FR3117589A1 - Dispositif de mesure d’au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide - Google Patents
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Abstract
Dispositif de mesure d’au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide Dispositif (1) de mesure d’au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide dans une conduite, notamment son débit, comportant : - une partie (2) formant obstacle, destinée à être mise en contact avec l’écoulement, ayant une forme choisie pour générer des turbulences dans l’écoulement, - un capteur de vibrations (3) sensible aux vibrations induites sur la partie (2) formant obstacle par les turbulences, - une unité de traitement (5) configurée pour calculer le paramètre d’écoulement du fluide à partir au moins d’un signal vibratoire (4) délivré par le capteur de vibrations (3). Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
La présente invention concerne le domaine de la mesure de la vitesse et/ou débit d’un fluide en écoulement.
Elle trouve notamment, mais non limitativement, application dans les installations fluidiques, notamment industrielles, telles que les installations aérauliques ou hydrauliques par exemple.
Plus particulièrement, elle trouve avantageusement application dans le contrôle et la régulation des circuits de ventilation, d’aspiration, de soufflage, de traitement de l’air, de climatisation, de chauffage à air chaud, de dépoussiérage, de désenfumage et de séchage.
Les mesures de débits sont des éléments indispensables à la mise en œuvre et à l'optimisation des processus industriels.
De nombreux débitmètres permettant de mesurer le débit d'un fluide en écoulement sont actuellement proposés sur le marché pour des installations industrielles, que ce soit dans le domaine de la distribution de l’eau, pétrochimique ou agroalimentaire par exemple.
On peut citer les débitmètres à effet vortex, les débitmètres massiques (encore appelés à effet Coriolis), les débitmètres à effet doppler, les débitmètres électromagnétiques ou à ultrasons.
Toutefois, l’ensemble de ces débitmètres se montent sur des conduites d’écoulement par montage à brides. Ainsi, la totalité de l’écoulement doit converger vers la section de mesure du débitmètre, ce qui augmente la perte de charge de l’écoulement.
Par ailleurs, afin de garantir une précision de la mesure de débit, chaque type de débitmètre est généralement limité à une plage de diamètres de conduite, de température et de nature de fluide. Par exemple, le débitmètre à effet doppler est préconisé pour des diamètres importants de conduite, en particulier allant jusqu’à environ 5 m alors que le débitmètre à effet vortex est préconisé pour des diamètres de conduite ne dépassant pas 0,5 m.
Des perturbations inhérentes au fonctionnement de l’installation industrielle peuvent par ailleurs réduire considérablement la précision des mesures de débit : par exemple, les vibrations de l’installation industrielle dans le cas d’un débitmètre à effet vortex ou encore le champ magnétique rayonné par l’installation industrielle et son environnement dans le cas d’un débitmètre électromagnétique.
Il existe des débitmètres dits à insertion destinés à être plongés dans une conduite et qui ne nécessitent donc pas de montage à brides, tels que les débitmètres à effet thermique, notamment les systèmes à fil chaud ou à film chaud, ou ceux se basant sur des mesures de pression, notamment les tubes de Pitot qui permettent de déterminer la vitesse d'un fluide en écoulement grâce à la mesure d'une différence de pression.
Le système à fil chaud ou à film chaud est un instrument placé dans le fluide en écoulement permettant de déterminer le débit d'un fluide en écoulement à partir de sa vitesse. Néanmoins, sa mise en œuvre est complexe et coûteuse, en particulier parce que le fil ou film chauffant est très fragile et vieillit rapidement, ce qui nécessite une maintenance régulière.
En outre, la fragilité des débitmètres à insertion à effet thermique et ceux se basant sur des mesures de pression ne permet pas leur utilisation dans des écoulements de fluide chargé de vapeur d’eau, de vapeurs de solvants, de fumées et/ou de particules solides.
L’invention vise par conséquent à fournir un dispositif de mesure robuste, à bas coût, qui peut être facilement monté sur une conduite dans laquelle circule un fluide et qui permet de résoudre tout ou partie des inconvénients précités des débitmètres de l’art antérieur.
