FR2666890A1 - Procede pour mesurer le debit massique d'un fluide et debitmetre appliquant ce procede. - Google Patents

Abstract

Le procédé permet la mesure du débit massique (D) d'un fluide (F) s'écoulant dans un tube (1) comportant une extrémité libre (1a). On maintient le tube (1) dans un encastrement (2) et on excite un transducteur (3) pour animer le tube (1), dans sa partie située en aval de l'encastrement (2), d'un mouvement oscillatoire qui modifie de manière périodique la direction instantanée d'écoulement du fluide (F) à l'endroit de l'extrémité libre (1a) du tube 1. On contrôle la puissance d'entrée (P) du transducteur (3) et l'amplitude (A) du mouvement oscillatoire en imposant l'une de ces deux quantités (A, P) à une valeur prédéterminée (Ao, Po) et en mesurant l'autre de ces deux quantités (A, P). La valeur cherchée du débit (D) du fluide (F) est alors déduite de cette mesure.

Description

i La présente invention concerne un procédé pour mesurer le débit massique

d'un fluide et un débitmètre

massique mettant en oeuvre ce procédé.

La plupart des débitmètres actuellement utilisés, en mesure industrielle ou pour d'autres applications, sont des débitmètres volumiques Ceux-ci sont le résultat de perfectionnements de techniques anciennes (débitmètres à turbine, à flotteur) ou font appel à des principes plus récents (ultrasons, effet

Doppler, électromagnétisme).

Pour certaines mesures, on préfère connaître le débit massique (masse de fluide s'écoulant par unité de temps) du fluide, notamment lorsqu'on n'a pas connaissance de façon précise de la masse volumique du fluide Cette mesure du débit massique est indispensable, par exemple, dans des applications particulières de

l'industrie chimique.

Les débitmètres massiques les plus performants de la technique antérieure exploitent la mesure des forces de Coriolis antagonistes qui s'exercent sur un tube en mouvement vibratoire de rotation autour d'un axe transversal à la direction de ce tube lorsque le fluide dont on mesure le débit s'écoule dans ce tube Ces forces de Coriolis sont en principe proportionnelles au débit massique du fluide traversant le tube, ce qui permet la déduction de la valeur de ce débit Ces débitmètres massiques présentent divers inconvénients: une faible sensibilité résultant de la faiblesse de l'effet Coriolis; une dynamique modeste: le rapport du débit maximum mesurable au débit minimum mesurable est limité à pour les débitmètres les plus performants; une sensibilité excessive aux vibrations parasites; une fatigue rapide des matériaux en vibration; un encombrement important: le tuyau mobile doit être d'autant plus long et animé d'un mouvement rotatif d'autant plus ample que les mesures sont plus sensibles; un coût élevé, principalement de la partie

mécanique et des transducteurs.

Le but de la présente invention est de proposer un procédé pour mesurer le débit massique d'un fluide qui, en appliquant un nouveau principe de mesure, écarte les inconvénients ci-dessus Un autre but est de fournir un débitmètre massique plus performant, plus fiable et moins coûteux que les débitmètres massiques de la

technique antérieure.

La présente invention vise ainsi un procédé pour mesurer le débit massique d'un fluide s'écoulant dans un

tube comportant une extrémité libre.

Suivant l'invention, ce procédé est caractérisé en ce qu'on maintient le tube dans un encastrement, en ce qu'on excite un transducteur pour animer le tube, dans sa partie située en aval de l'encastrement, d'un mouvement oscillatoire qui modifie de manière périodique la direction instantanée d'écoulement du fluide à l'endroit de l'extrémité libre du tube, en ce qu'on contrôle la puissance d'entrée du transducteur et l'amplitude du mouvement oscillatoire en imposant l'une de ces deux quantités à une valeur prédéterminée et en mesurant l'autre de ces deux quantités et en ce qu'on déduit de

cette mesure la valeur du débit massique du fluide.

Le procédé ci-dessous exploite la relation qui existe entre le débit massique du fluide dans le tube oscillant, l'amplitude du mouvement oscillatoire et la puissance mécanique fournie pour entretenir ce mouvement qui est sensiblement égale à la puissance mécanique prélevée par le fluide lorsqu'il quitte le tube, cette puissance mécanique fournie étant liée à la puissance d'entrée du transducteur par une fonction de transfert connue ou non La simplicité de ce nouveau procédé de mesure en permet de nombreuses mises en oeuvre Il a été constaté de façon surprenante que celles-ci conduisaient à une sensibilité et à une dynamique accrues par rapport

à la technique antérieure de la débitmétrie massique.

