FR3081999A1 - Moyen de mesure de fluide et module de mesure de fluide pour un moyen de mesure de fluide - Google Patents

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Abstract

Un moyen de mesure de fluide (10) comporte un boîtier (12) dans lequel sont réalisés un canal d'écoulement pour un fluide à mesurer et au moins un orifice de logement de module (24) allongé qui forme un passage jusqu'au canal d'écoulement. L'orifice de logement de module (24) est orienté le long du canal d'écoulement. Il est prévu au moins un module de mesure de fluide (28) qui présente un tronçon de fond (30) réalisé sous forme de guide d'ondes (34) pour des ondes acoustiques de surface, et au moins un transducteur de signaux (40) aménagé pour exciter des ondes acoustiques de surface dans le guide d'ondes (34) et/ou pour recevoir des ondes acoustiques de surface du guide d'ondes (34). Le module de mesure de fluide (28) est inséré dans l'orifice de logement de module (24) de telle sorte que le tronçon de fond (30) du module de mesure de fluide (28) forme un tronçon d'une paroi intérieure du canal d'écoulement qui parvient en contact direct avec le fluide s'écoulant à travers celui-ci de sorte que des ondes acoustiques de surface émises par le transducteur de signaux (40) sont aptes à être découplées par le guide d'ondes (34) et à se propager à travers le fluide dans le canal d'écoulement sous forme d'ondes de volume acoustiques et/ou de sorte que des ondes de volume acoustiques sont aptes à être couplées dans le guide d'ondes (34) et à être reçues par le transducteur de signaux (40).

Description

Moyen de mesure de fluide et module de mesure de fluide pour un moyen de mesure de fluide
L’invention se rapporte à un moyen de mesure de fluide et à un module de mesure de fluide pour un moyen de mesure de fluide.
Dans un grand nombre d’installations, il est nécessaire de déterminer un débit d’un fluide. II est souvent aussi avantageux de pouvoir déterminer d’autres propriétés du fluide s’écoulant à travers l’installation. À cet effet, des moyens de mesure de fluide à l’aide desquels il est possible de mesurer un écoulement ou d’autre propriétés du fluide qui s’écoule, sont insérés dans l’une des conduites de fluide de l’installation.
Le moyen de mesure de fluide utilisé doit être réalisé aussi compact et robuste que possible et donc nécessiter peu d’espace de montage et en grande partie peu d’entretien. II est en outre avantageux lorsque le moyen de mesure de fluide est apte à être appliqué aussi universellement que possible et lorsqu’il est en particulier possible d’utiliser différents fluides ou de déterminer différentes propriétés.
Une méthode de mesure qui est bien adaptée à un problème de ce type est l’utilisation d’ondes acoustiques de surface qui sont excitées dans un guide d’ondes acoustiques et qui sont en partie découplées dans le fluide et sont de nouveau couplées hors de celui-ci et dans le guide d’onde. Le fluide est pour ce procédé de mesure en contact direct avec le guide d’ondes. Le type et la fréquence des ondes de surface sont choisis de sorte qu’un découplage partiel dans le fluide sous forme d’ondes de volume sonores longitudinales est réalisé. Les ondes sonores traversent le fluide et sont réfléchies sur une face délimitant le fluide de manière à de nouveau toucher le guide d’ondes. Une partie des ondes de volume sonores est de nouveau couplée dans le même ou dans un autre guide d’ondes sous forme d’ondes acoustiques de surface et continue à le traverser. Ainsi, il en résulte au niveau d’un récepteur acoustique qui est agencé sur un guide d’ondes à distance de l’émetteur, un signal caractéristique dont l’allure de l’intensité dans le temps y compris le délai dans le temps par rapport au signal émis par l’émetteur permet de tirer des conclusions concernant des propriétés caractéristiques du fluide, telles que la vitesse du son, la température, l’homogénéité, la vitesse
-2d’écoulement, le débit, le volume d’écoulement, la densité, la composition d’un écoulement polyphasé, la concentration ou la viscosité.
Ce procédé de mesure est particulièrement adapté à des fluides liquides ou aussi très visqueux, pâteux, à consistance de gel ou épais, du type homogène ou inhomogène, y compris des échantillons biologiques. L’utilisation pour des fluides gazeux serait également concevable. Lorsque le fluide s’écoule à travers le moyen de mesure, il est également possible de détecter des changements du fluide dans le temps.
La propagation dans l’espace des ondes de volume sonores dans le fluide est par exemple obtenue par le découplage des ondes de volume sonores dans le fluide selon un angle δ par rapport à une normale de surface du guide d’ondes. Le rapport peut être décrit par la formule suivante :
Figure FR3081999A1_D0001
Cm étant la vitesse du son des ondes de volume sonores dans le fluide, et es étant la vitesse du son des ondes acoustiques de surface se propageant le long du guide d’ondes.
Dans le cas survenant le plus fréquemment, dans lequel la vitesse du son dans le fluide est inférieure à celle des ondes de surface dans le guide d’ondes, des ondes sonores sont découplées selon un angle différent de zéro, et les ondes de volume sonores parcourent une distance dans l’espace le long du guide d’ondes, éventuellement avec de multiples réflexions dans le fluide.
