FR3114388A1 - Procédé de mesure de débit d’un fluide dans une canalisation - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de mesure de débit d’un fluide dans une canalisation à l’aide d’au moins un transducteur à ultrasons,
le procédé comprenant une succession de cycles (35) de transmissions comprenant chacun un sous-cycle A dans laquelle une onde ultrasonore est transmise par un premier transducteur et un sous-cycle B dans laquelle une onde ultrasonore est transmise par un deuxième transducteur, les temps de propagation de ces deux ondes étant mesurés, l’ordre entre le sous-cycle A et le sous-cycle B étant inversé entre les cycles de transmissions successifs, et un débit étant calculé à partir d’une moyenne entre :
une différence entre les deux temps de propagation mesurés d’un cycle de transmissions donné, et une différence entre les deux temps de propagation mesurés d’un deuxième cycle de transmissions succédant le cycle de transmissions donné.
Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1
Description
L'invention concerne un procédé de mesure de débit d’un fluide dans une canalisation. L’invention concerne également un débitmètre adapté pour mettre en œuvre un tel procédé de mesure de débit.
On connaît déjà, notamment de US 2011/0246098, un procédé de mesure d’un débit de fluide s’écoulant dans la canalisation entre deux transducteurs à ultrasons. Le procédé de mesure comprend une succession de cycles, dits cycles de transmissions, de mesure d’un temps de propagation d’une onde ultrasonore entre les deux transducteurs. En particulier, chaque cycle de transmissions comprend :
- un sous-cycleA ’comprenant :
- une étape d’émission d’une onde ultrasonore par le premier transducteur à ultrasons,
- une étape de réception de ladite onde ultrasonore par le deuxième transducteur à ultrasons,
- une étape de mesure d’un temps de propagation de l’onde ultrasonore depuis le premier transducteur à ultrasons jusqu’au deuxième transducteur à ultrasons,
- un sous-cycleB’comprenant :
- une étape d’émission d’une onde ultrasonore par le deuxième transducteur à ultrasons,
- une étape de réception de ladite onde ultrasonore par le premier transducteur à ultrasons,
- une étape de mesure d’un temps de propagation de l’onde ultrasonore depuis le deuxième transducteur à ultrasons jusqu’au premier transducteur à ultrasons.
Ainsi, le transducteur à ultrasons fonctionnant en tant qu’émetteur lors d’un cycle donné fonctionne en tant que récepteur lors du cycle qui suit ce cycle donné. De même, le transducteur à ultrasons fonctionnant en tant que récepteur lors d’un cycle donné fonctionne en tant qu’émetteur lors du cycle qui suit ce cycle donné.
En particulier, l’étape d’émission du deuxième sous-cycle effectué d’un cycle de transmission succède à l’étape de réception du premier sous-cycle effectué de ce même cycle de transmissions après une durée de quelques millisecondes (4ms) le temps que les ultrasons s’évanouissent.
Ce procédé comprend en outre une étape de calcul d’un débit de fluide dans laquelle le débit de fluide est calculé à partir d’une différence entre le temps de propagation mesuré du premier cycle de mesure effectué et du temps de propagation mesuré du deuxième cycle de mesure effectué.
Le fait de calculer le débit de fluide à partir d’une différence entre deux temps de propagation permet d’obtenir des résultats plus fiables que si le débit de fluide était calculé à partir d’un unique temps de propagation. En effet, le calcul du débit de fluide à partir d’une différence entre deux temps de propagation permet de réduire l’influence de l’environnement sur les mesures des temps de propagation.
Ce procédé peut être répété de façon à mesurer plusieurs débits à des instants différents.
Les inventeurs ont constaté que la précision des débits calculés selon un tel procédé de mesure de débit n’est pas toujours régulière. Ainsi, les débits calculés par un tel procédé de mesure de débit se révèlent donc relativement peu fiables.
L’invention vise à pallier ces inconvénients.
L’invention vise donc à proposer un procédé de mesure de débit d’un fluide permettant de déterminer des débits fiables et précis.
L’invention vise également à proposer un tel procédé de mesure de débit qui soit simple, rapide et peu coûteux en énergie.
L'invention vise également à proposer un débitmètre adapté pour mettre en œuvre un tel procédé de mesure de débit.
L'invention concerne donc un procédé de mesure de débit d’un fluide dans une canalisation, le débit étant mesuré à l’aide d’au moins un transducteur à ultrasons,
le procédé comprenant une génération de cycles successifs, dits cycles de transmissions, commandée par une unité de commande, chaque cycle de transmissions comprenant :
le procédé comprenant une génération de cycles successifs, dits cycles de transmissions, commandée par une unité de commande, chaque cycle de transmissions comprenant :
- un sous-cycleAcomprenant :
- une étape d’émission d’une onde ultrasonore par un premier transducteur à ultrasons parmi ledit au moins un transducteur à ultrasons,
- une étape de réception de ladite onde ultrasonore par un deuxième transducteur à ultrasons parmi ledit au moins un transducteur à ultrasons,
- une étape de mesure d’un temps de propagation de l’onde ultrasonore depuis le premier transducteur à ultrasons jusqu’au deuxième transducteur à ultrasons,
- un sous-cycleBcomprenant :
- une étape d’émission d’une onde ultrasonore par le deuxième transducteur à ultrasons,
- une étape de réception de ladite onde ultrasonore par le premier transducteur à ultrasons,
- une étape de mesure d’un temps de propagation de l’onde ultrasonore depuis le deuxième transducteur à ultrasons jusqu’au premier transducteur à ultrasons,
caractérisé en ce que l’ordre entre le sous-cycleAet le sous-cycleBd’un cycle de transmissions donné est inversé par rapport à l’ordre entre le sous-cycleAet le sous-cycleBd’un cycle de transmissions précédant directement ledit cycle de transmissions donné,
et en ce qu’il comprend au moins une étape de calcul de débit de fluide dans laquelle un débit du fluide s’écoulant dans la canalisation est calculé à partir d’une moyenne entre :
- une différence entre le temps de propagation mesuré pour le sous-cycleAet le temps de propagation mesuré pour le sous-cycleBd’un même cycle de transmissions donné et
- une différence entre le temps de propagation mesuré pour le sous-cycleAet le temps de propagation mesuré pour le sous-cycleBd’un même cycle de transmissions succédant directement le cycle de transmissions donné.
