FR2942534A3

FR2942534A3 - Dispositif de mesure de debit

Info

Publication number: FR2942534A3
Application number: FR0900850A
Authority: FR
Inventors: Raul Junker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2010-08-27
Also published as: AT11218U1; ITMI20090062U1; DE202008002816U1; ES1070381U; ES1070381Y; DE102009010637A1; CH698633B1; CH698633A2

Abstract

Le dispositif (1) de mesure du débit d'un flux de fluide comprenant un corps principal (2) présente une entrée (3) et une sortie (4), entre lesquelles est disposée une tubulure fermée (6), dont l'intérieur est séparé par au moins une paroi de séparation (7) qui se termine à distance au moins du fond de la tubulure éloigné de l'entrée et de la sortie, un premier transducteur piezoélectrique (9) étant en outre disposé à l'extrémité proche de l'entrée et de la sortie de la tubulure, et est caractérisé en ce qu'au niveau de l'extrémité éloignée de l'entrée (3) et de la sortie (4), un deuxième transducteur piézoélectrique (9) est disposé en face du premier transducteur piézoéletrique, de sorte qu'une distance de mesure par ultrasons est ainsi créée entre les deux transducteurs piézoélectriques.

Description

L'invention concerne un dispositif de mesure du débit d'un flux de fluide comprenant un corps principal présentant une entrée et une sortie, entre lesquelles est disposée une tubulure fermée, dont l'intérieur est séparé par au moins une paroi de séparation en une zone d'entrée et une zone de sortie et qui se termine à distance au moins du fond de la tubulure éloigné de l'entrée et de la sortie, laissant ainsi libre un passage entre le fond et la paroi de séparation, un premier transducteur piezoélectrique étant en outre disposé à l'extrémité proche de l'entrée et de la sortie de la tubulure. On connaît de tels dispositifs de mesure de débit fonctionnant selon le procédé de mesure de débit en fonction de la durée de fonctionnement ou selon le procédé time-of-flight (TOF) qui comprennent des capteurs ou transducteurs piézoélectriques ou à ultrasons. De tels débitmètres présentent l'avantage de pouvoir mesurer également l'écoulement ou le débit et ainsi la quantité et le volume de fluides sans conductibilité minimale définie. De plus, le courant nécessaire par rapport à des débitmètres à induction magnétique est minime. La publication DE 10 2005 001 895 Al montre un dispositif de ce type pour la mesure de débit comprenant un système de capteur à ultrasons, qui ne comporte qu'un oscillateur piézoélectrique, pourtant divisé en une surface d'émission et de réception. Le signal à ultrasons émis chemine le long d'une première face de paroi d'une paroi de séparation de débit, est inversé et retourne le long de la deuxième paroi de séparation de débit vers le dispositif de capteur à ultrasons. Un tel dispositif est coûteux. Aussi, le but de l'invention consiste à perfectionner un dispositif de ce type de sorte qu'il puisse être réalisé à un prix avantageux sous une forme de réalisation simple du point de vue constructif, mais

permette néanmoins des mesures précises. Selon l'invention, le but précité est atteint, dans un dispositif du type décrit en introduction, du fait qu'à l'extrémité éloignée de l'entrée et de la sortie est également disposé un deuxième transducteur piézoélectrique disposé en face du premier transducteur piézoélectrique, de sorte qu'une distance de mesure par ultrasons est ainsi créée entre les deux transducteurs piézoélectriques.

Pour éviter la formation de bulles d'air, l'invention prévoit, dans une forme de réalisation préférée, que dans ses zones proches de l'entrée et de la sortie, la paroi de séparation présente au moins un évent.

Une forme de réalisation particulièrement préférée du dispositif selon l'invention prévoit de réaliser la paroi sous la forme d'un tube de mesure concentrique disposé à l'intérieur de la tubulure, en relation fluidique avec une entrée et une sortie. Cette forme de réalisation permet de créer une distance de mesure par ultrasons définie avec précision. Pour la liaison entre le tube de mesure et le corps principal, on prévoit de relier le tube de mesure au corps principal par des parois inclinées.