Dans les dispositifs connus, l'émetteur et le récepteur sont montés d’un côté du guide d’ondes respectif qui est opposé à l’interface avec le fluide. Pour pouvoir coupler des ondes de surface sonores excitées de ce côté du guide d’ondes dans le fluide, des ondes de Lamb sont ainsi de préférence excitées, donc des ondes dont la longueur d’onde est considérablement supérieure à l’épaisseur du guide d’ondes entre l’émetteur et le fluide. Dans ce cas, tant la face supérieure que la face inférieure du guide d’ondes se déplacent, l’oscillation présentant aussi une composante longitudinale. Ce type d’excitation est ainsi adapté au découplage d’ondes de volume sonores. II est aussi possible de choisir la longueur d’onde des ondes acoustiques de surface excitées dans l’ordre de grandeur de l’épaisseur du
-3guide d’onde, des ondes de surface étant alors excitées dans une zone de transition entre les ondes de Lamb et les ondes de Rayleigh.
Les dispositifs décrits jusqu’à présent dans l’état de la technique qui fonctionnent selon le principe décrit ci-dessus ont une structure complexe et une fabrication et un entretien coûteux.
Le but de l’invention est de créer un moyen de mesure de fluide compact et robuste reposant sur le principe d’ondes acoustiques de surface.
Ce but est atteint par un moyen de mesure de fluide selon l’invention. Le moyen de mesure de fluide comporte un boîtier dans lequel sont réalisés un canal d’écoulement pour un fluide à mesurer et au moins un orifice de logement de module allongé, I orifice de logement de module formant un passage jusqu’au canal d’écoulement. L’orifice de logement de module est orienté le long du canal d’écoulement. Le moyen de mesure de fluide comprend en outre au moins un module de mesure de fluide qui présente un tronçon de fond réalisé sous forme de guide d’ondes pour des ondes acoustiques de surface, et au moins un transducteur de signaux aménagé pour exciter des ondes acoustiques de surface dans le guide d’ondes et/ou pour recevoir des ondes acoustiques de surface du guide d’ondes. Le module de mesure de fluide est inséré dans l’orifice de logement de module de telle sorte que le tronçon de fond du module de mesure de fluide forme un tronçon d’une paroi intérieure du canal d’écoulement qui parvient en contact direct avec le fluide s’écoulant à travers celui-ci, de sorte que des ondes acoustiques de surface émises par le transducteur de signaux sont aptes à être découplées par le guide d’ondes et à se propager à travers le fluide dans le canal d’écoulement sous forme d’ondes de volume acoustiques et/ou de sorte que des ondes de volume acoustiques sont aptes à être couplées dans le guide d’ondes et à être reçues par le transducteur de signaux.
En raison de la structure modulaire, le module de mesure de fluide peut être fabriqué séparément du reste du moyen de mesure de fluide et peut être inséré dans l’orifice de logement de module sous forme de composant entièrement préfabriqué. Ceci simplifie la fabrication et permet aussi un simple échange du module de mesure de fluide, grâce à quoi il est possible de prolonger la durée de service du moyen de mesure de fluide.
-4La paroi intérieure du canal d'écoulement, y compris le tronçon formé par le guide d’ondes, peut être réalisée continuellement plane et entièrement en une matière résistante à la corrosion par rapport au fluide à mesurer. Le guide d’ondes est de préférence toujours réalisé en la même matière que le reste de la paroi du canal d’écoulement. II en résulte une surface uniforme, même lorsque le guide d’ondes n’est pas une pièce venue de matière du boîtier du moyen de mesure de fluide.
Le module de mesure de fluide doit bien sûr être étanché par rapport au fluide le long de la périphérie du logement de module de sorte qu’aucun fluide ne puisse s’évacuer hors du canal d’écoulement dans la zone du module de mesure de fluide.
À l’extrémité amont et à l’extrémité aval, le boîtier peut respectivement présenter une structure de fixation telle que connue d’autres moyens de mesure de fluide et par l’intermédiaire de laquelle le moyen de mesure de fluide peut être raccordé à un tronçon adjacent d’une conduite de fluide. II est ainsi possible d’intégrer le moyen de mesure de fluide de manière simple et rapide dans une installation existante.
Le canal d’écoulement s’étend de préférence selon un sens d’écoulement du fluide de manière rectiligne et forme en particulier dans la zone du guide d’ondes un trajet de mesure rectiligne pour permettre une mesure aussi précise que possible.
Du point de vue de la fabrication, il est avantageux de réaliser le tronçon de fond du module de mesure de fluide de manière plane sur sa face extérieure qui est tournée vers le canal d’écoulement et qui forme l’interface avec le fluide.
La forme de la section transversale du canal d'écoulement (vu dans un plan radialement au sens d’écoulement) dans la zone de l’orifice de logement de module peut être choisie à volonté, une section transversale polygonale, en particulier rectangulaire étant cependant préférée. Ceci permet de réaliser le guide d’ondes sous forme de face plane sur sa face extérieure tournée vers le canal d’écoulement, laquelle forme l’une des faces du polygone de la section transversale du canal d’écoulement.
-5II serait également envisageable de réaliser la face extérieure du guide d’ondes qui est tournée vers le canal d’écoulement avec une courbure constante, des gradins abruptes devant cependant être évités.
Le canal d’écoulement est normalement délimité par une entrée de fluide et par une sortie de fluide qui peuvent être raccordées aux structures de fixation sur le boîtier. Il est de préférence prévu des éléments pour influencer la vitesse d’écoulement le long du sens d’écoulement à l’entrée de fluide et/ou à la sortie de fluide. Il est par exemple possible d’agencer une buse à l’entrée de fluide et/ou un diffuseur à la sortie de fluide, lorsque le canal d’écoulement présente une section transversale inférieure à celle de l’entrée de fluide ou de la sortie de fluide, respectivement, afin d’augmenter la vitesse d’écoulement lors de l’entrée dans le canal d’écoulement ou de la réduire de nouveau lors de la sortie hors du canal d’écoulement. Une augmentation de la vitesse d’écoulement s’accompagne d’une augmentation de la précision de mesurage pour de faibles débits.
