FR3086388A1 - Moyen de mesure de fluide presentant un boitier de fluide, et procede de fabrication de boitier de fluide - Google Patents
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Abstract
Moyen de mesure de fluide (10) présentant un boîtier de fluide (12), et procédé de fabrication du boîtier de fluide (12) qui comprend une entrée de fluide (14), une sortie de fluide (16) et un canal de fluide (24) qui s'étend entre l'entrée de fluide (14) et la sortie de fluide (16) et qui est couplé de manière fluidique à l'entrée de fluide (14) et à la sortie de fluide (16), le boîtier de fluide (12) présentant un côté tourné vers le canal de fluide (24), auquel est associé un module de mesure de fluide (26) qui est en contact direct avec un fluide s'écoulant à travers le canal de fluide (24) à une surface de séparation (35) côté fluide, le module de mesure de fluide (26) étant entouré par le boîtier de fluide (12), et le module de mesure de fluide (26) étant aménagé de manière à générer des ondes de surface acoustiques (O) qui se propagent le long de la surface de séparation (35) côté fluide du module de mesure de fluide (26).
Description
Moyen de mesure de fluide présentant un boîtier de fluide, et procédé de fabrication d'un boîtier de fluide
L'invention se rapporte à un moyen de mesure de fluide présentant un boîtier de fluide, et à un procédé de fabrication d'un boîtier de fluide.
Des moyens de mesure de fluide sont connus dans l’état de la technique, lesquels sont utilisés dans des installations pour déterminer le débit d'un fluide à travers un canal de mesure de fluide. De manière générale, le moyen de mesure de fluide utilisé doit être aussi compact et aussi robuste que possible, donc nécessiter que peu d’espace de montage et en grande partie aucun entretien. Il est également avantageux de pouvoir employer le moyen de mesure de fluide de manière aussi universelle que possible et, en particulier, de pouvoir utiliser différents fluides ou aussi de pouvoir déterminer différentes propriétés des fluides.
Les moyens de mesure de fluide peuvent en outre fonctionner avec des appareils de mesure par ultrasons, les moyens de mesure de fluide présentant à cet effet le plus souvent des pièces encastrées dans le canal de mesure de fluide. Les pièces encastrées altèrent cependant l'écoulement du fluide à travers le canal de mesure du fluide et génèrent des pertes de charge, perturbant ainsi la mesure du débit du fluide. De plus, il est difficile de nettoyer le canal de mesure du fluide en raison des pièces encastrées, et de nettoyer les pièces encastrées mêmes.
L’état de la technique divulgue également des moyens de mesure de fluide qui utilisent des ondes acoustiques de surface (anglais : « surface acoustic wave » SAW) pour déterminer le débit du fluide à travers le canal de mesure du fluide. Les ondes acoustiques de surface sont à cet effet excitées dans un guide d'ondes acoustiques, en particulier au moyen d'un transducteur de signaux acoustique, puis en partie découplées dans le fluide s’écoulant à travers le canal de fluide et ensuite de nouveau couplées dans le guide d'ondes. La fréquence des ondes acoustiques de surface est à cet effet choisie de manière appropriée de sorte qu'une partie des ondes de surface est découplée du guide d'ondes et se propage
-2au moins par tronçons dans le fluide sous forme d'onde de volume. L'interférence entre l'onde acoustique de surface et l'onde de volume recouplée donne un signal caractéristique qui est évalué pour déterminer les propriétés du fluide. La variation dans le temps et l'intensité du signal caractéristique, en particulier la variation de l'intensité dans le temps, y compris le retard de temps, permettent par exemple de tirer des conclusions sur les propriétés caractéristiques du fluide, telles que la vitesse du son, la température, l'homogénéité, la vitesse d'écoulement, le débit, la concentration ou la viscosité. De tels moyens de mesure de fluide à base d'ondes acoustiques de surface sont cependant très complexes à fabriquer et donc coûteux. Ceci est dû en particulier au fait que le transducteur de signaux acoustique doit être isolé par rapport au canal de mesure du fluide, étant donné qu’il doit être placé le plus près possible du fluide pour coupler l'onde de volume.
L’objectif de l'invention est de fournir un moyen de mesure de fluide peu coûteux et facile à fabriquer, au moyen duquel il est possible de déterminer des propriétés caractéristiques du fluide sur la base d’ondes acoustiques de surface.
Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un moyen de mesure de fluide présentant un boîtier de fluide qui comprend une entrée de fluide, une sortie de fluide et un canal de fluide qui s’étend entre l’entrée de fluide et la sortie de fluide et qui est couplé de manière fluidique à l’entrée de fluide et à la sortie de fluide, le boîtier de fluide présentant un côté tourné vers le canal de fluide, auquel est associé un module de mesure de fluide qui est en contact direct avec un fluide s’écoulant à travers le canal de fluide au niveau d’une surface de séparation côté fluide, le module de mesure de fluide étant entouré par le boîtier de fluide, le module de mesure de fluide étant aménagé de manière à générer des ondes de surface acoustiques qui se propagent le long de la surface de séparation côté fluide du module de mesure de fluide.
Selon l’invention, il est également prévu un procédé de fabrication d’un moyen de mesure de fluide, comprenant les étapes suivantes :
- la mise en place d'un module de mesure de fluide dans un moule de moulage par injection, et
-3- l’enrobage du module de mesure de fluide par injection pour réaliser un boîtier de fluide du moyen de mesure de fluide présentant un canal de fluide, de sorte que le module de mesure de fluide est entouré par le boîtier de fluide.
