WO2016170238A1 - Dispositif de mesure de vitesse d'écoulement d'un fluide à transducteur(s) ultrasonore(s) - Google Patents

Dispositif de mesure de vitesse d'écoulement d'un fluide à transducteur(s) ultrasonore(s) Download PDF

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WO2016170238A1
WO2016170238A1 PCT/FR2016/050182 FR2016050182W WO2016170238A1 WO 2016170238 A1 WO2016170238 A1 WO 2016170238A1 FR 2016050182 W FR2016050182 W FR 2016050182W WO 2016170238 A1 WO2016170238 A1 WO 2016170238A1
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WO
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distal end
recess
transducer
rib
fluid
Prior art date
Application number
PCT/FR2016/050182
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Marwan ZEIDAN
Mathieu POQUE
Alain Ramond
Original Assignee
Yzatec
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
    • G01P5/245—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by measuring transit time of acoustical waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/662—Constructional details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/14—Casings, e.g. of special material
    • G—PHYSICS
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    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/18—Supports or connecting means for meters

Definitions

  • the invention relates to a device for measuring the flow velocity of a fluid incorporating at least one ultrasonic transducer.
  • the fluid is a liquid
  • the device may constitute a flow meter.
  • Measuring devices such as flowmeters using ultrasonic transducers are already known, making it possible to take advantage of the duration of propagation of the ultrasonic waves in a fluid in order to measure the flow velocity of the fluid.
  • known devices come in different forms. Some known devices include ultrasonic transducers placed outside a pipe in which a fluid flows. Other known devices include ultrasonic transducers arranged inside a pipe, directly in contact with the fluid.
  • DE 102007011547 discloses a device comprising a pipe having orifices receiving two transducers extending inside the pipe in contact with the fluid and facing the direction of flow of the fluid.
  • the transducers are attached to the pipe at one of their ends and hang cantilevered within the pipe. This device makes it possible to measure the flow velocity of a fluid between the two transducers.
  • the invention therefore aims to overcome these disadvantages.
  • It therefore aims generally to propose a device for measuring the flow velocity of a fluid comprising at least one ultrasound transducer which delivers reliable and accurate measurement signals irrespective of the nature of the flow of the fluid and the possible variations of the latter (which may be sudden and large amplitudes), and whose life is improved.
  • the invention aims more particularly to provide such a device that is completely autonomous in its operation, preset to manufacture, and whose settings and / or characteristics are not likely to vary in operation.
  • the invention aims more particularly at providing such a device that is robust and compatible with an aggressive external environment, in particular that can be buried and / or immersed and / or incorporated within a valve or pipe such that a water pipe.
  • the invention also aims to provide such a device that is simple, inexpensive in manufacturing, and has a small number of parts.
  • the invention also aims to provide such a device that can be easily connected to a pipe or a support such as a rod.
  • the invention relates to a device for measuring the flow velocity of a fluid comprising:
  • At least one ultrasound transducer is provided
  • proximal end comprising a first end called the proximal end, assembled by an embedding connection to said body
  • the inventors have found that the simple fact of assembling the body, by a rigid assembly, the distal end of a transducer, whose proximal end is embedded in the body, provides a hyperstatic type assembly.
  • This assembly of the hyperstatic type makes it possible in particular, on the one hand, to considerably reduce the errors in the measurement signal and, on the other hand, to improve the mechanical connection between the transducer and the body, and in so doing, to 'increase the life of the device.
  • a hyperstatic assembly makes it possible to limit the vibrations of each transducer under the effect of transient phenomena such as the establishment or interruption of the flow of the fluid or any turbulence in the flow of the fluid.
  • the device can be set precisely to manufacture, and these settings are not disturbed in operation.
  • the purpose of the assembly between the distal end of a transducer and the body is to prevent the relative displacements of this distal end relative to the body (and therefore with respect to its proximal end) in at least one direction orthogonal to the longitudinal direction of the transducer, that is to say to prevent bending deformation of the transducer corresponding to a displacement of the distal end at least in said orthogonal direction.
  • An ultrasonic transducer includes a rigid shell enclosing different components providing operation of the transducer. The distal end of the transducer is therefore the distal end of the rigid shell of the transducer. Similarly, the proximal end of the transducer is the proximal end of the rigid shell of the transducer.
  • a device is intended to be placed in contact with a flow of fluid flowing in a direction of flow relative to the body.
  • the transducer is arranged relative to the body so that its longitudinal direction is intersecting with the flow of fluid, and therefore with the direction of flow of the fluid by relation to the body.
  • this assembly between the distal end and the body is adapted to rigidly fix the distal end relative to the body at least in any direction parallel to the direction of flow of the fluid relative to the body.
  • the assembly between the distal end and the body is adapted to rigidly fix the distal end relative to the body in any direction orthogonal to the longitudinal direction, that is to say to prevent any bending deformation of the body.
  • transducer corresponding to a displacement of the distal end relative to the proximal end.
  • said body and said distal end comprise conjugated assembly members.
  • said body and said proximal end of the transducer comprise conjugated assembly members (by fitting).
  • said distal end is embedded in a recessed housing, said recess.
  • Such an assembly by embedding is particularly simple and rigid.
  • the device comprises at least one rib, said embedding rib, transverse contact between the distal end and at least one inner side of said recess.
  • an embedding rib facilitates the insertion and centering of the distal end into the recess and provides a reliable and rigid retention of the distal end of the transducer relative to the body.
