signal vibratoire externe 10 délivré par le capteur de vibrations externe 9.
On a représenté schématiquement aux figures 3 à 6 des exemples de dispositifs 1 de mesure selon l'invention, montés sur la conduite 11, observés selon un plan transversal de la conduite 11 (figures 3a), 4a), 5a) et 6a)) et selon un plan longitudinal de la conduite 11 (figures 3b), 4b), 5b) et 6b)). Les exemples de dispositifs 1 représentés aux figures 3 à 6 diffèrent par la forme de la partie 2 formant obstacle.
Cette dernière peut présenter une forme de poutre dont l'axe longitudinal est orienté de manière perpendiculaire au sens de l'écoulement du fluide 12 (figure 3), ou une forme de cylindre dont les bases sont orientées de manière perpendiculaire au sens de l'écoulement du fluide (figure 4).
La partie 2 formant obstacle peut encore présenter une forme de demi-sphère dont la base est orientée de manière parallèle au sens de l'écoulement du fluide 12 (figure 5) ou une forme de sphère (figure 6).
Les dimensions A, B, C, D, E et F des figures 3 à 6 sont par exemple comprises entre 1 et 30 cm.
L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits.
Par exemple, le dispositif de mesure n'est pas limité à la détermination d'un paramètre d'écoulement d'un fluide dans une conduite tel que sa vitesse ou son débit. D'autres paramètres peuvent être déterminés sur la base du signal vibratoire 4 délivré par le capteur de vibrations 3 et éventuellement sur la base du signal vibratoire externe 10 délivré par le capteur de vibrations externe 9. L'unité de traitement 5 peut ainsi permettre de connaître en temps réel l'état de fonctionnement de l'installation fluidique, et peut notamment permettre de faire un diagnostic, voire de la maintenance conditionnelle et/ou prédictive de l'installation.