L’invention repose sur l'idée de base qu’il est possible de fournir un moyen de mesure de fluide sur la base d’ondes acoustiques de surface qui est peu coûteux et qui est réalisé de manière compacte et robuste, étant donné que le module de mesure de fluide est entouré par le boîtier de fluide, donc intégré ou noyé dans le boîtier de fluide. Ceci est assuré de manière simple par la fabrication du moyen de mesure de fluide dans un moule de moulage par injection, en enrobant le module de mesure de fluide inséré dans le moule de moulage par injection de manière à former le boîtier de fluide présentant le canal de fluide, lequel entoure alors le module de mesure de fluide (par coopération de matières). Ceci assure un étanchement permanent du module de mesure de fluide à l'intérieur du boîtier de fluide. Grâce à la mise en place du module de mesure de fluide directement dans le moule de moulage par injection et à l’enrobage du module de mesure de fluide par injection pour la réalisation du boîtier de fluide, le moyen de mesure de fluide est par conséquent peu coûteux à fabriquer, étant donné qu’un étanchement complexe du module de mesure de fluide n’est plus nécessaire.
En d'autres termes, le module de mesure de fluide peut être une insertion de module de mesure de fluide. Ceci est dû au fait que lors de la fabrication du moyen de mesure de fluide, le module de mesure de fluide a tout d'abord été placé dans le moule de moulage par injection, puis a été enrobé par injection de telle sorte que le module de mesure de fluide est entouré par le boîtier de fluide ainsi produit (de manière étanche au fluide), c'est-à-dire noyé ou logé de manière intégrale.
La surface de séparation côté fluide peut être formée par un côté du module de mesure de fluide qui est tourné vers le canal de fluide. En d'autres termes, le module de mesure de fluide est en contact direct avec le fluide qui s’écoule à travers le canal de fluide par ce côté.
En principe, le module de mesure de fluide qui est en contact direct avec un fluide qui s’écoule à travers le canal de fluide au niveau d'une surface de séparation côté fluide et qui est aménagé de manière à générer des ondes acoustiques de surface, est un module dit SAW. Les propriétés du fluide peuvent être facilement mesurées au moyen du module de mesure de fluide réalisé sous
- 4 forme de module SAW, étant donné que les ondes de surface se propagent d’une part en tant qu’ondes de surface le long de la surface de séparation côté fluide du module de mesure de fluide, et d’autre part sous forme d’ondes de volume à travers le fluide, comme il est courant avec un module SAW. Les ondes de surface le long de la surface de séparation et l'onde de volume recouplée génèrent un signal d’interférence caractéristique qui peut être évalué pour déterminer des propriétés correspondantes du fluide.
Selon l'invention, il peut être prévu que le module de mesure de fluide présente au moins un transducteur de signaux acoustique qui est aménagé de manière à émettre et/ou à mesurer l'onde de surface et une onde de volume. Une partie de l'énergie de l'onde de surface est découplée, et une onde de volume est produite, laquelle se propage au moins partiellement à travers le fluide à mesurer. L'onde de surface et l'onde de volume excitée par celle-ci dans le fluide sont ainsi générées par le transducteur de signaux acoustique. Le transducteur de signaux acoustique permet une génération et une mesure peu coûteuse des ondes de surface et des ondes de volume (recouplées).
L’onde de volume présente en particulier au moins un point de réflexion sur une paroi intérieure du canal de fluide, de sorte que l'onde de volume traverse le fluide au moins deux fois, donc plusieurs fois. Ceci permet d'allonger la distance de propagation de l'onde de volume dans le fluide de manière correspondante. L'interférence provenant de l'onde de surface et de l’onde de volume, donc le signal d'interférence, peut être mesurée par le transducteur de signaux acoustique. L'interférence ou le signal d'interférence peut en outre être évalué(e) pour déterminer des propriétés caractéristiques du fluide.
Une unité d'évaluation ou une électronique peut être prévue pour l’évaluation de l'interférence ou du signal d'interférence. L'unité d'évaluation ou l’électronique peut également être prévue pour exciter les ondes acoustiques de surface. L’unité d evaluation ou l'électronique est logée dans un boîtier d’électronique qui est en particulier réalisé séparément. L'unité d’évaluation ou l'électronique est en outre couplée audit au moins un transducteur de signaux acoustique pour initier l'excitation des ondes acoustiques de surface par l’intermédiaire du transducteur de signaux acoustique ou pour recevoir le signal d’interférence reçu du transducteur de signaux acoustique, afin de pouvoir l’évaluer.
-5Une interface électrique peut en outre être prévue sur le boîtier d’électronique par l'intermédiaire de laquelle il est possible de contacter électriquement le moyen de mesure de fluide. L'interface électrique est en particulier couplée électriquement à l’unité d’évaluation ou à l'électronique. Au moyen de l'interface électrique, il est possible de prélever les données ou les signaux fournis par l’unité d’évaluation ou l'électronique de manière appropriée ou de recevoir des signaux de commande externes.
Le boîtier d’électronique peut être réalisé lors de la fabrication du boîtier de fluide, le boîtier d’électronique et le boîtier de fluide étant en particulier réalisés simultanément. En d'autres termes, le boîtier d’électronique et le boîtier de fluide peuvent être réalisés d'une seule pièce l’un avec l’autre ou par coopération de matières.
Selon un mode de réalisation de l'invention, il est prévu que le module de mesure de fluide présente une cavité dans laquelle le transducteur de signaux acoustique est agencé. La cavité permet un couplage ciblé de l'onde de surface et évite des pertes de signaux inutiles. La cavité est en particulier adjacente à la surface de séparation côté fluide de sorte qu'elle découple le côté associé correspondant du module de mesure de fluide d’autres côtés ou d’autres parois du module de mesure de fluide en termes de vibrations.
Un vide/une dépression peut être présent(e) dans la cavité. La cavité peut également être remplie d'un gaz ou d'un mélange de gaz, par exemple de l'air, pour fournir les propriétés souhaitées.