Dispositif de mesure
L'invention a ainsi pour objet un dispositif de mesure d’au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide dans une conduite, notamment son débit, comportant :
- une partie formant obstacle, destinée à être mise en contact avec l’écoulement, ayant une forme choisie pour générer des turbulences dans l’écoulement, notamment autour de la partie formant obstacle,
- un capteur de vibrations sensible aux vibrations induites sur la partie formant obstacle par les turbulences,
- une unité de traitement configurée pour calculer le paramètre d’écoulement du fluide à partir au moins d’un signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations.
- une partie formant obstacle, destinée à être mise en contact avec l’écoulement, ayant une forme choisie pour générer des turbulences dans l’écoulement, notamment autour de la partie formant obstacle,
- un capteur de vibrations sensible aux vibrations induites sur la partie formant obstacle par les turbulences,
- une unité de traitement configurée pour calculer le paramètre d’écoulement du fluide à partir au moins d’un signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations.
Le dispositif de mesure selon l’invention peut permettre de mesurer la vitesse et/ou le débit du fluide en temps réel et de manière robuste.
Le coût du dispositif de mesure selon l’invention est significativement réduit par rapport aux dispositifs de l’art antérieur, notamment les débitmètres à effet vortex.
Le dispositif de mesure selon l’invention peut être monté simplement et rapidement sur une conduite existante, notamment celle d’une installation fluidique, sans avoir recours à un montage à brides, contrairement aux dispositifs de l’art antérieur, notamment les débitmètres à effet vortex ou Coriolis.
Le dispositif de mesure selon l’invention est en outre de taille réduite par rapport aux dispositifs de l’art antérieur, ce qui facilite encore son implémentation sur une conduite existante.
Le fonctionnement du dispositif de mesure selon l’invention repose sur le principe suivant. Lorsque la partie formant obstacle est mise en contact avec l’écoulement, la partie formant obstacle génère des turbulences dans l’écoulement, et des tourbillons se forment notamment autour de la partie formant obstacle. Le détachement périodique de ces tourbillons induit des vibrations sur la partie formant obstacle, et notamment une fréquence vibratoire caractéristique, qui sont mesurées par le capteur de vibrations qui délivre à l’unité de traitement un signal vibratoire correspondant. L’unité de traitement calcule alors à partir au moins du signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations le paramètre d’écoulement du fluide, notamment sa vitesse et/ou son débit. En effet, les vibrations induites sur la partie formant obstacle par les turbulences, et en particulier la fréquence vibratoire caractéristique induite sur la partie formant obstacle par le détachement des tourbillons et la turbulence de l’écoulement autour de la partie formant obstacle, permettront de remonter indirectement à l’image de la vitesse d’écoulement du fluide.
Le capteur de vibrations peut être un accéléromètre, notamment piézoélectrique, notamment à 1 ou 3 axes. L’utilisation d’un capteur piézoélectrique peut être avantageux en raison de sa large étendue de mesure et/ou de sa sensibilité à une large bande fréquentielle.
L’étendue de mesure du capteur de vibrations peut être comprise entre 0 et 100 g.
La bande passante du capteur de vibrations peut être comprise entre 5 et 20 000 Hz.
Le capteur de vibrations peut être disposé à l’intérieur de la partie formant obstacle. Cela peut permettre au capteur de vibrations d’être isolé de manière étanche du fluide.
La partie formant obstacle peut comporter un corps définissant un logement interne recevant le capteur de vibrations, le logement interne étant de préférence isolé de manière étanche du fluide.
Le capteur de vibrations peut être fixé contre une paroi dudit corps.
De préférence, la masse du capteur de vibrations est choisie de telle manière à ce que le capteur de vibrations ne perturbe pas ou le moins possible les vibrations induites par les turbulences de l’écoulement sur la partie formant obstacle. La masse du capteur de vibrations est de préférence inférieure ou égale à 30 grammes, mieux inférieure ou égale à 20 grammes, encore mieux inférieure ou égale à 10 grammes.
Le dispositif peut comporter un support, ayant de préférence une forme tubulaire, raccordé à l’une de ses extrémités à la partie formant obstacle, notamment d’un seul tenant avec elle.