Dans une version simplifiée du procédé, on applique une tension électrique alternative constante prédéterminée à un électroaimant qui anime le tube du mouvement oscillatoire et on mesure l'amplitude de ce mouvement lorsqu'elle est stabilisée On déduit de cette

mesure le débit massique du fluide.

Dans ce cas, la relation entre le débit massique du fluide et l'amplitude du mouvement oscillatoire est sensiblement quadratique inverse Elle peut être déterminée avec précision par étalonnage On peut également travailler à puissance mécanique transmise constante, ce qui améliore la dynamique du système, ce mode de fonctionnement réclamant une détermination préalable de la fonction de transfert entre la puissance d'entrée du transducteur et la puissance mécanique reçue

par le fluide.

Dans une autre version particulière de l'invention, on applique au tube un mouvement oscillatoire d'amplitude constante, on mesure la puissance d'entrée du transducteur nécessaire pour maintenir cette amplitude du mouvement et on déduit de

cette mesure le débit massique du fluide.

Dans cette version, la relation exploitée entre le débit massique du fluide et la puissance mécanique fournie à amplitude constante est sensiblement une relation linéaire (là aussi, elle peut être déterminée plus précisément par étalonnage) On obtient en outre une

sensibilité supérieure pour les faibles valeurs du débit.

De plus on n'a pas besoin dans ce cas, d'utiliser un capteur d'amplitude à réponse linéaire et la relation courant-force instantanée d'excitation peut être quelconque. Un autre aspect de l'invention fournit un débitmètre massique dans lequel le fluide dont on mesure le débit massique s'écoule dans un tube comportant une

extrémité libre.

Suivant l'invention, ce débitmètre massique est caractérisé en ce qu'il comprend un encastrement dans lequel est maintenu le tube, un transducteur pour animer le tube d'un mouvement oscillatoire qui modifie de manière périodique la direction instantanée d'écoulement du fluide à l'endroit de l'extrémité libre et des moyens de contrôle de la puissance d'entrée du transducteur et de l'amplitude du mouvement oscillatoire comprenant des moyens de régulation pour imposer l'une de ces deux quantités à une valeur prédéterminée et des moyens de

détection pour mesurer l'autre de ces deux quantités.

D'autres particularités et avantages de la

présente invention apparaîtront dans la description ci-

dessous, lue conjointement aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: les figures 1 à 4 sont des vues latérales en coupe longitudinale de débitmètres massiques conformes à -25 la présente invention; la-figure 5 est une vue latérale en coupe d'une variante de tube utilisable dans l'un des débitmètres des figures 1 à 4; la figure 6 montre en coupe longitudinale un détail d'un tube utilisable dans le mode de réalisation

représenté sur la figure 5.

Sur la figure 1, on a représenté une vue latérale en coupe longitudinale d'un débitmètre massique exploitant le procédé de mesure de l'invention Un tube cylindrique 1 est maintenu dans un encastrement 2 Un fluide F, dont on veut mesurer le débit massique D, circule dans le tube 1 en direction de l'extrémité libre la du tube 1 Le fluide F quitte le tube 1 par cette extrémité libre la Dans la forme de réalisation de la figure 1, utilisable par exemple pour mesurer un débit d'évacuation, le fluide F quitte le tube 1 à son extrémité libre la et s'écoule ensuite de manière quelconque Un transducteur 3 est disposé pour mettre le tube 1 en mouvement de flexion Ce transducteur 3 consiste par exemple en un électroaimant alimenté par une tension alternative par une alimentation 4 Le tube 1 est réalisé dans ce cas en matériau magnétique, tel que de l'acier, de sorte que l'électroaimant 3 applique un mouvement oscillatoire au tube 1 Le tube 1 peut aussi être amagnétique Dans ce cas on peut équiper le tube 1 (en face de l'excitateur électromagnétique) d'une pièce (ou autre accessoire) magnétique Dans le cas de la réalisation simplifiée, l'alimentation 4 fournit une tension sinusoïdale de fréquence et de niveau constants à l'électroaimant 3 de façon à imposer une puissance d'entrée du transducteur 3 constante prédéterminée Po

pour animer le tube 1 de son mouvement oscillatoire.