  • such an embedding rib can be arranged to have a certain flexibility in bending and / or compression, so as to produce a residual elastic stress between the distal end and the recess.
  • Such an embedding rib also makes it possible to minimize the contact area between the distal end and the recess, and therefore the acoustic transmission between the transducer and the body.
  • At least one such embedding rib is a rib integral with the distal end -particularly formed in one piece, for example molded, with the latter-and extending transversely outwardly from said distal end to cooperate by contact with at least one inner side of said recess.
  • At least one embedding rib is a peripheral rib of the distal end.
  • a peripheral rib may be in the general shape of a circular ring extending in a plane transverse to the longitudinal direction.
  • At least one embedding rib is a rib integral with the recess -particularly formed in one piece, for example molded, with the latter-and projecting transversely -inwardly said internal flank of said recess for cooperating by contact with at least one lateral peripheral face of said distal end.
  • a recess rib integral with the recess may be a rib shaped circular transverse (that is to say extending in a plane orthogonal to the longitudinal direction of the transducer), or in the form of helical turn, or ring portion ...
  • the assembly of the distal end of the transducer with the recess comprises a plurality of embedding ribs.
  • the distal end has a plurality of annular peripheral ribs parallel to each other.
  • said recess and said distal end are formed of different materials having different compressive elastic moduli.
  • each embedding rib and the part (recess or distal end) in contact with which it is placed are formed of different materials, and each embedding rib is formed of a material having a modulus of elasticity in compression lower than the modulus of elasticity in compression of the material constituting said piece in contact with which it is placed.
  • each embedding rib integral with the distal end is less rigid than the inner side of the recess, and can thus be elastically compressed by the insertion and insertion of the distal end into the distal end. recess. This elastic compression provides a residual elastic stress which improves the relative retention.
  • the assembly of the distal end relative to the body is arranged to provide a locking, reversible or irreversible, the distal end relative to the body, for example by conforming at least one embedding rib of the distal end with respect to a groove or groove of the recess.
  • this locking can result from an insertion resulting in at least partial elastic deformation of at least one embedding rib.
  • said body is a section of pipe having a tabular wall forming an inner face delimiting an internal space of the pipe section, said proximal end is embedded in an outer chamber of the wall tubular and the transducer extends from the proximal end into a through hole formed through the thickness of the tubular wall and through the internal space, and the recess is a blind bore formed in the face internal wall of the tubular wall, diametrically opposite the passage opening.
  • a fluid can thus flow inside the pipe section and the transient phenomena (settlements or interruptions of the fluid flow) or the possible turbulences in the flow of the fluid do not disturb the operation of the device according to the invention. invention.
  • said assembly between the distal end and the body comprises at least one connecting piece between said distal end and body.
  • a connecting piece is a stirrup connecting said distal end to a wall portion of the body, in particular a wall portion of the body through which the proximal end passes.
  • said distal end is embedded in a hollow housing, said recess, ⁇ caliper.
  • a fluid can flow between the body and the stirrup.
  • a device comprises at least two ultrasonic transducers fixed to said body vis-à-vis, that is to say comprising ultrasonic active zones (emitter and / or receiver) oriented towards one another. other.
  • two ultrasonic transducers vis-à-vis one of which is emitter of ultrasonic waves in the flow of the fluid and the other is a receiver of the ultrasonic waves emitted by the previous, to measure the speed of the fluid according to the propagation time of the ultrasonic waves between these two transducers.
  • two ultrasonic transducers are vis-a-vis in a direction of emission of ultrasonic waves parallel to the direction of flow of the fluid.
  • the invention also extends to a method of manufacturing a flow velocity measuring device of a fluid comprising a body and at least one ultrasound transducer having a proximal end thereof joined by a recess connection to said body, and projecting from said body, in a longitudinal direction, to a second end, said distal end, of the transducer, characterized in that said distal end is assembled to the body by an assembly rigidly fixing the end distal to the body in at least one direction orthogonal to said longitudinal direction.
  • the invention makes it possible to obtain a device with which the measurement errors are minimized and the service life improved because of a reduction in the deformation modes of the transducers, in particular under the effect of the flow of the fluid.
  • FIG. 1 is a diagrammatic view in axial section of a device according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a diagrammatic cross-sectional view of the device of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of the detail of the connection between the distal end of a transducer and a body of the device of FIG. 1,
  • FIG. 4 is a schematic view in axial section of a device according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a diagrammatic cross-sectional view of the device of FIG. 4.
  • a device according to the first embodiment of the invention shown in Figures 1 to 3 comprises a body 20 formed of a straight pipe section comprising a rigid tubular wall 21 having an inner face 56 defining an internal space 64 of the pipe section for the flow of a fluid.
  • the tubular wall 21 of the pipe section has two open ends 22 which can be connected to pipes.
  • the pipe section thus defines a flow direction of the fluid according to the arrows shown in FIG. 1 parallel to an axis 65 of the pipe section.
  • the device according to the invention also comprises two ultrasonic transducers 23 shown only schematically in the figures. Such an ultrasonic transducer is known per se and can be the subject of numerous variants.
  • Each transducer 23 comprises a rigid shell enveloping and enclosing the various components of the transducer and having a rigid main portion 24 elongate in a longitudinal direction of the transducer, a proximal end and a distal end 26.
  • the proximal end is wider than the main portion 24 and constitutes the widest part of the transducer 23.