L’intérieur du support peut être en communication avec le logement interne de la partie formant obstacle. De préférence, l’intérieur du support et le logement interne de la partie formant obstacle sont isolés de manière étanche du fluide.
L’intérieur du support peut recevoir au moins un câble relié au capteur de vibrations. Le câble peut ainsi être isolé de manière étanche du fluide.
Le câble peut permettre d’alimenter électriquement le capteur de vibrations et/ou transmettre le signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations à l’unité de traitement.
Dans le dispositif de mesure selon l’invention, le capteur de vibrations, et notamment le câble permettant de l’alimenter électriquement, ne sont pas contact avec le fluide. La partie formant obstacle destinée à être mise en contact avec l’écoulement ne provoque pas d’échauffement du fluide. Le dispositif de mesure selon l’invention présente ainsi l’avantage de pouvoir être utilisé en zone ATEX.
Le dispositif peut comporter un élément de fixation, notamment un presse-étoupe, permettant de fixer le support sur la conduite.
L’élément de fixation peut comporter un élément assurant une fonction d’étanchéité et/ou d’amortissement, notamment une semelle antivibratoire. Cela peut permettre de diminuer, voire annuler, la sensibilité du capteur de vibrations aux vibrations de la conduite, qui sont notamment induites par l’écoulement, et d’une façon générale, par le fonctionnement global de l’installation fluidique, de manière à ce que le capteur de vibrations ne soit sensible qu’aux vibrations induites sur la partie formant obstacle par les turbulences de l’écoulement.
Le dispositif peut comporter au moins un capteur de vibrations externe sensible aux vibrations de la conduite, qui sont notamment induites par l’écoulement, et d’une façon générale, par le fonctionnement global de l’installation fluidique. Le capteur de vibrations externe peut être destiné à être positionné sur une face externe de la conduite ou tout autre endroit permettant de mesurer les vibrations de la conduite. Le capteur de vibrations externe peut être un accéléromètre, notamment piézoélectrique, notamment à 1 ou 3 axes. Il peut présenter les mêmes caractéristiques que le capteur de vibrations ou des caractéristiques différentes. Dans ce dernier cas, cela peut permettre au capteur de vibrations et au capteur de vibrations externe de détecter chacun une fréquence vibratoire différente.
L’unité de traitement peut être configurée pour calculer le paramètre d’écoulement du fluide à partir au moins du signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations et d’un signal vibratoire externe délivré par le capteur de vibrations externe. Cela peut permettre d’améliorer la précision du calcul du paramètre d’écoulement du fluide en permettant de découpler le signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations en une composante correspondant aux vibrations induites sur la partie formant obstacle par les turbulences de l’écoulement et une composante correspondant aux vibrations de la conduite.
Le capteur de vibrations externe peut être relié à au moins un câble permettant d’alimenter électriquement le capteur de vibrations externe et/ou transmettre le signal vibratoire externe délivré par le capteur de vibrations externe à l’unité de traitement. Ce câble peut être logé ou non au moins en partie à l’intérieur du support.
Le paramètre d’écoulement du fluide peut être sa vitesse ou son débit, notamment volumique. La détermination de la vitesse d’écoulement du fluide peut permettre de remonter à son débit d’écoulement.
Comme cela est mentionné plus haut, la forme de la partie formant obstacle est choisie pour générer des turbulences dans l’écoulement, notamment autour de la partie formant obstacle. Ainsi, les vibrations induites sur la partie formant obstacle par les turbulences de l’écoulement dépendent de la forme de la partie formant obstacle.
La forme de la partie formant obstacle peut être choisie en fonction de la plage de débit à mesurer et/ou en fonction de la nature du fluide.
La partie formant obstacle peut présenter une forme générale de sphère, de demi-sphère, de disque, de cylindre ou de poutre, notamment à section transversale carrée, rectangulaire ou circulaire, ou toute forme adaptée pour générer des turbulences dans l’écoulement, notamment autour de la partie formant obstacle.
Dans le cas où la partie formant obstacle présente une forme de demi-sphère, sa base est de préférence orientée de manière parallèle au sens de l’écoulement du fluide dans la conduite.