Cette tension électrique doit produire une vibration d'amplitude maximale de l'extrémité du tube 1 compatible avec une bonne tenue en fatigue Le réglage est effectué pour un débit nul du fluide à mesurer Un capteur de déplacement 5, tel qu'un capteur optique, capacitif ou analogue, détecte l'amplitude du mouvement oscillatoire du tube 1 Le signal de sortie du capteur 5 est transmis à une unité de traitement 6, prévue pour déduire de ce signal une valeur représentant le débit massique D du

fluide F s'écoulant dans le tube 1.

Conformément à une version du procédé de la

présente invention, le débitmètre massique décrit ci-

dessus fonctionne de la façon suivante L'alimentation 4 commande l'électroaimant 3 qui met en mouvement de flexion la partie du tube 1 située en aval de l'encastrement 2 Le tube 1 vibre alors selon un mouvement oscillatoire de flexion d'amplitude A mesurée par le capteur 5 Il en résulte qu'à l'endroit de l'extrémité libre la du tube 1, la direction instantanée d'écoulement du fluide F dans le tube 1 est modifiée de manière périodique car la vitesse d'écoulement du fluide F prend une composante transversale à la direction du tube 1 engendrée par le mouvement oscillatoire de flexion Le capteur 5 émet, en direction de l'unité de traitement 6 un signal de sortie représentatif de cette amplitude A L'unité de traitement 6 est programmée pour

déduire le débit massique D de ce signal de sortie.

Pour améliorer la précision des mesures, il est nécessaire d'effectuer un étalonnage du dispositif A cet effet, on fait d'abord fonctionner le débitmètre dans des conditions de débit massique D connu, à tension électrique d'alimentation de l'électroaimant fixée à sa valeur nominale On enregistre alors la variation de l'amplitude A en fonction du débit massique D et on la stocke dans une mémoire prévue dans l'unité de traitement 6 Une fois que ces données sont mémorisées, l'unité de traitement 6 effectue, lors des mesures, une identification du débit massique D du fluide, en fonction de l'amplitude A mesurée par le capteur 5 Cette façon de procéder fournit une précision de mesure supérieure en prenant en compte les écarts à la relation théorique existant entre le débit massique D et l'amplitude A Ces écarts peuvent avoir différentes causes comme par exemple l'effet difficilement contrôlable de la résistance au

mouvement venant du tube 1 lui-même.

Dans la description ci-dessus l'"amplitude" A du

mouvement est définie au niveau du capteur 5 Bien entendu, en disposant autrement le capteur 5, on obtiendrait une autre mesure d'amplitude Dans le cadre de l'invention, le capteur 5 doit avoir une position fixe Plus cette position est proche de l'extrémité libre

la, plus les mesures sont sensibles.

La figure 2 représente une autre version d'un débitmètre massique selon l'invention, les références numériques communes aux figures 1 et 2 représentant des organes identiques Un tube 1 est mis en mouvement par un électroaimant 3 et un capteur 5 mesure l'amplitude du mouvement oscillatoire de flexion Le signal de sortie du capteur 5 représentatif de l'amplitude A est adressé à un circuit d'asservissement 17 prévu pour commander la puissance d'excitation P délivrée par une alimentation 14 qui alimente l'électroaimant 3 Le circuit d'asservissement 17 comporte un comparateur (non représenté) qui compare la valeur d'amplitude A représentée par le signal de sortie du capteur 5 à une valeur de consigne Ao prédéterminée Si l'amplitude A est supérieure (respectivement inférieure) à la consigne Ao, le circuit d'asservissement 17 commande la réduction (respectivement l'augmentation) de la puissance P

délivrée par l'alimentation sinusoïdale 14.

L'alimentation 14 délivre une tension efficace variable aux bornes de l'électro-aimant 3 et un ampèremètre 18 mesure l'intensité du courant délivré par l'alimentation 14 et circulant dans l'électroaimant 3 Comme cette intensité est proportionnelle à la puissance mécanique fournie au tube 1 et à la puissance d'entrée P du transducteur 3 (à amplitude A constante), cette mesure constitue aussi une mesure de la puissance mécanique délivrée et de la puissance d'entrée P Cette valeur P est représentée par un signal de sortie transmis à une unité de traitement 16, prévue pour en déduire le débit

massique D du fluide F s'écoulant dans le tube 1.

