FR2561378A1

FR2561378A1 - Method, and device using this method, for detecting or measuring the flow rate of a fluid inside a pipe

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Publication number: FR2561378A1
Application number: FR8403816A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-13
Filing date: 1984-03-13
Publication date: 1985-09-20

Abstract

The method involves creating turbulence in the fluid by introducing a foreign body so that it forms an obstacle in the pipe. The turbulence creates waves whose frequency lies in the audible range and varies with the speed of fluid flow. This frequency is detected by an acoustic sensor located outside the pipe and is then measured so that the flow rate of the fluid can be calculated. Application to the measurement of the flow rate of any fluid flowing in a pipe.

Description

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif utilisant ce procédé pour détecter ou mesurer le débit d'un fluide à l'intérieur d'une canalisation. The subject of the present invention is a method and a device using this method for detecting or measuring the flow of a fluid inside a pipe.

Actuellement les debit-mètres les plus couramment utili sés sont du type électromagnétique. Ces appareils comprennent notamment des électrodes immergées dans le fluide. En présence d'un champ électrique, une tension électrique est induite dans ces électrodes. L'amplitude de cette tension étant fonction de la vitesse d'écoulemert du fluide. Sa mesure permet donc de déterminer la vitesse d'écoulement du fluide à l'intérieur de la canalisation. Un tel appareil présente néanmoins des inconvénients: prix de revient élevé. En outre, il est indispensable que le fluide considéré soit conducteur de 1' électricité.De plus, l'utilisation d'un appareil de ce type nécessite des liaisons électriques entre l'électrode introduite dans la canalisation et l'équipement d'amplification et de mesure situé à l'extérieur de cette canalisation. Currently the most commonly used flow meters are of the electromagnetic type. These devices include electrodes immersed in the fluid. In the presence of an electric field, an electric voltage is induced in these electrodes. The amplitude of this tension being a function of the flow rate of the fluid. Its measurement therefore makes it possible to determine the speed of flow of the fluid inside the pipe. Such a device nevertheless has drawbacks: high cost price. In addition, it is essential that the fluid in question be conductive of electricity. In addition, the use of a device of this type requires electrical connections between the electrode introduced into the pipeline and the amplification equipment and located outside of this pipeline.

Un tel type d'appareil ne donne donc pas entière satisfaction et les anomalies de fonctionnement sont fréquentes, certaines entre elles étant d'ailleurs provoquées par l'érosion ou l'encrassement des électrodes
D'autres types de débit-mètres sont également utilisés.Such a type of device is therefore not entirely satisfactory and operating anomalies are frequent, some of them being moreover caused by erosion or fouling of the electrodes.
Other types of flow meters are also used.

Ainsi les appareils du type électromécanique dont le principe repose sur la variation de la fréquence d'une lame vibrante introduite dans la canalisation avec la vitesse d'écoulement du fluide dans celle-ci. On retrouve dans ce type d'appareil les inconvénients précités, ceux provoqués par une érosion de la lame vibrante devenant importants. Ces appareils électromécaniques sont de plus peu sensibles et ont un temps de réponse non négligeable dû à l'inertie mécanique de la lame. Thus, electromechanical type devices, the principle of which is based on the variation of the frequency of a vibrating blade introduced into the pipeline with the speed of flow of the fluid therein. We find in this type of device the aforementioned drawbacks, those caused by an erosion of the vibrating blade becoming significant. These electromechanical devices are more insensitive and have a significant response time due to the mechanical inertia of the blade.

La présente invention a donc pour objet un procédé de détection ou de mesure du débit d'un fluide à l'intérieur d' une canalisation ainsi qu'un débit-mètre qui met en oeuvre ce procédé et qui ne présente pas les inconvénients précités. The present invention therefore relates to a method for detecting or measuring the flow of a fluid inside a pipe as well as a flow meter which implements this method and which does not have the aforementioned drawbacks.