On désigne par l’expression « le cycle succédant directement le cycle donné » le premier cycle qui suit le cycle donné dans la succession des cycles effectués dans le procédé de mesure. De même, on désigne par l’expression « le cycle précédant directement le cycle donné » le premier cycle qui précède le cycle donné dans l’ensemble des cycles effectués dans le procédé de mesure.
En particulier, la différence effectuée lors de l’étape de calcul de débit est multipliée par -1, un cycle sur deux, afin de conserver un résultat de même signe.
Dans certains modes de réalisation avantageux et selon l’invention, un cycle de transmissions donné est séparé d’un cycle de transmissions précédant directement ce cycle de transmissions donné par une durée, dite durée intercycle, supérieure ou égale à 15 ms. En particulier, ladite durée intercycle peut être comprise entre 15 ms et 4000 ms (4 secondes), notamment entre 125 ms et 4000 ms (4 secondes), plus particulièrement entre 250 ms et 2000 ms (2 secondes), par exemple de l’ordre de 500 ms.
Par ailleurs, dans certains modes de réalisation avantageux et selon l’invention, le sous-cycleAet le sous-cycleBd’un même cycle de transmissions sont séparés l’un de l’autre par une durée, dite durée intracycle, inférieure ou égale à 10 ms. En particulier, ladite durée intracycle peut être comprise entre 1 ms et 10 ms, par exemple de l’ordre de 4 ms.
De préférence, le débit de fluide est déterminé à partir d’un tableau prédéterminé dans lequel des résultats de différence de temps de propagation sont associés à des débits. Le tableau peut également prendre en compte la température du fluide.
Dans certains modes de réalisation avantageux et selon l’invention, le procédé de mesure de débit comprend une étape de mise en veille au moins partielle de l’unité de commande entre chaque cycle de transmissions.
L’invention s’étend également à un débitmètre adapté pour mettre en œuvre un procédé selon l’invention.
En particulier, l’invention s’étend à un débitmètre comprenant :
- au moins un transducteur à ultrasons adapté pour être assemblé à une canalisation,
- une unité de commande programmée pour commander une génération de cycles successifs, dits cycles de transmissions, chaque cycle de transmissions comprenant :
- un sous-cycleAcomprenant :
- une étape d’émission d’une onde ultrasonore par un premier transducteur à ultrasons parmi ledit au moins un transducteur à ultrasons,
- une étape de réception de ladite onde ultrasonore par un deuxième transducteur à ultrasons parmi ledit au moins un transducteur à ultrasons,
- une étape de mesure d’un temps de propagation de l’onde ultrasonore depuis le premier transducteur à ultrasons jusqu’au deuxième transducteur à ultrasons,
- un sous-cycleBcomprenant :
- une étape d’émission d’une onde ultrasonore par le deuxième transducteur à ultrasons,
- une étape de réception de ladite onde ultrasonore par le premier transducteur à ultrasons,
- une étape de mesure d’un temps de propagation de l’onde ultrasonore depuis le deuxième transducteur à ultrasons jusqu’au premier transducteur à ultrasons,
- un sous-cycleAcomprenant :
caractérisé en ce que l’ordre entre le sous-cycleAet le sous-cycleBd’un cycle de transmissions donné est inversé par rapport à l’ordre entre le sous-cycleAet le sous-cycleBd’un cycle de transmissions précédant directement ledit cycle de transmissions donné,
et en ce que l’unité de commande est programmée pour effectuer au moins une étape de calcul de débit de fluide dans laquelle un débit du fluide s’écoulant dans la canalisation est calculé à partir d’une moyenne entre :
- une différence entre le temps de propagation mesuré pour le sous-cycleAet le temps de propagation mesuré pour le sous-cycleBd’un même cycle de transmissions donné, et
- une différence entre le temps de propagation mesuré pour le sous-cycleAet le temps de propagation mesuré pour le sous-cycleBd’un même cycle de transmissions succédant directement le cycle de transmissions donné.
Par exemple, le premier transducteur et le deuxième transducteur sont adaptés pour être montés sur une canalisation de façon à être disposés en vis-à-vis l’un de l’autre selon une direction diagonale par rapport à un axe longitudinal de la canalisation. Néanmoins, rien n’empêche de prévoir, un débitmètre comprenant deux transducteurs adaptés pour être disposés à l’intérieur de la canalisation en vis-à-vis l’un de l’autre selon l’axe longitudinal de la canalisation. En outre, il est également possible de prévoir un débitmètre comprenant un unique transducteur à ultrasons et un réflecteur d’ondes ultrasonores disposés à l’intérieur de la canalisation. Cet unique transducteur à ultrasons est alors placé en regard du réflecteur de sorte que ce transducteur puisse émettre puis réceptionner des ondes ultrasonores en les réfléchissant sur le réflecteur. Dans ce cas, le premier transducteur et le deuxième transducteur sont les mêmes.
Dans certains modes de réalisation avantageux et selon l’invention, le débitmètre comprend ladite canalisation sur laquelle sont montés les deux transducteurs à ultrasons, cette canalisation présentant deux extrémités longitudinales comprenant un organe de raccordement.