Dans ce débitmètre, qui met en oeuvre une seconde version du procédé selon l'invention, on impose par asservissement que le mouvement de flexion du tube 1 ait une amplitude Ao prédéterminée Le circuit d'asservissement 17 fonctionne pour régler cette amplitude A en commandant des corrections de l'intensité et donc de la puissance P délivrées par l'alimentation 14 De façon connue, ces corrections peuvent être proportionnelles à la différence des amplitudes mesurées A- Ao, à l'intégrale de cette différence sur un intervalle de temps donné, ou à la vitesse de variation de l'amplitude A (régulateur PID) Lorsque l'amplitude A est stabilisée à la valeur Ao, l'intensité du courant circulant dans l'électro-aimant 3 représentative de la puissance d'entrée P du transducteur est mesurée par l'ampèremètre 18 et un signal de sortie représentant la valeur de cette puissance d'excitation P est adressé à une unité de traitement 16 programmée pour en déduire la valeur du débit massique D du fluide F. On sait que théoriquement ce débit D est une fonction sensiblement linéaire de la puissance mécanique délivrée au tube 1 vibrant à amplitude Ao constante et que, comme l'amplitude Ao est constante, la puissance d'entrée P du transducteur 3 est proportionnelle à cette puissance mécanique Dans une version simple de l'invention, l'unité de traitement 16 opère donc une simple opération linéaire pour déduire la valeur du débit massique D. Dans une version plus perfectionnée, on opère préalablement un étalonnage du dispositif en mettant par exemple en mémoire les valeurs de la puissance P en

fonction du débit massique D à amplitude Ao fixée.

L'unité de traitement 16 fonctionne alors, lors des mesures, en comparant la valeur de la puissance d'entrée P (ou d'un paramètre mesuré lié à cette puissance P) aux valeurs stockées dans la mémoire de l'unité de traitement 16 De cette comparaison, elle déduit la valeur désirée du débit massique D. Un avantage de l'asservissement en amplitude Ao dans le débitmètre massique de l'invention est que la relation liant le signal de sortie représentatif de la mesure et la valeur du débit massique D est une relation linéaire (et non une relation quadratique inverse comme dans le cas du dispositif décrit plus haut en référence à la figure 1) Ceci présente trois avantages: une simplicité du traitement numérique par l'unité 16; une plus grande sensibilité aux forts débits massiques D; et une dynamique plus importante (cette dynamique

est aisément supérieure à 100).

En outre, cette disposition permet, par rapport à celle de la figure 1, de s'affranchir des problèmes liés à la non-linéarité du capteur d'amplitude 5 et de

l'électroaimant 3.

Ce débitmètre massique et le procédé de mesure qu'il applique donnent lieu à une mesure sensible du débit massique D sur une gamme étendue de valeurs La mise en place du dispositif sur des canalisations existantes est simple Par rapport aux débitmètres massiques à effet Coriolis de la technique antérieure, on obtient, en plus des gains de sensibilité et de dynamique, un encombrement en général plus faible car cet encombrement peut être réduit en optimisant les

propriétés élastiques du matériau constituant le tube 1.

Ce matériau peut bien sûr être quelconque dans le cadre de l'invention, pourvu qu'il présente un minimum de rigidité En pratique, il sera choisi en fonction de ses propriétés élastiques et de sa compatibilité avec le fluide s'écoulant Si le matériau choisi n'est pas magnétique, on fixe sur le tube 1 un corps magnétique pour l'entraînement quand cet entraînement résulte d'un

électroaimant 3.

Dans une version préférée du procédé selon l'invention, le tube 1 est mis en mouvement par le transducteur 3 de telle sorte que ce mouvement soit effectué selon un des modes propres de vibration du tube 1 Dans les exemples des débitmètres massiques illustrés par les figures 1 et 2, ce mode propre peut être le premier mode de flexion du tube 1 En effet, il est avantageux d'exciter le tube 1 à son premier mode de flexion car pour une puissance d'excitation donnée, on obtient un déplacement maximum de l'extrémité libre la du tube 1 pour une force d'excitation minimum Il en résulte deux avantages importants: sensibilité maximum de détection et réduction de l'encombrement et du prix de l'excitateur électromagnétique 3 ou analogue La détermination des modes propres d'un tube vibrant est considérée ici comme faisant partie des compétences ordinaires de l'homme du métier, étant toutefois rappelé que ce calcul doit tenir compte de la masse volumique du fluide F situé dans le tube 1 en aval de l'encastrement 2

pour avoir la meilleure précision.

