FR2755231A1 - Compteur de fluide a ultrasons a resistance amelioree aux ondes ultrasonores parasites - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet un compteur (10) de fluide comprenant des transducteurs ultrasonores (26, 28), des moyens d'atténuation d'ondes ultrasonores parasites, de longueur d'onde lambda, constitués par au moins un passage (36, 38, 40) dans lequel lesdites ondes se propagent suivant une direction principale correspondant à une dimension longitudinale a dudit passage, ledit passage ayant une dimension transversale b perpendiculaire à a et très inférieure à la longueur d'onde lambda des ondes parasites dans le milieu de propagation, ledit passage comprenant une pluralité de portions de passage consécutives (46, 48) ayant chacune une partie (46) qui présente une réduction de la section de passage transversale suivant la dimension b du passage, la dimension longitudinale de chaque portion de passage étant sensiblement égale à lambda/2.
Description
L'invention est relative à un compteur de fluide à ultrasons comprenant des transducteurs ultrasonores définissant entre eux un trajet de mesure ultrasonore et émettant et recevant des ondes ultrasonores dans le fluide le long dudit trajet de mesure suivant au moins une fréquence ultrasonore.
II est connu depuis de nombreuses années de mesurer la vitesse d'un fluide en écoulement en émettant à partir de transducteurs ultrasonores des ondes ultrasonores dans le fluide dans le sens d'écoulement dudit fluide et en sens opposé et en mesurant les temps de propagation respectifs des ondes émises dans les deux sens.
A partir de la mesure de la vitesse du fluide, on détermine aisément son débit ainsi que le volume de fluide qui s'est écoulé au bout d'un temps donné.
Cependant, dans de tels compteurs de fluide, la Demanderesse a pu constater que des ondes ultrasonores dites "parasites" se propagent et perturbent la réception par l'un des transducteurs des ondes ultrasonores émises par l'autre transducteur le long du trajet de mesure.
On peut citer deux types différents d'ondes ultrasonores parasites: des ondes ultrasonores générées par une source extérieure au compteur de fluide et des ondes ultrasonores émises par les transducteurs eux mêmes.
Le premier type se rencontre par exemple lorsqu'un régulateur de pression est installé en amont d'un compteur de gaz.
On sait que des régulateurs de pression peuvent, par exemple, réduire la pression d'un gaz de plusieurs bars à environ 20mbars en amont de compteurs de gaz à ultrasons.
Or, la chute de pression dans le régulateur est une source de bruit considérable et l'on a pu constater qu'une telle chute de pression peut donner naissance à des ondes ultrasonores parasites ayant une grande amplitude de pression et dont la (ou les ) fréquence(s) correspond(ent) à celle(s) des transducteurs ultrasonores du compteur.
Ces ondes ultrasonores parasites sont transmises par l'écoulement du fluide jusqu'aux transducteurs ultrasonores. II en.résulte des erreurs de mesure considérables et tout à fait inacceptables.
Le premier type peut également se rencontrer dans des compteurs de liquide à ultrasons qui sont placés en aval d'une brusque réduction de section de passage pouvant donner naissance à un phénomène dit de cavitation et à l'apparition de bulles dans le liquide à une fréquence voisine de celle utilisée dans les transducteurs ultrasonores.
Le second type d'ondes ultrasonores parasites correspond à celui où les transducteurs ultrasonores définissent entre eux un trajet de mesure ultrasonore à l'intérieur d'un conduit (tube,...) véhiculant le fluide dont on cherche à déterminer le débit et qui est réalisé dans un matériaù dont la rigidité n'est pas suffisante pour empêcher un couplage acoustique entre le milieu fluide et ledit matériau.
Ceci est par exemple le cas lorsque le conduit est métallique (acier...) et lorsque le milieu fluide est l'eau ou bien avec un conduit en plastique et un fluide gazeux.
Dans de tels cas, lorsque des ondes ultrasonores sont émises d'un transducteur vers l'autre transducteur à l'intérieur du conduit de mesure, une partie de ces ondes appelées ondes ultrasonores parasites se propagent dans le matériau constituant ledit conduit de mesure et atteignent l'autre transducteur avant ou en même temps que celui-ci reçoit les ondes ultrasonores propagées par le milieu fluide.
Ainsi, il devient très difficile de différencier dans les ondes ultrasonores reçues par l'autre transducteur celles qui se sont effectivement propagées dans le milieu fluide de celles qui se sont propagées dans le matériau constitutif du conduit de mesure.