Le moyen de mesure de fluide est de préférence réalisé de manière à permettre le passage du fluide tant dans le sens d’écoulement que dans le sens inverse, donc de sorte que l’entrée de fluide et la sortie de fluide peuvent échanger leur fonction.
L’orifice de logement de module, perpendiculairement au sens du flux, peut être légèrement plus large que le canal de fluide de sorte qu’un épaulement est formé à la transition entre le canal de fluide et l’orifice de logement de module, sur lequel un bord du tronçon de fond peut reposer et qui peut être utilisé pour l’agencement d’un joint d’étanchéité entre le module de mesure de fluide et le canal d’écoulement.
Dans un mode de réalisation préféré, il est prévu dans le boîtier un deuxième orifice de logement de module qui est de préférence réalisée d’un côté du canal d’écoulement qui est opposé au premier orifice de logement de module. Il est en particulier possible d’insérer un module de mesure de fluide additionnel dans le deuxième orifice de logement de module, la position du transducteur de signaux dans les deux modules de mesure de fluide le long du sens d’écoulement du canal d’écoulement étant avantageusement différente. Dans ce cas, chacun des modules de mesure de fluide doit présenter un seul transducteur de signaux, l’un des transducteurs de signaux fonctionnant en tant qu’émetteur, l’autre en tant que
-6récepteur. Les fonctions sont de préférence exécutées en alternance, l’émetteur et le récepteur échangeant leur rôle selon un schéma déterminé. II est cependant en principe possible de prévoir un nombre quelconque de transducteurs de signaux dans chacun des modules de mesure de fluide.
Un réflecteur, par exemple un guide d’ondes sur lequel aucun transducteur de signaux est agencé, pourrait aussi être placé dans le deuxième orifice de logement de module. Dans une autre variante, un autre module de mesure pour la saisie d autre grandeurs de mesure peut être logé dans le deuxième orifice de logement de module.
Un évidement peut être prévu dans le boîtier, lequel présente un passage de câble vers l’orifice de logement de module et à travers lequel les câbles de raccordement électriques et/ou électroniques du module de mesure de fluide respectif sont guidés pour fournir une interface pour le module de mesure de fluide qui est apte à être contactée depuis l’extérieur du moyen de mesure de fluide.
Dans un mode de réalisation préféré, il est prévu une soupape par l’intermédiaire de laquelle un flux de fluide à travers le canal d’écoulement est apte à être réglé, le boîtier présentant des canaux de guidage de fluide entre le canal d’écoulement et la soupape, et entre la soupape et l’entrée de fluide ou la sortie de fluide. De cette manière, la soupape doit simplement être placée sur le boîtier et peut aussi être échangée, le cas échéant. Les raccordements de fluide peuvent être entièrement prévus dans le boîtier. Le canal d’écoulement et la conduite de fluide peuvent être réalisés dans un tronçon massif venue de matière du boîtier. Le boîtier peut bien sûr être adapté aux exigences de l’installation dans laquelle le moyen de mesure de fluide doit être inséré.
Le but cité ci-dessus est aussi obtenu avec un module de mesure de fluide, en particulier un module de mesure de fluide d’un moyen de mesure de fluide tel que décrit ci-dessus, comportant un boîtier de module qui présente un tronçon de fond réalisé sous forme de guide d’ondes pour des ondes acoustiques de surface, et au moins un transducteur de signaux qui est directement relié au tronçon de fond et qui est aménagé pour exciter des ondes acoustiques de surface dans le guide d’ondes et/ou pour recevoir des ondes acoustiques de surface du guide d’ondes. Le guide d’ondes est réalisé de manière à être amené en contact plan avec un fluide sur une face extérieure détournée d’un espace intérieur du boîtier de module.
-7Étant donné que le module de mesure de fluide peut être réalisé sous forme d’unité autonome, le moyen de mesure de fluide peut être équipé de manière flexible de modules de mesure de fluide spécifiques. Un échange d’un module de fluide défectueux dans le moyen de mesure de fluide par exemple est également concevable. Le module de mesure de fluide lui-même n’est en aucun cas traversé par le fluide mais est uniquement amené en contact avec le fluide sur la face extérieure du guide d’ondes, de sorte que la face extérieure du guide d’ondes forme une interface par rapport au fluide et un tronçon de la paroi intérieure du canal d’écoulement.
Dans le cas où un seul transducteur de signaux est prévu dans le module de mesure de fluide, deux modules de mesure de fluide coopérant l’un avec l’autre sont avantageusement utilisés sur un moyen de mesure de fluide. Lorsque deux transducteurs de signaux sont prévus dans un module de mesure de fluide, le mesurage peut aussi être effectué avec un seul module de mesure de fluide.
Le ou les transducteurs de signaux sont de préférence réalisés sous forme de transducteurs piézoélectriques, par exemple de transducteurs interdigités, et sont en particulier directement collés sur le guide d’ondes. Grâce à l’application d’une tension alternative sur le transducteur de signaux, il est possible de générer des ondes de surface dans le guide d’ondes.
Le boîtier de module présente par exemple une pièce de boîtier en forme de cuvette qui est formée par le tronçon de fond et une paroi latérale périphérique, ledit au moins un transducteur de signaux étant agencé à l’intérieur de la pièce de boîtier en forme de cuvette. Une telle pièce de boîtier est simple à réaliser de manière précise de sorte qu’un étanchement fiable de l’orifice de logement de module dans le boîtier du moyen de mesure de fluide est fourni par le tronçon de fond du boîtier de module. La pièce de boîtier en forme de cuvette est de préférence réalisée sous forme de composant venu de matière de sorte que le tronçon de fond se fond de manière ininterrompue dans la paroi latérale.