A titre d'exemple, le demandeur a effectué des mesures de débit massique d'eau avec un dispositif du type représenté à la figure 2, en utilisant un tube 1 en acier magnétique de diamètre intérieur (respectivement extérieur) 16 mm (respectivement 18 mm), ayant une longueur de 800 mm en aval de l'encastrement 2 (constitué par un étau dans le dispositif expérimental) Le transducteur 3, placé près de l'extrémité libre la, est un électro-aimant classique ayant une puissance de quelques watts, alimenté par une tension sinusoïdale à la fréquence de résonance du tube 1 (quelques dizaines de Hz) et le capteur 5 est un capteur inductif bien connu ayant une sensibilité d'environ 1 pm et placé à il l'extrémité libre la du tube 1 Avec ce montage, le demandeur a constaté une dépendance linéaire entre l'intensité I dans l'électro-aimant 3 (elle-même proportionnelle à la puissance d'entrée P) et le débit massique D de l'eau F dans le tube 1 Pour un débit massique D variant entre O et 25000 kilogrammes par heure, on enregistre une intensité I variant linéairement entre environ 250 m A et 1250 m A lorsqu'on asservit l'amplitude A du mouvement de flexion, mesurée par le capteur 5 à l'extrémité la du tube 1, pour qu'elle garde la valeur prédéterminée d'environ 5 mm La sensibilité et

la dynamique du débitmètre sont donc remarquables.

Sur la figure 3, on voit un exemple de montage dont le fonctionnement est analogue à celui des exemples de la figure 1 ou 2 Le fluide F éjecté du tube 1 à son extrémité la est recueilli dans un réservoir tampon 21 contenant une certaine quantité 22 de fluide F Ce réservoir tampon 21 se prolonge, autour du tube 1, par une paroi cylindrique 24 qui entoure le tube 1 en le

laissant osciller conformément au procédé de l'invention.

L'électro-aimant 3 et le capteur 5 traversent cette paroi 24 avec étanchéité pour accéder au tube 1 Une canalisation 23 débouche du fond du réservoir tampon 21 pour récupérer le fluide F. Ce dispositif à réservoir 21 est un exemple montrant une manière de réaliser l'invention sans empêcher la continuité de la canalisation dans laquelle s'écoule le fluide F Pour réaliser ce montage, il est prudent de prévoir des moyens (non représentés) pour stabiliser le niveau du fluide dans le réservoir tampon car il convient en effet d'éviter que le mouvement oscillatoire du tube 1 soit entravé par une immersion partielle dans le fluide F Le montage de la figure 3 est bien entendu applicable en utilisant une stabilisation de la tension dralimentation de l'électroaimant 3, une régulation en puissance d'entrée P du transducteur (comme sur la figure 1) ou une régulation en amplitude A du

mouvement (comme sur la figure 2).

La figure 4 illustre un autre dispositif conforme à la présente invention qui est prévu pour une installation en continu La partie du tube 1 située en aval de l'encastrement 2 est totalement immergée dans le fluide F On obtient ainsi un milieu homogène dans lequel vibre le tube 1 Un tube de confinement cylindrique 31, relié avec étanchéité à l'encastrement 2 entoure le tube 1 sur pratiquement toute sa longueur en aval de l'encastrement 2, en le laissant osciller conformément au procédé de l'invention Une bague 32, supportant avec étanchéité le transducteur 3 et le capteur 5, est posée, de manière étanche à l'extrémité du tube de confinement 31 opposée à l'encastrement 2 Un tube de récupération 33 est fixé, de façon étanche, à la bague 32 en aval de celle-ci La bague 32 est située autour de la zone du débitmètre massique qui comporte l'extrémité libre la du

tube 1.

Le débitmètre massique représenté sur la figure 4 fonctionne de manière analogue aux formes de réalisation de l'invention illustrées par les figures 1 à 3 En particulier, il peut fonctionner à tension d'alimentation constante de l'électro-aimant, en régulation de puissance P ou en régulation d'amplitude A. Pour mener à bien les mesures, il faut s'assurer que le tube de confinement 31 contient bien le fluide F et ne présente pas d'inhomogénéités telles que des bulles de gaz Les bulles de gaz peuvent être évacuées du tube de confinement 31 en disposant celui-ci verticalement, ou de manière inclinée, avec l'encastrement 2 situé vers le bas et le tube de récupération 33 vers le haut, de sorte que le fluide F s'écoule dans le tube 1 de bas en haut Cette disposition assure l'élimination des bulles de gaz par gravité On peut également équiper le débitmètre d'un

dispositif de purge qui peut être automatique.

Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 4, la relation liant le débit massique D à l'amplitude A (respectivement à la puissance d'entrée P) à puissance d'entrée P (respectivement amplitude A) constante, peut être perturbée à cause des tourbillons qui apparaissent dans le fluide F environnant le tube 1 au voisinage de son extrémité libre la Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, la paroi du tube 1 présente, près de l'extrémité libre la, une épaisseur plus faible que l'épaisseur moyenne de la paroi du tube 1 Cette épaisseur réduite a pour effet de diminuer les turbulences dans le fluide Elle peut être réalisée en prévoyant, à la surface intérieure id du tube 1 près de son extrémité libre la, un chanfrein le de sorte que cette surface intérieure ld va en s'évasant vers l'extérieur à l'extrémité libre la par laquelle le fluide F quitte le tube 1 (voir figure 6) Ce chanfrein le a pour effet de réduire les tourbillons apparaissant à la sortie du fluide F hors du tube 1 et donc de rendre plus régulière la dépendance entre le débit massique D à

déterminer et la quantité A, P mesurée.

Dans une version améliorée de l'invention, la section du tube 1, mesurée à son extrémité libre la, peut être largement supérieure à sa section moyenne en aval de l'encastrement 2 (extrémité en forme de trompette, par exemple) Cette forme particulière, parce qu'elle permet de réduire fortement l'énergie d'excitation hydrodynamique parasite du tube 1, améliore considérablement la linéarité, la sensibilité et la

dynamique du débitmètre.

Sur la figure 5, on voit un autre tube 1 ' utilisable dans l'une quelconque des formes de réalisation de l'invention représentées sur les figures 1 à 4 Ce tube 1 ' est maintenu dans un encastrement 2 et il comporte une première partie rectiligne 1 'c définissant une direction xx' passant dans l'encastrement 2, une partie 1 'b coudée à angle droit par rapport à la direction x-x' faisant suite à la partie rectiligne 1 'c et une extrémité l'a faisant suite à la partie coudée 1 'b et orientée parallèlement à l'axe x-x' à une distance 1 de celui-ci Le tube 1 ', dans lequel s'écoule le fluide F dont on mesure le débit massique D est mis en mouvement par un transducteur non représenté de telle façon qu'il soit animé d'un mouvement oscillatoire de torsion autour de la direction x-x' On mesure l'amplitude de ce mouvement de torsion par un capteur non représenté Comme dans les exemples précédents, le débitmètre utilisant un tube 1 ' en torsion peut fonctionner à la fois en régime à puissance d'entrée P ou à tension d'alimentation électrique de l'excitateur constantes avec mesure de l'amplitude A ou en régime à amplitude A asservie avec mesure de la puissance d'entrée P. La présente invention peut être mise en oeuvre avec un mouvement oscillatoire de torsion comme décrit ci- dessus avec le tube 1 ' représenté sur la figure 5 car, dans cette invention, il suffit que le mouvement oscillatoire appliqué au tube 1,1 ' soit tel qu'il engendre une composante radiale périodique (par exemple sinusoïdale) de la vitesse du fluide F au voisinage de l'extrémité libre la du tube 1,1 ', ce que réalise bien cette configuration Dans ce cas, le transducteur doit imposer au tube 1 ' un couple moteur et non une simple force motrice comme dans les exemples illustrés sur les figures 1 à 4 Ce couple peut être exercé sur l'extrémité l'a pour profiter du bras de levier 1, mais, pour éviter les flexions indésirables du tube 1 ', on peut préférer qu'il s'exerce sur la partie axiale 1 'c On peut être amené à symétriser le dispositif, pour des raisons d'équilibrage dynamique (en rotation) On peut, par exemple, dédoubler le jet de sortie du fluide Il est entendu que la figure 5 ne représente qu'un exemple de tube 1 ' utilisable dans l'invention en exploitant un mouvement oscillatoire de torsion Ce tube 1 ' peut en réalité prendre un grand nombre de formes sans sortir du cadre de l'invention L'avantage principal obtenu avec un tel mouvement de torsion est la sensibilité réduite aux vibrations parasites, lesquelles sont rarement de torsion, provenant de toute cause extérieure au dispositif L'angle défini par la direction de l'écoulement du liquide dans le tube oscillant (à l'endroit de son extrémité l'a), et par l'axe xx' peut être quelconque car la sensibilité du débitmètre dépend essentiellement de la composante de vitesse radiale

imposée au liquide, à l'endroit o il quitte le tube 1 '.

En référence aux figures 1 et 2, on a décrit le débitmètre massique de l'invention en montrant une unité de traitement 6, 16 qui effectue l'étape de déduction du débit massique D à partir d'une quantité mesurée représentative de l'amplitude A du mouvement oscillatoire ou de la puissance d'entrée P du transducteur 3 Il est bien entendu que cette déduction peut également être effectuée par l'opérateur lui-même qui, lisant la valeur mesurée sur un affichage prévu pour les moyens de détection 5, 18, utilise des abaques ou des tables pour en déduire la valeur du débit massique D.