L'invention concerne également un procédé de mesure de débit et un débitmètre caractérisés, en combinaison ou non, par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. Quelle que soit la présentation formelle qui en est donnée, sauf indication contraire explicite, les différentes caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après ne doivent pas être considérées comme étroitement ou inextricablement liées entre elles, l’invention pouvant concerner l’une seulement de ces caractéristiques structurelles ou fonctionnelles, ou une partie seulement de ces caractéristiques structurelles ou fonctionnelles, ou une partie seulement de l’une de ces caractéristiques structurelles ou fonctionnelles, ou encore tout groupement, combinaison ou juxtaposition de tout ou partie de ces caractéristiques structurelles ou fonctionnelles.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre non limitatif de certains de ses modes de réalisation possibles et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :
Un procédé 28 de mesure de débit d’un fluide s’écoulant dans une canalisation est représenté selon un mode de réalisation de l’invention à la figure 1. Ce procédé 28 de mesure de débit peut être mis en œuvre par tout type de débitmètre ultrasonore fonctionnant sur la base de mesures de différences de temps de propagation des ondes ultrasonores par au moins un transducteur à ultrasons.
À titre d’exemple, le débitmètre 20 représenté à la figure 2 est adapté pour mettre en œuvre le procédé 28 de mesure. Ce débitmètre 20 comprend un premier transducteur 23a à ultrasons et un deuxième transducteur 23b à ultrasons montés sur une canalisation 21 s’étendant longitudinalement selon et autour d’un axe 27 longitudinal théorique. La canalisation 21 comprend une paroi délimitant un passage dans lequel un fluide 26 peut s’écouler. Les transducteurs 23a, 23b sont montés sur la paroi de la canalisation 21 et disposés en vis-à-vis l’un de l’autre selon une direction 25 diagonale par rapport à l’axe 27 longitudinal de la canalisation 21. Chaque transducteur 23a, 23b est adapté pour émettre des ondes ultrasonores et pour recevoir des ondes ultrasonores. Ainsi, chaque transducteur 23a, 23b peut fonctionner en tant que transducteur émetteur de façon à pouvoir émettre des ondes ultrasonores ou bien en tant que transducteur récepteur de façon à pouvoir recevoir des ondes ultrasonores. En particulier, lorsqu’un transducteur 23a, 23b fonctionne en tant que transducteur émetteur, ce transducteur 23a, 23b est adapté pour convertir un signal électrique en une onde ultrasonore. En outre, lorsqu’un transducteur 23a, 23b fonctionne en tant que transducteur récepteur, ce transducteur 23a, 23b est adapté pour convertir une onde ultrasonore en un signal électrique.
Les transducteurs 23a, 23b sont agencés pour qu’une onde ultrasonore émise par l’un de ces deux transducteurs puisse se propager au travers de la canalisation 21 selon ladite direction 25 diagonale pour être directement reçue par l’autre transducteur sans réflexion intermédiaire de l’onde ultrasonore sur une paroi de la canalisation. En variante, rien n’empêche par exemple de prévoir un débitmètre comprenant deux transducteurs disposés à l’intérieur de la canalisation en vis-à-vis l’un de l’autre selon l’axe longitudinal de la canalisation. En outre, il est également possible de prévoir un débitmètre comprenant un unique transducteur à ultrasons et un réflecteur d’ondes ultrasonores disposés à l’intérieur de la canalisation. Cet unique transducteur à ultrasons est alors placé en regard du réflecteur de sorte que ce transducteur puisse émettre des ondes ultrasonores puis les réceptionner en les réfléchissant sur le réflecteur. Ce transducteur fonctionne alors tout d’abord en tant qu’émetteur puis en tant que récepteur. Le débitmètre 20 comprend également une unité 24 de commande reliée aux transducteurs 23a, 23b par des liaisons 22 électriquement conductrices. L’unité de commande comprend au moins un circuit intégré, notamment choisi parmi un microcontrôleur, un microprocesseur, un circuit intégré propre à une application (plus connu sous l’acronyme ASIC de l’anglais « application-specific integrated circuit »), un circuit logique programmable. L’unité de commande comprend également une mémoire. De préférence, l’unité de commande comprend également un générateur d’impulsion, un amplificateur de signal, un détecteur de passage à zéro, une capture de temps, une machine d’état de séquencement et un processeur de calcul. En particulier, l’unité 24 de commande comprend au moins une horloge temps réel. De préférence, l’unité 24 de commande comprend deux horloges. Une première horloge est utilisée pour compter la plus grande partie du temps de propagation. Cette horloge fonctionne à une fréquence supérieure à 10 MHz, par exemple de l’ordre de 16 MHz. Une deuxième horloge est utilisée pour obtenir une mesure précise du temps de propagation. Cette deuxième horloge est déclenchée au plus proche du moment de réception de l’onde ultrasonore par le transducteur fonctionnant en tant que récepteur. Cette deuxième horloge fonctionne à une fréquence supérieure à celle de la première horloge, notamment à une fréquence supérieure à 1 GHz, par exemple de l’ordre de 26GHz.
Les transducteurs 23a, 23b sont agencés pour qu’une onde ultrasonore émise par l’un de ces deux transducteurs puisse se propager au travers de la canalisation 21 selon ladite direction 25 diagonale pour être directement reçue par l’autre transducteur sans réflexion intermédiaire de l’onde ultrasonore sur une paroi de la canalisation. En variante, rien n’empêche par exemple de prévoir un débitmètre comprenant deux transducteurs disposés à l’intérieur de la canalisation en vis-à-vis l’un de l’autre selon l’axe longitudinal de la canalisation. En outre, il est également possible de prévoir un débitmètre comprenant un unique transducteur à ultrasons et un réflecteur d’ondes ultrasonores disposés à l’intérieur de la canalisation. Cet unique transducteur à ultrasons est alors placé en regard du réflecteur de sorte que ce transducteur puisse émettre des ondes ultrasonores puis les réceptionner en les réfléchissant sur le réflecteur. Ce transducteur fonctionne alors tout d’abord en tant qu’émetteur puis en tant que récepteur. Le débitmètre 20 comprend également une unité 24 de commande reliée aux transducteurs 23a, 23b par des liaisons 22 électriquement conductrices. L’unité de commande comprend au moins un circuit intégré, notamment choisi parmi un microcontrôleur, un microprocesseur, un circuit intégré propre à une application (plus connu sous l’acronyme ASIC de l’anglais « application-specific integrated circuit »), un circuit logique programmable. L’unité de commande comprend également une mémoire. De préférence, l’unité de commande comprend également un générateur d’impulsion, un amplificateur de signal, un détecteur de passage à zéro, une capture de temps, une machine d’état de séquencement et un processeur de calcul. En particulier, l’unité 24 de commande comprend au moins une horloge temps réel. De préférence, l’unité 24 de commande comprend deux horloges. Une première horloge est utilisée pour compter la plus grande partie du temps de propagation. Cette horloge fonctionne à une fréquence supérieure à 10 MHz, par exemple de l’ordre de 16 MHz. Une deuxième horloge est utilisée pour obtenir une mesure précise du temps de propagation. Cette deuxième horloge est déclenchée au plus proche du moment de réception de l’onde ultrasonore par le transducteur fonctionnant en tant que récepteur. Cette deuxième horloge fonctionne à une fréquence supérieure à celle de la première horloge, notamment à une fréquence supérieure à 1 GHz, par exemple de l’ordre de 26GHz.