  • the distal end 26 is narrower than the main portion 24 and constitutes the thinnest part of the transducer 23.
  • a distal shoulder 60 connects the peripheral peripheral face 61 of the distal end 26 to the peripheral peripheral face 62 of the main portion 24 of the transducer.
  • the tubular wall 21 of the section of pipe has two orifices 27 passing through transversely (radially with respect to the axis of the pipe section) the tubular wall 21 to the inner face 56 of the tubular wall 21. These two orifices 27 are located relative to each other aligned in a direction parallel to the axis 65 of the pipe section and the flow direction of the fluid.
  • Each orifice 27 has two recesses 28 and 29 superimposed: an external recess 28 adapted to receive the proximal end 25 of a transducer in order to block it; and an inner chamber 29 of lesser width accommodating a sealing gasket cooperating with the proximal end.
  • each transducer 23 passes through the internal space 64 of the pipe section over the entire width of the latter and the distal end 26 of the transducer is fixed embedded in the body 20, diametrically at the opposite of the proximal end in the internal space 64, by an assembly comprising a recess 31, 63 blind formed recessed on the inner face 56 of the tubular wall 21, radially outwardly of the axis 65 of the pipe section and diametrically opposite the orifice 27 for passage of the wall 21.
  • This recess 31, 63 comprises an internal bore 63 of greater width corresponding to the width of the end of the main portion 24, preferably with a slight radial clearance (orthogonal to the longitudinal direction of the transducer) allowing the easy insertion of the main portion 24 in this internal bore 63.
  • This internal bore 63 is extended radially outwardly of the axis 65 by an outer bore 31 of smaller width adapted to receive without radial clearance (orthogonal to the longitudinal direction of the transducer) the distal end 26 of a transducer 23.
  • the distal end 26 of the transducer embedded in the external bore 31 is fixed rigidly relative to the body 20 without the possibility of relative displacement parallel to the axis 65 of the pipe section and to the direction of flow.
  • Each transducer 23 has at least one active ultrasound emitting / receiving area 39 corresponding to the location of an ultrasonic sensing element (such as a piezoelectric wafer) incorporated in the transducer 23.
  • each transducer comprises a single ultrasonic sensitive element and has a single active zone 39.
  • Each transducer 23 passes through the internal space 64 of the pipe section, its active zone 39 being in this internal space, preferably at least substantially centered on the axis 65 of the section of pipeline.
  • the two active zones 39 of the two transducers 23 are facing each other, so that the ultrasonic waves emitted by the active zone 39 of one of the transducers 23 are received by the active zone 39 of the other Transducer 23.
  • the propagation time of the ultrasonic waves in the fluid flowing in the internal space 64 makes it possible to determine the flow velocity of the fluid.
  • the internal space 64 of the pipe section has a portion 33 of smaller diameter between the two transducers 23.
  • each transducer 23 is chosen with respect to the dimensions of the tubular wall 21 of the pipe section so that a longitudinal clearance 57 (in the longitudinal direction of the transducer) is provided between the shoulder 60 distal and the bottom of the internal bore 63. Similarly, a longitudinal clearance 67 is provided between the end face of the distal end 26 and the bottom of the external bore 31.
  • the distal end 26 has ribs 32 embedded projecting outwardly from its peripheral side face.
  • Such embedding ribs 32 allow, in the first place, to guide, center and rigidly hold the distal end 26 of the transducer 23 in the bore 31.
  • the embedment ribs 32 are formed of a material sufficiently flexible in compression to allow, during insertion of the distal end 26 into the rigid outer bore 31, a certain elastic deformation in compression and / or flexion of these ribs 32 embedding. Nevertheless, this material is also sufficiently rigid to ensure, during assembly and operation, a rigid support and without play of the distal end 26 of the transducer relative to the bore 31.
  • the embedding ribs 32 are formed of a material selected from the group consisting of rigid polymeric synthetic materials -thermoplastic or thermosetting- and metal alloys-especially aluminum alloys. More particularly, this material may be selected from the group consisting of polyetherimide (PEI), polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), polysulfones (PSU), polyolefins such as polyethylenes (PE) and polyesters (PET), polystyrenes (PS), polyphenylene oxide (PPO), polyamides such as PA66, and mixtures thereof such as Noryl®. Other materials are possible.
  • PEI polyetherimide
  • PEEK polyetheretherketone
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PSU polysulfones
  • polyolefins such as polyethylenes (PE) and polyesters (PET), polystyrenes (PS), polyphenylene oxide (PPO), polyamides such as PA66, and mixture
  • the ribs 32 for embedding between the distal end 26 and the bore 31 of the tubular wall 21 make it possible to obtain good mechanical strength with a limited contact surface limiting the acoustic transmission between the transducer 23 and the body 20.
  • These embedding ribs 32 may be formed by the distal end 26 itself as shown, that is to say in one piece after molding, or (variant not shown) to be formed by an insert insert assembled to the main portion 24 of the transducer 23 to form the distal end 26.
  • a rectangular cover 34 covers the proximal end of each transducer 23 and the corresponding through hole 27 of the body 20 to maintain the proximal end of the recessed transducer 23 in place relative to the tubular wall of the pipe section. and fix the transducer 23 in longitudinal translation relative to the body 20.
  • the cover 34 is fixed outside the tubular wall 21 by screws 35 and compresses the seal 30.