Dans le cas où la partie formant obstacle présente une forme de poutre, son axe longitudinal est de préférence orienté de manière perpendiculaire au sens de l’écoulement du fluide dans la conduite.
Dans le cas où la partie formant obstacle présente une forme de disque, ses faces principales sont de préférence orientées de manière perpendiculaire au sens de l’écoulement du fluide dans la conduite.
Dans le cas où la partie formant obstacle présente une forme de cylindre, ses bases sont de préférence orientées de manière perpendiculaire au sens de l’écoulement du fluide dans la conduite.
Une plus grande dimension de la partie formant obstacle peut être comprise entre 1 et 30 cm, mieux entre 1 et 20 cm, encore mieux entre 1 et 10 cm. Ainsi, la taille réduite de la partie formant obstacle peut permettre de faciliter la mise en œuvre du dispositif sur une conduite.
La partie formant obstacle peut présenter une surface au contact de l’écoulement dont l’aire est comprise entre 1 et 500 cm2, mieux entre 1 et 250 cm2, encore mieux entre 1 et 100 cm2.
En plus de la forme de la partie formant obstacle, les vibrations induites sur la partie formant obstacle par les turbulences de l’écoulement autour de la partie formant obstacle dépendent également de la matière de la partie formant obstacle.
La matière de la partie formant obstacle peut être choisie en fonction de la plage de débit à mesurer et/ou en fonction de la nature du fluide.
La partie formant obstacle peut être réalisée dans une matière métallique, notamment en inox, plastique, composite ou toute autre matière adaptée. L’utilisation d’une matière métallique telle que l’inox par exemple peut être choisie dans le cas où le fluide est corrosif par exemple.
La partie formant obstacle peut avoir été fabriquée notamment par une technique de fabrication additive.
Le dispositif peut comporter un capteur de température, notamment disposé à l’intérieur de la partie formant obstacle. Le capteur de température peut délivrer un signal de température à l’unité de traitement. Etant donné que la plupart des capteurs de vibrations sont influencés par la température, un tel capteur de température peut permettre de contrôler la température, et éventuellement de signaler lorsque la température s’écarte de celle utilisée pour l’étalonnage du capteur de vibrations. Un tel capteur de température peut permettre en outre de mesurer, notamment en temps réel, la température du fluide en écoulement.
Le dispositif peut comporter un moyen de transmission sans fil transmettant à l’unité de traitement au moins le signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations, et le cas échéant, le signal vibratoire externe délivré par le capteur de vibrations externe et/ou le signal de température délivré par le capteur de température. Le moyen de transmission peut être configuré pour utiliser un réseau « Bluetooth », « Wifi » ou LPWAN, tel que « Sigfox », « LoRa », « Neul », « Nwave », LTE-M ou NB-IoT.
De préférence, l’unité de traitement est disposée à l’extérieur de la conduite.
L’unité de traitement peut comporter un circuit de contrôle, notamment un microcontrôleur ou tout autre circuit adapté à réaliser les fonctions recherchées. Le circuit de contrôle peut échanger des données avec une mémoire qui contient un système d’exploitation. La mémoire peut être SD, USB et/ou SSD. La mémoire peut être amovible telle qu’une carte mémoire par exemple.
L’unité de traitement peut intégrer dans sa mémoire la position de la partie formant obstacle et/ou du capteur de vibrations le long de la conduite.
L’unité de traitement peut intégrer dans sa mémoire la courbe d’étalonnage du capteur de vibrations.
L’unité de traitement peut comporter une connectique telle qu’un port micro-USB, série ou autre qui permet de la programmer, de la paramétrer ou de récupérer des données mémorisées.
L’unité de traitement peut être configurée pour calculer le paramètre d’écoulement du fluide en réalisant une analyse fréquentielle du signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations.
Le dispositif de mesure peut être utilisé pour déterminer le débit du fluide dans la conduite dans une plage de débit du fluide allant jusqu’à 1000 m3/s et/ou une plage de température du fluide allant de -20°C à 150°C.
Installation de mesure
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une installation de mesure d’au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide, notamment son débit, comportant :
- une conduite d’écoulement du fluide,
- au moins un dispositif de mesure tel que défini ci-dessus, pour mesurer le paramètre d’écoulement du fluide dans la conduite.