Claims

22 Revendications
1. Dispositif (1) de mesure d'au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide dans une conduite, notamment son débit, comportant :
- une partie (2) formant obstacle, destinée à être mise en contact avec l'écoulement, ayant une forme choisie pour générer des turbulences dans l'écoulement,
- un capteur de vibrations (3) sensible aux vibrations induites sur la partie (2) formant obstacle par les turbulences,
- une unité de traitement (5) configurée pour calculer le paramètre d'écoulement du fluide à partir au moins d'un signal vibratoire (4) délivré par le capteur de vibrations (3), en réalisant une analyse fréquentielle de ce signal vibratoire.
2. Dispositif selon la revendication 1, l'unité de traitement étant configurée pour calculer, lors de l'analyse fréquentielle, un spectre fréquentiel sur une plage de fréquence d'au moins 500 Hz de large.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, l'unité de traitement étant configurée pour calculer une grandeur représentative du débit du fluide, par intégration sur une plage de fréquences d'une grandeur représentative de l'amplitude des vibrations, cette intégration s'effectuant de préférence sur une plage fréquentielle allant d’une fréquence F_min comprise entre 50 et 150 Hz, notamment de l'ordre de 100 Hz (+/- 20%), à une fréquence F_max de préférence supérieure ou égale à 500 Hz, notamment de l'ordre de 1000 Hz (+/- 20%).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant un support (7) raccordé à l'une de ses extrémités à la partie (2) formant obstacle, et un élément de fixation (8) permettant de fixer le support sur la conduite, comportant un élément assurant une fonction d'amortissement des vibrations.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le capteur de vibrations étant disposé à l'intérieur de la partie (2) formant obstacle, la partie (2) formant obstacle comportant notamment un corps définissant un logement interne (6) recevant le capteur de vibrations (3), le capteur de vibrations (3) étant notamment fixé contre une paroi dudit corps.
6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, le support (7), ayant une forme tubulaire, étant notamment d'un seul tenant avec la partie formant obstacle.
7. Dispositif selon les revendications 5 et 6, l'intérieur du support (7) étant en communication avec le logement interne (6) de la partie (2) formant obstacle.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, l'intérieur du support (7) recevant au moins un câble relié au capteur de vibrations (3), le câble permettant d'alimenter électriquement le capteur de vibrations et/ou transmettre le signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations (3) à l'unité de traitement (5).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, I' élément de fixation (8) étant un presse-étoupe permettant de fixer le support (7) sur la conduite.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, l'élément de fixation (8) comportant une semelle antivibratoire.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un capteur de vibrations externe (9) sensible aux vibrations de la conduite, l'unité de traitement (5) étant notamment configurée pour calculer le paramètre d'écoulement du fluide à partir au moins du signal vibratoire (4) délivré par le capteur de vibrations (3) et d'un signal vibratoire externe (10) délivré par le capteur de vibrations externe (9).
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le paramètre d'écoulement du fluide étant sa vitesse ou son débit, notamment volumique.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le capteur de vibrations (3) étant un accéléromètre, notamment piézoélectrique, notamment à 1 ou 3 axes.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, la partie (2) formant obstacle présentant une forme générale de sphère, de demi-sphère, de disque, de cylindre, de demi-cylindre ou de poutre.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, la partie (2) formant obstacle présentant une surface au contact de l'écoulement dont l'aire est comprise entre 1 et 500 cm2, mieux entre 1 et 250 cm2, encore mieux entre 1 et 100 cm2.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, la partie (2) formant obstacle étant réalisée dans une matière métallique, notamment en inox, plastique ou composite, la partie (2) formant obstacle ayant notamment été fabriquée par une technique de fabrication additive.
17. Installation de mesure d'au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide, notamment son débit, comportant :
- une conduite d'écoulement du fluide,
- au moins un dispositif (1) de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour mesurer le paramètre d'écoulement du fluide dans la conduite.
18. Installation selon la revendication 17, comportant une pluralité de dispositifs (1) de mesure dans une portion restreinte de la conduite ou répartis le long de la conduite.
19. Installation selon la revendication 18, la pluralité de dispositifs (1) de mesure partageant une même unité de traitement.
20. Installation selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, la conduite étant une conduite de ventilation, notamment une conduite d'aspiration ou de soufflage.
21. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, la longueur de la partie formant obstacle étant inférieure ou égale à la moitié du diamètre intérieur de la conduite.
22. Procédé de mesure d'au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide dans une conduite, notamment son débit, à l'aide d'un dispositif (1) de mesure tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 16, comportant les étapes consistant à : a) détecter, à l'aide du capteur de vibrations (3), les vibrations induites sur la partie (2) formant obstacle par les turbulences, b) calculer, à l'aide de l'unité de traitement (5), le paramètre d'écoulement du fluide à partir au moins du signal vibratoire (4) délivré par le capteur de vibrations (3).
23. Procédé de mesure selon la revendication 22, le fluide étant un liquide ou un gaz, notamment chargé de particules solides.
24. Procédé de mesure selon la revendication 22 ou 23, la conduite étant une conduite de ventilation, notamment une conduite d'aspiration ou de soufflage. 25
25. Procédé de mesure selon l'une quelconque des revendications 22 à 24, comportant en outre une étape consistant à détecter les vibrations induites sur la conduite d'écoulement du fluide à l'aide d'au moins un capteur de vibrations externe (9) sensible aux vibrations de la conduite, et à calculer, à l'aide de l'unité de traitement (5), le paramètre d'écoulement du fluide à partir au moins du signal vibratoire (4) délivré par le capteur de vibrations (3) et d'un signal vibratoire externe (10) délivré par le capteur de vibrations externe (9).
26. Procédé selon l'une des revendications 22 à 25, appliqué à une mesure du débit, notamment volumique, ou de la vitesse d'écoulement du fluide dans la conduite, comportant les étapes suivantes : a) Calcul, notamment par FFT, d'un spectre fréquentiel du signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations (3) détectant les vibrations induites sur la partie formant obstacle (2), b) calcul d'une grandeur (P*max) représentative de la vitesse de l'écoulement, dite indicateur scalaire, par intégration sur un spectre fréquentiel d'une fréquence basse F_min à une fréquence haute F_max de l'amplitude du signal vibratoire ou d'une fonction X(f) représentative de celle-ci, avec de préférence F_min = 100 Hz et F_max = 1 kHz, et avec de préférence X(f) = s2(f), où s désigne l'amplitude du signal vibratoire à la fréquence f, c) détermination du débit ou de la vitesse d'écoulement avec une fonction de transfert donnant à partir de l'indicateur scalaire ou de l'image de celui-ci par une fonction, notamment une fonction de linéarisation, de préférence logarithme, la valeur du débit ou la vitesse de l'écoulement, le ou les paramètres de cette fonction de transfert ayant été déterminés par un étalonnage préalable.
27. Procédé de mesure selon la revendication 26, le nombre de Reynolds de l'écoulement dont on cherche à mesurer le débit étant inférieur à 4000.
28. Procédé de fabrication d'un dispositif (1) de mesure tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel la partie (2) formant obstacle est fabriquée par une technique de fabrication additive. 26
29. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, comportant en outre une étape consistant à fabriquer par une technique de fabrication additive le support (7).
EP21836103.8A 2020-12-11 2021-12-09 Dispositif de mesure d'un paramètre d'écoulement d'un fluide Pending EP4260016A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2013097A FR3117589B1 (fr) 2020-12-11 2020-12-11 Dispositif de mesure d’au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide
PCT/EP2021/085076 WO2022122971A1 (fr) 2020-12-11 2021-12-09 Dispositif de mesure d'un paramètre d'écoulement d'un fluide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4260016A1 true EP4260016A1 (fr) 2023-10-18

