FR3092911A1 - Energy-independent flow measurement device - Google Patents

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Stéphane BONNETIER
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

Titre de l’invention Dispositif de mesure de débit autonome en énergie et communiquant à distance Un dispositif de mesure de débit (1) comprenant un conduit de gaz (2) pour acheminer un flux gazeux, et un débitmètre à oscillations fluidiques (3) agencé sur le conduit de gaz (2). Il comprend en outre un premier capteur de pression (4) agencé de manière à mesurer la pression dans le conduit de gaz (2), en amont du débitmètre à oscillations fluidiques (3), et un second capteur de pression (5) agencé de manière à mesurer la pression dans le conduit de gaz (2), en aval du débitmètre à oscillations fluidiques (3). Utilisation d’un tel dispositif de mesure de débit (1) pour mesurer le débit gazeux au sein d’une canalisation ou d’un réseau de canalisation véhiculant un gaz ou un mélange gazeux, en particulier au sein d’un bâtiment hospitalier. Figure de l’abrégé : Fig. 1 Title of the invention Energy-independent flow measurement device communicating remotely A flow measurement device (1) comprising a gas conduit (2) for conveying a gas flow, and a fluidic oscillating flowmeter (3) arranged on the gas conduit (2). It further comprises a first pressure sensor (4) arranged so as to measure the pressure in the gas duct (2), upstream of the fluidic oscillations flowmeter (3), and a second pressure sensor (5) arranged in so as to measure the pressure in the gas pipe (2), downstream of the fluidic oscillations flowmeter (3). Use of such a flow measuring device (1) to measure the gas flow within a pipe or a pipe network conveying a gas or a gas mixture, in particular within a hospital building. Abstract figure: Fig. 1

Description

Dispositif de mesure de débit autonome en énergieEnergy self-sufficient flow measurement device

et communiquant à distanceand communicating remotely

L’invention porte sur un dispositif de mesure de débit incorporant un débitmètre à oscillations fluidiques (DOF) conçu pour permettre une mesure de débit d’un flux gazeux sur une plage de débit étendue, lequel soit en outre autonome en énergie et/ou de préférence communicant, et son utilisation pour mesurer le débit d’un flux gazeux circulant au sein d’une canalisation de gaz ou au sein d’un appareil, par exemple un réseau de canalisations de gaz agencé dans un bâtiment hospitalier.The invention relates to a flow measurement device incorporating a fluidic oscillation (DOF) flow meter designed to allow flow measurement of a gaseous flow over an extended flow rate range, which is further energy and/or energy self-sufficient. preferably communicating, and its use for measuring the flow rate of a gas flow circulating within a gas pipeline or within an apparatus, for example a network of gas pipelines arranged in a hospital building.

Afin de suivre les consommations en gaz, il est nécessaire de pouvoir mesurer correctement le débit d’un gaz circulant au sein d’un conduit de gaz ou analogue, par exemple au sein du réseau de canalisations d’un bâtiment hospitalier ou de tout autre bâtiment. Pour ce faire, on utilise en général un dispositif de mesure de débit incorporant un débitmètre et d’autres composants.In order to monitor gas consumption, it is necessary to be able to correctly measure the flow rate of a gas circulating within a gas conduit or the like, for example within the pipe network of a hospital building or any other building. This is usually done using a flow measurement device incorporating a flow meter and other components.

Ainsi, une mesure de débit de gaz peut être réalisée sur de larges plages de débit et de pression grâce à des dispositifs de mesure de débit incorporant des débitmètres dit « thermiques », c'est-à-dire basés sur une mesure thermique par exemple. Cependant, de tels débitmètres nécessitent une alimentation électrique via le réseau, c'est-à-dire le courant secteur (110/220 V), ce qui complique leur architecture et empêche ou limite leur utilisation dans les endroits exigus ou éloignés d’une source de courant électrique.Thus, a gas flow measurement can be carried out over wide ranges of flow and pressure thanks to flow measurement devices incorporating so-called "thermal" flow meters, that is to say based on a thermal measurement for example . However, such flowmeters require a power supply via the network, that is to say the mains current (110/220 V), which complicates their architecture and prevents or limits their use in cramped or remote places. source of electric current.

Pour pallier ce problème, il a été proposé des débitmètres autonomes fonctionnant en étant alimentés par une ou des batteries rechargeables, par exemple, une batterie de 24V et 6900 mAh. Toutefois, requérir à une ou des batteries conduit à une installation de mesure de débit encombrante qui ne peut dès lors pas être installée partout, en particulier dans les endroits exigus. De plus, son autonomie en énergie électrique est limitée à quelques jours, en fonction du nombre de batteries utilisées, ce qui oblige à remplacer la ou les batteries fréquemment et par ailleurs empêche de rendre le débitmètre communicant, sauf à réduire encore son autonomie ou à augmenter le nombre de batteries, donc l’encombrement de l’installation de mesure de débit, du fait de la surconsommation électrique engendrée par le système de communication.To overcome this problem, autonomous flowmeters have been proposed that operate by being powered by one or more rechargeable batteries, for example a 24V and 6900 mAh battery. However, requiring one or more batteries leads to a cumbersome flow measurement installation which therefore cannot be installed everywhere, in particular in cramped places. In addition, its electrical energy autonomy is limited to a few days, depending on the number of batteries used, which means that the battery(ies) must be replaced frequently and, moreover, prevents the flowmeter from being made to communicate, except to further reduce its autonomy or to increase the number of batteries, and therefore the size of the flow measurement installation, due to the electrical overconsumption generated by the communication system.