La paroi latérale est avantageusement réalisée avec une telle hauteur que tous les composants électroniques du module de mesure de fluide peuvent être agencés dans l’espace intérieur renfermé par la paroi latérale.
-8Le boîtier de module doit être allongé dans le sens du guide d’ondes, ce qui correspond au sens d’écoulement à travers le canal d’écoulement et au sens longitudinal de l’orifice de logement de module à l’état monté dans le moyen de mesure de fluide.
Le transducteur de signaux est avantageusement agencé à l’une des extrémités du guide d’ondes. Pour maintenir les dimensions du boîtier de module petites, il est favorable que l’extrémité du guide d’onde corresponde aussi à I extrémité du tronçon de fond. Si deux transducteurs de signaux sont prévus, ceux-ci devraient être agencés aux deux extrémités opposés du guide d’ondes.
Le transducteur de signaux peut occuper toute la largeur de l’espace intérieur du boîtier de module perpendiculairement à l’extension longitudinale du guide d’ondes, mais peut en particulier s’étendre au moins sur toute la largeur du canal d écoulement. Ceci permet de faire passer des ultrasons à travers le fluide sur toute la largeur du canal d’écoulement. Le moyen de mesure de fluide est ainsi relativement insensible à une distribution irrégulière de la vitesse du flux dans le canal d’écoulement.
Tant le tronçon de fond que la paroi latérale doivent présenter une telle épaisseur de matière que le boîtier de module soit rigide en soi et des déformations non désirées du boîtier de module soient exclues.
Le transducteur de signaux peut être recouvert d’un élément d’atténuation qui limite une propagation d’ondes acoustiques sur le guide d’ondes directement audessous du transducteur de signaux.
Une zone à faible atténuation qui s’étend sur une longueur comprise au moins entre une et vingt fois, de préférence entre cinq et dix fois la longueur d’ondes des ondes de surface est de préférence prévue au-dessus du guide d’ondes de manière adjacente au transducteur de signaux. Cette zone s’étend le long du sens de propagation des ondes de surface dans le guide d’ondes. Cette zone à faible atténuation peut par exemple être une fente d’air directement au-dessus du guide d ondes. Dans cette zone, le guide d’ondes ne doit pas pouvoir buter contre un autre composant lorsqu’une onde de surface le traverse afin de garantir une propagation non perturbée des ondes de surface dans le guide d’ondes.
-9II est possible d’agencer à l’intérieur du boîtier de module un capteur de température qui est en particulier monté directement sur le guide d’ondes de sorte qu’en plus des propriétés aptes à être saisies par le mesurage par des ondes acoustiques de surface, la température dans le module de mesure de fluide est également connue, laquelle représente aussi une grandeur pour la température du fluide qui le traverse. Un grand nombre des grandeurs de mesure sont fonction de la température, de sorte que la précision de mesurage peut être augmentée lorsque la température à l’intérieur du moyen de mesure de fluide est connue.
Le guide d’ondes peut présenter dans une zone directement adjacente au transducteur de signaux et, le cas échéant, aussi directement au-dessous du transducteur de signaux une épaisseur de paroi plus faible que dans une zone plus espacée du transducteur de signaux. La zone présentant une épaisseur de paroi plus élevée forme de préférence un bossage environ au milieu du guide d’ondes. Si deux transducteurs de signaux sont prévus, la zone présentant une épaisseur de paroi plus élevée se trouve de préférence au milieu entre les deux transducteurs de signaux. À chaque transducteur de signaux doit se raccorder une zone présentant une épaisseur de paroi plus faible en direction de la zone qui présente une épaisseur de paroi plus élevée, lesquelles sont réalisées de préférence avec la même longueur.
Il s est avéré que la restitution d’énergie au guide d’ondes est fondamentalement influencée par le choix de son épaisseur de paroi. Pour que moins d’énergie soit restituée au guide d’ondes à un point de réflexion de l’onde de volume, l’épaisseur de paroi plus élevée présente au point de réflexion est choisie différente de l’épaisseur de paroi plus faible qui est optimale pour le couplage ou le découplage dans la zone du transducteur de signaux. Il est ainsi possible d’améliorer la réflexion souhaitée au(x) point(s) de réflexion, étant donné que le couplage des ondes sonores dans le guide d’ondes y est rendu plus difficile ou y est même dans le meilleur des cas entièrement empêchée. Dans le cas d’une bonne intensité du signal, il est ainsi possible de réaliser un parcours considérablement plus long des ondes de volume à travers le fluide et donc une plage de mesure agrandie, ce qui est particulièrement avantageux pour le mesurage de faibles débits de fluide.
- 10La zone présentant une épaisseur de paroi plus faible se trouve de préférence au-dessous du transducteur de signaux et de la zone adjacente à faible atténuation.
L’épaisseur de paroi plus faible est de préférence comprise entre 40 et 60% et 5 correspond de préférence à 50%, mais au maximum à 100% de la longueur d’onde de l’onde acoustique de surface. Avec cette épaisseur de paroi optimale, les ondes de surface sont particulièrement bien couplées par l’émetteur dans la paroi, à partir de laquelle elles continuent à se propager dans le fluide.
Dans un mode de réalisation préféré, l’épaisseur de paroi plus élevée est de 10 20% à 95%, en particulier de 50% supérieure à la première épaisseur de paroi. II est ainsi possible par une épaisseur de paroi plus élevée, d’empêcher le couplage des ondes de surface dans le guide d’ondes et ainsi d’améliorer la réflexion aux points de réflexion. Les épaisseurs de paroi avec les deux distances considérées sont en particulier chacune constantes.