- une conduite d’écoulement du fluide,
- au moins un dispositif de mesure tel que défini ci-dessus, pour mesurer le paramètre d’écoulement du fluide dans la conduite.
La conduite peut être une conduite d’une installation fluidique, notamment industrielle, telle qu’une installation aéraulique ou hydraulique par exemple.
Par exemple, la conduite est une conduite de ventilation, notamment une conduite d’aspiration ou de soufflage ou toute conduite permettant l’écoulement d’un fluide.
L’installation peut comporter une pluralité de dispositifs de mesure dans une portion restreinte de la conduite ou répartis le long de la conduite. Dans le cas où les dispositifs de mesure sont répartis le long de la conduite, cela peut permettre de réaliser une cartographie de l’ensemble de la conduite.
Les dispositifs de mesure peuvent être répartis régulièrement ou pas le long de la conduite.
Chaque dispositif peut être identique ou différent. Par exemple, les dispositifs de mesure diffèrent de par la forme de la partie formant obstacle et/ou les caractéristiques du capteur de vibrations, notamment son étendue de mesure. Cela peut permettre à ce que chaque dispositif de mesure soit adapté pour mesurer une gamme de débit différent, ce qui est particulièrement avantageux dans le cas où l’écoulement du fluide dans la conduite subit de grandes variations de débit au cours du temps par exemple.
La pluralité de dispositifs de mesure peut partager une même unité de traitement.
L’unité de traitement peut intégrer dans sa mémoire la position de la partie formant obstacle et/ou du capteur de vibrations de chaque dispositif de mesure le long de la conduite.
L’unité de traitement peut être configurée pour déclencher, notamment de manière autonome et/ou en temps réel, au moins une action corrective sur l’installation fluidique dans le cas où le paramètre d’écoulement du fluide calculé par l’unité de traitement et/ou la température mesurée par le capteur de température s’écarte d’une plage de valeurs prédéterminée.
Par exemple, l’action corrective est une augmentation ou une diminution du débit de l’écoulement.
L’unité de traitement peut ainsi permettre d’optimiser les performances de l’installation fluidique, par exemple en termes d’aspiration dans le cas d’une installation aéraulique par exemple, d’échanges thermiques, de réduction des nuisances sonores.
Dans le cas où le capteur de vibrations est un accéléromètre piézoélectrique 1 ou 3 axes, son positionnement est de préférence repéré dans l’espace. Cela peut permettre de repérer la direction du ou des axes de l’accéléromètre piézoélectrique. En effet, le module du vecteur accélération est indépendant du positionnement des 3 axes de l’accéléromètre piézoélectrique qui forment la base de projection.
Procédé de mesure
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de mesure d’au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide dans une conduite, notamment son débit, à l’aide d’un dispositif de mesure tel que défini ci-dessus, comportant les étapes consistant à :
a) détecter, à l’aide du capteur de vibrations, les vibrations induites sur la partie formant obstacle par les turbulences,
b) calculer, à l’aide de l’unité de traitement, le paramètre d’écoulement du fluide à partir au moins du signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations.
a) détecter, à l’aide du capteur de vibrations, les vibrations induites sur la partie formant obstacle par les turbulences,
b) calculer, à l’aide de l’unité de traitement, le paramètre d’écoulement du fluide à partir au moins du signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations.
Le procédé peut comporter en outre une étape préalable d’étalonnage du capteur de vibrations.
Le fluide peut être de tout type, y compris corrosif, toxique et/ou abrasif.
Le fluide peut être un liquide ou un gaz, notamment chargé de particules solides.
Dans une variante, le fluide est un gaz, notamment de l’air, chargé de vapeur d’eau, de vapeurs de solvants, de fumées et/ou de particules solides telles que des poussières, des sciures ou des copeaux de bois.
Dans une autre variante, le fluide est un liquide, notamment une suspension ou une émulsion.
Le procédé peut comporter en outre une étape consistant à nettoyer, notamment périodiquement, la surface externe de la partie formant obstacle. Un tel nettoyage peut être nécessaire en particulier dans le cas où le fluide est un gaz humide et chargé de particules solides.