Par ailleurs, il a déjà été proposé de mesurer le débit d’un gaz grâce à un débitmètre à oscillations fluidiques (DOF), aussi appelé « oscillateur fluidique », qui est conçu pour déterminer le débit d’un flux de gaz à partir de la fréquence des oscillations engendrées par le flux gazeux traversant le DOF car cette fréquence est proportionnelle au débit du flux gazeux, comme décrit par exemple par EP-A-3290873.Furthermore, it has already been proposed to measure the flow rate of a gas using a fluidic oscillation (DOF) flowmeter, also called a "fluidic oscillator", which is designed to determine the flow rate of a gas flow from the frequency of the oscillations generated by the gas flow passing through the DOF since this frequency is proportional to the flow rate of the gas flow, as described for example by EP-A-3290873.

Un DOF peut être couplé, au sein d’un dispositif de mesure de débit, à un module de télécommunication permettant de transmettre les données mesurées à distance, par exemple vers un serveur distant ou analogue, comme décrit par exemple par EP-A-3391926 et EP-A-3369452. En effet, un DOF consomme peu d’énergie et peut dès lors fonctionner pendant de longues périodes, typiquement plusieurs années, en étant alimenté par une simple pile, par exemple une pile compacte AA de 3,6V et 1500 mAh. Utiliser un DOF permet donc d’ajouter une fonctionnalité de transmission de données par télécommunication grâce à sa faible consommation énergétique. Le faible encombrement et l’autonomie énergétique important d’un DOF avec son système de télécommunication permet de le disposer dans des endroits peu accessibles comme sur les réseaux ou prises de gaz au sein des bâtiments, notamment les bâtiments hospitaliers.A DOF can be coupled, within a flow measurement device, to a telecommunications module making it possible to transmit the measured data remotely, for example to a remote server or the like, as described for example by EP-A-3391926 and EP-A-3369452. Indeed, a DOF consumes little energy and can therefore operate for long periods, typically several years, being powered by a single battery, for example a compact AA battery of 3.6V and 1500 mAh. Using a DOF therefore makes it possible to add a functionality for data transmission by telecommunication thanks to its low energy consumption. The small footprint and significant energy autonomy of a DOF with its telecommunications system makes it possible to place it in inaccessible places such as on networks or gas outlets within buildings, in particular hospital buildings.

D’une façon générale, un dispositif de mesure de débit incorporant un DOF est donc une solution de débitmétrie efficace et peu consommatrice en énergie (i.e. alimentation par pile), laquelle peut en outre être associé à une transmission périodique de données, i.e. des mesures opérées.In general, a flow measurement device incorporating a DOF is therefore an effective flow measurement solution that consumes little energy (ie battery power), which can also be associated with a periodic transmission of data, ie measurements operated.

Toutefois, il a été remarqué en pratique qu’un dispositif de mesure de débit à DOF ne pouvait pas toujours mesurer correctement le débit sur une large plage de débit, en particulier lorsque le débit devient trop important, par exemple supérieur à environ 15 sL/min. En effet, un DOF permet une mesure précise et fiable sur la plage où sa réponse fréquentielle est linéaire mais au-delà d’un certain débit, par exemple environ 15 sL/min, la relation linéaire n’est plus valable et la mesure des oscillations fluidiques pour en déduire la valeur de débit n’est plus possible. Ceci résulte de pertes de charges qui deviennent importantes au sein du DOF.However, it has been noticed in practice that a DOF flow measurement device cannot always correctly measure the flow over a wide flow range, especially when the flow becomes too large, for example greater than about 15 sL/ min. Indeed, a DOF allows precise and reliable measurement over the range where its frequency response is linear, but beyond a certain flow rate, for example around 15 sL/min, the linear relationship is no longer valid and the measurement of fluidic oscillations to deduce the flow rate value is no longer possible. This results from pressure losses which become significant within the DOF.

Le problème est dès lors de proposer un dispositif de mesure de débit amélioré permettant de réaliser une mesure efficace du débit de gaz même lorsque sa réponse fréquentielle n’est plus linéaire, c'est-à-dire aussi au-delà d’un débit limite pour lesquels les pertes de charges deviennent importantes, par exemple au-delà environ 15 sL/min,The problem is therefore to propose an improved flow measurement device making it possible to carry out an effective measurement of the gas flow even when its frequency response is no longer linear, that is to say also beyond a limiting flow for which the pressure drops become significant, for example beyond approximately 15 sL/min,

La solution de l’invention est alors un dispositif de mesure de débit comprenant un conduit de gaz pour acheminer un flux gazeux, et un débitmètre à oscillations fluidiques ou DOF agencé sur le conduit de gaz, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un premier capteur de pression agencé de manière à mesurer la pression dans le conduit de gaz, en amont du DOF, et un second capteur de pression agencé de manière à mesurer la pression dans le conduit de gaz, en aval du DOF.The solution of the invention is then a flow measurement device comprising a gas conduit for conveying a gas flow, and a fluidic oscillation or DOF flowmeter arranged on the gas conduit, characterized in that it further comprises a first pressure sensor arranged to measure the pressure in the gas conduit, upstream of the DOF, and a second pressure sensor arranged to measure the pressure in the gas conduit, downstream of the DOF.