  • the cover 34 also comprises a central circular opening 36 allowing the connecting conductors 37 for the transmission of control signals to the transducer 23 and / or measuring signals emitted by the transducer 23.
  • a device may be manufactured by making the body 20 with the two orifices 27 for passage and their recesses 28 and 29, and the recesses 31, 63 diametrically opposed. We place a seal 30 in each recess 29. Then choose two transducers 23 of dimensions adapted to those of the tubular wall 21 of the body 20, the recess 29 and the recess 31, 63. Each transducer is inserted into an orifice 27 until its proximal end is in contact with the recess 28, and its distal end 26 is inserted into the opposite external bore 31. Then cover cover 34 of the proximal end by screws 35 by compressing joint 30.
  • the device according to the second embodiment of the invention shown in Figures 4 and 5 comprises a generally tubular body 38 extending axially in a main direction 68, formed by a tubular wall 73 defining a sealed enclosure 74, and whose two axial ends 69, 70 are sealingly closed by plugs 71, 72.
  • This device also comprises two transducers 23 identical to those described in the first embodiment of FIG. 1.
  • each transducer 23 is placed inwardly of the tubular body 38 while the main portion 24 passes through the wall 73 of the body 38 and protrudes outwardly with respect to said tubular body 38 so that the active zone 39 of the transducer 23 and the distal end 26 of the transducer 23 are outside the tubular body 38.
  • the two active zones 39 of the two transducers 23 are facing each other, aligned in a direction parallel to the main direction 68 of the tubular body 38, so that the ultrasonic waves emitted by the active zone 39 of the one of the transducers 23 are received by the active zone 39 of the other transducer 23.
  • the tubular body 38 comprises two orifices 40 in which the proximal ends of the transducers are recessed.
  • Each orifice 40 comprises an internal recess 41 opening inside the tubular wall 73 and adapted to receive the proximal end and an outer recess 42 of smaller width adapted to accommodate a seal 43 in contact with a shoulder of the proximal end.
  • Each proximal end is held in the internal recess 41 by a washer 44 assembled within the wall 73 tubular body 38 by screws 45, for compressing the seal 43 and to fix the transducer 23 in longitudinal translation relative to the body 38.
  • the device according to the invention also comprises an electronic card 46 in the sealed enclosure 74 formed inside the body 38.
  • This electronic card 46 is adapted to form control signals of one of the transducers 23 (transmitter of ultrasonic waves) and process the measurement signals delivered by the other transducer 23 (receiving the ultrasonic waves).
  • the electronic card 46 is connected to the outside of the sealed enclosure 74 by connection conductors 75 passing through a gland of one of the end plugs of the body 38.
  • the electronic card 46 is generally rectangular in shape and is placed on the two washers 44.
  • the electronic card 46 is fixed to the tubular wall 73 with the washers 44 by the screws 45.
  • the device according to the invention further comprises a stirrup 47 extending along and outside the body 38 between the two transducers 23 which it connects, and having a core 48 and two wings 49 whose ends 50 are fixed. to the body 38 and flared to fit the cylindrical shape of the outer face of the tubular wall 73 of the body 38.
  • the stirrup 47 is assembled to the body 38 so that the wings 49 of the stirrup 47 are at least substantially parallel to the longitudinal direction of the transducers 23.
  • the wings 49 are also parallel to the main direction of the tubular body 38 and are spaced apart from the transducers 23.
  • the core 48 of the stirrup 47 is flat and orthogonal to the wings 49 and to the longitudinal direction of the transducers 23, and is parallel to the main direction of the body 38. None prevents to provide other forms for the stirrup 47, for example with wings 49 inclined relative to this longitudinal direction and / or a core 48 curved transverse cross section, or other.
  • the flared ends 50 of the wings 49 are fixed to the tubular wall 73 of the body 38 by screws 51 clamped in threaded threads 52 of the tubular wall 73.
  • the core 48 of the yoke 47 comprises two bores 53 through the thickness of the core 49 in which the distal ends 26 of the transducers 23 are inserted and embedded without radial play.
  • the shoulder 60 distal of the main portion 24 is in contact with the core 48 of the stirrup 47, each transducer 23 being locked in translation between the body 38 and the stirrup 47.
  • a fluid may flow outside the tubular body 38 in a direction of flow that may be parallel to the main direction 68 of the tubular body 38.
  • the fluid can therefore also flow in the space between said body 38 and the stirrup 47 where the two transducers 23 are placed.
  • the tubular body 38 comprises two bores 54 traversing its wall 73 diametrically opposed to the two orifices 40 for receiving the transducers 23, for the insertion of the transducers 23 inside the enclosure 74. Two sealed plugs 55 are then placed in these bores 54.
  • a device may be incorporated within a structure in which a fluid flows, the body 38 being attached to an element of said structure.
  • the body 38 may act as a mechanical link between two rigid tubes, the assembly forming a control rod of a valve (for example a fire hydrant).
  • a device may be manufactured by making the body 38 with the bores 54, the orifices 40 and the recesses 41, 42. Two transducers 23 and a stirrup 47 of conjugated dimensions are chosen. A gasket 43 is placed in each external recess 42 and then a transducer 23 is inserted through each bore 54 into the diametrically opposite orifice 40 until the proximal end of the transducer 23 is embedded in the internal recess 41. A washer 44 is then placed above each transducer 23 and an electronic card 46 above the washers 44 passing through one of the axial ends of the body 38. The entire electronic card 46 is then fixed. and the washer 44 by the screws 45 on the tubular wall 73 by means of a tool passed through the bores 54.