Le procédé peut comporter en outre une étape consistant à détecter les vibrations induites sur la conduite d’écoulement du fluide à l’aide d’au moins un capteur de vibrations externe sensible aux vibrations de la conduite, et à calculer, à l’aide de l’unité de traitement, le paramètre d’écoulement du fluide à partir au moins du signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations et d’un signal vibratoire externe délivré par le capteur de vibrations externe.
Le capteur de vibrations externe peut être positionné sur une face externe de la conduite.
Le procédé peut comporter en outre une étape d'activation d'une alarme et/ou une étape d'arrêt de l’écoulement du fluide dans la conduite lorsque le paramètre d'écoulement du fluide calculé par l’unité de traitement et/ou le signal vibratoire externe délivré par le capteur de vibrations externe atteint un certain seuil prédéfini.
Procédé de fabrication
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de fabrication d’un dispositif de mesure tel que défini ci-dessus, dans lequel la partie formant obstacle est fabriquée par une technique de fabrication additive ou tout autre technique adaptée.
De préférence, le procédé comporte, après l’étape de fabrication de la partie formant obstacle, une étape de fixation du capteur de vibrations à l’intérieur de la partie formant obstacle.
Le procédé peut comporter en outre une étape consistant à fabriquer par une technique de fabrication additive, ou toute autre technique adaptée, le support.
Description détaillée
On a illustré à la un exemple de dispositif 1 de mesure conforme à l’invention, monté sur une conduite 11 d’écoulement d’un fluide 12.
Le dispositif 1 comporte une partie 2 formant obstacle, un capteur de vibrations 3, un support 7 et une unité de traitement 5.
La partie 2 formant obstacle est insérée au sein de la conduite 11 d’écoulement du fluide 12. La partie 2 formant obstacle présente une forme choisie pour générer des turbulences dans l’écoulement, notamment autour de la partie 2 formant obstacle.
La partie 2 formant obstacle est disposée à l’intérieur de la conduite 11. Elle peut être positionnée au centre de la conduite 11, comme illustré sur la . En variante, elle est positionnée entre la paroi et le centre de la conduite 11.
Le capteur de vibrations 3, de préférence un accéléromètre 1 ou 3 axes, est configuré pour détecter les vibrations induites sur la partie 2 formant obstacle par les turbulences et générer un signal vibratoire 4 correspondant. Le capteur de vibrations 3 est disposé à l’intérieur de la partie 2 formant obstacle, au sein d’un logement interne 6 défini par le corps de la partie 2 formant obstacle. Ainsi, le capteur de vibrations 3 est encapsulé dans la partie 2 formant obstacle, ce qui permet de l’isoler de manière étanche du fluide 12 en écoulement. Au sein du logement interne 6, le capteur de vibrations 3 est fixé contre une paroi du corps de la partie 2 formant obstacle.
La partie 2 formant obstacle est raccordée à l’une de ses extrémités à un support 7 tubulaire, de préférence d’un seul tenant. L’intérieur du support 7 est en communication avec le logement interne 6 de la partie 2 formant obstacle.
Le capteur de vibrations 3 est relié à un câble 4 qui traverse l’intérieur du support 7. Ce câble 4 permet d’alimenter électriquement le capteur de vibrations 3 et/ou de transmettre le signal vibratoire 4 délivré par le capteur de vibrations 3 à l’unité de traitement 5.
Le support 7 est fixé sur la conduite 11 au moyen d’un élément de fixation 8, notamment un presse-étoupe. L’élément de fixation 8 peut comporter un élément assurant une fonction d’étanchéité et/ou d’amortissement, tel qu’une semelle antivibratoire par exemple.
L’unité de traitement 5 reçoit le signal vibratoire 4 délivré par le capteur de vibrations 3 et elle est configurée pour calculer un paramètre d’écoulement du fluide, notamment sa vitesse ou son débit, à partir au moins du signal vibratoire 4 délivré par le capteur de vibrations 3.
La conduite 11 peut être une conduite d’une installation fluidique, par exemple aéraulique, notamment une conduite d’aspiration, et le fluide 12 en écoulement dans la conduite 11 peut être de l’air, humide ou non, par exemple chargé de sciure de bois. La vitesse d’écoulement du fluide 12 au sein de la conduite 11 peut être comprise entre 15 et 35 m/sec par exemple.