Le module de mesure de fluide peut être réalisé en plusieurs pièces, en particulier en deux pièces, de sorte qu'une cavité est formée lors de la réalisation du module de mesure de fluide. Le module de mesure de fluide comprend par exemple un corps de base (en forme de pot) et un recouvrement, qui forment la cavité à l’état monté ou préfabriqué.
Il est possible de prévoir que le module de mesure de fluide, en particulier le corps de base, présente une épaisseur de paroi réduite dans la zone du transducteur de signaux acoustique. Il est en particulier prévu que l’épaisseur de la paroi soit de 40 à 60 %, de préférence 50 %, de la longueur d'onde de l'onde acoustique de surface. Avec cette épaisseur de paroi du module de mesure de
- 6 fluide, les ondes de surface sont particulièrement bien couplées par le transducteur de signaux acoustique. L'épaisseur de paroi réduite concerne le côté ou la paroi du module de mesure du fluide associé(e) à la surface de séparation côté fluide, donc la paroi du module de mesure du fluide qui forme la surface de séparation côté fluide.
Selon un mode de réalisation de l'invention, il peut être prévu que le module de mesure de fluide présente un corps de base métallique. La propagation de l'onde de surface dans le corps de base métallique présente des pertes particulièrement faibles, ce qui permet d’utiliser de grandes distances de mesure ou de propagation pour mesurer les propriétés du fluide, ce qui augmente la précision du mesurage. Les ondes de volume dans le fluide peuvent également être facilement excitées au moyen du corps de base métallique.
Le corps métallique comprend en particulier la surface de séparation côté fluide du module de mesure de fluide. Par conséquent, le module de mesure du fluide est en contact avec le fluide qui s’écoule à travers le canal de fluide par l'intermédiaire du corps de base métallique.
Ledit au moins un transducteur de signaux acoustique est en particulier agencé sur le corps de base métallique, c’est-à-dire du côté du corps de base métallique qui est opposé à la surface de séparation côté fluide.
Il peut être prévu que le boîtier de fluide soit en une matière plastique et en particulier une pièce moulée par injection. Les pièces en plastique sont particulièrement peu coûteuses à fabriquer, de sorte que le boîtier de fluide peut être fabriqué de manière peu coûteuse. Il est en outre possible de réaliser des géométries complexes de manière simple et économique dans un procédé de moulage par injection.
Dans un mode de réalisation préféré, il est possible de prévoir que le module de mesure du fluide soit logé de manière étanche au fluide dans le boîtier de fluide et en particulier enrobé par injection. Étant donné que le module de mesure de fluide est logé de manière étanche au fluide, le transducteur de signaux acoustique est protégé contre les dommages causés par l'infiltration de fluide. Comme déjà expliqué, le logement étanche au fluide du module de mesure de fluide est facilement réalisé en enrobant le module de mesure de fluide par injection de la
-7 matière plastique formant le boîtier de fluide, de sorte que le module de mesure de fluide est noyé dans le boîtier de fluide.
Étant donné que le module de mesure du fluide est en contact direct avec le fluide s’écoulant à travers le canal de fluide, un logement étanche au fluide est important.
Il peut en outre être prévu qu'un insert réflecteur et/ou un module de mesure de fluide supplémentaire soit/soient prévu(s) du côté du canal de fluide opposé au module de mesure de fluide, l’insert réflecteur et/ou le module de mesure de fluide supplémentaire étant en particulier également entouré(s) par le boîtier de fluide. L’insert réflecteur réfléchit l'onde de volume de sorte que l’insert réflecteur empêche le couplage au moins partiel de l'onde de volume générée dans le boîtier de fluide, ce qui rendrait par conséquent la mesure imprécise. En d'autres termes, lïnsert réflecteur fournit ledit au moins un point de réflexion pour l’onde de volume. L’insert réflecteur permet d’allonger la distance de propagation de l'onde de volume, grâce à quoi il est possible de déterminer les propriétés caractéristiques du fluide avec une précision plus élevée. L’insert réflecteur peut être réalisé en une matière métallique, en particulier avec une épaisseur de paroi relativement importante pour obtenir les propriétés de réflexion souhaitées.
Le module de mesure de fluide supplémentaire peut être réalisé sous forme de récepteur et/ou d’émetteur, le module de mesure de fluide supplémentaire coopérant avec le module de mesure de fluide. Les propriétés caractéristiques du fluide peuvent également être déterminées de manière plus précise, étant donné qu’une mesure redondante est possible, en particulier à partir de côtés opposés du canal du fluide.
L’insert réflecteur et/ou le module de mesure de fluide supplémentaire est/sont également entourés par le boîtier de fluide et en particulier noyé(s) dans le boîtier de fluide (de manière étanche au fluide). L’insert réflecteur et/ou le module de mesure de fluide supplémentaire est/sont d'abord mis en place dans le moule de moulage par injection lors de la fabrication du moyen de mesure de fluide, puis enrobé(s) par la matière plastique qui forme le boîtier de fluide. Sur ce point, l’insert réflecteur et/ou le module de mesure de fluide supplémentaire est/sont également intégré(s) dans le boîtier de fluide.
-8II peut être prévu que le module de mesure de fluide forme ensemble avec l'insert réflecteur opposé et/ou le module de mesure de fluide supplémentaire une unité d'insertion en forme de canal, le module de mesure de fluide étant en particulier relié à l'insert réflecteur et/ou au module de mesure de fluide supplémentaire par deux parois latérales. L'unité d'insertion en forme de canal est donc réalisée d’un seul tenant. L'unité d'insertion en forme de canal est par exemple mise en place dans le moule de moulage par injection et est ensuite enrobée par injection de la matière plastique qui forme le boîtier de fluide. Ceci permet une fabrication simple et peu coûteuse du moyen de mesure de fluide.