Selon le mode de réalisation considéré, le dispositif de mesure de débit de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

  • il comprend en outre des moyens de traitement de signal reliés électriquement au premier capteur de pression et au second capteur de pression.
  • le DOF comprend une chambre de stabilisation et une chambre d’oscillation agencées en série sur le conduit de gaz.
  • la chambre de stabilisation et la chambre d’oscillation du DOF sont reliées fluidiquement l’une à l’autre par un canal de liaison.
  • le flux gazeux circule dans le sens allant de la chambre de stabilisation vers la chambre d’oscillation.
  • la chambre de stabilisation comprend un élément stabilisateur de flux.
  • la chambre d’oscillation comprend un élément à reflux servant à créer des oscillations fluidiques, c'est-à-dire des tourbillons gazeux oscillants au sein de la chambre d’oscillation et au regard de l’élément à reflux.
  • l’élément à reflux comporte une partie de forme semi-cylindrique servant à créer les oscillations fluidiques.
  • l’élément à reflux crée des tourbillons gazeux oscillants entre deux sites d’oscillation situés en regard de la partie de forme semi-cylindrique de l’élément à reflux.
  • des capteurs sensible aux variations de pression, comme des capteurs acoustiques de type microphones, sont agencés au niveau de la chambre d’oscillation de manière à mesurer la fréquence d’oscillation des tourbillons gazeux.
  • les microphones sont agencés de manière à opérer des mesures face aux sites d’oscillation, c'est-à-dire « au-dessus » ou « au-dessous » des sites d’oscillation au sein de la chambre d’oscillation.
  • les microphones sont de préférence dans le plafond ou le sol de la chambre d’oscillation.
  • les microphones sont protégés par des membranes.
  • les microphones du DOF sont reliés électriquement aux moyens de traitement de signal.
  • les moyens de traitement de signal comprennent une carte électronique à microcontrôleur.
  • le microcontrôleur de la carte électronique met en œuvre un ou plusieurs algorithmes.
  • les moyens de traitement de signal sont configurés pour traiter les signaux fournis par les premier et second capteurs de pression, et par les microphones du DOF.
  • les premier et second capteurs de pression fournissent des signaux de mesure de pression.
  • les microphones du DOF fournissent des signaux de fréquence d’oscillation.
  • les moyens de traitement de signal sont configurés pour convertir les signaux de fréquence d’oscillation provenant des microphones du DOF en valeur(s) de débit.
  • les moyens de traitement de signal sont configurés pour calculer au moins une valeur de débit de gaz en traitant les signaux fournis soit par les premier et second capteurs de pression, soit par les microphones du DOF, en fonction d’une comparaison opérée par les moyens de traitement de signal préférentiellement selon deux modes, à savoir :
    • Premier mode : les deux capteurs de pressions sont allumés (i.e. fonctionnent) et opèrent régulièrement des mesures de pression qui servent à calculer une (des) variation de pression. On compare ensuite cette valeur de perte de charge mesurée par les premier et second capteurs à une valeur-seuil de perte de charge préfixée pour déterminer la façon de mesurer le débit la plus adaptée, i.e., choix i) ou ii) ci-avant.
    • Second mode : le DOF et un capteur de pression sont allumés et mesurent régulièrement une valeur de débit rapide par oscillateur fluidique (le temps sur lequel est fait la mesure est restreint par rapport aux mesures classiques pour permettre une estimation de l’ordre de grandeur du débit en un minimum de temps, et une valeur débit seuil préfixée au-delà de laquelle la mesure est supposée entachée d’erreur.
  • les moyens de traitement de signal sont configurés pour calculer au moins une valeur de débit de gaz en traitant les signaux fournis :
    • par les premier et second capteurs de pression, lorsque la valeur de perte de charge mesurée par les premier et second capteurs est supérieure ou égale à la valeur-seuil de perte de charge préfixée, ou lorsque la valeur de débit pré-mesurée par le DOF est supérieure à la valeur seuil de débit préfixée.
    • par les microphones du DOF, lorsque la valeur de perte de charge mesurée par les premier et second capteurs est inférieure à la valeur-seuil de perte de charge préfixée, ou la valeur de débit pré-mesurée par le DOF est inférieure à la valeur seuil de débit préfixée
  • la valeur-seuil de perte de charge préfixée est normalisée par la valeur de pression statique : valeur-seuil = Variation (Pseuil*Poperation). Ce seuil est compris entre 0.1 bar2et 0.8 bar2, par exemple de l’ordre de 0.2 bar2.
  • il comprend des moyens de mémorisation configurés pour mémoriser au moins une valeur-seuil de perte de charge.
  • il comprend des moyens de communication à distance.
  • les moyens de communication à distance comprennent une antenne émettrice et un modem.
  • il comprend des moyens d’alimentation électrique comprenant une pile, de préférence une pile de 3,6V et 1500 mAh ou analogue.
  • le flux gazeux est formé d’un gaz ou mélange gazeux, en particulier de l’oxygène, de l’air, de l’azote, du protoxyde d’azote, de l’helium ou leurs mélanges.
  • les moyens de traitement de signal sont configurés pour traiter les signaux fournis par les premier et second capteurs de pression, et calculer une variation de pression à partir de ces signaux de pression.
  • les moyens de traitement de signal sont configurés pour calculer une variation de pression à partir de ces signaux de pression fournis par les premier et second capteurs de pression, et convertir cette variation de pression calculée en un débit de gaz.
According to the embodiment considered, the flow measurement device of the invention may comprise one or more of the following characteristics:
  • it further comprises signal processing means electrically connected to the first pressure sensor and to the second pressure sensor.
  • the DOF comprises a stabilization chamber and an oscillation chamber arranged in series on the gas conduit.
  • the stabilization chamber and the oscillation chamber of the DOF are fluidically connected to each other by a connection channel.
  • the gas flow circulates in the direction going from the stabilization chamber towards the oscillation chamber.
  • the stabilization chamber includes a flow stabilizer element.
  • the oscillation chamber comprises a reflux element serving to create fluidic oscillations, that is to say oscillating gaseous vortices within the oscillation chamber and facing the reflux element.
  • the reflux element has a semi-cylindrical shaped part serving to create the fluidic oscillations.
  • the reflux element creates oscillating gas vortices between two sites of oscillation located opposite the semi-cylindrical shaped part of the reflux element.
  • sensors sensitive to pressure variations, such as acoustic sensors of the microphone type, are arranged at the level of the oscillation chamber so as to measure the frequency of oscillation of the gas vortices.
  • the microphones are arranged so as to perform measurements facing the oscillation sites, that is to say “above” or “below” the oscillation sites within the oscillation chamber.
  • the microphones are preferably in the ceiling or the floor of the oscillation chamber.
  • the microphones are protected by membranes.
  • the microphones of the DOF are electrically connected to the signal processing means.
  • the signal processing means comprise an electronic card with a microcontroller.
  • the microcontroller of the electronic card implements one or more algorithms.
  • the signal processing means are configured to process the signals supplied by the first and second pressure sensors, and by the microphones of the DOF.
  • the first and second pressure sensors provide pressure measurement signals.
  • DOF microphones provide oscillation frequency signals.
  • the signal processing means are configured to convert the oscillation frequency signals from the microphones of the DOF into rate value(s).
  • the signal processing means are configured to calculate at least one gas flow rate value by processing the signals supplied either by the first and second pressure sensors, or by the microphones of the DOF, as a function of a comparison made by the means signal processing preferably according to two modes, namely:
    • First mode: the two pressure sensors are on (ie working) and regularly perform pressure measurements which are used to calculate one or more pressure variations. This pressure drop value measured by the first and second sensors is then compared with a prefixed pressure drop threshold value to determine the most suitable way of measuring the flow rate, ie, choice i) or ii) above.
    • Second mode: the DOF and a pressure sensor are switched on and regularly measure a fast flow value by fluidic oscillator (the time over which the measurement is made is limited compared to conventional measurements to allow an estimate of the order of magnitude of the throughput in a minimum of time, and a prefixed threshold throughput value beyond which the measurement is assumed to be error-prone.
  • the signal processing means are configured to calculate at least one gas flow rate value by processing the signals supplied:
    • by the first and second pressure sensors, when the pressure drop value measured by the first and second sensors is greater than or equal to the preset pressure drop threshold value, or when the flow rate value pre-measured by the DOF is greater than the preset throughput threshold value.
    • by the microphones of the DOF, when the pressure drop value measured by the first and second sensors is lower than the preset pressure drop threshold value, or the flow rate value pre-measured by the DOF is lower than the threshold value prefixed debit
  • the preset pressure drop threshold value is normalized by the static pressure value: threshold value = Variation (P threshold *P operation ). This threshold is between 0.1 bar 2 and 0.8 bar 2 , for example of the order of 0.2 bar 2.
  • it comprises storage means configured to store at least one pressure drop threshold value.
  • it includes means of remote communication.
  • the remote communication means comprise a transmitting antenna and a modem.
  • it comprises power supply means comprising a battery, preferably a 3.6 V and 1500 mAh battery or the like.
  • the gas stream is formed from a gas or gas mixture, in particular oxygen, air, nitrogen, nitrous oxide, helium or mixtures thereof.
  • the signal processing means are configured to process the signals provided by the first and second pressure sensors, and calculate a pressure variation from these pressure signals.
  • the signal processing means are configured to calculate a pressure variation from these pressure signals supplied by the first and second pressure sensors, and to convert this calculated pressure variation into a gas flow.