Cette unité 24 de commande est adaptée pour commander chaque transducteur 23a, 23b pour les faire fonctionner en tant que transducteur émetteur ou en tant que transducteur récepteur. En particulier, lorsqu’un des deux transducteurs 23a, 23b est commandé pour fonctionner en tant que transducteur émetteur, l’autre transducteur 23a, 23b est commandé pour fonctionner en tant que transducteur récepteur.
Plus particulièrement, l’unité 24 de commande est adaptée pour alimenter le transducteur 23a, 23b commandé en tant que transducteur émetteur par un signal électrique, dit signal de commande, par l’intermédiaire de la liaison 22 électriquement conductrice reliant l’unité 24 de commande à ce transducteur 23a, 23b commandé en tant que transducteur émetteur. Ce transducteur 23a, 23b fonctionnant en tant que transducteur émetteur est ainsi adapté pour convertir ce signal de commande en une onde ultrasonore qui se propage ensuite au travers de la canalisation 21 jusqu’à l’autre transducteur 23a, 23b fonctionnant en tant que transducteur récepteur.
En outre, l’unité 24 de commande est adaptée pour effectuer une acquisition d’un signal électrique, dit signal de réception, généré par le transducteur 23a, 23b commandé pour fonctionner en tant que transducteur récepteur, ce signal de réception étant généré à partir d’une onde ultrasonore reçue par ce transducteur 23a, 23b fonctionnant en tant que transducteur récepteur et transmis à l’unité 24 de commande par l’intermédiaire de la liaison 22 électriquement conductrice reliant l’unité 24 de commande à ce transducteur 23a, 23b fonctionnant en tant que transducteur récepteur.
Par ailleurs, l’unité de commande est adaptée pour mesurer un tempsTpropde propagation d’une onde ultrasonore dans la canalisation 21 entre un transducteur 23a, 23b émettant cette onde ultrasonore et l’autre transducteur 23a, 23b. Pour ce faire l’unité de commande utilise son couple d’horloges pour mesurer le temps de propagation à partir d’un signal de commande émis par l’unité 24 de traitement et d’un signal de réception émis par le transducteur récepteur et acquis par l’unité 24 de traitement.
Ainsi, l’unité 24 de commande est adaptée pour commander une génération de cycles successifs, dits cycles de transmissions, comme cela va à présent être explicité en référence aux figures 1 à 3, notamment dans le cas non limitatif de quatre cycles de transmissions successifs notés C1à C4.
Chaque cycle Cide transmissions comprend :
- un sous-cycleAcomprenant :
- une étape 35 d’émission d’une onde ultrasonore par le premier transducteur 23a à ultrasons,
- une étape 36 de réception de ladite onde ultrasonore par le deuxième transducteur 23b à ultrasons,
- une étape 37 de mesure d’un temps de propagation de l’onde ultrasonore depuis le premier transducteur 23a à ultrasons jusqu’au deuxième transducteur 23b à ultrasons,
- un sous-cycleBcomprenant :
- une étape 38 d’émission d’une onde ultrasonore par le deuxième transducteur 23a à ultrasons,
- une étape 39 de réception de ladite onde ultrasonore par le premier transducteur 23b à ultrasons,
- une étape 40 de mesure d’un temps de propagation de l’onde ultrasonore depuis le deuxième transducteur 23a à ultrasons jusqu’au premier transducteur 23b à ultrasons.
En particulier, le sous-cycleAet le sous-cycleBd’un même cycleC i de transmissions sont effectués selon un ordre donné. En outre, chaque cycle Ci de transmissions comprend un unique sous-cycleAet un unique sous-cycleB.
En particulier, l’onde ultrasonore émise lors du sous-cycleAet l’onde ultrasonore émise lors du sous-cycleBde chaque cycleC i de transmissions sont émises chacune sur un intervalle 52, 56 temporel d’émission prédéfini (voir figure 3). En outre, l’onde ultrasonore émise lors du sous-cycleAet l’onde ultrasonore émise lors du sous-cycleBde chaque cycleC i de transmissions sont reçues chacune sur un intervalle 53, 57 temporel de réception (voir figure 3).
Plus particulièrement, l’onde ultrasonore est générée par le transducteur fonctionnant en tant qu’émetteur à partir d’une impulsion électrique carrée, par exemple d’une durée d’une demi-longueur d’onde, ou bien à partir d’un signal carré d’une durée supérieure.
En particulier, l’intervalle 52, 56 temporel d’émission prédéfini est inférieur à 1 µs, plus particulièrement compris entre 100 ns et 250 ns, par exemple de l’ordre de 125 ns. En outre l’intervalle 53, 57 temporel de réception prédéfini est inférieur à 40 µs, plus particulièrement compris entre 2 µs et 20 µs, par exemple de l’ordre de 5 µs.
Le procédé 28 de mesure de débit permet de mesurer un débit d’un fluide 26 s’écoulant dans la canalisation 21 entre les deux transducteurs 23a, 23b à plusieurs instants donnés.
La description de ce procédé s’appuiera pour la suite notamment sur la figure 3 qui montre des diagrammes temporels correspondant à quatre cycles successifsC 1 àC 4 .