S'il n'y a pas d'unité d'insertion en forme de canal, le module de mesure de fluide et l'insert réflecteur ou le module de mesure de fluide supplémentaire peuvent être mis en place individuellement dans le moule de moulage par injection aux endroits prévus et sont alors simultanément entourés par la matière plastique formant le boîtier de fluide, donc enrobés par injection.
Il peut en outre être prévu que la section transversale du canal de fluide soit anguleuse et/ou que l'entrée de fluide et/ou la sortie de fluide présentent chacune une section transversale circulaire, le canal de fluide étant en particulier formé d'un seul tenant avec l'entrée de fluide et/ou la sortie de fluide. La section transversale circulaire de l'entrée de fluide et/ou de la sortie de fluide permet un raccordement simple aux conduites externes. A cet effet, il peut être prévu d’associer des raccords ou des géométries de raccordement correspondantes à l'entrée de fluide et/ou à la sortie de fluide, par exemple que l'entrée de fluide et/ou la sortie de fluide présentent chacune un filetage. Les raccords ou les géométries de raccordement peuvent être conformées directement sur l'entrée de fluide et/ou la sortie de fluide. La section transversale anguleuse, en particulier rectangulaire, du canal de fluide permet la réflexion de l'onde de volume de préférence entre le module de mesure de fluide et la paroi opposée côté fluide. La section transversale anguleuse, en particulier rectangulaire, permet ainsi une mesure précise.
Le boîtier de fluide comprend en particulier le canal de fluide et l'entrée de fluide et/ou la sortie de fluide, de sorte que ces composants sont réalisés d’un seul tenant l’un avec l’autre et peuvent donc être fabriqués de manière peut coûteuse. Un changement constant de la section transversale du boîtier de fluide est en particulier obtenu dans des zones de transition entre l'entrée de fluide et le canal
-9de fluide, ou la sortie de fluide et le canal de fluide. Il en résulte ainsi de faibles pertes de charge qui nuiraient à la mesure.
Les zones de transition peuvent être facilement produites pendant le processus de moulage par injection.
Dans un autre mode de réalisation, il peut être prévu que le boîtier de fluide comprenne un tronçon de canal de mesure qui s'étend le long d'un évidement du boîtier de fluide dans lequel le module de mesure du fluide est agencé. Le module de mesure du fluide ne produit donc pas d'éléments encastrés ou d’arêtes dans le canal de fluide qui pourraient entraver l'écoulement du fluide. L'évidement est en particulier produit lors de la fabrication du boîtier de fluide, étant donné que le module de mesure du fluide a préalablement été mis en place dans le moule de moulage par injection, de sorte que le boîtier de fluide est réalisé autour du module de mesure du fluide pendant le moulage par injection.
Selon un mode de réalisation, il est prévu un élément amortisseur au moins à une extrémité du module de mesure de fluide. L'élément amortisseur empêche le couplage indésirable de l'onde acoustique de surface dans d'autres composants du moyen de mesure de fluide. De plus, l'élément amortisseur réduit ou empêche les réflexions indésirables, par exemple les réflexions indésirables sur le boîtier du fluide.
Selon un mode de réalisation, il est prévu l'utilisation d’une matière plastique pour l’enrobage du module de mesure de fluide par injection et la fabrication du boîtier de fluide. Les matières plastiques sont des matériaux à manipulation facile et à approvisionnement peu coûteux, ce qui est la raison pour laquelle elles sont utilisées dans le moulage par injection. L'utilisation de matière plastique permet ainsi la fabrication d’un boîtier de fluide peu coûteux.
Selon l'invention, il est en particulier prévu de réaliser le moyen de mesure de fluide décrit ci-dessus au moyen du procédé de moulage par injection décrit.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention résultent de la description qui suit des modes de réalisation préférés et des dessins auxquels il est fait référence. Les dessins montrent :
-10Figure 1 un premier mode de réalisation d'un moyen de mesure de fluide selon l’invention dans une vue en perspective,
Figure 2 une vue en coupe longitudinale du moyen de mesure de fluide de la Figure 1,
Figure 3 une vue en section transversale du moyen de mesure du fluide de la figure 1,
Figure 4 une vue en coupe longitudinale d'une partie d'une unité d'insertion en forme de canal qui peut être utilisée dans un moyen de mesure de fluide selon l'invention, et
Figure 5 une vue en section transversale d'un moyen de mesure de fluide selon l'invention dans un deuxième mode de réalisation.
Dans toutes les figures, le sens d'écoulement est indiqué de manière exemplaire par des flèches. Il est cependant également concevable que le sens d'écoulement soit dirigé dans l’autre sens.
La figure 1 montre un moyen de mesure de fluide 10 selon un premier mode de réalisation depuis l'extérieur, présentant un boîtier de fluide 12, une entrée de fluide 14 et une sortie de fluide 16. Le boîtier de fluide 12 est réalisé en une matière plastique et est entouré d’un boîtier d’électronique 18, également réalisé en une matière plastique. Le boîtier de fluide 12 et le boîtier d’électronique 18 peuvent en particulier être réalisés d’un seul tenant et/ou par coopération de matières l’un avec l’autre, à savoir en une étape de fabrication.
Le boîtier d’électronique 18 comporte du côté extérieur au moins une interface électrique 20, par exemple pour pouvoir contacter une électronique 22 du moyen de mesure de fluide 10 à l'intérieur du boîtier d’électronique 18, comme il ressort entre autre de la figure 2. L'électronique 22 à l’intérieur du boîtier d’électronique 18 peut par exemple être commander par l’intermédiaire de l’interface électrique 20. L'électronique 22 est à cet effet reliée aux interfaces électriques 20.
Dans le mode de réalisation représenté, il est prévu deux interfaces électriques 20 sur le boîtier d’électronique 18, comme il est visible à la figure 1.