Le procédé de détection ou de mesure du débit d'un fluide à l'intérieur d'une canalisation de l'invention con siste à créer des turbulences dans le fluide par l'apport d'un corps étranger formant obstacle à l'intérieur de la canalisa- tion, lesdites turbulences engendrant des ondes dont la fré quence, comprise dans la gamme des fréquences audibles, varie en fonction notamment de la vitesse d'écoulement dudit fluide et à détecter cette fréquence à l'aide d'un capteur acoustique disposé à l'extérieur de la canalisation puis mesurer cette fréquence afin dlen déduire la valeur du débit du fluide à l'intérieur de cette canalisation. The method for detecting or measuring the flow of a fluid inside a pipe of the invention consists in creating turbulence in the fluid by the contribution of a foreign body forming an obstacle inside the pipeline, said turbulence generating waves whose frequency, included in the range of audible frequencies, varies in particular as a function of the flow speed of said fluid and to detect this frequency using an acoustic sensor arranged outside the pipe then measure this frequency in order to deduce the value of the flow rate of the fluid inside this pipe.

Le dispositif de détection ou due mesure du débit d'un fluide à l'intérieur d'une canalisation de l'invention comprend notamment une pièce formant obstacle disposé à l'intérieur de la canalisation, un premier capteur acoustique disposé sur la face externe de la canalisation, au voisinage de ladite pièce formant obstacle, et un circuit électronique composé notamment d'un amplificateur dont les entrées sont connectées à des sorties dudit capteur et d'un circuit intégrateur dont les entrées sont connectées à des sorties dudit amplificateur par l'intermédiaire d'une cellule de filtrage et d'un circuit de détection. The device for detecting or measuring the flow of a fluid inside a pipe of the invention comprises in particular an obstacle-forming part placed inside the pipe, a first acoustic sensor placed on the external face of the pipeline, in the vicinity of said obstacle-forming part, and an electronic circuit composed in particular of an amplifier whose inputs are connected to outputs of said sensor and of an integrator circuit whose inputs are connected to outputs of said amplifier by through a filter cell and a detection circuit.

Selon une autre caractéristique, le dispositif de l'in vention comprend également un second capteur acoustique disposé sur la face externe de la canalisation, en amont de ladite pièce formant obstacle. According to another characteristic, the device of the invention also comprises a second acoustic sensor disposed on the external face of the pipe, upstream of said obstacle-forming part.

Selon une autre caractéristique, ledit amplificateur est un amplificateur différentiel dont une première entrée est connectée à la sortie du premier capteur acoustique et dont une seconde entrée est connectée à la sortie du second capteur acoustique. According to another characteristic, said amplifier is a differential amplifier, a first input of which is connected to the output of the first acoustic sensor and a second input of which is connected to the output of the second acoustic sensor.

Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant exposés de façon plus détaillée dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant à la figure annexée, qui représente le schéma de principe d'un débit-mètre conçu conformément au dispositif de détection ou de mesure du débit d'un fluide à l'intérieur d'une canalisation de la présente invention. The various objects and characteristics of the invention will now be explained in more detail in the description which follows, given by way of nonlimiting example, with reference to the appended figure, which represents the principle diagram of a flow rate. -meter designed in accordance with the device for detecting or measuring the flow of a fluid inside a pipe of the present invention.

On décrira tout d'abord le procédé de détection Ûu de mesure de l'invention basé sur un phénomène physique qui va être explicité. We will first describe the detection or measurement method of the invention based on a physical phenomenon which will be explained.