On connaît d'après le document FR-A-2 357 869 des moyens d'atténuation d'ondes acoustiques générées extérieurement à un compteur de fluide à ultrasons et qui sont réalisés sous la forme d'un manchon en matériau acoustiquement isolant placé dans la tubulure d'amenée du fluide au compteur.
Cependant, de tels moyens d'atténuation sont insuffisants et, en outre, ne permettent pas d'atténuer le second type d'ondes ultrasonores parasites.
On connaît également d'après le document EP-A-0 048 791 un dispositif de suppression des ondes ultrasonores émises par les transducteurs à l'extérieur du tube de mesure.
Toutefois, un tel dispositif ne permet pas d'atténuer les ondes ultrasonores qui se propagent dans la paroi du tube de mesure et, de plus, n'atténue pas les ondes ultrasonores parasites du premier type.
La présente invention vise donc à remédier à ce problème en atténuant de manière simple et efficace les ondes ultrasonores parasites qui se propagent dans un compteur de fluide à ultrasons et qui perturbent la
réception par l'un des transducteurs des ondes ultrasonores émises par
l'autre transducteur le long du trajet de mesure.
réception par l'un des transducteurs des ondes ultrasonores émises par
l'autre transducteur le long du trajet de mesure.
La présente invention a ainsi pour objet un compteur de fluide à ultrasons comprenant des transducteurs ultrasonores définissant entre eux un trajet de mesure ultrasonore et émettant et recevant des ondes ultrasonores dans le fluide le long dudit trajet de mesure suivant au moins une fréquence ultrasonore, des moyens d'atténuation des ondes ultrasonores dites parasites, de longueur d'onde h, qui perturbent la réception par l'un des transducteurs des ondes ultrasonores émises par l'autre transducteur, caractérisé en ce que les moyens d'atténuation sont constitués par au moins un passage dans lequel lesdites ondes parasites se propagent suivant une direction principale qui correspond à une dimension dite longitudinale a dudit passage, ledit passage ayant une dimension transversale b perpendiculaire à la dimension a et qui est très inférieure à la longueur d'onde X des ondes parasites dans le milieu de propagation, ledit passage comprenant une pluralité de portions de passage consécutives ayant chacune une partie qui présente une réduction de la section de passage transversale suivant la dimension b du passage, la dimension longitudinale de chaque portion de passage étant sensiblement égale à X/2.
Ainsi, les ondes ultrasonores parasites qui se propagent dans le milieu de propagation principalement suivant la dimension longitudinale du passage rencontrent sur leur chemin des réductions de section de passage alternées avec des sections de passage "normales", ce qui a pour effet de créer une rupture d'impédance acoustique dans le milieu, donc de réfléchir une partie de l'énergie contenue dans ces ondes, provoquant ainsi une atténuation de l'amplitude de ces ondes. Les ondes ultrasonores parasites qui ne se propagent pas suivant la dimension longitudinale du passage mais qui rencontrent malgré tout des sections de passage réduites sur leur chemin sont également atténuées.
Selon une caractéristique de l'invention, le passage est délimité par au moins deux surfaces longitudinales en regard écartées suivant la dimension b, et sur l'une desquelles sont pratiquées transversalement une pluralité de rainures consécutives parallèles entre elles et alternées avec des saillies, un couple de rainure/saillie étant disposées au droit de chaque portion de passage.
Chaque rainure a par exemple un profil en forme de V ou un profil en forme de U formant ainsi sur ladite surface des créneaux.
Selon une variante de réalisation, la longueur d'onde des ondes parasites varie à l'intérieur d'une gamme déterminée, et la dimension longitudinale des portions de passage varie de manière croissante ou décroissante pour couvrir la gamme de longueurs d'onde déterminée.
Selon un premier mode de réalisation, le compteur de fluide comprend une enceinte munie d'un orifice d'amenée du fluide, un bloc de mesure équipé des transducteurs ultrasonores et pourvu d'une ouverture pour permettre le passage du fluide jusqu'au trajet de mesure ultrasonore, ledit bloc de mesure étant agencé à l'intérieur de ladite enceinte de manière à ménager entre ces derniers le (ou les) passage(s) que le fluide emprunte pour atteindre l'ouverture et dans le(s)quel(s) les ondes ultrasonores parasites se propagent.
La surface sur laquelle sont pratiquées les rainures est, par exemple, celle du bloc de mesure.