L’invention porte aussi sur une utilisation d’un dispositif de mesure de débit selon l'invention, notamment comme décrit ci-dessus ou ci-après, pour mesurer le débit gazeux au sein d’une canalisation ou d’un réseau de canalisation véhiculant un gaz ou un mélange gazeux aménagé dans un bâtiment.The invention also relates to a use of a flow measurement device according to the invention, in particular as described above or below, for measuring the gas flow within a pipe or a pipe network. conveying a gas or a gaseous mixture fitted into a building.

De préférence, le gaz ou un mélange gazeux est de l’oxygène, de l’air, de l’azote, du protoxyde d’azote,Preferably, the gas or a gaseous mixture is oxygen, air, nitrogen, nitrous oxide,

Avantageusement, le bâtiment est un bâtiment hospitalier, tel un hôpital, une clinique ou tout autre bâtiment équipé d’un réseau de canalisation de gaz comprenant une source de gaz et de plusieurs utilisateurs répartis dans le bâtiment.Advantageously, the building is a hospital building, such as a hospital, a clinic or any other building equipped with a gas pipeline network comprising a gas source and several users distributed in the building.

Selon le cas, le bâtiment peut aussi être :Depending on the case, the building can also be:

- un bâtiment industriel, tel qu’un atelier, une usine….- an industrial building, such as a workshop, a factory, etc.

- un bâtiment de recherche ou d’analyse, tel un laboratoire…- a research or analysis building, such as a laboratory, etc.

L’invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description détaillée suivante, faite à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :The invention will now be better understood thanks to the following detailed description, given by way of illustration but not limitation, with reference to the appended figures, including:

schématise un mode de réalisation d’un dispositif de mesure de débit selon l’invention, schematizes an embodiment of a flow measurement device according to the invention,

représente les courbes de débit obtenues en mode « oscillateur fluidique » et en mode « différence de pression », et represents the flow rate curves obtained in "fluidic oscillator" mode and in "pressure difference" mode, and

schématise un mode de réalisation d’un DOF utilisable dans un dispositif de mesure de débit selon l’invention. schematizes an embodiment of a DOF that can be used in a flow measurement device according to the invention.