L'expérience montre que l'introduction d'un corps étranger formant obstacle à l'intérieur d'une canalisation dans la quelle circule un fluide engendre des turbulences sans modifier le débit de ce fluide. Un capteur de type transducteur microphonique placé en contact direct avec la paroi externe de la canalisation, au voisinage de cet obstacle, met en évidence l'existence d'ondes acoustiques dont la fréquence est comprise dans la gamme 200 Hz - 7000 Hz environ. Une analyse spectrale montre que dans une même canalisation et pour un débit prédéterminé du fluide, l'introduction de cet obstacle donne naissance à une onde acoustique dont la fréquence F est bien déterminée, alors qu'en l'absence d'obstacle il ne subsiste qu'un bruit blanc ou bruit de fond, aucune fréquence n'étant privilégiée par rapport aux autres.Une variation du débit du fluide dans la canalisation provoque une variation dans le même sens de la valeur de la fréquence F. Ainsi, par exemple, dans une même canalisation, la fréquence F prédominante de l'onde acoustique engendrée par les turbulences créées par l'introduction d'un obstacle à l'intérieur de cette canalisation peut varier de 3000 Hz à 7500 Hz lorsque le débit du fluide dans cette canalisation passe de 50 lXh à 500 l/h. Experience shows that the introduction of a foreign body forming an obstacle inside a pipe in which a fluid circulates generates turbulence without modifying the flow of this fluid. A microphone-type transducer type sensor placed in direct contact with the external wall of the pipeline, in the vicinity of this obstacle, highlights the existence of acoustic waves whose frequency is in the range 200 Hz - 7000 Hz approximately. A spectral analysis shows that in the same pipe and for a predetermined flow rate of the fluid, the introduction of this obstacle gives rise to an acoustic wave whose frequency F is well determined, whereas in the absence of obstacle there does not remain than white noise or background noise, no frequency being preferred over the others. A variation in the flow rate of the fluid in the pipe causes a variation in the same direction of the value of the frequency F. Thus, for example, in the same pipe, the predominant frequency F of the acoustic wave generated by the turbulence created by the introduction of an obstacle inside this pipe can vary from 3000 Hz to 7500 Hz when the flow rate of the fluid in this pipe goes from 50 lXh to 500 l / h.

La détection et l'évaluation de cette fréquence F permet donc une détection et une mesure du débit du fluide dans la canalisation. The detection and evaluation of this frequency F therefore makes it possible to detect and measure the flow rate of the fluid in the pipeline.

On décrira maintenant, en se reportant à la figure annexée, un exemple de réalisation d'un débit-mètre conçu conformément à la présente invention. A description will now be given, with reference to the appended figure, of an embodiment of a flow meter designed in accordance with the present invention.

Le dispositif représenté schématiquement sur la figure annexée permet, selon le principe exposé précedemment, de détecter/mesurer le débit d'un fluide circulant dans une canalisation CL dans le sens indiqué par une flèche FL. The device shown schematically in the appended figure makes it possible, according to the principle set out above, to detect / measure the flow rate of a fluid circulating in a pipe CL in the direction indicated by an arrow FL.

A l'intérieur de cette canalisation CL est introduit un corps étranger DH formant obstacle. Ce corps peut être réalisé sous la forme d'une couronne ou d'un diaphragme, par exemple, en matière plastique rigide ou autre. Son moyen de fixation, connu en soi, n'entre pas dans le cadre de l'invention et ne sera donc pas décrit. On précisera seulement qu'il peut être monté comme générateur de turbulence à la jonction de deux parties consécutives de la canalisation CL (collier battu) ou sur une partie de canalisation intercalée sur la canalisation CL. Inside this pipe CL is introduced a foreign body DH forming an obstacle. This body can be made in the form of a crown or a diaphragm, for example, in rigid plastic or other material. Its fixing means, known per se, does not come within the scope of the invention and will therefore not be described. It will only be specified that it can be mounted as a turbulence generator at the junction of two consecutive parts of the CL pipe (threshing collar) or on a part of the pipe interposed on the CL pipe.

Sur la face extérieure de la canalisation CL, au niveau du point de fixation du diaphragme DH ou à quelques centimè tres en aval de ce point, est fixé un capteur microphonique CM. On the outside face of the pipe CL, at the point of attachment of the diaphragm DH or a few centimeters downstream from this point, is fixed a microphone microphone CM.