  • each transducer 23 is fixed rigidly but removably relative to the body 20, 38 by a cover 34 or a washer 44 pressing the proximal end embedded in a recess of the body fitted to this end 25 proximal.
  • Such removable embedding makes it possible in particular to facilitate maintenance when needed, in particular for the replacement of a transducer 23.
  • the body of the device carrying the transducers may not be generally tubular, and for example be in the form of a plate comprising two orifices to which are assembled the proximal ends of two transducers.
  • the distal end of each transducer may be assembled to said body by an individual assembly such as a rigid sleeve connecting said distal end to the body (for example if the length of the transducer is such that it does not cross the entire width of the transducer).
  • internal space 64 of the device according to the first embodiment may be used to the first embodiment.
  • each transducer and the body can also be achieved by any structural means capable of exerting a rigid attachment function of the distal end relative to the body in at least one direction orthogonal to said longitudinal direction of the transducer, in particular by screwing (for example the distal end of the transducer having a thread enabling it to be assembled by screwing into a tapping of the body or a part integral with the body), gluing, welding, or other.
  • any structural means capable of exerting a rigid attachment function of the distal end relative to the body in at least one direction orthogonal to said longitudinal direction of the transducer in particular by screwing (for example the distal end of the transducer having a thread enabling it to be assembled by screwing into a tapping of the body or a part integral with the body), gluing, welding, or other.
  • a device according to the invention may have any number of transducers. In some applications, it may include in particular a single transducer if it is associated with another similar but distinct device (that is having a separate body) or another transducer attached to a different structure.
  • a first device according to the invention provided with a single transducer is connected to the end of a first conduit and cooperates with a second device according to the invention provided with a single transducer connected to the end of a second pipe, the two pipes being connected by a connection device (single connection, valve, etc.), the assembly for measuring the flow velocity in this connecting device interposed between the two devices according to the invention.
  • a device according to the invention may also comprise in certain applications a number of transducers greater than two, for example several pairs of transducers, or with the same transducer provided with a plurality of sensitive elements cooperating with several other transducers in different directions for measuring transmission speeds. flow in several directions.
  • a device can be used to measure the flow velocity of a fluid - especially a liquid - in a pipework such as a drinking water supply pipe, a sewage pipe , a stream, a pipe for transporting a liquid, a gas or a liquid / gas mixture, a valve, or other.
  • a pipework such as a drinking water supply pipe, a sewage pipe , a stream, a pipe for transporting a liquid, a gas or a liquid / gas mixture, a valve, or other.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de mesure de vitesse d'écoulement d'un fluide comprenant un corps (20), au moins un transducteur (23) à ultrasons comprenant une première extrémité dite extrémité (25) proximale, assemblée par une liaison d'encastrement audit corps et s'étendant en saillie dudit corps, selon une direction longitudinale, jusqu'à une seconde extrémité, dite extrémité (26) distale, du transducteur. L'extrémité (26) distale est assemblée au corps (20) par un assemblage (31) fixant rigidement l'extrémité distale par rapport au corps (20) selon au moins une direction orthogonale à ladite direction longitudinale.

Description

DISPOSITIF DE MESURE
DE VITESSE D'ÉCOULEMENT D'UN FLUIDE À TRANSDUCTEUR(S)
ULTRAS ONORE(S )
L'invention concerne un dispositif de mesure de vitesse d'écoulement d'un fluide incorporant au moins un transducteur à ultrasons. Dans certaines applications, le fluide est un liquide, le dispositif pouvant constituer un débitmètre.
On connaît déjà des dispositifs de mesure tels que des débitmètres utilisant des transducteurs à ultrasons permettant de mettre à profit la durée de propagation des ondes ultrasonores dans un fluide afin de mesurer la vitesse d'écoulement du fluide.
Ces dispositifs connus se présentent sous différentes formes. Certains dispositifs connus comportent des transducteurs à ultrasons placés à l'extérieur d'une canalisation dans laquelle circule un fluide. D'autres dispositifs connus comprennent des transducteurs à ultrasons disposés à l'intérieur d'une canalisation, directement en contact avec le fluide.
Ainsi DE 102007011547 présente un dispositif comprenant une canalisation présentant des orifices recevant deux transducteurs s'étendant à l'intérieur de la canalisation au contact du fluide et en vis-à-vis parallèlement à la direction d'écoulement du fluide. Les transducteurs sont fixés à la canalisation au niveau d'une de leurs extrémités et sont suspendus en porte à faux à l'intérieur de la canalisation. Ce dispositif permet de mesurer la vitesse d'écoulement d'un fluide entre les deux transducteurs.
Ces dispositifs connus comprenant des transducteurs placés au contact de l'écoulement d'un fluide présentent plusieurs inconvénients. En effet, on constate que des variations intempestives dans les signaux fournis et/ou des erreurs d'acquisition peuvent survenir, notamment lorsque l'écoulement du fluide est sujet à des variations brusques et/ou de grandes amplitudes, par exemple dans le cas de turbulences d'un écoulement de liquide. De plus, le problème se pose de garantir la tenue mécanique des transducteurs, qui est un facteur limitant important de la durée de vie du dispositif. Or, les opérations de maintenance et/ou de remplacement de tels dispositifs sont souvent particulièrement complexes et coûteuses, notamment lorsque le dispositif est installé sur une conduite d'accès difficile, par exemple souterraine ou immergée.