Selon un deuxième mode de réalisation, le compteur de fluide comprend un conduit de mesure qui constitue au moins partiellement le trajet de mesure ultrasonore et qui possède au moins une paroi périphérique qui correspond au passage dans lequel les ondes ultrasonores parasites se propagent.
La surface sur laquelle sont pratiquées les rainures est la surface extérieure du conduit de mesure, la réduction de section de passage de chaque portion de passage étant localisée au droit de chaque rainure dans ladite paroi.
Le conduit de mesure est par exemple un tube.
Les rainures ont une forme annulaire et sont disposées le long du tube.
A titre de variante, une rainure de forme hélicoïdale est pratiquée sur la surface extérieure du tube de mesure.
Avantageusement, le tube de mesure peut être vissé dans un logement prévu dans le bloc de mesure
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue d'un compteur de fluide selon l'invention dont une partie du couvercle a été enlevée, pour permettre de mieux comprendre l'invention, - la figure 2 est une vue de l'intérieur du bloc de mesure représenté sur la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe suivant A-A du compteur représenté à la figure 1, - les figures 4a, 4b et 4c sont des vues schématiques partielles des moyens d'atténuation représentés à la figure 3 selon différentes variantes de réalisation, - la figure 4d représente trois courbes A, B, C, qui traduisent le pouvoir d'atténuation R des moyens d'atténuation selon l'invention respectivement dans trois gaz différents et en fonction de la fréquence des ondes parasites, - la figure 5 est une vue schématique partielle des moyens d'atténuation représentés à la figure 3 selon une variante de réalisation supplémentaire, - la figure 6 représente un bloc de mesure d'un compteur de fluide selon un autre mode de réalisation de l'invention, - la figure 6a représente une vue agrandie du conduit de mesure représenté à la figure 6, - la figure 6b est une vue schématique d'une variante de réalisation du conduit de mesure représenté à la figure 6, - la figure 7 est une vue d'un conduit de mesure selon une autre variante de réalisation du conduit de mesure représenté à la figure 6, - le figure 7a est une vue représentant le conduit de mesure de la figure 7 intégré dans un bloc de mesure d'un compteur de fluide selon l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue d'un compteur de fluide selon l'invention dont une partie du couvercle a été enlevée, pour permettre de mieux comprendre l'invention, - la figure 2 est une vue de l'intérieur du bloc de mesure représenté sur la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe suivant A-A du compteur représenté à la figure 1, - les figures 4a, 4b et 4c sont des vues schématiques partielles des moyens d'atténuation représentés à la figure 3 selon différentes variantes de réalisation, - la figure 4d représente trois courbes A, B, C, qui traduisent le pouvoir d'atténuation R des moyens d'atténuation selon l'invention respectivement dans trois gaz différents et en fonction de la fréquence des ondes parasites, - la figure 5 est une vue schématique partielle des moyens d'atténuation représentés à la figure 3 selon une variante de réalisation supplémentaire, - la figure 6 représente un bloc de mesure d'un compteur de fluide selon un autre mode de réalisation de l'invention, - la figure 6a représente une vue agrandie du conduit de mesure représenté à la figure 6, - la figure 6b est une vue schématique d'une variante de réalisation du conduit de mesure représenté à la figure 6, - la figure 7 est une vue d'un conduit de mesure selon une autre variante de réalisation du conduit de mesure représenté à la figure 6, - le figure 7a est une vue représentant le conduit de mesure de la figure 7 intégré dans un bloc de mesure d'un compteur de fluide selon l'invention.
La figure 1 représente un compteur de gaz disposé en aval d'un régulateur de pression, non représenté sur cette figure, qui génère dans la canalisation et dans le compteur de gaz des ondes ultrasonores parasites à une fréquence par exemple égale à 40kHz qui perturbent la mesure du débit de gaz.
Comme représenté sur cette figure, le compteur de gaz désigné par la référence générale notée 10 comprend une amenée de gaz 14 et une évacuation de gaz. 16, une enceinte 12 à laquelle sont raccordées lesdites amenée et évacuation, et un bloc de mesure 18 disposé à l'intérieur de l'enceinte 12. Le bloc de mesure 18 est agencé à l'intérieur de l'enceinte 12 de manière à ménager entre ces derniers un ou plusieurs passages que le fluide emprunte pour parvenir de l'amenée 14 jusqu'à une ouverture 20, pratiquée dans la partie inférieure du bloc de mesure.