schématise un mode de réalisation d’un débitmètre à oscillation fluidique ou « DOF » 3 utilisable dans un dispositif de mesure de débit 1 selon l’invention, tel celui schématisé en [Fig. 1]. De manière connue en soi, le DOF 3 comprend des structures internes, en particulier une chambre de stabilisation 31 et une chambre d’oscillation 32, agencées en série sur un conduit 2 de gaz, et reliées fluidiquement l’une à l’autre par un canal de liaison 33 qui permet de convoyer le flux gazeux de la chambre de stabilisation 31 à la chambre d’oscillation 32. Le flux gazeux pénètre donc dans la chambre de stabilisation 31 et ressort de la chambre d’oscillation 32 par le conduit 2 servant à convoyer le flux de gaz. La chambre de stabilisation 31 comprenant un élément stabilisateur de flux 34 et la chambre d’oscillation 32 comprend un élément à reflux 35 comprenant une partie de forme semi-cylindrique 36 servant à créer les oscillations fluidiques, c'est-à-dire des tourbillons gazeux oscillants entre deux sites d’oscillation 37, 38 (i.e. deux zones) situés en regard de la forme semi-cylindrique 36 de l’élément à reflux 35. La fréquence d’oscillation de ces tourbillons gazeux est mesurée par des capteurs « acoustiques » de type microphones agencés au niveau de la chambre d’oscillation 32, de préférence dans le plafond de la chambre d’oscillation 32, face aux sites d’oscillation 37, 38, c'est-à-dire « au-dessus » des sites d’oscillation 37, 38. Un tel DOF 3 est donc conçu pour mesurer un flux de gaz à partir de la fréquence des oscillations des tourbillons gazeux apparaissant alternativement sur les sites d’oscillation 37, 38. La fréquence des oscillations est proportionnelle au débit du flux gazeux qui le traverse. La chambre de tranquillisation 31 a pour but de stabiliser le flux de gaz, alors que la chambre d’oscillation 32 sert à créer l’instabilité que l’on cherche à mesurer, c'est-à-dire les oscillations ou tourbillons gazeux dont on mesure la fréquence. Pour plus d’information, on peut se reporter aux documents EP-A-3290873, EP-A-3391926 et EP-A-3369452 qui détaillent le fonctionnement d’un DOF. schematizes an embodiment of a fluidic oscillation or “DOF” flowmeter 3 usable in a flow measurement device 1 according to the invention, such as that schematized in [FIG. 1]. In a manner known per se, the DOF 3 comprises internal structures, in particular a stabilization chamber 31 and an oscillation chamber 32, arranged in series on a gas conduit 2, and fluidly connected to each other by a connecting channel 33 which makes it possible to convey the gaseous flow from the stabilization chamber 31 to the oscillation chamber 32. The gaseous flow therefore enters the stabilization chamber 31 and leaves the oscillation chamber 32 through the conduit 2 used to convey the gas flow. The stabilization chamber 31 comprising a flow stabilizer element 34 and the oscillation chamber 32 comprises a reflux element 35 comprising a semi-cylindrical shaped part 36 serving to create the fluidic oscillations, i.e. vortices gases oscillating between two oscillation sites 37, 38 (ie two zones) located opposite the semi-cylindrical shape 36 of the reflux element 35. The frequency of oscillation of these gas vortices is measured by “acoustic” sensors » of the microphone type arranged at the level of the oscillation chamber 32, preferably in the ceiling of the oscillation chamber 32, facing the oscillation sites 37, 38, that is to say “above” oscillation sites 37, 38. Such a DOF 3 is therefore designed to measure a gas flow from the frequency of the oscillations of the gas vortices appearing alternately on the oscillation sites 37, 38. The frequency of the oscillations is proportional at the gas flow rate q ui crosses it. The purpose of the plenum chamber 31 is to stabilize the flow of gas, while the oscillation chamber 32 serves to create the instability that one seeks to measure, that is to say the oscillations or gas vortices whose the frequency is measured. For more information, reference may be made to documents EP-A-3290873, EP-A-3391926 and EP-A-3369452 which detail the operation of a DOF.

schématise un mode de réalisation d’un dispositif de mesure de débit 1 selon l’invention, lequel intègre un tel DOF 3, ainsi que des moyens de traitement de signal 6, telle une carte électronique à microcontrôleur, servant notamment à traiter les signaux de mesure de fréquence provenant des microphones opérant leurs mesures dans la chambre d’oscillation 32. diagrams an embodiment of a flow measurement device 1 according to the invention, which integrates such a DOF 3, as well as signal processing means 6, such as an electronic card with a microcontroller, serving in particular to process the signals of frequency measurement from the microphones operating their measurements in the oscillation chamber 32.

Toutefois, les structures internes du DOF 3 présentent des dimensions (e.g. diamètres ou autres) constituant des restrictions de passage du gaz donnant lieu à des pertes de charge plus ou moins importantes. Celles-ci varient comme le carré du débit et sont par ailleurs caractéristiques d’une géométrie donnée de DOF, comme la relation entre la fréquence des oscillations et le débit du gaz.However, the internal structures of the DOF 3 have dimensions (e.g. diameters or others) constituting gas flow restrictions giving rise to more or less significant pressure drops. These vary as the square of the flow rate and are otherwise characteristic of a given DOF geometry, such as the relationship between the frequency of oscillations and the gas flow rate.

Or, comme illustré en , le DOF 3 permet une mesure précise et fiable sur la plage où sa réponse fréquentielle est linéaire, c'est-à-dire jusqu’à un débit de gaz limite, par exemple 15 sL/min environ. Toutefois, au-delà de ce débit limite (e.g. >15 sL/min), cette relation linéaire n’est plus valable et la mesure des oscillations gazeuse pour en déduire la valeur de débit de gaz n’est plus possible. En fait, à partir de ce débit limite, les pertes de charge produites par le DOF 3 deviennent importantes.However, as illustrated in , the DOF 3 allows precise and reliable measurement over the range where its frequency response is linear, that is to say up to a limiting gas flow rate, for example approximately 15 sL/min. However, beyond this limiting flow rate (eg >15 sL/min), this linear relationship is no longer valid and the measurement of gas oscillations to deduce the gas flow rate value is no longer possible. In fact, from this limit flow, the pressure drops produced by the DOF 3 become significant.