Bien que dans un mode de réalisation perfectionné on prévoit fondamentalement que les faces frontales de la tubulure soient obturées par des supports de capteurs cylindriques recevant les transducteurs piézoélectriques, on peut prévoir des modes de réalisation tels qu'un transducteur piézoélectrique soit enrobé par un support de capteur dans lequel il est logé ou que l'on prévoit entre le transducteur piézoélectrique et le support de capteur un fluide de couplage ultrasonore tel que de la graisse de silicone. Des modes de réalisation perfectionnés du dispositif selon l'invention prévoient un afficheur

pour l'affichage du débit instantané et/ou d'un débit total et/ou un système électronique d'exploitation. Le fluide dont le débit est à mesurer coule par une entrée du corps principal dans le dispositif selon l'invention, le long de la paroi de séparation ou si celle-ci est conformée en tube de mesure, à travers celui-ci ou le long de sa circonférence extérieure pour arriver à la sortie. Une impulsion d'ultrasons est envoyée par un transducteur piézoélectrique fonctionnant comme un émetteur à travers le fluide vers l'autre transducteur piézoélectrique fonctionnant comme un récepteur, les ondes d'ultrasons atteignant le récepteur après un laps de temps fonction de la vitesse. En se basant sur la section et la longueur connues de la distance de mesure, le cas échéant du tube de mesure, on peut calculer le volume, en utilisant de préférence comme système électronique d'exploitation un microcontrôleur à logiciel dédié. Pour minimiser l'influence de facteurs pouvant influencer le temps de propagation des ultrasons tels que la température du fluide et la pression statique, on mesure la durée de propagation dans les deux directions, c'est-à-dire que l'on utilise chaque transducteur à la fois comme émetteur et comme récepteur. Du fait que les ondes d'ultrasons s'étendent parallèles à la direction d'écoulement, la méthode de mesure présente une haute sensibilité. On peut de plus tenir compte des variations de température en prévoyant un capteur de température sur une surface en regard du fluide, par exemple sous une carte dans le boîtier du capteur. L'invention garantit un couplage peu onéreux entre le transducteur et le fluide par le support ou soutien de transducteur en matière synthétique. Le :35 désaérage automatique par des évents évite l'accumulation d'air. Le mode de réalisation selon l'invention permet une longueur d'encastrement réduite

par installation aisée dans un système de tube, ce qui rend facilement possible des adaptations sans travaux importants de modifications sur les conduits. Différentes influences peuvent être compensées par la mesure dans une direction aller et une direction retour. On obtient une très bonne séparation de la charge mécanique entre le tube de mesure et les raccordements, de sorte qu'on obtient des résultats de mesure corrects même dans le cas de déformations éventuelles sous l'effet de contraintes dans les conduits. La marge de mesure, c'est-à-dire le rapport entre le débit maximal et le débit minimal, est relativement grande. De plus, l'invention permet en particulier l'intégration dans des pièces d'hydraulique différentes. Ainsi, un mode de réalisation préféré de l'invention prévoit qu'elle soit réalisée sous la forme d'un corps de vanne d'une soupape sphérique, ou que l'invention comporte une vanne comprenant un dispositif selon l'invention comme corps de vanne. En outre, le dispositif selon l'invention peut aussi être intégré dans des filtres ou similaires, de sorte qu'au total de nombreuses possibilités d'application sont ouvertes. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans les revendications et dans la description qui suit, dans lesquelles sont décrits des exemples de réalisation en référence aux dessins dans lesquels : . la figure 1 est une coupe longitudinale d'une première forme de réalisation d'un dispositif de mesure de débit selon l'invention, sous la forme d'une pièce en T ; . la figure 2 est une vue en coupe façon perspective ; . la figure 3 est une vue en élévation du dispositif selon l'invention selon la figure 1, et . la figure 4 est une coupe longitudinale

d'une autre forme de réalisation d'un dispositif de mesure de débit selon l'invention comme corps de vanne d'une soupape sphérique. Le dispositif de mesure de débit 1 selon l'invention présente un corps principal 2 comportant une entrée 3 et une sortie 4 pour un fluide le traversant. L'entrée 3 et la sortie 4 sont munies de filetages 5 par l'intermédiaire desquels le dispositif 1 selon l'invention peut être inséré dans un conduit au moyen d'écrous. Entre l'entrée 3 et la sortie 4 et s'étendant perpendiculairement à leus axes A, A' est disposée une tubulure 6. A l'intérieur de la tubulure 6 se trouve une paroi de séparation 7 qui, dans l'exemple de réalisation représenté, est un tube de mesure conformé de manière coaxiale à l'intérieur de la tubulure 6. La tubulure 6 est obturée à ses extrémités par des supports de capteurs 8, conformés de manière cylindro-conique et à l'intérieur desquels, sur la face opposée à la tubulure 6, est disposé à chaque fois un transducteur piézoélectrique 9, en bon contact acoustique avec le support de capteur 8. Un tel contact est obtenu par exemple par le fait que le transducteur piézoélectrique 9 est enrobé par le support de capteur 8 ou par le fait qu'on prévoit entre le transducteur piézoélectrique 9 et le fond du support de capteur 8 un fluide de couplage, tel que de la graisse de silicone ou similaire. Les supports de capteur 8 sont obturés sur leur face externe opposée à la tubulure 6 au moyen d'un capuchon 11, dans l'un desquels peut, le cas échéant, se trouver un système électronique d'exploitation et qui - de préférence le capuchon supérieur - peut être muni d'un afficheur. Les deux transducteurs piézoélectriques 9 sont reliés par des conduits électriques à un tel système électronique d'exploitation. L'afficheur peut afficher le débit