Le bloc de mesure 18 est maintenu en position à l'intérieur de l'enceinte 12 par deux butées 22, 24 qui sont logées dans des renfoncements aménagés dans ladite enceinte 12.
Comme représenté à la figure 2, le bloc de mesure 18 comprend l'ouverture 20 par laquelle pénètre le gaz ainsi que deux transducteurs ultrasonores 26, 28 disposés chacun en regard d'une des extrémités opposées d'un conduit de mesure 30 de forme tubulaire et qui constitue le trajet de mesure ultrasonore.
Les transducteurs ultrasonores fonctionnent par exemple à une fréquence de 40kHz.
Le conduit de mesure 30 traverse une paroi 32 formant un bloc massif qui sépare deux chambres à l'intérieur desquelles sont disposés les transducteurs 26, 28. Le gaz pénètre dans une des chambres du bloc de mesure 18 par l'ouverture 20, comme indiqué par la flèche de la figure 2, s'engouffre dans le tube de mesure 30 par l'extrémité 30a dudit tube, parcourt l'intérieur de celui-ci, sort de ce tube par l'extrémité opposée 30b et ensuite est évacué vers le haut par l'orifice de sortie 34. L'orifice de sortie 34 est relié à une évacuation de gaz 16 repérée sur la figure 1.
Dans le compteur de gaz à ultrasons précédemment décrit les transducteurs ultrasonores 26, 28 émettent et reçoivent alternativement des ondes ultrasonores à une fréquence ultrasonore fixe et à partir des ondes ultrasonores reçues par chacun desdits transducteurs, on en déduit le temps de propagation de ces ondes et donc le débit de fluide.
En présence d'un régulateur placé en amont du compteur de gaz, les ondes ultrasonores parasites précédemment mentionnées, se propagent dans le compteur, parviennent jusqu'au trajet de mesure ultrasonore à l'intérieur du bloc de mesure 18, se mélangent aux ondes ultrasonores émises et reçues par les transducteurs et donc perturbent fortement la mesure ultrasonore du débit.
Les passages précédemment mentionnés sont spécifiquement conçus pour exercer un effet d'atténuation sur les ondes ultrasonores parasites présentes dans l'écoulement de gaz et qui vont atteindre le trajet de mesure ultrasonore. Chacun des passages 36, 38 (Fig.3) et 40 (Fig.1) possède une dimension dite longitudinale a.
L'écoulement de gaz se propage suivant cette dimension longitudinale ainsi que les ondes ultrasonores parasites présentes dans l'écoulement.
Pour que l'effet d'atténuation sur les ondes ultrasonores parasites qui se propagent selon cette direction, appelée direction principale, soit efficace, il est nécessaire que chacun des passages précédemment cités, possède une dimension transversale b, perpendiculaire à la dimension longitudinale a qui soit très inférieure à la longueur d'onde X des ondes parasites dans le milieu fluide dans lequel les ondes parasites se propagent.
En effet, cette condition garantit que seul le mode plan de l'onde ultrasonore se propage à l'intérieur du passage et c'est donc ce mode plan qui va se trouver affecté par les moyens d'atténuation selon l'invention.
Au contraire, si les valeurs de la dimension transversale b du passage et de la longueur d'onde X dans le milieu fluide sont trop proches, des modes de propagation d'ondes ultrasonores parasites autres que le mode plan risquent d'apparaître et ainsi de diminuer l'efficacité des moyens d'atténuation.
Le passage 36 est délimité par au moins deux surfaces longitudinales 42, 44 disposées en regard l'une de l'autre et écartées suivant la dimension transversale b dudit passage, ainsi que représenté sur la figure 3.
Au moins l'une de ces surfaces longitudinales 42, 44 est agencée de manière à ce que le passage comprenne une pluralité de portions de passage consécutives, délimitées par des pointillés sur la figure 3, ayant chacune une partie qui présente une réduction de section de passage transversale suivant la dimension b du passage. La surface sur laquelle est realisé l'agencement particulier est celle du bloc de mesure 18.
Sur la surface extérieure 44 du bloc de mesure, des saillies 46 ont été réalisées par exemple par surmoulage. Ces saillies 46 sont parallèles entre elles, perpendiculaires à la dimension longitudinale a du passage et ménagent entre elles des rainures 48 également parallèles entre elles.
II convient de noter qu'au lieu de former des saillies sur la surface extérieure 44 du bloc de mesure 18, il aurait également été possible d'usiner cette surface de manière à aménager une pluralité de rainures consécutives parallèles entre elles et perpendiculaires à la dimension longitudinale a du passage 36.