Si plus de deux transducteurs de signaux sont utilisés dans un module de mesure de fluide, deux transducteurs de signaux sont avantageusement agencés sur une zone commune présentant une épaisseur de paroi plus faible.
Pour une protection contre les influences de l’environnement, le boîtier de module est de préférence au moins partiellement rempli d’une masse de coulage 20 recouvrant le guide d’ondes et le ou les transducteurs de signaux. Lorsqu’il est prévu une zone à faible atténuation au-dessus du guide d’ondes, celle-ci est bien sûr maintenue exempte de masse de coulage par des mesures appropriées. En alternative, il est également possible de prévoir un couvercle qui ferme la pièce de boîtier en forme de cuvette.
Des matériaux à vitesse de son élevée de préférence de >1800 m/s sont avantageux comme matériau tant pour le boîtier du moyen de mesure de fluide que pour le boîtier de module du module de mesure de fluide. Des métaux tels que l’acier inoxydable, le laiton ou le cuivre, mais aussi des matières plastiques à résistance élevée possèdent par exemple cette propriété.
Le module de mesure de fluide peut comprendre une électronique d’évaluation et/ou de pilotage au sein du boîtier de module. L’évaluation et la commande peuvent cependant aussi être au moins partiellement prises en charge par des
- 11 unités électroniques externes. Le module de mesure de fluide doit en tout cas présenter une interface électrique qui permet une alimentation en tension et un échange de données.
L’invention est décrite de manière plus détaillée dans ce qui suit au moyen d’un exemple de réalisation en faisant référence aux figures annexes. Dans les dessins :
la figure 1 montre une représentation schématique en perspective d’un moyen de mesure de fluide selon l’invention dans un premier mode de réalisation présentant un module de mesure de fluide selon l’invention ;
la figure 2 montre une vue en coupe schématique du moyen de mesure de fluide de la figure 1 selon un sens d’écoulement ;
la figure 3 montre un boîtier du moyen de mesure de fluide de la figure 1 dans la vue de la figure 2 sans modules de mesure de fluide insérés ;
la figure 4 montre une vue en coupe schématique du moyen de mesure de fluide de la figure 1 selon le sens d’écoulement et perpendiculairement au sens de la coupe de la figure 2 ;
la figure 5 montre une représentation schématique en perspective d’un module de mesure de fluide selon l’invention ;
la figure 6 montre le module de mesure de fluide de la figure 5 après l’insertion d’un élément d’atténuation ;
la figure 7 montre une vue en coupe schématique du module de mesure de fluide de la figure 6 selon le sens d’écoulement ;
la figure 8 montre une représentation schématique en perspective d’un moyen de mesure de fluide selon l’invention dans un deuxième mode de réalisation présentant une soupape rapportée ;
la figure 9 montre une vue en coupe schématique à travers le moyen de mesure de fluide de la figure 8 selon un sens d’écoulement ; et la figure 10 montre une vue en coupe schématique du moyen de mesure de fluide de la figure 8 perpendiculairement au sens d’écoulement.
- 12Les figures 1 à 4 montrent un moyen de mesure de fluide 10 selon un premier mode de réalisation.
Dans un boîtier 12 allongé est réalisé un canal d’écoulement 14 pour un fluide qui se fond dans une entrée de fluide 16 à une extrémité du boîtier 12 et dans une sortie de fluide 18 à l’autre extrémité du boîtier 12. Le canal d’écoulement 14 forme ici une section de mesure à extension rectiligne selon un sens d’écoulement D, la superficie de section transversale du canal d’écoulement 14 étant constante sur sa longueur.
La superficie de section transversale du canal d’écoulement 14 est dans cet exemple cependant inférieure à la superficie de section transversale de l’entrée de fluide 16 et à celle de la sortie de fluide 18. Une buse 20 est donc prévue à la transition de l’entrée de fluide 16 au canal d’écoulement 14, laquelle augmente la vitesse d’écoulement à l’entrée dans le canal d’écoulement 14. Un diffuseur 22 qui réduit de nouveau la vitesse d’écoulement après le passage à travers le canal d’écoulement 14 est en conséquence agencé à la transition du canal d’écoulement 14 vers la sortie de fluide 18. La buse 20 et le diffuseur 22 peuvent être réalisés identiques et sont configurés avec le moins de pertes de pression possible.
Étant donné que le boîtier 12 présente une structure sensiblement symétrique, l’entrée de fluide 16 et la sortie de fluide 18 peuvent être échangées en ce qui concerne leur fonction. Le canal d’écoulement 14 peut ainsi être traversé par le fluide tant dans le sens d’écoulement D de l’entrée de fluide 16 vers la sortie de fluide 18 que dans le sens inverse.
Dans cet exemple, la forme de la section transversale du canal d’écoulement 14 est choisie rectangulaire (voir par exemple les figures 3 et 4 ou la figure 10).
La paroi du boîtier 12 est ajourée sur au moins l’un des deux petits côtés du rectangle, ici sur les deux petits côtés, de manière à former un passage vers le canal d’écoulement 14. Le passage forme un orifice de logement de module 24 allongé qui s’étend sur presque toute la longueur du canal d’écoulement 14 selon le sens d’écoulement D. Ceci est bien visible à la figure 3.
Perpendiculairement au sens d’écoulement D et le long du petit côté de la section transversale du canal d’écoulement 14, l’orifice de logement de module 24
-13est un peu plus large que le canal d’écoulement 14 de sorte qu’un épaulement 26 est réalisé, lequel s’étend des deux côtés selon le sens d’écoulement D.