Comme illustré sur la , le dispositif 1 de mesure peut en outre comporter un capteur de vibrations externe 9, de préférence un accéléromètre 1 ou 3 axes, configuré pour détecter les vibrations de la conduite 11, notamment induites par l’écoulement du fluide 12, et générer un signal vibratoire externe 10 correspondant.
Le capteur de vibrations externe 9 est disposé sur une surface externe de la conduite 11. Le capteur 9 est relié à un câble 10 permettant de l’alimenter électriquement et/ou transmettre le signal vibratoire externe 10 délivré par le capteur de vibrations externe 9 à l’unité de traitement 5. Ainsi, l’unité de traitement 5 reçoit également le signal vibratoire externe 10 délivré par le capteur de vibrations externe 9 et elle est configurée pour calculer le paramètre d’écoulement du fluide, notamment sa vitesse ou son débit, à partir au moins du signal vibratoire 4 délivré par le capteur de vibrations 3 et du signal vibratoire externe 10 délivré par le capteur de vibrations externe 9.
On a représenté schématiquement aux figures 3 à 6 des exemples de dispositifs 1 de mesure selon l’invention, montés sur la conduite 11, observés selon un plan transversal de la conduite 11 (figures 3a), 4a), 5a) et 6a)) et selon un plan longitudinal de la conduite 11 (figures 3b), 4b), 5b) et 6b)). Les exemples de dispositifs 1 représentés aux figures 3 à 6 diffèrent par la forme de la partie 2 formant obstacle.
Cette dernière peut présenter une forme de poutre dont l’axe longitudinal est orienté de manière perpendiculaire au sens de l’écoulement du fluide 12 ( ), ou une forme de cylindre dont les bases sont orientées de manière perpendiculaire au sens de l’écoulement du fluide ( ).
La partie 2 formant obstacle peut encore présenter une forme de demi-sphère dont la base est orientée de manière parallèle au sens de l’écoulement du fluide 12 ( ) ou une forme de sphère ( ).
Les dimensions A, B, C, D, E et F des figures 3 à 6 sont par exemple comprises entre 1 et 30 cm.
L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits.
Par exemple, le dispositif de mesure n’est pas limité à la détermination d’un paramètre d’écoulement d’un fluide dans une conduite tel que sa vitesse ou son débit. D’autres paramètres peuvent être déterminés sur la base du signal vibratoire 4 délivré par le capteur de vibrations 3 et éventuellement sur la base du signal vibratoire externe 10 délivré par le capteur de vibrations externe 9. L’unité de traitement 5 peut ainsi permettre de connaitre en temps réel l’état de fonctionnement de l’installation fluidique, et peut notamment permettre de faire un diagnostic, voire de la maintenance conditionnelle et/ou prédictive de l’installation.
Claims (23)
- Dispositif (1) de mesure d’au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide dans une conduite, notamment son débit, comportant :
- une partie (2) formant obstacle, destinée à être mise en contact avec l’écoulement, ayant une forme choisie pour générer des turbulences dans l’écoulement,
- un capteur de vibrations (3) sensible aux vibrations induites sur la partie (2) formant obstacle par les turbulences,
- une unité de traitement (5) configurée pour calculer le paramètre d’écoulement du fluide à partir au moins d’un signal vibratoire (4) délivré par le capteur de vibrations (3). - Dispositif selon la revendication 1, le capteur de vibrations étant disposé à l’intérieur de la partie (2) formant obstacle, la partie (2) formant obstacle comportant notamment un corps définissant un logement interne (6) recevant le capteur de vibrations (3), le capteur de vibrations (3) étant notamment fixé contre une paroi dudit corps.
- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comportant un support (7), ayant de préférence une forme tubulaire, raccordé à l’une de ses extrémités à la partie (2) formant obstacle, notamment d’un seul tenant avec elle.
- Dispositif selon la revendication 3, la partie (2) formant obstacle comportant un corps définissant un logement interne (6) recevant le capteur de vibrations (3) et l’intérieur du support (7) étant en communication avec le logement interne (6) de la partie (2) formant obstacle.