Dans le cadre de la présente invention, on tire parti de ces pertes de charge importantes, alors qu’habituellement elles constituent un problème, afin d’étendre la plage de mesure du débit. En effet, ces pertes de charge importantes se produisant au travers du DOF 3, laquelle peut être facilement mesurée et servir à réaliser une bonne discrimination des débits.In the context of the present invention, advantage is taken of these significant pressure drops, whereas they usually constitute a problem, in order to extend the flow measurement range. Indeed, these significant pressure drops occurring through the DOF 3, which can be easily measured and serve to achieve good discrimination of the flow rates.

Selon la présente invention, on prévoit alors dans le dispositif de mesure de débit 1, un premier capteur de pression 4 agencé de manière à mesurer la pression dans le conduit de gaz 2, en amont du DOF 3, et un second capteur de pression 5 agencé de manière à mesurer la pression dans le conduit de gaz 2, en aval du DOF 3, i.e. le DOF 3 est situé entre les prises de pression des capteurs de pression 4, 5 au sein du conduit de gaz 2.According to the present invention, there is then provided in the flow measurement device 1, a first pressure sensor 4 arranged to measure the pressure in the gas conduit 2, upstream of the DOF 3, and a second pressure sensor 5 arranged to measure the pressure in the gas conduit 2, downstream of the DOF 3, i.e. the DOF 3 is located between the pressure taps of the pressure sensors 4, 5 within the gas conduit 2.

Dit autrement, en incorporant des prises de pression, i.e. capteurs de pression 4, 5, de part et d’autre, du DOF 3, il est possible de combiner les mesures opérées par le DOF 3 sur une première plage de débit allant jusqu’à un débit limite donné, par exemple 15 sL/min, à des mesures opérées par les capteurs de pression 4, 5 opérant les mesures de pression en amont et aval du DOF 3, sur une deuxième plage de débit, comprenant des débits plus élevés que ceux de la première plage de débit, c'est-à-dire les débits supérieurs au débit limite (par exemple > 15 sL/min).In other words, by incorporating pressure taps, ie pressure sensors 4, 5, on either side of the DOF 3, it is possible to combine the measurements performed by the DOF 3 over a first range of flow rates up to at a given limit flow rate, for example 15 sL/min, to measurements made by the pressure sensors 4, 5 operating the pressure measurements upstream and downstream of the DOF 3, over a second flow rate range, comprising higher flow rates than those of the first flow rate range, i.e. the flow rates above the limiting flow rate (for example > 15 sL/min).

A partir de ces mesures de pression opérées par les premier et second capteurs de pression 4, 5 et transmises aussi aux moyens de traitement de signal 6, telle une carte électronique à microcontrôleur, le dispositif de mesure de débit 1 peut calculer un différentiel de pression, c'est-à-dire déterminer la variation de pression entre l’entrée et la sortie du DOF 3 résultant des pertes de charge internes.From these pressure measurements made by the first and second pressure sensors 4, 5 and also transmitted to the signal processing means 6, such as an electronic card with a microcontroller, the flow measurement device 1 can calculate a pressure differential , that is to say determine the pressure variation between the inlet and the outlet of the DOF 3 resulting from the internal pressure drops.

En d’autres termes, l’invention repose sur un ajout des deux capteurs de pression 4, 5 dont les prises de pression sont agencées sur le flux gazeux, en amont et en aval du DOF 3 afin de pouvoir mesurer la perte de charge totale se produisant au sein du DOF 3, laquelle correspondant à la somme des différentes pertes de charge se produisant dans les différentes structures internes du DOF 3, comme expliqué ci-avant.In other words, the invention is based on an addition of the two pressure sensors 4, 5 whose pressure taps are arranged on the gas flow, upstream and downstream of the DOF 3 in order to be able to measure the total pressure drop. occurring within the DOF 3, which corresponds to the sum of the various pressure drops occurring in the various internal structures of the DOF 3, as explained above.

Toutefois, la localisation physique des capteurs de pression 4, 5 eux-mêmes peut être déportée mais les prises de pression de ces capteurs de pression 4, 5 doivent être situées sur le conduit 2, en amont et en aval du DOF 3, que ces prises de pression soient reliées directement au lumen du conduit 2 ou alors soient en communication fluidique avec le lumen du conduit 2 via des piquages ou des petits conduits analogues.However, the physical location of the pressure sensors 4, 5 themselves can be remote but the pressure taps of these pressure sensors 4, 5 must be located on the pipe 2, upstream and downstream of the DOF 3, whether these pressure taps are connected directly to the lumen of conduit 2 or else are in fluid communication with the lumen of conduit 2 via tappings or similar small conduits.

Les moyens de traitement de signal 6, en particulier une carte électronique à microcontrôleur, sont configurés pour traiter les mesures opérées soit en mode « oscillateur fluidique » à partir des fréquences mesurées par le DOF 3 et soit en mode « différence de pression » (voir ) à partir des pressions mesurées par les capteurs de pression 4, 5, et ainsi d’en déduire une (ou des) valeur de débit de fluide.The signal processing means 6, in particular a microcontroller electronic card, are configured to process the measurements made either in “fluidic oscillator” mode from the frequencies measured by the DOF 3 and either in “pressure difference” mode (see ) from the pressures measured by the pressure sensors 4, 5, and thus to deduce therefrom one (or more) fluid flow rate values.