Un module de mesure de fluide 28 représenté en détail dans les figures 5 à 7 est inséré dans l’orifice de logement de module 24. Le module de mesure de fluide 28 est un composant séparé préfabriqué et comporte un boîtier de module 29 qui présente un tronçon de fond 30 ainsi qu’une paroi latérale 32 qui entoure le tronçon de fond 30 de manière annulaire et qui se fond d’un seul tenant et sans interruption dans le tronçon de fond 30. Ceci est bien visible à la figure 7.
Le tronçon de fond 30 forme un guide d’ondes 34 pour des ondes acoustiques de surface. Le guide d’ondes 34 s’étend sur toute la longueur du tronçon de fond 30 selon le sens d’écoulement D et en conséquence aussi sur la longueur essentielle de l’orifice de logement de module 24 (déduction faite de l’épaisseur de la paroi latérale 32). Le sens d’écoulement D forme ainsi aussi le sens de l’extension longitudinale du module de mesure de fluide 28 et est dans la suite aussi utilisé dans cette fonction pour le module de mesure de fluide 28 non installé.
Dans cet exemple, la face extérieure 35 du guide d’ondes 34 qui est tournée vers le canal d’écoulement 14 est réalisée plane. Le module de mesure de fluide 28 est inséré dans l’orifice de logement de module 24 de telle sorte que la face extérieure 35 du guide d’ondes 34 délimite le canal d’écoulement 14 et forme ainsi une partie de la paroi intérieure du canal d’écoulement 14 et représente donc une interface qui parvient en contact direct avec le fluide traversant le canal d’écoulement 14. Le petit côté du canal d’écoulement 14 tourné vers l’orifice de logement de module 24 est sensiblement délimité par le guide d’ondes 34.
Un transducteur de signaux 40 respectif est agencé aux deux extrémités longitudinales 36, 38 (par rapport au sens d’écoulement D) du guide d’ondes 34. II serait également visible de prévoir un transducteur de signaux 40 uniquement à une extrémité 36, 38.
Le transducteur de signaux 40 est ici un transducteur piézoélectrique sous forme de transducteur interdigité qui est en contact direct avec le guide d’ondes 34 de sorte que dans le mode émetteur, des ondes acoustiques de surface sont excitées dans le guide d’ondes 34 par l’application d’une tension alternative au transducteur de signaux 40. Dans le mode récepteur, le transducteur de signaux
- 1440 peut recevoir des ondes de surface du guide d’ondes 34 et les transformer en signaux électriques. Dans cet exemple, le transducteur de signaux 40 peut fonctionner en tant qu’émetteur et en tant que récepteur et peut aussi être utilisé en alternance en tant qu’émetteur et en tant que récepteur.
L’établissement du contact électrique et la transmission des signaux de mesure ou de signaux de commande du ou des transducteurs de signaux 40 sont ici effectués par des cartes de circuits imprimés flexibles 42 qui sont agencées dans l’espace intérieur 44 du boîtier de module 29 renfermé par la paroi latérale 32. Une interface 46 qui est guidée hors du boîtier de module 29 est réalisée sur les cartes de circuit imprimés flexibles 42.
Dans le boîtier 12 du moyen de mesure de fluide 10, il est prévu avec un décalage de 90° par rapport à l’orifice de logement de module 24 un évidement 48 (voir la figure 4) qui présente un passage de câble 50 vers l’orifice de logement de module 24. Dans cet exemple, les composants formant l’interface 46 sont guidés à travers le passage de câble 50 et sont électriquement reliés à un module enfichable 52 inséré dans l’évidement 48 (voir la figure 1).
Un élément d’atténuation 54 réduisant une propagation d’ondes acoustiques, par exemple des réflexions non désirées, est agencé dans le boîtier de module 29 du module de mesure de fluide 28 directement au-dessus du transducteur de signaux 40.
Une zone 56 à faible atténuation est réalisée directement adjacente au transducteur de signaux 40, au-dessus du guide d’ondes 34 dans le sens d’écoulement D en prévoyant dans cet exemple une fente d’air directement audessus du guide d’ondes 34. La hauteur de la fente d’air au-dessus du guide d ondes 34 est choisie de telle sorte que le guide d’ondes 34 oscillant ne parvient pas en contact avec d’autres composants, en particulier la carte de circuits imprimés flexible 42.
Dans cet exemple, le guide d’ondes 34 présente selon son sens longitudinal dans le sens d'écoulement D deux épaisseurs de paroi différentes Ti et T2 (voir par exemple la figure 7). Une zone 58 présentant l’épaisseur de paroi T2 plus élevée s’étend environ au centre du guide d’ondes 34 (par rapport au sens d’écoulement D), tandis qu’une zone 60 présentant l’épaisseur de paroi ΤΊ plus
- 15faible s’étend au-dessous du transducteur de signaux 40 et un peu au-delà de celui-ci en direction de la zone qui présente l’épaisseur de paroi plus élevée T2. La longueur de la zone 60 adjacente au transducteur de signaux 40 correspond par exemple à cinq à dix fois la longueur d’onde des ondes acoustiques de surface. L’épaisseur de paroi plus faible Ti est choisie de manière à obtenir un bon couplage d’ondes acoustiques de surface dans le guide d’ondes 34 ou un bon découplage d’ondes acoustiques de surface hors du guide d’ondes 34. À cet effet, l’épaisseur de paroi Tî correspond de préférence à environ la moitié de la longueur d’onde des ondes de surface. L’épaisseur de paroi plus élevée T2 est cependant choisie de telle sorte qu’un couplage aussi faible que possible des ondes de surface dans le guide d’ondes 34 soit réalisé lors d’une réflexion d’ondes de volume sonores.