A chaque portion de passage correspondent une saillie 46 et une rainure 48 disposées côte à côte.
La saillie 48 possède une dimension longitudinale notée L1 sur la figure 3 et chaque rainure 48 possède une dimension longitudinale notée L2.
La dimension transversale du passage au droit de chaque rainure 48 est égale à b, et la dimension transversale du passage au droit de chaque saillie 46 est égale à bo.
Pour que les moyens d'atténuation selon l'invention atténuent la longueur d'onde souhaitée, des ondes ultrasonores parasites, il faut que la dimension longitudinale de chaque portion de passage, qui est égale à L1 + L2, soit sensiblement égale à k/2.
II convient de remarquer que les dimensions L1 et L2 peuvent varier tout en respectant la formule précédemment citée.
Comme représenté sur les figures 3 et 4, chaque rainure 48 a un profil longitudinal en forme de U formant ainsi sur la surface longitudinale 44 des créneaux.
L'atténuation de l'amplitude des ondes ultrasonores parasites qui se propagent dans le passage 36a lieu à chaque fois que lesdites ondes rencontrent une section de passage réduite au droit de chaque saillie 46.
Lorsque la dimension transversale du passage au droit de chaque saillie 46 diminue par rapport à la dimension transversale b au droit de chaque rainure 48, on observe une efficacité plus accrue des moyens d'atténuation mais il convient toutefois de ne pas dépasser certaines valeurs qui pourraient occasionner des pertes de charges trop élevées dans l'écoulement de gaz.
Comme représenté sur la figure 3, le motif ainsi formé sur la surface longitudinale 44 est périodique.
A titre d'exemple numérique, L1 = L2 = 2,5mm, les dimensions bo et b-du passage sont respectivement égales à 2 et 3mm et la longueur totale du passage est égale à 60mm, ce qui correspond à 12 périodes.
Pour différents gaz et notamment pour un mélange d'air et de méthane, une atténuation de plus de 40 décibels par décade a été obtenu avec une largeur de bande de 12 kHz.
Pour le méthane, la longueur d'onde X des ondes parasites est égale à llmm qui est bien supérieure aux dimensions b et bo.
La figure 4a représente une première variante de réalisation des moyens d'atténuation représentés à la figure 3 et sur laquelle une pluralité de rainures 50 consécutives, parallèles entre elles, sont pratiquées transversalement sur la surface longitudinale 44 du bloc de mesure.
Chaque rainure 50 a un profil en forme de V et deux rainures consécutives 50 sont séparées par une partie de portion passage 52 de profil essentiellement plat et qui constitue la partie dans laquelle la section de passage offerte au fluide et aux ondes ultrasonores parasites est réduite.
La figure 4b représente une autre variante de réalisation dans laquelle les rainures 54 occupent la majeure partie de chacune des portions de passage consécutives et les parties de chaque portion de passage qui présentent une réduction de la section de passage transversale, parties référencées 56, sont limitées à une arrête.
La figure 4c représente encore une autre variante de réalisation des moyens d'atténuation selon l'invention, dans laquelle les rainures 58 sont formées par des pentes inclinées parallèles entre elles et séparées l'une de l'autre par un front droit, au droit duquel se trouve la partie de la portion de passage de section réduite 60. Le profil longitudinal de la surface 44 est en dents de scie.
A chaque fois que l'on conçoit des moyens d'atténuation, ceux-ci sont adaptés tout particulièrement à un gaz et, si l'on veut couvrir une large gamme de longueurs d'onde, afin par exemple que le compteur puisse s'adapter à plusieurs types de gaz, il faut prévoir une configuration particulière des passages précédemment mentionnés 36, 38 et 40.
En effet, sur la figure 4d, sont représentées trois courbes A, B, C, exprimant le rapport R des amplitudes des ondes ultrasonores parasites entre l'entrée et la sortie d'un passage tel que celui représenté sur la figure 3 (36, 38 ou 40) en fonction de la fréquence ultrasonore F.
Chaque courbe se présente sous la forme d'une arche inversée de forme parabolique accompagnée de plusieurs arches de petites dimensions.
Ainsi, en concevant les passages de la figure 3 pour atténuer des ondes ultrasonores parasites de fréquence égale à 40kHz dans un mélange d'air et de méthane on obtient, par le calcul, la courbe A qui présente un pouvoir d'atténuation maximal à la fréquence de 40kHz.