La ligne 29 est un diagramme de temps représentant les étapes 35 d’émission pour lesquelles le transducteur 23a fonctionne en tant que transducteur émetteur. Lorsqu’une étape 35 d’émission est en cours, celle-ci est représentée par un créneau sur la ligne 29.
La ligne 30 est un diagramme de temps représentant les étapes 36 de réception pour lesquelles le transducteur 23b fonctionne en tant que transducteur récepteur. Lorsqu’une étape 36 de réception est en cours, celle-ci est représentée par un créneau sur la ligne 30.
La ligne 31 est un diagramme de temps représentant les étapes 38 d’émission pour lesquelles le transducteur 23b fonctionne en tant que transducteur émetteur. Lorsqu’une étape 38 d’émission est en cours, celle-ci est représentée par un créneau sur la ligne 31.
La ligne 32 est un diagramme de temps représentant les étapes 39 de réception pour lesquelles le transducteur 23a fonctionne en tant que transducteur récepteur. Lorsqu’une étape 39 de réception est en cours, celle-ci est représentée par un créneau sur la ligne 32.
La ligne 33 est un diagramme de temps représentant des étapes de calcul de débit, décrites plus en détail ci-après. Lorsqu’une étape 51 de calcul de débit est en cours, celle-ci est représentée par un créneau sur la ligne 33. Les flèches 34 entre les étapes de calcul et les cycles de transmissions indiquent le moment pour lequel le débit est calculé (ce débit calculé étant alors représentatif du débit de fluide 26 s’écoulant dans la canalisation 21 à ce moment pointé par la flèche).
Le procédé de mesure de débit selon l’invention comprend une génération de cyclesC i de transmissions successifs commandée par l’unité 24 de commande. Comme vu précédemment, chaque cycle de transmissions comprend, un sous-cycleAcomprenant une étape 35 d’émission sur un intervalle 52 temporel d’émission prédéfini, une étape 36 de réception sur un intervalle 53 temporel de réception prédéfini et une étape 37 de mesure d’un tempsTprop a de propagation. Chaque cycle de transmissions comprend également un sous-cycleBcomprenant une étape 38 d’émission sur un intervalle 56 temporel d’émission prédéfini, une étape 39 de réception sur un intervalle 57 temporel de réception prédéfini et une étape 40 de mesure d’un tempsTprop b de propagation. Le procédé de mesure comprend au moins deux cycles de transmissions. Sur les figures 1 et 3, quatre cyclesC 1 àC 4 sont représentés. Dans tout le texte, on entend par le terme « directement », en particulier dans les expressions « cycleC i+1 succédant directement le cycleC i donné » et « cycleC i-1 précédant directement le cycleC i donné » que le cycleC i+1 succédant directement le cycleC i donné correspond au premier cycle effectué après le cycleC i donné et que le cycleC i-1 précédant directement le cycleC i donné correspond au dernier cycle effectué avant le cycleC i donné. Le cycleC i donné peut correspondre à tout cycle de transmission d’un procédé de mesure selon l’invention.
Le transducteur 23a, 23b fonctionnant en tant que transducteur émetteur (notamment le transducteur 23a dans l’exemple représenté) pour un sous-cycleAfonctionne en tant que transducteur récepteur pour le sous-cycleB. En outre, le transducteur 23a, 23b fonctionnant en tant que transducteur émetteur (notamment le transducteur 23b dans l’exemple représenté) pour un sous-cycleAfonctionne en tant que transducteur récepteur pour le sous-cycleB. Ainsi, lors de chaque sous-cycleA, l’onde ultrasonore est émise par un premier transducteur (notamment le transducteur 23a dans l’exemple représenté) fonctionnant en tant que transducteur émetteur vers le deuxième transducteur 23a, 23b fonctionnant en tant que transducteur récepteur. En d’autres termes, l’onde ultrasonore est émise selon un premier sens de propagation par rapport au sens d’écoulement du fluide 26, par exemple vers l’amont. Lors de chaque sous-cycleB, l’onde ultrasonore est émise par le deuxième transducteur (notamment le transducteur 23b dans l’exemple représenté) fonctionnant en tant que transducteur émetteur vers le premier transducteur 23a, 23b fonctionnant en tant que transducteur récepteur. En d’autres termes, l’onde ultrasonore est émise selon un deuxième sens de propagation opposé au premier sens, par exemple vers l’aval. En outre, l’ordre entre le sous-cycleAet le sous-cycleBd’un cycle de transmissions donné est inversé par rapport à un cycle de transmissions précédant directement ledit cycle de transmissions donné. Ainsi, par exemple, dans un cycleC i donné le sous-cycleAest réalisé avant le sous-cycleBet dans un cycleC i+1 succédant directement le cycleC i , le sous-cycleAest réalisé après le sous-cycleB.
Les cycles sont séparés entre eux par une durée, dite durée 55 intercycle. Ainsi, un cycleC i donné est séparé d’un cycleC i-1 précédant directement ce cycleC i donné par ladite durée 55 intercycle. Cette durée 55 intercycle est supérieure ou égale à 15 ms. En particulier, ladite durée 55 intercycle peut être comprise entre 125 ms et 4000 ms (4 secondes), notamment comprise entre 250 ms et 4000 ms (4 secondes), plus particulièrement comprise entre 250 ms et 2000 ms (2 secondes) par exemple de l’ordre de 500 ms. La durée 55 intercycle peut être variable. Néanmoins, de préférence, la durée 55 intercycle est fixe. En particulier, le couple d’horloges permet de démarrer chaque cycle de transmissions après ladite durée 55 intercycle.
Par ailleurs, pour chaque cycle de transmissions, le sous-cycleAde ce cycle de transmissions est séparé du sous-cycleBde ce même cycle de transmissions par une durée, dite durée 54 intracycle, inférieure ou égale à 10 ms. En particulier, ladite durée 54 intracycle peut être comprise entre 1 ms et 10 ms, par exemple de l’ordre de 4 ms. La durée 54 intracycle peut être variable. Néanmoins, de préférence, la durée 54 intracycle est fixe. En particulier, le couple d’horloges permet de démarrer chaque cycle de transmissions après ladite durée 54 intracycle.