La ou les valeurs de débit de fluide peuvent être transmises à distance (flèche 11) à un dispositif électronique 10, tel un ordinateur, un serveur, une tablette numérique, un téléphone intelligent (smartphone) ou analogue, via un système de transmission 7 intégré comprenant par exemple une antenne émettrice et un modem ou analogue, comme schématisé en . Ces valeurs de débit pourront ensuite être affichées sous forme de valeurs numériques, de courbes, de barres-graphes ou autre, ou exploitées d’une autre manière, par exemple pour opérer des calculs de consommation ou autres.The fluid flow rate value or values can be transmitted remotely (arrow 11) to an electronic device 10, such as a computer, a server, a digital tablet, a smart telephone (smartphone) or the like, via an integrated transmission system 7 comprising for example a transmitting antenna and a modem or the like, as shown schematically in . These flow rate values can then be displayed in the form of numerical values, curves, bar graphs or other, or used in another way, for example to carry out consumption calculations or the like.

Selon un autre mode de réalisation, il est aussi possible de prévoir un afficheur numérique ou autre directement intégré au dispositif de mesure de débit 1 (non montré) de manière à fournir immédiatement une indication de débit à un utilisateur se trouvant sur le site où est agencé le dispositif de mesure de débit 1.According to another embodiment, it is also possible to provide a digital or other display directly integrated into the flow measurement device 1 (not shown) so as to immediately provide a flow indication to a user located on the site where is arranged the flow measurement device 1.

Dans tous les cas, le choix particulier de l’affichage de l’une ou l’autre des valeurs de débit, c'est-à-dire mesurées en mode « oscillateur fluidique » à partir des fréquences mesurées par le DOF 3 ou en mode « différence de pression » obtenues par les capteurs 4, 5, est fait à partir d’un critère basé sur la perte de charge car celle-ci est fiable sur toute la plage de débit. En effet, utiliser un critère de fréquence mesurée par le DOF 3 peut être fortement erronée hors de la zone de linéarité, c'est-à-dire pour les valeurs supérieures à la valeur de débit limite, comme visible sur la . Toutefois, utiliser un critère basé sur fréquence est beaucoup plus avantageux du point de vue de la consommation énergétique du dispositif. Ainsi, plutôt que d’utiliser la fréquence telle que mesurée par le DOF, la stabilité de cette mesure peut être facilement évaluée en la mesurant plusieurs fois sur des durées restreintes et en évaluant l’écart des fréquences mesurées. Le dépassement d’au moins une de ses valeurs par rapport à un seuil en fréquence témoigne de l’instabilité de l’oscillateur fluidique, ce qui est typique hors de la zone de linéarité.In all cases, the particular choice of displaying one or other of the flow rate values, i.e. measured in "fluidic oscillator" mode from the frequencies measured by the DOF 3 or in "pressure difference" mode obtained by the sensors 4, 5, is made from a criterion based on the pressure drop because the latter is reliable over the entire flow rate range. Indeed, using a frequency criterion measured by the DOF 3 can be highly erroneous outside the linearity zone, i.e. for values greater than the limit flow rate value, as visible on the . However, using a criterion based on frequency is much more advantageous from the point of view of the energy consumption of the device. Thus, rather than using the frequency as measured by the DOF, the stability of this measurement can be easily evaluated by measuring it several times over restricted durations and evaluating the deviation of the measured frequencies. The exceeding of at least one of its values with respect to a frequency threshold testifies to the instability of the fluidic oscillator, which is typical outside the linearity zone.

Ainsi, si le seuil est choisi en perte de charge, lorsque la perte de charge mesurée par les capteurs 4, 5 est supérieure ou égale à une valeur-seuil de perte de charge préfixée (i.e. valeur de consigne), par exemple 50 mbar, la valeur de débit affichée est celle calculée par différence de pression au moyen des capteurs 4, 5, c'est-à-dire en mode « différence de pression », alors que lorsque la perte de charge mesurée par les capteurs 4, 5 est inférieure à ladite valeur-seuil de perte de charge, la valeur de débit affichée est celle calculée par le DOF 3, c'est-à-dire en mode « oscillateur fluidique ». La valeur-seuil de perte de charge peut être mémorisée au sein de moyens de mémorisation, par exemple une mémoire portée par la carte électronique.Thus, if the threshold is chosen in pressure drop, when the pressure drop measured by the sensors 4, 5 is greater than or equal to a prefixed pressure drop threshold value (ie setpoint), for example 50 mbar, the flow rate value displayed is that calculated by pressure difference using the sensors 4, 5, that is to say in "pressure difference" mode, whereas when the pressure drop measured by the sensors 4, 5 is lower than said pressure drop threshold value, the flow rate value displayed is that calculated by the DOF 3, that is to say in “fluidic oscillator” mode. The pressure drop threshold value can be stored in storage means, for example a memory carried by the electronic card.

Si le seuil est choisi en fréquence, lorsqu’au moins une valeur de fréquence mesurée sur les intervalles courts dépasse une valeur seuil préfixée, par exemple, 10 mesures sur 20 ms avec un seuil à 3000Hz bara (la fréquence est normalisée par la pression d’opération), la valeur de débit affichée est calculée par différence de pression au moyen des capteurs 4, 5, c'est-à-dire en mode « différence de pression ». alors que lorsque toutes les valeurs de fréquences mesurée sont inférieures à ladite valeur-seuil de fréquences, la valeur de débit affichée est celle calculée par le DOF 3, c'est-à-dire en mode « oscillateur fluidique ». La valeur-seuil de fréquence peut être mémorisée au sein de moyens de mémorisation, par exemple une mémoire portée par la carte électronique.If the threshold is chosen in frequency, when at least one frequency value measured over the short intervals exceeds a prefixed threshold value, for example, 10 measurements over 20 ms with a threshold at 3000 Hz bara (the frequency is normalized by the pressure d 'operation), the flow rate value displayed is calculated by pressure difference using the sensors 4, 5, that is to say in "pressure difference" mode. whereas when all the measured frequency values are below said frequency threshold value, the flow rate value displayed is that calculated by the DOF 3, that is to say in “fluidic oscillator” mode. The frequency threshold value can be stored in storage means, for example a memory carried by the electronic card.