H est également concevable que l'interface électrique 20 soit réalisée par une technologie sans fil, c'est-à-dire une interface de communication sans fil.
Le boîtier de fluide 12 comprend un canal de fluide 24 à travers lequel un fluide peut s'écouler et dont une propriété caractéristique doit être mesurée par le moyen de mesure de fluide 10, comme expliqué ci-dessous.
Le canal de fluide 24 est fluidiquement couplé tant à l'entrée de fluide 14 qu’à la sortie de fluide 16. En d'autres termes, l'entrée de fluide 14 représente le début du canal de fluide 24, et la sortie de fluide 16 la fin du canal de fluide 24.
Le moyen de mesure de fluide 10 comprend également un module de mesure de fluide 26 à l’aide duquel il est possible de mesurer la propriété caractéristique du fluide, comme expliqué ci-dessous.
Le module de mesure de fluide 26 comporte un corps de base 28, en particulier métallique, au moins un transducteur de signaux acoustique 30, une cavité 32 et un recouvrement 34. La cavité 32 est réalisée entre le corps de base 28 et le recouvrement 34, ledit au moins un transducteur de signaux acoustique 30 étant agencé dans la cavité 32. Un vide/une dépression peut être présent(e) dans la cavité 32. La cavité 32 peut également être remplie d'un gaz ou d'un mélange de gaz, par exemple de l'air.
Dans le mode de réalisation représenté, le module de mesure de fluide 26 comprend deux transducteurs de signaux 30 agencés dans la cavité 32.
Le corps de base 28 est en contact direct avec le fluide s’écoulant à travers le canal de fluide 24 par un côté d'une paroi associée au canal de fluide 24, de sorte que le côté de la paroi forme une surface de séparation 35 côté fluide du module de mesure de fluide 26, en particulier du corps de base 28. Le module de mesure de fluide 26 est directement adjacent au fluide s’écoulant à travers le canal de fluide 24 via la surface de séparation 35 côté fluide.
Ledit au moins un transducteur de signaux acoustique 30 est agencé du côté de la paroi du corps de base 28 opposé à la surface de séparation 35 côté fluide, de sorte qu'il coopère avec la paroi du corps de base 28 qui forme la surface de séparation 35 côté fluide.
- 12Le module de mesure de fluide 26 est aménagé de manière à générer des ondes acoustiques de surface O qui se propagent le long de la surface de séparation 35 côté fluide du module de mesure de fluide 26, comme expliqué cidessous. Par conséquent, le module de mesure de fluide 26 peut également être nommé module SAW.
Le module de mesure de fluide 26 est en particulier une unité préfabriquée.
La figure 1 montre en outre que le module de mesure de fluide 26 est agencé dans un évidement 36 du canal de fluide 24, de sorte que la surface de séparation 35 côté fluide du module de mesure de fluide 26 est alignée avec les zones du canal de fluide 24 entre le module de mesure de fluide 26 et l'entrée de fluide 14 ou la sortie de fluide 16, c'est-à-dire que la section d’écoulement du canal de fluide 24 ne change pas. Il est en particulier prévu que le module de mesure de fluide 26 ne provoque pas de pièces encastrées susceptible d'influencer l'écoulement du fluide dans le canal de fluide 24.
Le tronçon du canal de fluide 24 auquel le module de mesure de fluide 26 est associé est également nommé tronçon du canal de fluide 37, étant donné que la mesure du fluide dans le canal de fluide 24 est effectuée dans ce tronçon, comme expliqué ci-dessous. L'évidement 36 s’étend ainsi sur la longueur du tronçon de canal de mesure 37.
Le canal de fluide 24 comporte ainsi un tronçon de canal de mesure 37 et deux zones adjacentes à l'entrée de fluide 14 et à la sortie de fluide 16, respectivement, qui s'étendent à partir d’extrémités opposées du tronçon de canal de mesure 37.
Dans le mode de réalisation représenté, le moyen de mesure de fluide 10 comprend en outre un insert réflecteur 38 qui est agencé du côté du canal de fluide 24 opposé au module de mesure de fluide 26, comme il est visible à la figure 2.
L’insert réflecteur 38 sert à réfléchir les signaux provenant du transducteur de signaux acoustique 30, comme expliqué ci-dessous lors de la description du fonctionnement du moyen de mesure de fluide 10.
Pour améliorer la réflectivité, le réflecteur 38 est par exemple fabriqué en un métal.
-13La figure 3 montre que l’insert réflecteur 38 est relié d’un seul tenant au corps de base 28 du module de mesure de fluide 26 par des parois latérales 39 et forme une unité d’insertion 40 en forme de canal.
L'unité d’insertion 40 en forme de canal présente une section transversale angulaire, en particulier rectangulaire.
L'entrée de fluide 14 et la sortie de fluide 16 présentent en revanche une section transversale circulaire pour permettre un raccordement aisé du moyen de mesure de fluide 10 à des conduites externes (le plus souvent circulaires), en particulier par l’intermédiaire de filets tels que des filetages.
Entre les sections transversales circulaires de l'entrée de fluide 14 et de la sortie de fluide 16, respectivement, et la section transversale anguleuse de l'unité d’insertion 40 en forme de canal, il est respectivement prévu une buse 42 et un diffuseur 44, qui peuvent chacun également être nommés tronçon de transition, étant donné qu’ils provoquent un changement correspondant de la section transversale du canal de fluide 24.
En général, les tronçons de transition, c'est-à-dire la buse 42 et le diffuseur 44, assurent que les différentes sections transversales se fondent en continu, c'est-àdire que les sections transversales circulaires de l’entrée de fluide 14 et de la sortie de fluide 16 se fondent dans la section transversale anguleuse du canal de fluide 24. Ceci permet d'éviter des turbulences et des pertes de charge qui y sont liées, lesquelles pourraient influencer le résultat de la mesure. La buse 42 et le diffuseur 44 sont de préférence opposés l'une à l’autre, mais pour le reste de conception identique.