Toutefois, si l'on remplace le mélange d'air et de méthane par de l'air seul (courbe B) ou du méthane seul (courbe C) on s'aperçoit que le passage de la figure 3 n'est pas optimal dans ces gaz à la fréquence de 40k Hz.
La variante de réalisation représentée à la figure 5 illustre la possibilité d'avoir une configuration particulière des passages 36, 38 et 40.
Sur cette figure, les surfaces 42 et 44 en regard délimitent un passage pour l'écoulement de gaz et pour les ondes ultrasonores parasites. Dans ce passage, des rainures 62 et des saillies 64 analogues à celles représentées sur la figure 3 sont aménagées sur la surface longitudinale 44
Ainsi que cela apparaît sur cette figure 5, la dimension longitudinale des portions de passage varie de manière croissante depuis l'entrée du passage jusqu'à la sortie du passage afin de couvrir une gamme de longueurs d'onde de gaz déterminée.
Ainsi que cela apparaît sur cette figure 5, la dimension longitudinale des portions de passage varie de manière croissante depuis l'entrée du passage jusqu'à la sortie du passage afin de couvrir une gamme de longueurs d'onde de gaz déterminée.
II est par exemple possible de couvrir une gamme de longueurs d'onde qui s'étend de 8,75mm (air) à 11mm (méthane).
En pratique, la (ou les) portion(s) de passage située(s) près de l'entrée a(ont) une dimension longitudinale égale à X air/2 et, près de la sortie, la (ou les) portion(s) a(ont) une dimension longitudinale égale à X méthane/2. Entre l'entrée et la sortie, les portions de passage ont une dimension longitudinale qui croît, plusieurs portions de passage consécutives pouvant avoir la même dimension longitudinale.
II convient de noter que l'on peut également aménager le passage de manière à ce que les portions de passage voient leur dimension longitudinale varier de manière décroissante depuis l'entrée du passage jusqu'à la sortie dudit passage.
II convient de remarquer que lorsque l'on conçoit des moyens d'atténuation qui peuvent s'adapter à plusieurs types de gaz, L'effet d'atténuation obtenu est inférieur à celui obtenu pour des moyens d'atténuation particulièrement adaptés à un type de gaz. Par exemple, on passe d'un taux d'atténuation de 40dB pour des moyens d'atténuation particulièrement adaptés à un type de gaz à un taux d'atténuation de 25 pour un agencement tel que celui représenté sur la figure 5.
Bien que les rainures et les saillies soient disposées perpendiculairement à la direction principale de propagation des ondes ultrasonores parasites dans les exemples précités, ceci n'est pas une condition obligatoire. Cependant, les rainures et les saillies doivent avoir une disposition non parallèle à la direction principale de propagation des ondes parasites pour que celles-ci soient affectées par une réduction de la section de passage transervale au droit de chaque saillie.
L'invention trouve une application particulièrement intéressante dans le mode de réalisation qui va maintenant être décrit en référence aux figures 6 et 6a.
Dans un bloc de mesure ultrasonore partiellement représenté, deux transducteurs ultrasonores sont disposés aux deux extrémités opposées d'un conduit de mesure 78 qui constitue le trajet de mesure ultrasonore.
Le fluide qui pénètre dans le bloc de mesure s'engouffre dans le conduit de mesure 78 par l'extrémité 78a de celui-ci, traverse ledit conduit, sort de celui-ci par l'extrémité 78b, et s'échappe du bloc de mesure.
Normalement, lorsque les transducteurs ultrasonores fonctionnent, des ondes ultrasonores sont émises à une fréquence déterminée par l'un des transducteurs, se propagent à l'intérieur du conduit de mesure 78 et atteignent l'autre transducteur opposé, par exemple 76 et le temps de propagation de ces ondes est pris en compte pour déterminer le débit du fluide.
Néanmoins, dans certains cas de figure, il existe un couplage acoustique entre deux milieux de propagation disposés en contact, à savoir, le milieu fluide situé à l'intérieur du conduit de mesure 78 et le matériau constitutif de la paroi du conduit de mesure 78.
Ceci est par exemple le cas, lorsque le milieu fluide est l'eau et que le conduit de mesure est métallique, comme par exemple de l'acier. Le cas peut également se rencontrer lorsque le milieu fluide est un gaz et que le conduit de mesure est en plastique.