La transition entre les zones 58, 60 est réalisée continue, donc sans étages afin d’exclure autan que possible des réflexions non souhaitées des ondes de surface le long du guide d’ondes 34.
La zone 56 à faible atténuation se trouve au-dessus de la zone 60 qui présente l’épaisseur de paroi plus faible Ti.
Un capteur de température 62 est en outre agencé dans l’espace intérieur 44 du module de mesure de fluide 28, lequel est représenté dans la zone du transducteur de signaux 40 droit à la figure 5, mais qui peut également être agencé à un autre endroit, en particulier en contact thermique direct avec le guide d’ondes 34.
Le boîtier de module 29 est par exemple rempli d’une masse de coulage électriquement non conductrice pour protéger les composants électriques du module de mesure de fluide 28 contre les influences de l’environnement (non montrés pour des raisons de représentation). Le fente d’air au-dessus de la zone 56 à faible atténuation est bien sûr exclue.
En alternative, tel que représenté à la figure 2, il est possible de prévoir un couvercle 64 qui ferme l’espace intérieur 44 du module de mesure de fluide 28.
Pour mesurer un fluide, un flux de fluide est généré à travers le canal d’écoulement 14, lequel s’écoule depuis l’entrée de fluide 16 vers la sortie de fluide 18 ou inversement. Dans le module de mesure de fluide 28, l’un des transducteurs
-16de signaux 40 excite des ondes acoustiques de surface dans le guide d’ondes 34, lesquelles sont en partie découplée dans le fluide au niveau de la face extérieure 35 du guide d’onde 34 qui est tournée vers le canal d’écoulement 14, et qui s’étendent ici sous forme d’ondes de volume acoustiques. Ces ondes de volume acoustiques sont réfléchies une ou plusieurs fois sur la paroi intérieure du canal d’écoulement 14 et sont de nouveau partiellement couplées dans le même ou dans un autre guide d’ondes 34 après la réflexion. Elles y sont saisies par un transducteur de signaux 40 fonctionnant en tant que récepteur et sont converties en signaux électriques.
Les ondes acoustiques de surface s’étendent depuis le transducteur de signaux 40 agissant en tant qu’émetteur selon le sens d’écoulement D ou à l’encontre du sens d’écoulement D jusqu’au deuxième transducteur de signaux 40 qui agit alors en tant que récepteur.
Les propriétés du fluide souhaitées sont déterminées par exemple par une mesure de différence des temps de transit entre les ondes acoustiques de surface émises et les ondes acoustiques de surface reçues, dans une électronique d’évaluation qui peut être réalisée soit dans le module de mesure de fluide 28, soit sous forme d’unité externe.
Les deux transducteurs de signaux 40 peuvent être agencés soit dans le même module de mesure de fluide 28, soit dans différents modules de mesure de fluide 28. II est seulement important qu’un émetteur et au moins un récepteur soient toujours fournis, les rôles d’émetteur et de récepteur pouvant être répartis sur les transducteurs de signaux 40 individuels à volonté et aussi de manière variable dans le temps.
Les figures 7 à 10 montrent un deuxième mode de réalisation du moyen de mesure de fluide 100.
Pour des raisons de clarté, les numéros de référence déjà introduits sont conservés pour des composants identiques ou que légèrement modifiés.
Dans ce mode de réalisation, une soupape 170 qui est rapportée à l’extérieur sur le boîtier allongé 112 à angle droit par rapport au canal d’écoulement 114 est intégrée dans le moyen de mesure de fluide.
- 17Dans cet exemple, le canal d'écoulement 114 n’est pas réalisé continuellement de manière rectiligne entre l’entrée de fluide 16 et la sortie de fluide 18. L’entrée de fluide 16 mène plutôt vers une surface extérieure du boîtier 112 par l’intermédiaire d’un premier canal de guidage de fluide 172, tandis que la sortie de fluide 18 se fond dans un deuxième canal de guidage de fluide 174 qui mène également vers la surface du boîtier 112 et dont la bouche se trouve à côté d’une bouche du premier canal de guidage de fluide 172.
L’entrée et la sortie de fluide de la soupape 170 sont en communication fluidique avec les bouches des deux canaux de guidage de fluide 172,174 de sorte que la soupape 170 peut réguler le flux à travers le canal d’écoulement 114 en influençant un flux de fluide entre les deux canaux de guidage de fluide 172, 174.
L’entrée de fluide 16 et la sortie de fluide 18 peuvent bien sûr, comme décrit dans le premier mode de réalisation, échanger leur fonction de sorte que le canal d’écoulement 114 et les canaux de guidage de fluide 172, 174 sont aptes à être traversés par un flux dans le sens inverse.
Dans cet exemple, un diffuseur 22 (qui agit en tant que buse dans le sens d’écoulement inverse) est agencé entre le premier canal de guidage de fluide 172 et le canal d’écoulement 114.
Deux orifices de logement de module 24 agencés des petits côtés opposés du canal d’écoulement 114 sont également prévus dans ce mode de réalisation.
Un module de mesure de fluide 28 est cependant ici inséré uniquement dans l’orifice de logement de module 24 supérieur sur les figures, tandis que l’orifice de logement de module 24 inférieur dans les figures est fermé de manière étanche au fluide par un faux couvercle servant uniquement de réflecteur pour les ondes de volume sonores.
Le module de mesure de fluide 28 présente dans ce cas deux transducteurs de signaux 40 de sorte que le mesurage du fluide par des ondes acoustiques de surface peut entièrement être effectué par ce module de mesure de fluide 28.
II serait bien sûr aussi possible d’insérer un module de mesure de fluide 28 ou un autre module de mesure dans le deuxième orifice de logement de module 24.