Les figures 2 et 3 montrent également que le boîtier de fluide 12 entoure l’unité d’insertion 40 en forme de canal et donc aussi le module de mesure de fluide 26. En d'autres termes, le module de mesure de fluide 26 ou l'unité d’insertion 40 en forme de canal est enfermé(e) de manière étanche au fluide par le boîtier de fluide
12.
A cet effet, il est prévu de fabriquer le boîtier de fluide 12 par l’enrobage par injection du module de mesure de fluide 26, en particulier de l'unité d’insertion 40 en forme de canal comprenant le module de mesure de fluide 26, de sorte qu'au moins le module de mesure de fluide 26 est noyé ou intégré dans le boîtier de
-14fluide 12 de façon étanche au fluide. Il est ainsi assuré que le fluide ne puisse se répandre que dans le canal de fluide 24 et ne pénètre pas dans le module de mesure de fluide 26 ou dans les espaces intermédiaires.
Pour la fabrication du moyen de mesure de fluide 10, le module de mesure de fluide 26 ou l'unité d’insertion 40 en forme de canal comprenant le module de mesure de fluide 26 est d'abord mis(e) en place dans un moule de moulage par injection, le module de mesure de fluide 26 ou l'unité d'insertion 40 étant ensuite enrobé(e) avec la matière plastique formant le boîtier de fluide 12, de sorte que le module de mesure de fluide 26 ou l'unité d'insertion 40 est reçu(e) ou intégré(e) de manière étanche au fluide dans le boîtier de fluide 12.
En d'autres termes, le module de mesure de fluide 26 ou l'unité d'insertion 40 est enrobé(e) par injection par le boîtier de fluide 12.
Le module de mesure de fluide 26 ou l'unité d'insertion 40 est alors entouré(e) de manière étanche au fluide par le boîtier de fluide 12 ou est intégré(e) dans celuici.
Le fonctionnement du moyen de mesure de fluide 10 est expliquée ci-après en se référant à la figure 4, dans laquelle le module de mesure de fluide 26 est représenté en détail, en particulier en tant que partie de l'unité d’insertion 40 en forme de canal.
En principe, le corps de base 28 du module de mesure de fluide 26 comprend deux zones, à savoir une zone de couplage et/ou de découplage 46 et une zone de propagation 48, lesquelles sont réalisées par une première épaisseur de paroi T1 caractéristique pour la zone de couplage et/ou de découplage 46 et une seconde épaisseur de paroi T2 caractéristique pour la zone de propagation 48.
La zone de couplage et/ou de découplage 46 et la zone de propagation 48 sont reliées l'une à l'autre par des zones de transition en forme de rampes 50 ou se rejoignent par des zones de transition en forme de rampes 50, étant donné qu’elles sont réalisées lors du moulage par injection du boîtier de fluide 12.
Afin de mesurer les propriétés caractéristiques du fluide à l’intérieur du canal de fluide 24, ledit au moins un transducteur de signaux acoustique 30 excite des ondes acoustiques de surface O dans la région de la zone de couplage et/ou de découplage 46, en particulier directement au-dessous du transducteur de signaux acoustique 30.
Comme déjà expliqué, il est prévu deux transducteurs de signaux acoustiques 30 dans le mode de réalisation montré. Un transducteur de signaux acoustique 30 sert par exemple d'émetteur et un autre transducteur de signaux 30 de récepteur.
Il est toutefois également concevable qu'un seul transducteur de signaux acoustique 30 soit présent et qu'il soit simultanément réalisé sous forme d’émetteur et de récepteur, les ondes acoustiques de surface O émises étant réfléchies de manière correspondante vers le seul transducteur de signaux acoustique 30.
Les ondes acoustiques de surface O se propagent le long de la surface de séparation 35 côté fluide du corps de base 28. En raison de la surface de séparation côté fluide 35 directe du corps de base 28 du module de mesure de fluide 26 par rapport au fluide, une partie de l'énergie des ondes acoustiques de surface O est découplée dans le fluide et s’étend à partir de là selon un angle de propagation spécifique Θ (par rapport à une normale à la surface du corps de base 28) sous forme d’onde de volume V à travers le fluide dans le canal de fluide 24, comme le montre la figure 4 de manière schématique.
Si le fluide ne se déplace pas dans le canal de fluide 24, l'angle de propagation Θ de l'onde de volume V dans le fluide résulte du rapport entre la vitesse du son dans le fluide ctet la vitesse du son de l'onde de surface cw dans le corps base 28 de manière à obtenir
Θ = arcsin (Cf / cw).
L'angle Θ résulte donc de « l'appariement des matériaux », la vitesse du son Cw dans le corps de base 28 devant être différente de la vitesse du son Cfdans le fluide pour obtenir une valeur différente de zéro, au-dessous de laquelle l'onde de surface O est couplée dans le fluide et parcourt une distance spatiale dans le fluide sous forme d’onde de volume V.
Les ondes acoustiques de surface comprennent entre autre les ondes LAMB, les ondes de Rayleigh ou les ondes de Leaky-Rayleigh, lesquelles peuvent entre autre être utilisées ici.
-16Du côté opposé du canal de fluide 24, l'onde de volume V est incidente sur l’insert réflecteur 38 à un premier point de réflexion 52 et y est de nouveau réfléchie en direction du corps de base 28. Là, l'onde de volume V est incidente sur la zone de propagation 48 présentant la deuxième épaisseur de paroi T2 qui assure une bonne réflexion de l'onde de volume V, de sorte que l'onde de volume V est de nouveau réfléchie en direction de l’insert réflecteur 38, etc.