Dans de tels cas, les ondes ultrasonores parasites qui se propagent à l'intérieur du conduit de mesure 78 en provenance du transducteur ultrasonore 74 pénètrent partiellement dans la paroi du conduit de mesure 78, se propagent dans cette paroi parallèlement au trajet de mesure ultrasonore à l'intérieur du conduit et parviennent au transducteur ultrasonore opposé 76, avant ou en même temps que les ondes ultrasonores qui se propagent à l'intérieur dudit conduit de mesure. On observe alors une superposition des ondes ultrasonores qui est vue par le transducteur 76, ce qui rend impraticable toute mesure précise du débit de fluide à l'intérieur du conduit de mesure.
Dans cet exemple, le conduit de mesure est un tube mais il pourrait être également être un conduit de mesure dont la section transversale est de forme rectangulaire telle que par exemple décrit dans la demande de brevet européen n"O 580 099.
Le conduit de mesure 78 représenté aux figures 6 et 6a comprend une paroi périphérique 83 qui a une dimension longitudinale a et forme un passage dans lequel les ondes ultrasonores parasites se propagent suivant une direction principale confondue avec la direction longitudinale du tube. Ce passage possède une dimension transversale b perpendiculaire à la dimension longitudinale a et qui est très inférieure à la longueur d'onde X des ondes parasites dans le milieu considéré à savoir, l'acier. Par exemple, a = 100mm, bo =2mm, b =3mm et X = 6mm.
Le passage est délimité par deux surfaces longitudinales en regard concentriques 84 et 86, la surface extérieure du conduit de mesure étant la surface 86. Sur la surface extérieure 86 du conduit de mesure, des rainures 88 parallèles entre elles sont usinées, ménageant ainsi entre deux rainures consécutives une saillie 90.
Chaque couple formé d'une rainure 88 consécutive à une saillie 90, délimite dans la paroi 83 une portion de passage dans laquelle les ondes ultrasonores parasites sont soumises à une réduction de section de passage au droit de ladite rainure qui forme une saillie dans ladite paroi.
Ces rainures et ces saillies sont agencées sur toute la dimension longitudinale a du conduit de mesure et possèdent chacune une dimension longitudinale L1 pour la saillie 90 et L2 pour la rayure 88.
La dimension longitudinale de chaque portion de passage, L1 + L2, est sensiblement égale à S/2. Par exemple, L1 = 1,5mm, L2 = 1,5mm
Les conditions énoncées précédemment en relation avec les moyens d'atténuation représentés sur les figures 1 et 3 restent valables pour ce mode de configuration. II convient de remarquer que la dimension transversale réduite bo ne doit pas être inférieure à la dimension b/2 pour que le tube conserve sa rigidité. Dans cette configuration, les rainures ont une forme annulaire de même que les saillies.
Les conditions énoncées précédemment en relation avec les moyens d'atténuation représentés sur les figures 1 et 3 restent valables pour ce mode de configuration. II convient de remarquer que la dimension transversale réduite bo ne doit pas être inférieure à la dimension b/2 pour que le tube conserve sa rigidité. Dans cette configuration, les rainures ont une forme annulaire de même que les saillies.
Sur la figure 6b, seuls les transducteurs ultrasonores 74 et 76 et le conduit de mesure 92 ont été représentés.
Dans la variante représentée à la figure 6b, les rainures 96 ont une dimension longitudinale beaucoup plus grande que les saillies 94 qui ont une forme de bourrelet. Chaque rainure a une forme trapézoïdale dont le sommet du trapèze se situe sur la surface extérieure du tube 92.
II convient de remarquer que les formes représentées sur les figures 4b et 4c peuvent également être réalisées sur la surface extérieure du conduit de mesure 92.
Le conduit de mesure ainsi configuré atténue de manière très efficace les ondes ultrasonores parasites.
Les figures 7 et 7a représentent une autre variante de réalisation des moyens d'atténuation selon l'invention.
Sur la figure 7, un conduit de mesure de forme circulaire (tube) 102 est usiné de manière à faire apparaître sur sa surface extérieure une rainure 104 de forme hélicoïdale et un filet 106. Ce tube peut être disposé à l'intérieur d'un bloc de mesure tel que celui représenté sur la figure 6 ou encore celui représenté sur la figure 7a.