En outre, le procédé comprend au moins une étape 51 de calcul de débit de fluide dans laquelle un débit de fluide s’écoulant dans la canalisation entre un cycleC i donné et un cycleC i+1 succédant directement ce cycleC i donné est calculé. Chaque étape 51 de calcul de débit de fluide peut être effectuée par l’unité 24 de commande. En variante, rien n’empêche de prévoir une unité de calcul externe à l’unité de commande et permettant d’effectuer les étapes de calcul de débit. Les étapes de calcul de débit sont de préférence effectuées au moment des cycles de transmissions, comme illustré par la ligne 33 de la figure 3. Néanmoins, les étapes de calcul de débit peuvent également être effectuées entre les cycles de transmissions.
Pour chaque étape 51 de calcul, un débit de fluide s’écoulant dans la canalisation entre un cycleC i donné et un cycleC i+1 succédant directement ce cycleC i donné est calculé à partir d’un temps de propagation mesuré lors du sous-cycleAde ce cycleC i , d’un temps de propagation mesuré lors du sous-cycleBde ce cycleC i donné et d’un temps de propagation mesuré lors du sous-cycleAdu cycleC i+1 et d’un temps de propagation mesuré le sous-cycleBdu cycleC i+1 . En particulier, ce débit est calculé à partir d’une moyenne entre :
- une différence entre le temps
- une différence entre le temps
Ainsi, le débit du fluide dans la canalisation entre le cycleC i donné et le cycleC i+1 , est calculé à partir de la formule [Math. 1] suivante : où :
-
-
-
-
Par exemple le débit du fluide dans la canalisation entre le cycleC 2 et le cycle C3est calculé lors de l’étape 51 de calcul à partir de la formule [Math. 2] suivante : où :
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-
-
-
Plus particulièrement, de préférence, le débit de fluide est déterminé à partir d’un tableau prédéterminé dans lequel des résultats de différence de temps de propagation sont associés à des débits. Le tableau peut également prendre en compte la température du fluide.
En particulier, comme indiqué par les flèches 34 en pointillés sur la figure 3, le débitD 12 calculé correspond au débit du fluide dans la canalisation entre le cycleC 1 et le cycleC 2 , le débitD 23 calculé correspond au débit du fluide dans la canalisation entre le cycleC 2et le cycleC 3 , et le débitD 34 calculé correspond au débit du fluide dans la canalisation entre le cycleC 3 et le cycleC 4 .
Un procédé de mesure de débit selon l’invention permet d’obtenir des débits plus fiables que ceux obtenus par des procédés de mesure de débit connus. En effet, comme vu précédemment, les procédés de mesure de débit connus comprennent une succession de cycles, dits cycles de transmissions, comprenant chacun un sous-cycleA’, similaire au sous-cycleA, et un sous-cycleB’, similaire au sous-cycleB. Lors du sous-cycleA’, l’onde ultrasonore est émise par un premier transducteur à ultrasons au deuxième transducteur à ultrasons dans un premier sens par rapport au sens d’écoulement du fluide dans la canalisation. Lors du sous-cycleB’, l’onde ultrasonore est émise par le deuxième transducteur à ultrasons au premier transducteur à ultrasons dans un deuxième sens opposé au premier sens. L’ordre entre le sous-cycleA’et le sous-cycleB’de chaque cycle de transmissions est prédéfini et est le même pour chaque cycle de transmissions. En outre, le sous-cycleA’et le sous-cycleB’de chaque cycle de transmissions sont séparés l’un de l’autre par une durée de l’ordre de 4 ms. Le débit est calculé à partir d’une différence entre le temps de transmission entre les deux transducteurs à ultrasons de l’onde ultrasonore émise lors du sous-cycleA’et le temps de transmission entre les deux transducteurs à ultrasons de l’onde sonore émise lors du sous-cycleB’.
Les inventeurs ont remarqué que dans ces procédés de mesure de débits connus, les débits calculés à partir des temps de propagation des ondes ultrasonores entre les transducteurs sont faussés du fait d’une asymétrie des conditions de fonctionnement du débitmètre entre les deux sous-cycles d’un même cycle de transmissions. En d’autres termes, dans les procédés de mesure de débits connus, les conditions de fonctionnement du débitmètre lors du sous-cycleA’peuvent être différentes des conditions de fonctionnement lors du sous-cycleB’. Par exemple, la mesure du temps de transmission de l’onde ultrasonore émise lors du sous-cycleB’peut être faussée par des échos dans la canalisation de l’onde ultrasonore émise lors du sous-cycleA’du fait de la durée entre ces deux sous-cycles de l’ordre de 4 ms. Le calcul du débit peut également être faussé par une modification de température du fluide s’écoulant dans la conduite ou une modification de la température de l’unité de commande entre le sous-cycleA’et le sous-cycleB’.
Un procédé de mesure de débit selon l’invention permet de compenser les erreurs de mesures de débit dues aux différences de conditions de fonctionnement d’un débitmètre entre le sous-cycleAet le sous-cycleBd’un même cycle de transmissions en inversant l’ordre entre le sous-cycleAet le sous-cycleBentre deux cycles de transmissions successifs et en calculant le débit à partir de mesures de temps de transmission mesurés lors des sous-cyclesAet des sous-cyclesBde ces deux cycles de transmissions.