Family

ID=74669048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21836103.8A Pending EP4260016A1 (fr) 2020-12-11 2021-12-09 Dispositif de mesure d'un paramètre d'écoulement d'un fluide

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240035864A1 (fr)
EP (1) EP4260016A1 (fr)
FR (1) FR3117589B1 (fr)
WO (1) WO2022122971A1 (fr)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5918422A (ja) * 1982-07-22 1984-01-30 Oval Eng Co Ltd 渦流量計用振動補償装置
ES2078015T3 (es) * 1992-02-27 1995-12-01 Flowtec Ag Aparato de medida para las corrientes turbulentas.
JP3123307B2 (ja) * 1993-06-22 2001-01-09 富士電機株式会社 カルマン渦流量計
US7010459B2 (en) * 1999-06-25 2006-03-07 Rosemount Inc. Process device diagnostics using process variable sensor signal
US7073394B2 (en) * 2004-04-05 2006-07-11 Rosemount Inc. Scalable averaging insertion vortex flow meter
US7398165B1 (en) * 2007-04-17 2008-07-08 Jiun-Jih Miau Intelligent signal processor for vortex flowmeter

Also Published As

Publication number Publication date
FR3117589B1 (fr) 2023-07-28
US20240035864A1 (en) 2024-02-01
FR3117589A1 (fr) 2022-06-17
WO2022122971A1 (fr) 2022-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2009118290A1 (fr) Debitmetre instationnaire temps reel
FR3082224A1 (fr) Debitmetre a mini-turbine et outil de fond de puits comprenant un reseau de debitmetre a mini-turbine pour fonctionner dans un puits d'hydrocarbures.
EP3625549B1 (fr) Capteur pour la mesure de la concentration de particules dans l'air
EP0886131A1 (fr) Dispositif de mesure de bruit dans un conduit parcouru par un fluide.
EP3901587B1 (fr) Procédé de mesure ultrasonique avec prise en compte de la quantité de bulles gazeuses
FR2920048B1 (fr) Debitmetre pour mesurer un milieu fluide
FR2618561A1 (fr) Procede et dispositif pour determiner le nombre de mach sans intrusion
EP4260016A1 (fr) Dispositif de mesure d'un paramètre d'écoulement d'un fluide
WO2000003206A1 (fr) Debitmetre a ultrasons multicorde
EP4425115A1 (fr) Filtre anti-poussiere pour compteur de gaz
FR3066599A1 (fr) Capteur pour la mesure de la concentration de particules dans l'air
FR3018359A1 (fr) Dispositif de controle d'une sonde de mesure de pression d'un ecoulement
EP2656065B1 (fr) Dispositif de contrôle du pouvoir oxydant dans de l'eau en circulation, s'appliquant notamment à l'eau d'une piscine
EP3513858A1 (fr) Dispositif, système de filtration et procédé de surveillance de colmatage
FR2894678A1 (fr) "dispositif destine a la mesure de la vitesse d'un fluide dans un ecoulement"
EP3995200B1 (fr) Procédé et dispositif de vérification du fonctionnement d'un filtre de traitement de l'air d'un bâtiment par mesure de concentration de particules
EP2878961B1 (fr) Procédé de contrôle d'une sonde de mesure de pression d'un écoulement.
FR2724226A1 (fr) Dispositif de mesure de debit d'un fluide en ecoulement
FR2734361A1 (fr) Dispositif pour la mesure de la vitesse d'ecoulement d'un fluide par ultrasons
JP2022138428A (ja) 微粒子検出装置
FR2942878A3 (fr) Dispositif de mesure d'une premiere propriete d'un flux gazeux ainsi que du comptage granulometrique des particules contenues dans ce flux
FR3066600A1 (fr) Capteur pour la mesure de la concentration de particules dans l'air
EP0683387A1 (fr) Système d'analyse optique d'un échantillon de mélange réactionnel
FR2923600A1 (fr) Dispositif de mesure de la pression au niveau de la surface d'un element a analyser
FR3014203A1 (fr) Dispositif et procede de controle d'une sonde de mesure de pression d'un ecoulement

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230711

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20250423