L'invention vise donc à pallier ces inconvénients.
Elle vise donc de façon générale à proposer un dispositif de mesure de vitesse d'écoulement d'un fluide comprenant au moins un transducteur à ultrasons qui délivre des signaux de mesure fiables et précis quelles que soient la nature de l'écoulement du fluide et les variations éventuelles de ce dernier (qui peuvent éventuellement être brusques et de grandes amplitudes), et dont la durée de vie est améliorée.
L'invention vise plus particulièrement à proposer un tel dispositif qui soit complètement autonome dans son fonctionnement, préréglé à la fabrication, et dont les réglages et/ou les caractéristiques ne sont pas susceptibles de varier en fonctionnement.
L'invention vise plus particulièrement à proposer un tel dispositif qui soit robuste et compatible avec un environnement extérieur agressif, notamment qui puisse être enterré et/ou immergé et/ou incorporé à l'intérieur d'une vanne ou d'une canalisation telle qu'une conduite d'eau.
L'invention vise également à proposer un tel dispositif qui soit simple, peu coûteux à la fabrication, et comporte un faible nombre de pièces.
L'invention vise également à proposer un tel dispositif qui puisse être facilement raccordé à une canalisation ou à un support tel qu'une tige.
Pour ce faire, l'invention concerne un dispositif de mesure de vitesse d'écoulement d'un fluide comprenant :
- un corps,
- au moins un transducteur à ultrasons :
o comprenant une première extrémité dite extrémité proximale, assemblée par une liaison d'encastrement audit corps,
o et s'étendant en saillie dudit corps, selon une direction longitudinale, jusqu'à une seconde extrémité, dite extrémité distale, du transducteur, caractérisé en ce que ladite extrémité distale est assemblée au corps par un assemblage fixant rigidement l'extrémité distale par rapport au corps selon au moins une direction orthogonale à ladite direction longitudinale.
Les inventeurs ont constaté que le simple fait d'assembler au corps, par un assemblage rigide, l'extrémité distale d'un transducteur, dont l'extrémité proximale est encastrée dans le corps, procure un assemblage de type hyperstatique. Cet assemblage de type hyperstatique permet en particulier, d'une part, de réduire considérablement les erreurs dans le signal de mesure, et d'autre part, d'améliorer la liaison mécanique entre le transducteur et le corps, et, ce faisant, d'augmenter la durée de vie du dispositif. En particulier, un tel assemblage hyperstatique permet de limiter les vibrations de chaque transducteur sous l'effet des phénomènes transitoires tels que l'établissement ou l'interruption de l'écoulement du fluide ou d'éventuelles turbulences dans l'écoulement du fluide. En outre, le dispositif peut être réglé précisément à la fabrication, et ces réglages ne sont pas perturbés en fonctionnement.
L'assemblage entre l'extrémité distale d'un transducteur et le corps a pour fonction d'empêcher les déplacements relatifs de cette extrémité distale par rapport au corps (et donc par rapport à son extrémité proximale) selon au moins une direction orthogonale à la direction longitudinale du transducteur, c'est-à-dire d'empêcher les déformations en flexion du transducteur correspondant à un déplacement de l'extrémité distale au moins selon ladite direction orthogonale. Un transducteur à ultrasons comprend une coque rigide renfermant différents composants assurant le fonctionnement du transducteur. L'extrémité distale du transducteur est donc l'extrémité distale de la coque rigide du transducteur. De même, l'extrémité proximale du transducteur est l'extrémité proximale de la coque rigide du transducteur.
Un dispositif selon l'invention est destiné à être placé en contact avec un écoulement de fluide s'écoulant selon une direction d'écoulement par rapport au corps. Avantageusement et selon l'invention, le transducteur est agencé par rapport au corps de telle sorte que sa direction longitudinale soit sécante avec l'écoulement de fluide, et donc avec la direction d'écoulement du fluide par rapport au corps. Avantageusement et selon l'invention, cet assemblage entre l'extrémité distale et le corps est adapté pour fixer rigidement l'extrémité distale par rapport au corps au moins selon toute direction parallèle à la direction d'écoulement du fluide par rapport au corps. De préférence, l'assemblage entre l'extrémité distale et le corps est adapté pour fixer rigidement l'extrémité distale par rapport au corps dans toute direction orthogonale à la direction longitudinale, c'est-à-dire pour empêcher toute déformation en flexion du transducteur correspondant à un déplacement de l'extrémité distale par rapport à l'extrémité proximale.
Cet assemblage hyperstatique entre l'extrémité distale et le corps peut être réalisé de différentes façons. À ce titre, tout moyen d'assemblage rigide peut-être envisagé. En particulier, avantageusement et selon l'invention, ledit corps et ladite extrémité distale comportent des organes d'assemblage conjugués.
De même, avantageusement et selon l'invention, ledit corps et ladite extrémité proximale du transducteur comportent des organes d'assemblage (par encastrement) conjugués.
Par ailleurs, dans certains modes de réalisation avantageux et selon l'invention, ladite extrémité distale est encastrée dans un logement ménagé en creux, dit renfoncement. Un tel assemblage par encastrement est particulièrement simple et rigide.