En particulier, lors d’un cycleC i de transmissions, dit premier cycle, les conditions de fonctionnement sont différentes entre le sous-cycleAet le sous-cycleB. Par exemple, dans le cas où le sous-cycleAest effectué avant le sous-cycleB, un écho de l’onde ultrasonore émise lors du sous-cycleApeut encore être présent dans la canalisation lors du sous-cycleB, ce qui perturbe la mesure d’un temps de transmission de l’onde ultrasonore émise lors de ce sous-cycleB. Néanmoins, dans un cycleC i+1 de transmissions, dit deuxième cycle, succédant directement ledit premier cycle, le sous-cycleBest effectué avant le sous-cycleA. Or, la durée 55 intercycle est suffisamment grande pour que les échos d’ondes ultrasonores dans la canalisation se dissipent. Ainsi, le sous-cycleBdu deuxième cycle est effectué dans des conditions au moins sensiblement identiques que les conditions dans lesquelles est effectué le sous-cycleAdu premier cycle. En outre, le sous-cycleAdu deuxième cycle est effectué dans des conditions au moins sensiblement identiques que les conditions dans lesquelles est effectué le sous-cycleBdu premier cycle. Le fait de calculer un débit du fluide s’écoulant dans la canalisation à partir d’une moyenne entre une différence des temps de propagation mesurés lors du premier cycle et une différence des temps de propagation mesurés lors du deuxième cycle permet de compenser les erreurs induites par une asymétrie des conditions de fonctionnement entre le sous-cycleAet le sous-cycleBd’un même cycle de transmissions.
Ainsi, bien que les conditions de fonctionnement soient toujours différentes entre le sous-cycleAet le sous-cycleBd’un même cycle de transmissions, les débits calculés selon un procédé de mesure de débit selon l’invention sont plus précis et plus fiables que ceux calculés selon les procédés de mesure de débits connus.
Un tel procédé de mesure de débit est relativement simple, rapide et peu coûteux à mettre en œuvre. En particulier, l’unité de commande peut être programmée facilement pour pouvoir mettre en œuvre un tel procédé (durée 55 intercycle pouvant être fixe, inversion de l’ordre entre le sous-cycleAet le sous-cycleBentre les cycles de transmissions successifs).
Par ailleurs, de préférence, un procédé de mesure selon l’invention comprend une étape 50 de mise en veille au moins partielle de l’unité 24 de commande entre chaque cycle de transmissions durant ladite durée 55 intercycle. Lorsque l’unité 24 de commande est mise en veille, au moins une partie des composants électroniques de l’unité 24 de commande ne sont pas mis sous tension. En particulier, l’, amplificateur et les compteurs de temps ne sontpas mis sous tension. De préférence, le processeur n’est pas non plus mis sous tension lorsque l’unité 24 de commande est en veille, toute l’unité 24 est alors en veille. L’unité 24 de commande étant mise en veille durant la durée 55 intercycle, le premier transducteur à ultrasons et le deuxième transducteur à ultrasons ne sont pas alimentés électriquement et sont donc mis en veille également. En particulier, la première horloge permet de réveiller l’unité de commande de façon à effectuer chaque cycle, c’est-à-dire que les composants électroniques de l’unité 24 de commande nécessaires sont remis sous tension. Les étapes de calcul peuvent alors être effectuées lorsque l’unité 24 de commande est éveillée pendant les cycles.
Les inventeurs ont remarqué qu’un manque de précision des débits calculés peut également résulter d’une asymétrie d’un état des composants électroniques du débitmètre entre un sous-cycle effectué juste après la mise sous tension des composants électroniques de l’unité de commande et un sous-cycle effectué lorsque les composants électroniques de l’unité de commande sont déjà mis sous tension depuis suffisamment longtemps pour être stabilisés. En particulier, lors de la mise sous tension des composants électroniques de l’unité de commande, l’état de fonctionnement des composants électroniques de l’unité de commande peut évoluer avant d’atteindre un état souhaité (par exemple chargement des condensateurs, température interne) pendant une période de stabilisation transitoire (ou période d’ « initialisation »). Ainsi, lorsqu’un cycle de transmissions est effectué juste après une mise sous tension des composants électroniques de l’unité de commande, le premier sous-cycle de ce cycle de transmissions peut être effectué pendant cette période de stabilisation transitoire alors que le deuxième sous-cycle du même cycle de transmissions sera effectué après la période de stabilisation transitoire. Ainsi, cette période de stabilisation transitoire peut fausser les mesures de débits du fait que l’état de fonctionnement des composants électroniques de l’unité de commande est différent entre deux sous-cycles d’un même cycle de transmissions si le débit est calculé uniquement en fonction des temps de transmission des ondes ultrasonores émises lors de ce cycle de transmissions.
Le fait de mettre en mode sommeil l’unité de commande durant les durées 55 intercycle et d’inverser l’ordre entre le sous-cycleAet le sous-cycleBentre deux cycles de transmissions successifs permet de compenser les erreurs induites par la période de stabilisation de l’unité de commande. En particulier, l’état des composants électroniques du débitmètre lors du premier sous-cycle effectué (par exemple un sous-cycleA) d’un cycleC i de transmissions donné est similaire à celui lors du premier sous-cycle effectué (par exemple un sous-cycleB) d’un cycleC i+1 de transmissions succédant directement le cycleCi. En effet, ces deux premiers sous-cycles peuvent être effectués chacune au cours d’une période de stabilisation de l’unité de commande. De même, l’état des composants électroniques du débitmètre lors du deuxième sous-cycle effectué (par exemple un sous-cycleB) du cycleC i est similaire à celui lors du deuxième sous-cycle effectué (notamment un sous-cycleA) du cycleC i+1 . Les erreurs pouvant résulter de la période de stabilisation de l’unité de commande sont ainsi compensées. Ainsi, un procédé de mesure de débit selon l’invention permet d’améliorer la précision des débits calculés.
En outre, le fait de ne pas mettre sous tension les composants électroniques de l’unité de commande, c’est-à-dire de mettre l’unité de commande en mode sommeil, lors des durées 55 intercycle permet de réduire une consommation énergétique du débitmètre.