Ce capteur CM reçoit l'onde acoustique engendrée par les turbulences créées au sein du fluide par le diaphragme DH. Il fournit en réponse une tension alternative de même fréquence que cette onde acoustique. La sortie non référencée du capteur
CM est connectée à l'entrée d'un étage amplificateur AM dont la sortie est connectée à l'entrée d'une cellule de filtrage
PB via un étage écreteur LM.This CM sensor receives the acoustic wave generated by the turbulence created within the fluid by the DH diaphragm. It provides in response an alternating voltage of the same frequency as this acoustic wave. Unreferenced sensor output
CM is connected to the input of an AM amplifier stage, the output of which is connected to the input of a filter cell
PB via a LM clipping stage.

Cette cellule de filtrage PB est réalisée sous la forme d'un filtre passe-bande dont les fréquences de coupure sont voisines des valeurs que peut prendre la fréquence prédominante F de l'onde acoustique engendrée par l'introduction du diaphragme DH dans le cas d'application considéré. Ainsi, par exemple, comme on l'a vu précedemment, la bande passante de la cellule de filtrage PB peut être de 3000 Hz à 7500 Hz pour des valeurs du débit comprises entre 50 l/h et 500 l/h. This filtering cell PB is produced in the form of a bandpass filter whose cut-off frequencies are close to the values which the predominant frequency F of the acoustic wave generated by the introduction of the DH diaphragm can take in the case of 'application considered. Thus, for example, as we have seen above, the bandwidth of the filtering cell PB can be from 3000 Hz to 7500 Hz for flow values between 50 l / h and 500 l / h.

La sortie de la cellule de filtrage PB est connectee à l'entrée d'un circuit intégrateur IN via un circuit de détection DE. The output of the filter cell PB is connected to the input of an integrator circuit IN via a detection circuit DE.

Le circuit de détection DE reçoit le signal transmis par la cellule de filtrage PB et fournit en réponse une tension continue dont l'amplitude est fonction directe de la fréquence du signal issu de la cellule de filtrage. The detection circuit DE receives the signal transmitted by the filtering cell PB and supplies in response a direct voltage whose amplitude is a direct function of the frequency of the signal coming from the filtering cell.

Le circuit intégrateur IN reçoit le signal de sortie du circuit de détection DE et retransmet un signal continu dont l'amplitude est la valeur moyenne de la tension continue issue du circuit de détection sur une période de temps prédétermi née. Son role n'est donc que d'éliminer les fluctuations rapides et erratiques de cette tension continue. I1 peut être supprimé lorsque l'appareil de mesure utilisé et connecté à sa sortie remplit déjà, de par sa constitution, une fonction analogue. The integrator circuit IN receives the output signal from the detection circuit DE and retransmits a continuous signal, the amplitude of which is the average value of the direct voltage from the detection circuit over a predetermined period of time. Its role is therefore only to eliminate the rapid and erratic fluctuations of this continuous tension. I1 can be deleted when the measuring device used and connected to its output already fulfills, by its constitution, a similar function.

La sortie du circuit intégrateur IN est connectée à un appareil de mesure qui peut être un voltmètre numérique VN, un voltmètre analogique VA ou un voltmètre enregistreur VE. The output of the integrator circuit IN is connected to a measuring device which can be a digital voltmeter VN, an analog voltmeter VA or a recording voltmeter VE.

La valeur indiquée par cet appareil est la valeur moyenne de la tension continue fournie par le circuit de détection DE. The value indicated by this device is the average value of the DC voltage supplied by the DE detection circuit.

Elle est donc fonction de la fréquence du signal fourni à la sortie de la cellule de filtrage PB, donc de la fréquence prédominante F de l'onde acoustique engendrée au sein du fluide cíl-culant dans la canalisation CL par les turbulences créées par le diaphragme DH disposé dans cette canalisation.It is therefore a function of the frequency of the signal supplied at the output of the filtering cell PB, therefore of the predominant frequency F of the acoustic wave generated within the clogging fluid in the pipe CL by the turbulences created by the diaphragm. DH disposed in this pipeline.