La description ci-dessus présente l'invention

illustrée par quelques exemples de réalisation En fait, de nombreuses variantes sont possibles sans sortir du

cadre de l'invention.

Ainsi l'invention n'est pas limitée quant à la forme et à la section du tube 1 ou quant à la position et à la nature du transducteur 3 ou du capteur 5 En particulier, dans les exemples des figures 3 et 4, l'excitateur électromagnétique 3 peut avantageusement être placé à l'extérieur de la paroi 24, respectivement

du tube de confinement 31.

On a fait référence à des moyens moteurs 3 sous forme d'électroaimant excitant le tube 1 formé en matériau magnétique ou comportant un corpsmagnétique pour cette excitation Un organe moteur quelconque mettant le tube 1 en mouvement, directement ou indirectement, produit les mêmes effets et ne suffit donc

pas pour se distinguer de la présente invention.

De même le capteur 5 peut prendre de nombreuses formes équivalentes (capteur optique, capacitif, inductif, accéléromètre ou analogues) qui donnent lieu à une mesure de l'amplitude A du mouvement oscillatoire ou d'un paramètre lié à cette amplitude A, comme la vitesse moyenne du tube 1 ou son accélération moyenne De façon semblable, lorsqu'on utilise le procédé de l'invention en asservissant l'amplitude A du mouvement, la mesure d'intensité à tension constante par l'ampèremètre 18 n'est pas le seul moyen pour déterminer la puissance

d'entrée P du transducteur 3.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1 Procédé pour mesurer le débit massique (D) d'un fluide (F) s'écoulant dans un tube ( 1,1 ') comportant une extrémité libre (la), caractérisé en ce qu'on maintient le tube ( 1, 1 ') dans un encastrement ( 2), en ce qu'on excite un transducteur ( 3) pour animer le tube ( 1, 1 '), dans sa partie située en aval de l'encastrement ( 2), d'un mouvement oscillatoire qui modifie de manière périodique la direction instantanée d'écoulement du fluide (F) à l'endroit de l'extrémité libre (la) du tube ( 1, 1 '), en ce qu'on contrôle la puissance d'entrée (P) du transducteur ( 3) et l'amplitude (A) du mouvement oscillatoire en imposant l'une de ces deux quantités (A, P) à une valeur prédéterminée (Ao, Po) et en mesurant l'autre de ces deux quantités (A, P) et en ce qu'on déduit de cette mesure la

valeur du débit massique (D) du fluide (F).

2 Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le transducteur ( 3) est un excitateur

électromagnétique ( 3) alimenté par une tension alternative.

3 Procédé conforme à l'une des revendications 1

ou 2, caractérisé en ce qu'on applique une puissance d'entrée constante prédéterminée (Po) au transducteur ( 3) pour animer le tube ( 1, 1 ') du mouvement oscillatoire, en ce qu'on mesure l'amplitude (A) de ce mouvement lorsqu'elle est stabilisée et en ce qu'on déduit de cette mesure la

valeur du débit massique (D) du fluide (F).

4 Procédé conforme à la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on alimente le transducteur avec une tension alternative de fréquence et d'amplitude constantes pour appliquer ladite puissance d'entrée constante

prédéterminée (Po).

Procédé conforme à la revendication 3, caractérisé en ce qu'on déduit la valeur du débit massique (D) du fluide (F) à partir d'une relation sensiblement quadratique inverse entre ce débit massique (D) et la valeur mesurée de l'amplitude (A) du mouvement oscillatoire. 6 Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on anime le tube ( 1, 1 ') d'un mouvement oscillatoire d'amplitude (Ao) prédéterminée, en ce qu'on mesure la puissance d'entrée (P) du transducteur ( 3) nécessaire pour maintenir constante cette amplitude (Ao) et en ce qu'on déduit de cette mesure la valeur du

débit massique (D) du fluide (F).

7 Procédé conforme à la revendication 6, caractérisé en ce qu'on déduit la valeur du débit massique (D) du fluide (F) à partir d'une relation sensiblement linéaire entre ce débit massique (D) et la valeur mesurée

de la puissance d'entrée (P) du transducteur ( 3).