Sur la figure 7a, le bloc de mesure 100 comprend une ouverture 108 pour l'entrée du fluide da
Claims (12)
1. Compteur (10) de fluide à ultrasons comprenant des transducteurs
ultrasonores (26,28;74,76;1 10,112) définissant entre eux un trajet
de mesure ultrasonore et émettant et recevant des ondes
ultrasonores dans le fluide le long dudit trajet de mesure suivant au
moins une fréquence ultrasonore, des moyens d'atténuation des
ondes ultrasonores dites parasites, de longueur d'onde X qui
perturbent la réception par l'un des transducteurs des ondes
ultrasonores émises par l'autre transducteur, caractérisé en ce que
les moyens d'atténuation sont constitués par au moins un passage
(36,38,40;83) dans lequel lesdites ondes parasites se propagent
suivant une direction principale qui correspond à une dimension
dite longitudinale a dudit passage, ledit passage ayant une
dimension transversale b perpendiculaire à la dimension a et qui
est très inférieure à la longueur d'onde X des ondes parasites dans
le milieu de propagation, ledit passage comprenant une pluralité de
portions de passage consécutives (46,48;50,52;54,56;58,60) ayant
chacune une partie (46;52;56;60) qui présente une réduction de la
section de passage transversale suivant la dimension b du
passage, la dimension longitudinale de chaque portion de passage
étant sensiblement égale à B/2
2. Compteur de fluide selon la revendication 1, dans lequel le passage
(36,38,40;83) est délimité par au moins deux surfaces
longitudinales (42,44;84,86) en regard écartées suivant la
dimension b, et sur l'une desquelles sont pratiquées
transversalement une pluralité de rainures (48;50;54;58;88;96)
consécutives parallèles entre elles et alternées avec des saillies, un
couple de rainure/saillie étant disposées au droit de chaque portion
de passage.
3. Compteur de fluide selon la revendication 2, dans lequel chaque
rainure (50) a un profil en forme de V.
4. Compteur de fluide selon la revendication 2, dans lequel chaque
rainure (48) a un profil en forme de U formant ainsi sur ladite surface
des créneaux.
5. Compteur de fluide selon l'une des revendications 1 à 4, dans
lequel la longueur d'onde des ondes parasites varie à l'intérieur
d'une gamme déterminée, et la dimension longitudinale des
portions de passage varie de manière croissante ou décroissante
pour couvrir la gamme de longueurs d'onde déterminée.
6. Compteur de fluide selon l'une des revendications 1 à 5,
comprenant une enceinte (12) munie d'un orifice (14) d'amenée du
fluide, un bloc de mesure équipé des transducteurs ultrasonores et
pourvu d'une ouverture (20;108) pour permettre le passage du
fluide jusqu'au trajet de mesure ultrasonore (18;70;100), ledit bloc
de mesure étant agencé à l'intérieur de ladite enceinte de manière
à ménager entre ces derniers le (ou les) passage(s) (36,38,40) que
le fluide emprunte pour atteindre l'ouverture et dans le(s)quel(s) les
ondes ultrasonores parasites se propagent.
7. Compteur de fluide selon les revendications 2 et 6, dans lequel la
surface (44) sur laquelle sont pratiquées les rainures est celle du
bloc de mesure.
8. Compteur de fluide selon l'une des revendications 1 à 5,
comprenant un conduit de mesure (78;92;102) qui constitue au
moins partiellement le trajet de mesure ultrasonore et qui possède
au moins une paroi périphérique (83) qui correspond au passage
dans lequel les ondes ultrasonores parasites se propagent.
9. Compteur de fluide selon les revendications 2 et 8, dans lequel la
surface sur laquelle sont pratiquées les rainures (88) est la surface
extérieure (86) du conduit de mesure (78), la réduction de section
de passage de chaque portion de passage étant localisée au droit
de chaque rainure dans ladite paroi.
10. Compteur de fluide selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le
conduit de mesure est un tube (78;92;102).
11. Compteur de fluide selon la revendication 10, dans lequel les
rainures (88,96) ont une forme annulaire et sont disposées le long
du tube.
12. Compteur de fluide selon la revendication 10, dans lequel une
rainure (104) de forme hélicoïdale est pratiquée sur la surface
extérieure du tube de mesure (102).
Priority Applications (15)
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Citations (7)
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| EP0048791A2 (fr) * | 1980-09-25 | 1982-04-07 | LGZ LANDIS & GYR ZUG AG | Débitmètre à ultrasons |
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1996
- 1996-10-28 FR FR9613218A patent/FR2755231B1/fr not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2755231B1 (fr) | 1998-12-04 |
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