L’invention peut faire l’objet de nombreuses variantes et applications autres que celles décrites ci-dessus. En particulier, il va de soi que sauf indication contraire les différentes caractéristiques structurelles et fonctionnelles de chacun des modes de réalisation décrits ci-dessus ne doivent pas être considérées comme combinées et/ou étroitement et/ou inextricablement liées les unes aux autres, mais au contraire comme de simples juxtapositions. En outre, les caractéristiques structurelles et/ou fonctionnelles des différents modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent faire l’objet en tout ou partie de toute juxtaposition différente ou de toute combinaison différente. Par exemple, la canalisation 21 peut être comprise dans le débitmètre, cette canalisation présentant alors des organes de raccordement à ses extrémités longitudinales de façon à pouvoir raccorder la canalisation à un réseau de canalisation.
En outre, le débitmètre peut embarquer plus d’une paire de transducteurs à ultrasons. Une unité de traitement peut alors être associée à chaque paire de transducteurs. En variante, une unique unité de traitement peut commander successivement les différentes paires de transducteurs.
Claims (8)
- Procédé de mesure de débit d’un fluide (26) dans une canalisation (21), le débit étant mesuré à l’aide d’au moins un transducteur (23a, 23b) à ultrasons,
le procédé comprenant une génération de cycles successifs, dits cycles de transmissions, commandée par une unité (24) de commande, chaque cycle de transmissions comprenant :- un sous-cycleAcomprenant :
- une étape (35) d’émission d’une onde ultrasonore par un premier transducteur (23a) à ultrasons parmi ledit au moins un transducteur à ultrasons,
- une étape (36) de réception de ladite onde ultrasonore par un deuxième transducteur (23b) à ultrasons parmi ledit au moins un transducteur à ultrasons,
- une étape (37) de mesure d’un temps de propagation de l’onde ultrasonore depuis le premier transducteur (23a) à ultrasons jusqu’au deuxième transducteur (23b) à ultrasons,
- un sous-cycleBcomprenant :
- une étape (38) d’émission d’une onde ultrasonore par le deuxième transducteur (23a) à ultrasons,
- une étape (39) de réception de ladite onde ultrasonore par le premier transducteur (23b) à ultrasons,
- une étape (40) de mesure d’un temps de propagation de l’onde ultrasonore depuis le deuxième transducteur (23a) à ultrasons jusqu’au premier transducteur (23b) à ultrasons,
caractérisé en ce que l’ordre entre le sous-cycleAet le sous-cycleBd’un cycle de transmissions donné est inversé par rapport à l’ordre entre le sous-cycleAet le sous-cycleBd’un cycle de transmissions précédant directement ledit cycle de transmissions donné,
et en ce qu’il comprend au moins une étape (51) de calcul de débit de fluide dans laquelle un débit du fluide s’écoulant dans la canalisation est calculé à partir d’une moyenne entre :- une différence entre le temps de propagation mesuré pour le sous-cycleAet le temps de propagation mesuré pour le sous-cycleBd’un même cycle de transmissions donné et
- une différence entre le temps de propagation mesuré pour le sous-cycleAet le temps de propagation mesuré pour le sous-cycleBd’un même cycle de transmissions succédant directement le cycle de transmissions donné.
- un sous-cycleAcomprenant :
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’un cycle de transmissions donné est séparé d’un cycle de transmissions précédant directement ce cycle de transmissions donné par une durée, dite durée (55) intercycle, supérieure ou égale à 15 ms.
- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite durée (55) intercycle est comprise entre 125 ms et 2000 ms.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le sous-cycleAet le sous-cycleBd’un même cycle de transmissions sont séparés l’un de l’autre par une durée, dite durée (54) intracycle, inférieure ou égale à 10 ms.
- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite durée (54) intracycle est comprise entre 1 ms et 10 ms.
- Procédé selon l’une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend une étape (50) de mise en veille au moins partielle de l’unité (24) de commande entre chaque cycle de transmissions.
- Débitmètre comprenant :
- au moins un transducteur (23a, 23b) à ultrasons adapté pour être assemblé à une canalisation,
- une unité (24) de commande programmée pour commander une génération de cycles successifs, dits cycles de transmissions, chaque cycle de transmissions comprenant :
- un sous-cycleAcomprenant :
- une étape (35) d’émission d’une onde ultrasonore par un premier transducteur (23a) à ultrasons parmi ledit au moins un transducteur à ultrasons,
- une étape (36) de réception de ladite onde ultrasonore par un deuxième transducteur (23b) à ultrasons parmi ledit au moins un transducteur à ultrasons,
- une étape (37) de mesure d’un temps de propagation de l’onde ultrasonore depuis le premier transducteur (23a) à ultrasons jusqu’au deuxième transducteur (23b) à ultrasons,
- un sous-cycleBcomprenant :
- une étape (38) d’émission d’une onde ultrasonore par le deuxième transducteur (23a) à ultrasons,
- une étape (39) de réception de ladite onde ultrasonore par le premier transducteur (23b) à ultrasons,
- une étape (40) de mesure d’un temps de propagation de l’onde ultrasonore depuis le deuxième transducteur (23a) à ultrasons jusqu’au premier transducteur (23b) à ultrasons,
- un sous-cycleAcomprenant :
caractérisé en ce que l’ordre entre le sous-cycleAet le sous-cycleBd’un cycle de transmissions donné est inversé par rapport à l’ordre entre le sous-cycleAet le sous-cycleBd’un cycle de transmissions précédant directement ledit cycle de transmissions donné,
et en ce que l’unité de commande est programmée pour effectuer au moins une étape (51) de calcul de débit de fluide dans laquelle un débit du fluide s’écoulant dans la canalisation est calculé à partir d’une moyenne entre :- une différence entre le temps de propagation mesuré pour le sous-cycleAet le temps de propagation mesuré pour le sous-cycleBd’un même cycle de transmissions donné et
- une différence entre le temps de propagation mesuré pour le sous-cycleAet le temps de propagation mesuré pour le sous-cycleBd’un même cycle de transmissions succédant directement le cycle de transmissions donné.
- Débitmètre selon la revendication 7 caractérisé en ce qu’il comprend ladite canalisation (21) sur laquelle sont montés les deux transducteurs (23a, 23b) à ultrasons, cette canalisation (21) présentant deux extrémités longitudinales comprenant un organe de raccordement.
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