La fréquence prédominante F étant, notamment, fonction directe du débit du fluide dans le canalisation CL, la valeur
indiquée par appareil de mesure est donc bien représentative de ce débit.The predominant frequency F being, in particular, a direct function of the flow rate of the fluid in the pipe CL, the value
indicated by measuring device is therefore representative of this flow.

Le dispositif de la figure annexée peut donc être utilisée comme débit-mètre. The device of the appended figure can therefore be used as a flow meter.

Il présente l'avantage de ne nécessiter aucune liaison électrique ou mécanique entre l'intérieur et l'extérieur de la canalisation CL. It has the advantage of not requiring any electrical or mechanical connection between the interior and exterior of the CL pipe.

Selon une variante du dispositif de l'invention, le tdébit-mètre de la figure annexée peut comporter un second capteur microphonique CN disposé en amont du diaphragme DH, suffisamment loin de celui-ci pour ne pas capter l'onde acoustique engendrée au niveau de ce diaphragme. Le signal fourni par ce capteur CN est donc représentatif du bruit de fond qui se superpose à l'onde acoustique engendrée au niveau du diaphragme DH. According to a variant of the device of the invention, the flow meter of the appended figure may include a second microphonic sensor CN disposed upstream of the diaphragm DH, sufficiently far from the latter so as not to pick up the acoustic wave generated at this diaphragm. The signal supplied by this CN sensor is therefore representative of the background noise which is superimposed on the acoustic wave generated at the DH diaphragm.

Dans cette configuration, l'étage amplificateur AM est un amplificateur différentiel dont une entrée (+) est connectée à la sortie du second capteur microphonique CN. De cette façon le signal amplifié fourni à l'entrée de l'étage écréteur LM est indépendant du bruit existant normalement au sein de la canalisation CL. In this configuration, the amplifier stage AM is a differential amplifier, one input (+) of which is connected to the output of the second microphone sensor CN. In this way the amplified signal supplied to the input of the clipping stage LM is independent of the noise normally existing within the pipe CL.

I1 est bien évident que la description qui précède n'a été fournie qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. It is obvious that the foregoing description has been provided only by way of nonlimiting example and that numerous variants can be envisaged without thereby departing from the scope of the invention.

Claims

1 - Method for detecting or measuring the flow of a fluid inside a pipe, characterized in that it consists in creating turbulence in the fluid by the contribution of a foreign body forming an obstacle to the inside the pipe, said turbulence generating waves whose frequency, included in the range of audible frequencies, varies as a function, in particular, of the speed of flow of said fluid in said pipe, and to detect this frequency using an acoustic sensor placed outside the pipe then measure this frequency in order to deduce therefrom the value of the flow rate of the fluid inside this pipe.

2 - Device for detecting or measuring the flow of a fluid inside a pipe, characterized in that it comprises in particular a part (DH) forming an obstacle placed inside the pipe (CL), a first acoustic sensor (CM) disposed on the external face of the pipe (CL), in the vicinity of said part (DH) forming an obstacle, and an electronic circuit composed in particular of an amplifier stage (AM) whose inputs are connected to outputs of said sensor (CM) and an integrator circuit (IN), the inputs of which are connected to outputs of said amplifier stage (AM) via a filter cell (PB) and a detection circuit (OF).

3 - Detection or measurement device as defined in 2, characterized in that it also comprises a sew cond acoustic sensor (CN) disposed on the external face of the pipe (CL), upstream of said part (DH ) forming an obstacle.

4 - Detection or measurement device as defined in 3, characterized in that said amplifier stage (AM) is produced in the form of a differential amplifier, a first input of which is connected to the output of said first acoustic sensor (CM ) and whose second input is connected to the output of said second acoustic sensor (CN).

5 - Detection or measurement device as defined in 2, characterized in that said part (DH) forming an obstacle is a diaphragm made of rigid plastic or other material.