8 Procédé conforme à l'une des revendications 1

à 7, caractérisé en ce qu'on procède, préalablement aux mesures, à un étalonnage pour déterminer la dépendance entre la valeur du débit massique (D) du fluide (F) et la quantité (A, P) mesurée lorsque l'autre quantité (A, P) est

imposée à sa valeur prédéterminée (Ao, Po).

9 Procédé conforme à l'une des revendications 1

à 8, caractérisé en ce que le tube ( 1, 1 ') est animé d'un mouvement oscillatoire selon un de ses modes propres de vibration.

Procédé conforme à l'une des revendications 1

à 9, caractérisé en ce que le mouvement oscillatoire du

tube ( 1) correspond à un mouvement de flexion du tube ( 1).

11 Procédé conforme à l'une des revendica-tions 1 à 8, caractérisé en ce que le mouvement oscillatoire du tube ( 1 ') correspond à un mouvement de torsion du tube ( 1 ') dans lequel l'extrémité libre (l'a) du tube ( 1 ') est

décalée par rapport à l'axe (x-x') du mouvement de torsion.

12 Débitmètre massique, dans lequel le fluide (F) dont on mesure le débit massique (D) s'écoule dans un tube ( 1, 1 ') comportant une extrémité libre (la), caractérisé en ce qu'il comprend un encastrement ( 2) dans lequel est maintenu le tube ( 1, 1 '), un transducteur ( 3) pour animer le tube ( 1, 1 ') d'un mouvement oscillatoire qui modifie de manière périodique la direction instantanée d'écoulement du fluide (F) à l'endroit de l'extrémité libre (la) du tube ( 1, 1 ') et des moyens de contrôle ( 4, 5, 17, 18) de la puissance d'entrée (P) du transducteur ( 3) et de l'amplitude (A) du mouvement oscillatoire comprenant des moyens de régulation ( 4, 17) pour imposer l'une de ces deux quantités (A, P) à une valeur prédéterminée (Ao, Po) et des moyens de détection ( 5, 18) pour mesurer l'autre de ces

deux quantités (A, P).

13 Débitmètre massique conforme à la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une unité de traitement ( 6, 16) qui déduit le débit massique (D) du fluide (F) de la valeur mesurée par les

moyens de détection ( 5, 18).

14 Débitmètre massique conforme à la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que le transducteur ( 3) comprend un excitateur électromagnétique

( 3) alimenté par une tension alternative.

15 Débitmètre massique conforme à la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens de régulation ( 4) comprennent une alimentation électrique ( 4) qui impose une valeur constante de l'amplitude de la tension alternative d'alimentation du transducteur ( 3) et en ce que les moyens de détection ( 5) mesurent un paramètre

lié à l'amplitude (A) du mouvement oscillatoire.

16 Débitmètre massique conforme à la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que les moyens de régulation ( 17) imposent une valeur constante de l'amplitude (A) du mouvement oscillatoire et en ce que les moyens de détection ( 18) mesurent un paramètre lié à la

puissance d'entrée (P) du transducteur ( 3).

17 Débitmètre massique conforme à l'une des

revendications 12 à 16, caractérisé en ce qu'un réservoir

tampon ( 21) est prévu, en aval du tube ( 1), pour recueillir le fluide (F) quittant le tube ( 1) et en ce qu'une canalisation ( 23) débouche dans ce réservoir tampon ( 21)

pour récupérer le fluide (F).

18 Débitmètre massique conforme à l'une des

revendications 12 à 16, caractérisé en ce que la partie du

tube ( 1) située en aval de l'encastrement ( 2) est totalement immergée dans le fluide (F) qui envahit complètement un tube de confinement ( 31) qui entoure le tube ( 1), ce tube de confinement ( 31) étant relié avec étanchéité à l'encastrement ( 2) et débouchant à son extrémité opposée, dans un tube de récupération ( 33) pour

assurer la continuité de la canalisation.

19 Débitmètre massique conforme à la revendication 18, caractérisé en ce que le tube de confinement ( 31) est disposé de façon que le tube de récupération ( 33) soit situé en une position plus élevée

que celle de l'encastrement ( 2).

Débitmètre massique conforme à l'une des

revendications 12 à 19, caractérisé en ce que la paroi du

tube ( 1) présente, près de son extrémité libre (la), une épaisseur plus faible que l'épaisseur moyenne de ladite

paroi du tube 1 en aval de l'encastrement 2.

21 Débitmètre massique conforme à l'une des

revendications 12 à 20, caractérisé en ce que la section du

tube ( 1, 1 ') au voisinage de son extrémité libre (la, l'a) est supérieure à sa section moyenne en aval de

l'encastrement ( 2).