De préférence, avantageusement et selon l'invention, le dispositif comporte au moins une nervure, dite nervure d'encastrement, transversale de contact entre l'extrémité distale et au moins un flanc interne dudit renfoncement. Une telle nervure d'encastrement facilite l'insertion et le centrage de l'extrémité distale dans le renfoncement et procure un maintien fiable et rigide de l'extrémité distale du transducteur par rapport au corps. En particulier, une telle nervure d'encastrement peut être agencée de façon à présenter une certaine souplesse en flexion et/ou en compression, de façon à produire une contrainte élastique résiduelle entre l'extrémité distale et le renfoncement. Une telle nervure d'encastrement permet également de minimiser la surface de contact entre l'extrémité distale et le renfoncement, et donc la transmission acoustique entre le transducteur et le corps. Dans certains modes de réalisation avantageux et selon l'invention, au moins une telle nervure d'encastrement est une nervure solidaire de l'extrémité distale -notamment formée d'une seule pièce, par exemple issue de moulage, avec cette dernière- et s'étendant en saillie transversalement -vers l'extérieur- de ladite extrémité distale pour coopérer par contact avec au moins un flanc interne dudit renfoncement.
En particulier, avantageusement et selon l'invention au moins une nervure d'encastrement est une nervure périphérique de l'extrémité distale. Une telle nervure périphérique peut-être en forme générale d'anneau circulaire s'étendant dans un plan transversal à la direction longitudinale. En variante ou en combinaison, rien n'empêche de prévoir au moins une nervure d'encastrement en forme de spire hélicoïdale et/ou ne contournant pas entièrement l'extrémité distale.
En variante ou en combinaison, au moins une nervure d'encastrement est une nervure solidaire du renfoncement -notamment formée d'une seule pièce, par exemple issue de moulage, avec ce dernier- et s'étendant en saillie transversalement -vers l'intérieur- dudit flanc interne dudit renfoncement pour coopérer par contact avec au moins une face périphérique latérale de ladite extrémité distale. Là encore, une telle nervure d'encastrement solidaire du renfoncement peut être une nervure en forme d'anneau circulaire transversal (c'est- à-dire s'étendant dans un plan orthogonal à la direction longitudinale du transducteur), ou en forme de spire hélicoïdale, ou de portion d'anneau...
Avantageusement et selon l'invention, de préférence, l'assemblage de l'extrémité distale du transducteur avec le renfoncement comprend une pluralité de nervures d'encastrement. Dans certains modes de réalisation avantageux, l'extrémité distale présente plusieurs nervures périphériques annulaires parallèles les unes aux autres.
Par ailleurs, dans certains modes de réalisation avantageux et selon l'invention, ledit renfoncement et ladite extrémité distale sont formés de matériaux différents présentant des modules d'élasticité en compression différents. Plus particulièrement, avantageusement et selon l'invention, chaque nervure d'encastrement et la pièce (renfoncement ou extrémité distale) au contact de laquelle elle est placée sont formées de matériaux différents, et chaque nervure d'encastrement est formée en un matériau présentant un module d'élasticité en compression plus faible que le module d'élasticité en compression du matériau constitutif de ladite pièce au contact de laquelle elle est placée. Par exemple, chaque nervure d'encastrement solidaire de l'extrémité distale est moins rigide que le flanc interne du renfoncement, et peut ainsi être comprimée élastiquement sous l'effet de l'insertion et de l'encastrement de l'extrémité distale dans le renfoncement. Cette compression élastique permet de procurer une contrainte élastique résiduelle qui améliore le maintien relatif.
Rien n'empêche à ce titre de prévoir que l'assemblage de l'extrémité distale par rapport au corps soit agencé pour procurer un verrouillage, réversible ou irréversible, de l'extrémité distale par rapport au corps, par exemple en conformant au moins une nervure d'encastrement de l'extrémité distale par rapport à une nervure ou une gorge du renfoncement. En particulier, ce verrouillage peut résulter d'une insertion entraînant une déformation élastique au moins partielle d'au moins une nervure d'encastrement.
Dans un mode de réalisation préférentiel, avantageusement et selon l'invention, ledit corps est un tronçon de canalisation présentant une paroi tabulaire formant une face interne délimitant un espace interne du tronçon de canalisation, ladite extrémité proximale est encastrée dans un chambrage externe de la paroi tubulaire et le transducteur s'étend à partir de l'extrémité proximale dans un orifice de passage ménagé à travers l'épaisseur de la paroi tubulaire et à travers l'espace interne, et le renfoncement est un alésage borgne ménagé en creux dans la face interne de la paroi tubulaire, diamétralement à l'opposé de l'orifice de passage. Un fluide peut ainsi s'écouler à l'intérieur du tronçon de canalisation et les phénomènes transitoires (établissements ou interruptions de l'écoulement de fluide) ou les éventuelles turbulences dans l'écoulement du fluide ne perturbent pas le fonctionnement du dispositif selon l'invention.
Par ailleurs, en variante ou en combinaison, dans certains modes de réalisation avantageux et selon l'invention, ledit assemblage entre l'extrémité distale et le corps comprend au moins une pièce de liaison entre ladite extrémité distale et le corps. En particulier, dans certains modes de réalisation, une pièce de liaison est un étrier reliant ladite extrémité distale à une portion de paroi du corps, notamment une portion de paroi du corps traversée par l'extrémité proximale. De préférence, ladite extrémité distale est encastrée dans un logement ménagé en creux, dit renfoncement, de Γ étrier. Dans ce mode particulier de réalisation, un fluide peut s'écouler entre le corps et l'étrier.