- Dispositif selon la revendication 3 ou 4, l’intérieur du support (7) recevant au moins un câble relié au capteur de vibrations (3), le câble permettant d’alimenter électriquement le capteur de vibrations et/ou transmettre le signal vibratoire délivré par le capteur de vibrations (3) à l’unité de traitement (5).
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, comportant un élément de fixation (8), notamment un presse-étoupe, permettant de fixer le support (7) sur la conduite.
- Dispositif selon la revendication 6, l’élément de fixation (8) comportant un élément assurant une fonction d’étanchéité et/ou d’amortissement, notamment une semelle antivibratoire.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un capteur de vibrations externe (9) sensible aux vibrations de la conduite, l’unité de traitement (5) étant notamment configurée pour calculer le paramètre d’écoulement du fluide à partir au moins du signal vibratoire (4) délivré par le capteur de vibrations (3) et d’un signal vibratoire externe (10) délivré par le capteur de vibrations externe (9).
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le paramètre d’écoulement du fluide étant sa vitesse ou son débit, notamment volumique.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, le capteur de vibrations (3) étant un accéléromètre, notamment piézoélectrique, notamment à 1 ou 3 axes.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, la partie (2) formant obstacle présentant une forme générale de sphère, de demi-sphère, de disque, de cylindre ou de poutre.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, la partie (2) formant obstacle présentant une surface au contact de l’écoulement dont l’aire est comprise entre 1 et 500 cm2, mieux entre 1 et 250 cm2, encore mieux entre 1 et 100 cm2.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, la partie (2) formant obstacle étant réalisée dans une matière métallique, notamment en inox, plastique ou composite, la partie (2) formant obstacle ayant notamment été fabriquée par une technique de fabrication additive.
- Installation de mesure d’au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide, notamment son débit, comportant :
- une conduite d’écoulement du fluide,
- au moins un dispositif (1) de mesure selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour mesurer le paramètre d’écoulement du fluide dans la conduite. - Installation selon la revendication 14, comportant une pluralité de dispositifs (1) de mesure dans une portion restreinte de la conduite ou répartis le long de la conduite.
- Installation selon la revendication 15, la pluralité de dispositifs (1) de mesure partageant une même unité de traitement.
- Installation selon l’une quelconque des revendications 14 à 16, la conduite étant une conduite de ventilation, notamment une conduite d’aspiration ou de soufflage.
- Procédé de mesure d’au moins un paramètre d'écoulement d'un fluide dans une conduite, notamment son débit, à l’aide d’un dispositif (1) de mesure tel que défini dans l’une quelconque des revendications 1 à 13, comportant les étapes consistant à :
a) détecter, à l’aide du capteur de vibrations (3), les vibrations induites sur la partie (2) formant obstacle par les turbulences,
b) calculer, à l’aide de l’unité de traitement (5), le paramètre d’écoulement du fluide à partir au moins du signal vibratoire (4) délivré par le capteur de vibrations (3). - Procédé de mesure selon la revendication 18, le fluide étant un liquide ou un gaz, notamment chargé de particules solides.
- Procédé de mesure selon la revendication 18 ou 19, la conduite étant une conduite de ventilation, notamment une conduite d’aspiration ou de soufflage.
- Procédé de mesure selon l’une quelconque des revendications 18 à 20, comportant en outre une étape consistant à détecter les vibrations induites sur la conduite d’écoulement du fluide à l’aide d’au moins un capteur de vibrations externe (9) sensible aux vibrations de la conduite, et à calculer, à l’aide de l’unité de traitement (5), le paramètre d’écoulement du fluide à partir au moins du signal vibratoire (4) délivré par le capteur de vibrations (3) et d’un signal vibratoire externe (10) délivré par le capteur de vibrations externe (9).
- Procédé de fabrication d’un dispositif (1) de mesure tel que défini dans l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel la partie (2) formant obstacle est fabriquée par une technique de fabrication additive.
- Procédé de fabrication selon la revendication précédente, comportant en outre une étape consistant à fabriquer par une technique de fabrication additive le support (7) défini à l’une quelconque des revendications 3 à 6.
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