- 18Le principe de mesure est comme décrit dans le premier mode de réalisation, à la seule différence que le flux de fluide à travers le canal d’écoulement 114 est apte à être réglé au moyen de la soupape 170.

Claims (14)

  1. Revendications
    1. Moyen de mesure de fluide (10 ; 100), comportant un boîtier (12 ; 112) dans lequel sont réalisés un canal d’écoulement (14 ; 114) pour un fluide à mesurer et au moins un orifice de logement de module (24) allongé qui forme un passage jusqu’au canal d’écoulement (14 ; 114), l’orifice de logement de module (24) étant orienté le long du canal d’écoulement (14; 114), et comportant au moins un module de mesure de fluide (28) qui présente un tronçon de fond (30) réalisé sous forme de guide d’ondes (34) pour des ondes acoustiques de surface, et au moins un transducteur de signaux (40) aménager pour exciter des ondes acoustiques de surface dans le guide d’ondes (34) et/ou pour recevoir des ondes acoustiques de surface du guide d’ondes (34), le module de mesure de fluide (28) étant inséré dans l’orifice de logement de module (24) de telle sorte que le tronçon de fond (30) du module de mesure de fluide (28) forme un tronçon d’une paroi intérieure du canal d’écoulement (14; 114) qui parvient en contact direct avec le fluide s’écoulant à travers celui-ci, de sorte que des ondes acoustiques de surface émises par le transducteur de signaux (40) sont aptes à être découplées par le guide d’ondes (34) et à se propager à travers le fluide dans le canal d’écoulement (14 ; 114) sous forme d’ondes de volume acoustiques et/ou de sorte que des ondes de volume acoustiques sont aptes à être couplées dans le guide d’ondes (34) et à être reçues par le transducteur de signaux (40).
  2. 2. Moyen de mesure de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon de fond (30) du module de mesure de fluide (28) est réalisé plan sur sa face extérieure (35) tournée vers le canal d’écoulement (14 ; 114).
  3. 3. Moyen de mesure de fluide selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans la zone de l’orifice de logement de module (24), le canal d’écoulement (14 ; 114) présente une section transversale polygonale, en particulier rectangulaire.
  4. 4. Moyen de mesure de fluide selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le canal d’écoulement (14 ; 114) est délimité par une entrée de fluide (16) et par une sortie de fluide (18), et en ce qu’une buse (20) est prévue à l’entrée de fluide (16) et/ou un diffuseur (22) est prévu à la sortie de fluide (18).
  5. 5. Moyen de mesure de fluide selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un deuxième orifice de logement de module (24) qui est réalisé d’un côté du canal d’écoulement (14 ; 114) qui est opposé au premier orifice de logement de module (24) est prévu dans le boîtier (12 ; 112).
  6. 6. Moyen de mesure de fluide selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un évidement (48) est prévu dans le boîtier (12), lequel présente un passage de câble (50) vers l’orifice de logement de module (24) et à travers lequel les câbles de raccordement électriques et/ou électroniques du module de mesure de fluide (28) sont guidés.
  7. 7. Moyen de mesure de fluide selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est prévu une soupape (170) au moyen de laquelle un flux de fluide à travers le canal d’écoulement (114) peut être réglé, le boîtier (112) présentant des canaux de guidage de fluide (172,174) entre le canal d’écoulement (114) et la soupape (170) et entre la soupape (170) et l’entrée de fluide (16) ou la sortie de fluide (18).
  8. 8. Module de mesure de fluide (28), en particulier module de mesure de fluide (28) d’un moyen de mesure de fluide (10 ; 100) selon l’une des revendications précédentes, comportant un boîtier de module (29) qui présente un tronçon de fond (30) réalisé sous forme de guide d’ondes (34) pour des ondes acoustiques de surface, et au moins un transducteur de signaux (40) qui est directement relié au tronçon de fond (30) et qui est aménagé pour exciter des ondes acoustiques de surface dans le guide d’ondes (34) et/ou pour recevoir des ondes acoustiques de surface du guide d’ondes (34), le guide d’ondes (34) étant aménagé de manière à être amené en contact plan avec un fluide sur une face extérieure (35) détournée d’un espace intérieur (44) du boîtier de module (29).
  9. 9. Module de mesure de fluide selon la revendication 8, caractérisé en ce que le boîtier de module (29) présente une pièce de boîtier en forme de cuvette qui est formée par un tronçon de fond (30) et une paroi latérale périphérique (32), ledit au moins un transducteur de signaux (40) étant agencé dans la pièce de boîtier en forme de cuvette.
  10. 10. Module de mesure de fluide selon l’une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le transducteur de signaux (40) est recouvert par un élément d’atténuation (54).
  11. 11. Module de mesure de fluide selon l’une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu’une zone (56) à faible atténuation qui s’étend sur une longueur d’au moins une à vingt fois la longueur d’onde des ondes de surface est prévue adjacente au transducteur de signaux (40) au-dessus du guide d’ondes (34).
  12. 12. Module de mesure de fluide selon l’une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu’un capteur de température (62) qui est en particulier monté directement sur le guide d’ondes (34) est prévu à l’intérieur du boîtier de module (29).
  13. 13. Module de mesure de fluide selon l’une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que le guide d’ondes (34) présente dans une zone (60) se raccordant au-dessous du transducteur de signaux (40) et/ou directement au transducteur de signaux (40) une épaisseur de paroi (Ti) plus faible que dans une zone (58) plus éloignée du transducteur de signaux (40).
  14. 14. Module de mesure de fluide selon l’une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que le boîtier de module (29) est au moins partiellement rempli d’une masse de coulage.
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