Ainsi, l'onde de volume V se propage dans le fluide sur une longue distance de propagation correspondante, ce qui améliore la mesure de manière correspondante.
Dès que l'onde de volume V au niveau du corps de base 28 est de nouveau incidente sur la zone de couplage et/ou de découplage 46, l'onde de volume V est de nouveau découplée, c'est-à-dire convertie en une onde acoustique de surface O qui est reçue par au moins un transducteur de signaux acoustique 30.
Ledit au moins un transducteur de signaux acoustique 30 reçoit en outre l'onde acoustique de surface O afin de déterminer une interférence ou un signal d'interférence, en particulier un retard du temps de propagation de l'onde acoustique de surface O originale et de l'onde acoustique de surface O recouplée.
Le retard du temps de propagation entre l'onde acoustique de surface O et l'onde acoustique de surface O émise par le transducteur de signaux acoustique 30 permet de tirer des conclusions sur des propriétés caractéristiques du fluide, telles que sa concentration, sa viscosité, sa vitesse du son, sa vitesse d’écoulement, son débit, sa température et/ou son homogénéité.
Pour un bon fonctionnement du transfert d'énergie dans le fluide, l’épaisseur de paroi de la zone de couplage et/ou de découplage 46 se situe dans une plage de dimensions définie, qui dépend de la longueur d'onde λ de l'onde acoustique de surface O.
A cet effet, la paroi du corps de base 28 qui forme la surface de séparation 35 côté fluide, présente la première épaisseur de paroi T1 dans la région de la zone de couplage et/ou de découplage 46, qui est inférieure ou égale à la longueur d'onde A de l'onde acoustique de surface O, ici de préférence 50% de la longueur d'onde A de l'onde acoustique de surface O. La première épaisseur de paroi T1 dans la zone de couplage et/ou de découplage 46 assure que la génération
-17d'ondes acoustiques de surface O et la reconversion des ondes de volume V en ondes acoustiques de surface O au niveau du transducteur de signaux acoustique 30 sont particulièrement efficaces.
La zone de paroi du corps de base 28 présentant la première épaisseur de paroi T1 s'étend non seulement directement au-dessous du transducteur de signaux acoustique 30, mais aussi dans une zone entre le transducteur de signaux acoustique 30 et la zone de propagation 48.
Cette région de la zone de couplage et/ou de découplage 46 s'étend sur une longueur L qui peut correspondre à 5 à 10 longueurs d'onde λ de l’onde acoustique de surface O. Dans la zone du transducteur de signaux acoustique 30, cela permet un bon couplage de l'onde acoustique de surface O d'abord dans le corps de base 28 et ensuite dans le fluide sous forme d’onde de volume V.
Inversement, une zone présentant la première épaisseur de paroi T1 en amont du transducteur de signaux acoustique 30 facilite la conversion de l'onde de volume V en l'onde de surface O lors du découplage de l'onde de de volume V.
En revanche, la zone de propagation 48 et l'insert réflecteur 38 présentent une deuxième épaisseur de paroi T2 différente de la première épaisseur de paroi T1 dans la zone de l’ensemble des points de réflexion de l'onde de volume V. Il peut également être prévu que l'insert réflecteur 38 présente une épaisseur de paroi différente de celle de la zone de propagation 48.
La deuxième épaisseur de paroi T2 peut être 20% à 95% supérieure à la première épaisseur de paroi T1, dans l'exemple montré, elle est environ 50% supérieure à la première épaisseur de paroi T1. Dans la zone dans laquelle l'épaisseur de paroi T2 est plus forte, les ondes de surface O ne peuvent pas très bien se propager dans le corps de base 28 ou dans l’insert réflecteur 38. Il est également plus difficile d'exciter une paroi plus épaisse du corps de base 28 pour générer des ondes de surface O. Toutefois, il est également possible de prévoir que la deuxième épaisseur de paroi T2 soit inférieure à la première épaisseur de paroi T1, à condition que la première épaisseur de paroi T1 dans la zone de couplage et/ou de découplage 46 soit optimisée pour un couplage ou découplage optimal.
-18Inversement, cela signifie qu'une meilleure réflexion de l'onde de volume V se produit aux points de réflexion sur la face intérieure de la surface de séparation 35 côté fluide de la zone de propagation 48, car le couplage des ondes y est rendu plus difficile, au mieux complètement empêché. Il est ainsi possible d’améliorer l'intensité du signal au niveau du transducteur de signaux acoustique 30.
Le nombre et la position des points de réflexion sont définis par les dimensions du canal de fluide 24 et l'angle Θ. Étant donné que l'angle Θ dépend de la vitesse d'écoulement du fluide dans le canal de fluide 24 et que l'onde de volume V présente un large front d'onde, les zones de deuxième épaisseur de paroi T2 présentent des dimensions généreuses.
Le transducteur de signaux acoustique 30 est de préférence réalisé sous forme de transducteur piézoélectrique, en particulier de transducteur interdigité, les ondes de surface O dans le corps de base 28 étant générées par l'application d'une tension alternative.
Il est également possible de prévoir le montage d'un élément amortisseur 54 sur le transducteur de signaux acoustique 30. L'élément amortisseur 54 empêche l'onde acoustique de surface O de se coupler involontairement dans d'autres composants du moyen de mesure de fluide 10. De plus, l’élément amortisseur 54 réduit ou empêche les réflexions indésirables, par exemple les réflexions indésirables sur le corps du fluide 12.
La figure 5 montre un deuxième mode de réalisation de l'invention qui correspond sensiblement au premier mode de réalisation, de sorte que seules les différences sont expliquées ci-dessous. Des composants identiques et fonctionnellement identiques sont pourvus des mêmes numéros de référence.