instantané, le cas échéant aussi, si on le sélectionne par l'intermédiaire d'un commutateur de sélection, le débit total. On peut aussi le mettre sur la position "zéro".

Dans l'exemple de réalisation représenté, comme on le voit particulièrement sur la figure 3, un afficheur 12 est disposé sur la face avant d'un boîtier électronique 13, disposé latéralement sur le corps principal 2 traversé par le fluide et qui reçoit l'électronique. Le tube de mesure 7a constituant la paroi de séparation 7 dans l'exemple de réalisation représenté se termine à chaque fois à une distance axiale par rapport aux deux supports de capteur 8, de sorte que du fluide peut entrer par l'entrée 3 par exemple entre le support de capteur supérieur 8 dans le tube de mesure 7a et sortir du tube de mesure 7a à l'extrémité inférieure du support de capteur 8 située en face de l'autre support de capteur et retourner latéralement à l'extérieur du tube de mesure 7a vers la sortie 4 et sortir par celle-ci du dispositif. Le tube de mesure est maintenu sur le corps principal par l'intermédiaire de parois inclinées 14, 15.

Dans les parois inclinées 14, 15 sont prévus des évents 16, servant à éviter l'accumulation de bulles d'air dans le dispositif selon l'invention. L'influence hydraulique de ces évents 16 peut être compensée par un logiciel. :30 La distance entre les deux transducteurs piézoélectriques 9 est définie de manière impérative et connue, de même que le diamètre du tube de mesure 7a, de sorte qu'on peut aussi déterminer le débit quantitatif ou volumétrique sur la base des résultats 35 de mesure déterminant la durée de propagation d'ondes d'ultrasons entre les transducteurs piézoélectriques 9. Sur une surface tournée vers le fluide du

corps principal 2 est disposé un capteur de température, au moyen duquel on peut mesurer la température du fluide et les variations de celles-ci, afin qu'elles puissent être compensées, le cas échéant, par le système électronique d'exploitation. Le fluide dont le débit est à mesurer entre par l'entrée 3 dans le dispositif selon l'invention, traverse ensuite le tube de mesure 7a et revient à travers celui-ci vers la sortie 4 par laquelle il sort du dispositif selon l'invention. Le premier transducteur piézoélectrique ou celui du haut envoit une impulsion d'ultrasons qui traverse le tube de mesure 7a et atteint le deuxième transducteur piézoélectrique 9 ou celui du bas après une durée de parcours fonction de la vitesse d'écoulement du fluide. Immédiatement après, ce dernier émet également une impulsion d'ultrasons, qui traverse le tube de mesure 7a dans le sens opposé à celui de l'écoulement du fluide et atteint également le premier transducteur piézoélectrique ou celui du haut après un laps de temps - plus long - fonction de la vitesse d'écoulement du fluide. En mesurant la durée de parcours dans les deux sens on peut minimiser les influences de facteurs tels que la température du fluide et la pression statique. Un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention pour la mesure de débit est représenté sur la figure 4. Les parties identiques sont identifiées par des numéros de référence identiques.

Pour la variante de la figure 4, le dispositif selon l'invention est réalisé sous la forme d'un corps de vanne d'une soupape sphérique 21 dans une cage de soupape 22 de celle-ci, ou la figure 4 comporte une soupape sphérique 21 comprenant une cage de soupape 22 et un corps de vanne pouvant pivoter dans celui-ci, réalisé comme décrit ci-dessus pour effectuer la mesure de débit.

Pour les explications, il y a lieu de se reporter aux modes de réalisation précités. La suite ne décrit que les modifications et compléments liés à la réalisation sous forme de soupape sphérique.