L’alimentation électrique du dispositif de mesure de débit 1 est de préférence assurée par une pile 8, en particulier une pile AA de 3,6V et 1500 mAh, assurant un fonctionnement pendant plusieurs mois, voire plusieurs années, sans avoir à être remplacée ou rechargée.The electrical supply of the flow measurement device 1 is preferably ensured by a battery 8, in particular a 3.6 V and 1500 mAh AA battery, ensuring operation for several months, even several years, without having to be replaced or recharged.

Avantageusement, l’ensemble des composants du dispositif de mesure de débit 1 est compris dans un boitier rigide 9, par exemple en plastique ou analogue.Advantageously, all of the components of the flow measurement device 1 is included in a rigid case 9, for example made of plastic or the like.

Un dispositif de mesure de débit 1 est particulièrement bien adapté à une utilisation pour mesurer le débit gazeux au sein d’une canalisation véhiculant un gaz ou d’un réseau de telles canalisation, en particulier au sein d’un bâtiment hospitalier.A flow measurement device 1 is particularly well suited to use for measuring the gas flow within a pipe conveying a gas or a network of such pipes, in particular within a hospital building.

Claims (10)

Dispositif de mesure de débit (1) comprenant un conduit de gaz (2) pour acheminer un flux gazeux, et un débitmètre à oscillations fluidiques (3) agencé sur le conduit de gaz (2), caractérisé en ce qu’il comprend en outre :
  • un premier capteur de pression (4) agencé de manière à mesurer la pression dans le conduit de gaz (2), en amont du débitmètre à oscillations fluidiques (3), et
  • un second capteur de pression (5) agencé de manière à mesurer la pression dans le conduit de gaz (2), en aval du débitmètre à oscillations fluidiques (3).
Flow measurement device (1) comprising a gas conduit (2) for conveying a gas flow, and a fluidic oscillation flow meter (3) arranged on the gas conduit (2), characterized in that it further comprises :
  • a first pressure sensor (4) arranged to measure the pressure in the gas conduit (2), upstream of the fluidic oscillation flow meter (3), and
  • a second pressure sensor (5) arranged to measure the pressure in the gas conduit (2), downstream of the fluidic oscillation flowmeter (3).
Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend en outre des moyens de traitement de signal (6) reliés électriquement au premier capteur de pression (4) et au second capteur de pression (5).Device according to the preceding claim, characterized in that it further comprises signal processing means (6) electrically connected to the first pressure sensor (4) and to the second pressure sensor (5). Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le débitmètre à oscillations fluidiques (3) comprend des microphones, lesdits microphones étant reliés électriquement moyens de traitement de signal (6).Device according to one of the preceding claims, characterized in that the fluidic oscillation flowmeter (3) comprises microphones, the said microphones being electrically connected to signal processing means (6). Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement de signal (6) comprennent une carte électronique à microcontrôleur.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the signal processing means (6) comprise an electronic card with a microcontroller. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement de signal (6) sont configurés pour traiter les signaux fournis par les premier (4) et second capteurs de pression (5), et par les microphones du débitmètre à oscillations fluidiques (3).Device according to one of the preceding claims, characterized in that the signal processing means (6) are configured to process the signals supplied by the first (4) and second pressure sensors (5), and by the microphones of the flowmeter with fluidic oscillations (3). Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement de signal (6) sont configurés pour traiter les signaux fournis par les premier (4) et second capteurs de pression (5), et calculer une variation de pression à partir de ces signaux de pression.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the signal processing means (6) are configured to process the signals supplied by the first (4) and second pressure sensors (5), and calculate a pressure variation from these pressure signals. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement de signal (6) sont configurés pour calculer une variation de pression à partir de ces signaux de pression fournis par les premier (4) et second capteurs de pression (5), et convertir cette variation de pression calculée en un débit de gaz.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the signal processing means (6) are configured to calculate a pressure variation from these pressure signals supplied by the first (4) and second pressure sensors ( 5), and convert this calculated pressure variation into a gas flow. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre :
  • des moyens de communication à distance (7), et/ou
  • des moyens d’alimentation électrique comprenant une pile, de préférence une pile de 3,6V et 1500 mAh.
Device according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises:
  • means of remote communication (7), and/or
  • power supply means comprising a battery, preferably a 3.6V and 1500 mAh battery.
Utilisation d’un dispositif de mesure de débit (1) selon l'une des revendications précédentes, pour mesurer le débit gazeux au sein d’une canalisation ou d’un réseau de canalisation véhiculant un gaz ou un mélange gazeux, en particulier au sein d’un bâtiment hospitalier.Use of a flow measurement device (1) according to one of the preceding claims, for measuring the gas flow within a pipeline or a pipeline network conveying a gas or a gas mixture, in particular within of a hospital building. Utilisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que le débit gazeux est compris entre 0.1 et 50 sL/min, de préférence entre 1 et 40 sL/min.Use according to claim 9, characterized in that the gas flow is between 0.1 and 50 sL/min, preferably between 1 and 40 sL/min.
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