Dans le deuxième mode de réalisation du moyen de mesure de fluide 10, un deuxième module de mesure de fluide 26 est prévu à la place de l’insert réflecteur 38. Ceci permet de mesurer les propriétés caractéristiques du fluide à l'aide de deux modules de mesure de fluide, en particulier simultanément ou de manière redondante. Des effets de synergie peuvent être obtenus puisque les ondes acoustiques de surface O se forment de part et d'autre du canal de fluide 24. Il est ainsi plus facile d'identifier les mesures incorrectes ou les artefacts de mesure et de les prendre en compte lors de l'évaluation.
- 19Le boîtier de fluide 12 peut en principe présenter un logement 56 dans lequel il est possible de loger d'autres modules tels que des modules d’électronique d’évaluation ou similaires. Une unité de communication sans fil pourrait par exemple être logée dans le logement 56, au moyen de laquelle le raccordement 5 au transducteur de signaux acoustique 30 pourrait par exemple être réalisé sans fil.
Il est par exemple également concevable de monter un couvercle non représenté ici adjacent au logement 56, afin de créer l'espace de stockage formé par le logement 56 pour d'autres composants du moyen de mesure de fluide 10.
La figure 5 montre en particulier que le boîtier de fluide 12 est réalisé d’un seul tenant avec le boîtier d’électronique 18.
Les différentes caractéristiques des modes de réalisation peuvent bien sûr être combinées à volonté. Les caractéristiques énumérées en tant que différences par rapport au deuxième mode de réalisation sont en particulier indépendantes et 15 peuvent également être prévues de manière différente dans le premier mode de réalisation.
Claims (14)
- Revendications1. Moyen de mesure de fluide (10), présentant un boîtier de fluide (12) qui comprend une entrée de fluide (14), une sortie de fluide (16) et un canal de fluide (24) qui s’étend entre l’entrée de fluide (14) et la sortie de fluide (16) et qui est couplé de manière fluidique à l’entrée de fluide (14) et à la sortie de fluide (16), le boîtier de fluide (12) présentant un côté tourné vers le canal de fluide (24), auquel est associé un module de mesure de fluide (26) qui est en contact direct avec un fluide s’écoulant à travers le canal de fluide (24) à une surface de séparation (35) côté fluide, le module de mesure de fluide (26) étant entouré par le boîtier de fluide (12), le module de mesure de fluide (26) étant aménagé de manière à générer des ondes de surface acoustiques (O) qui se propagent le long de la surface de séparation (35) côté fluide du module de mesure de fluide (26).
- 2. Moyen de mesure de fluide (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de mesure de fluide (26) présente au moins un transducteur de signaux acoustique (30) qui est aménagé de manière à émettre et/ou à mesurer l’onde de surface (O) et une onde de volume (V), en particulier au moins un point de réflexion (52) étant prévu pour l’onde de volume (V) sur une paroi intérieure du canal de fluide (24).
- 3. Moyen de mesure de fluide (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le module de mesure de fluide (26) présente une cavité (32) dans laquelle le transducteur de signaux acoustique (30) est agencé.
- 4. Moyen de mesure de fluide (10) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le module de mesure de fluide (26) présente dans la zone du transducteur de signaux acoustique (30) une épaisseur de paroi (T1) réduite.
- 5. Moyen de mesure de fluide (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de mesure de fluide (26) comprend un corps de base métallique (28).
- 6. Moyen de mesure de fluide (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier de fluide (12) est réalisé en une matière plastique et est en particulier une pièce moulée par injection.
- 7. Moyen de mesure de fluide (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de mesure de fluide (26) est reçu dans le boîtier de fluide (12) de manière étanche au fluide et est en particulier enrobé par injection.
- 8. Moyen de mesure de fluide (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que du côté de canal de fluide (24) qui est opposé au module de mesure de fluide (26), il est prévu un insert réflecteur (38) et/ou un module de mesure de fluide (26) supplémentaire, l’insert réflecteur (38) et/ou le module de mesure de fluide (26) supplémentaire étant en particulier également entouré(s) par le boîtier de fluide (12).
- 9. Moyen de mesure de fluide (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de mesure de fluide (26) forme, ensemble avec l’insert réflecteur (38) opposé et/ou avec le module de mesure de fluide (26) supplémentaire, une unité d’insertion (40) en forme de canal, le module de mesure de fluide (26) étant en particulier relié à l’insert réflecteur (38) et/ou au module de mesure de fluide (26) supplémentaire par deux parois latérales (39).
- 10. Moyen de mesure de fluide (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section transversale du canal de fluide (24) est anguleuse et/ou en ce que l’entrée de fluide (14) et la sortie de fluide (16) présentent chacune une section transversale circulaire, le canal de fluide (24) étant en particulier réalisé d’un seul tenant avec l’entrée de fluide (14) et/ou la sortie de fluide (16).
- 11. Moyen de mesure de fluide (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier de fluide (12) comprend un tronçon de canal de mesure (37) qui s’étend le long d’un évidement (36) du boîtier de fluide (12) dans lequel le module de mesure de fluide (26) est agencé.
- 12. Moyen de mesure de fluide (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un élément amortisseur (54) est prévu à au moins une extrémité du module de mesure de fluide (26).
- 13. Procédé de fabrication d’un moyen de mesure de fluide (10), comprenant les étapes suivantes :mise en place d’un module de mesure de fluide (26) dans un moule de moulage par injection, et5 - enrobage du module de mesure de fluide (26) par injection pour réaliser un boîtier de fluide (12) du moyen de mesure de fluide (10) qui présente un canal de fluide (24), de sorte que le module de mesure de fluide (26) est entouré par le boîtier de module (12).
- 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu’une matière10 plastique est utilisée pour enrober le module de mesure de fluide (26) par injection et réaliser le boîtier de fluide (12).
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