La cage de soupape 22 présente des raccords filetés 23, 24. Le dispositif selon l'invention 1 peut, sous sa forme de corps de vanne, être pivoté autour de l'axe de symétrie de la tubulure 6, mais est maintenu axialement fixe dans la cage de soupape 22 et présente un levier d'actionnement 25 pour la mise en pivotement. Dans un espace creux situé au-dessus du premier transducteur piézoélectrique ou du transducteur supérieur de la cage de soupape sont disposés à proximité de l'extrémité intérieure de fixation du levier 25 un système électronique, par exemple sous la forme d'une carte 26, une batterie 27 ainsi qu'un afficheur 28, celui-ci étant visible de l'extérieur et pouvant être consulté au choix pour connaître le débit instantané ou le débit accumulé.

Le débit du fluide et les procédés de mesure correspondent à ceux décrits plus haut, plus particulièrement en référence à la figure 1. Le levier 25 permet de modifier ou de régler le débit par la soupape sphérique.

En principe il est possible de prévoir à la place du levier 25 une commande à entraînement par moteur électrique, de sorte que le débit puisse de cette manière être commandé ou réglé par moteur électrique et ainsi être maintenu constant par exemple dans le cas de conditions de pression variables.

LISTE DES REFERENCES

1 Dispositif de mesure de débit 2 Corps principal 3 Entrée 4 Sortie 5 Filetage 6 Tubulure 7 Paroi de séparation 8 Tube de mesure 9 Transducteur 11 Capuchon 12 Afficheur 13 Boîtier électronique 14,15 Parois 16 Events 21 Soupape sphérique 22 Cage de soupape 23,24 Raccords filetés Levier d'actionnement 26 Carte 27 Batterie 28 Afficheur 25 A, A' Axes

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure du débit d'un flux de fluide comprenant un corps principal (2) présentant une entrée (3) et une sortie (4), entre lesquelles est disposée une tubulure fermée (6), dont l'intérieur est séparé par au moins une paroi de séparation (7) en une zone d'entrée et une zone de sortie et qui se termine à distance au moins du fond de la tubulure éloigné de l'entrée et de la sortie, laissant ainsi libre un passage entre le fond et la paroi de séparation, un premier transducteur piezoélectrique (9) étant en outre disposé à l'extrémité proche de l'entrée et de la sortie de la tubulure, caractérisé en ce qu'au niveau de l'extrémité éloignée de l'entrée (3) et de la sortie (4), un deuxième transducteur piézoélectrique (9) est disposé en face du premier transducteur piézoéletrique, de sorte qu'une distance de mesure par ultrasons est ainsi créée entre les deux transducteurs piézoélectriques.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi de séparation (7) présente, dans sa zone proche de l'entrée et de la sortie, au moins un évent (16) pour éviter l'accumulation de bulles d'air.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la paroi de séparation (7) est réalisée sous la forme d'un tube de mesure (7a) disposé de manière concentrique à l'intérieur de la tubulure, en relation fluidique avec l'entrée et la sortie (3,
4). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tube de mesure (7a) est relié au corps principal par des parois inclinées 14, 15).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entrée (3) et la sortie (4) présentent des filetages de raccordement.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les faces frontales de la tubulure (6) sont obturées par les supports de capteurs (8) cylindro-coniques recevant les transducteurs piézoélectriques (9).
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un transducteur piézoélectrique est enrobé par le support de capteur (8) qui le loge.
8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on prévoit entre le transducteur (9) et le support de capteur (8) un fluide de couplage ultrasonore tel que de la graisse de silicone.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par un afficheur (28) permettant de connaître le débit instantané et/ou total.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par un système électronique d'exploitation.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un corps de vanne d'une soupape sphérique.
12. Vanne comportant une cage de soupape et un corps de vanne, caractérisée en ce que le corps de vanne est réalisé sous la forme d'un dispositif destiné à mesurer le débit d'un flux de fluide selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 6 à 10.
13. Vanne selon la revendication 12, caractérisé par un dispositif d'actionnement sous la forme d'un levier ou d'un bouton.
14. Vanne selon la revendication 12, caractérisé par un dispositif d'actionnement entraîné par un moteur électrique.
15. Vanne selon la revendication 14,caractérisé par un système de commande et/ou de réglage électronique pour commander ou régler la position de la vanne.
16. Vanne selon l'une quelconque des revendications 12 à 15,caractérisé en ce que le système électronique d'exploitation et/ou l'affichage (28) sont disposés dans un espace creux (26) d'une tête du corps de vanne.