Par ailleurs, avantageusement un dispositif selon l'invention comprend au moins deux transducteurs ultrasonores fixés audit corps en vis-à-vis, c'est à dire comprenant des zones actives ultrasonores (émettrices et/ou réceptrices) orientées l'une vers l'autre. En particulier, deux transducteurs ultrasonores en vis-à- vis, dont l'un est émetteur d'ondes ultrasonores dans l'écoulement du fluide et l'autre est récepteur des ondes ultrasonores émises par le précédent, permettent de mesurer la vitesse du fluide en fonction de la durée de propagation des ondes ultrasonores entre ces deux transducteurs. Avantageusement et selon l'invention, deux transducteurs ultrasonores sont en vis-à-vis selon une direction d'émission d'ondes ultrasonores parallèle à la direction d'écoulement du fluide.
L'invention s'étend également à un procédé de fabrication d'un dispositif de mesure de vitesse d'écoulement d'un fluide comprenant un corps et au moins un transducteur à ultrasons dont une extrémité proximale est assemblée par une liaison d'encastrement audit corps, et s'étendant en saillie dudit corps, selon une direction longitudinale, jusqu'à une seconde extrémité, dite extrémité distale, du transducteur, caractérisé en ce qu'on assemble ladite extrémité distale au corps par un assemblage fixant rigidement l'extrémité distale par rapport au corps selon au moins une direction orthogonale à ladite direction longitudinale.
Ainsi, l'invention permet d'obtenir un dispositif avec lequel les erreurs de mesure sont minimisées et la durée de vie améliorée du fait d'une réduction des modes de déformation des transducteurs notamment sous l'effet de l'écoulement du fluide.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale du dispositif de la figure 1,
- la figure 3 est une vue schématique en coupe de détail de l'assemblage entre l'extrémité distale d'un transducteur et un corps du dispositif de la figure 1,
- la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif selon un deuxième mode de réalisation de l'invention,
- la figure 5 est une vue schématique en coupe transversale du dispositif de la figure 4.
Un dispositif selon le premier mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 1 à 3 comprend un corps 20 formé d'un tronçon droit de canalisation comprenant une paroi 21 tubulaire rigide présentant une face 56 interne délimitant un espace 64 interne du tronçon de canalisation pour l'écoulement d'un fluide. La paroi 21 tubulaire du tronçon de canalisation présente deux extrémités 22 ouvertes pouvant être raccordées à des conduites. Le tronçon de canalisation définit ainsi une direction d'écoulement du fluide selon les flèches représentées figure 1 parallèlement à un axe 65 du tronçon de canalisation. Le dispositif selon l'invention comprend également deux transducteurs 23 à ultrasons représentés uniquement schématiquement sur les figures. Un tel transducteur à ultrasons est connu en soi et peut faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation. Chaque transducteur 23 comprend une coque rigide enveloppant et renfermant les différents composants du transducteur et présentant une portion 24 principale rigide allongée selon une direction longitudinale du transducteur, une extrémité 25 proximale et une extrémité 26 distale. L'extrémité 25 proximale est plus large que la portion 24 principale et constitue la partie la plus large du transducteur 23. L'extrémité 26 distale est moins large que la portion 24 principale et constitue la partie la plus fine du transducteur 23. L'extrémité 26 distale étant moins large que la portion 24 principale du transducteur, un épaulement 60 distal relie la face 61 périphérique latérale de l'extrémité 26 distale à la face 62 périphérique latérale de la portion 24 principale du transducteur. La paroi 21 tubulaire du tronçon de canalisation présente deux orifices 27 de passage traversant transversalement (radialement par rapport à l'axe du tronçon de canalisation) la paroi 21 tubulaire jusqu'à la face 56 interne de cette paroi 21 tubulaire. Ces deux orifices 27 sont situés l'un par rapport à l'autre alignés selon une direction parallèle à l'axe 65 du tronçon de canalisation et à la direction d'écoulement du fluide. Chaque orifice 27 présente deux chambrages 28 et 29 superposés : un chambrage 28 externe adapté pour recevoir l'extrémité proximale 25 d'un transducteur afin de le bloquer ; et un chambrage 29 interne de moindre largeur logeant un joint 30 d'étanchéité coopérant avec l'extrémité 25 proximale.
Dans le mode de réalisation représenté aux figures 1 à 3, chaque transducteur 23 traverse l'espace 64 interne du tronçon de canalisation sur toute la largeur de ce dernier et l'extrémité 26 distale du transducteur est fixée encastrée dans le corps 20, diamétralement à l'opposé de l'extrémité 25 proximale dans l'espace 64 interne, par un assemblage comprenant un renfoncement 31, 63 borgne ménagé en creux sur la face 56 interne de la paroi 21 tubulaire, radialement vers l'extérieur de l'axe 65 du tronçon de canalisation et diamétralement opposé à l'orifice 27 de passage de la paroi 21. Ce renfoncement 31, 63 comprend un alésage 63 interne de plus grande largeur correspondant à la largeur de l'extrémité de la portion 24 principale, de préférence avec un léger jeu radial (orthogonalement à la direction longitudinale du transducteur) permettant l'insertion facile de la portion 24 principale dans cet alésage 63 interne. Cet alésage 63 interne est prolongé radialement vers l'extérieur de l'axe 65 par un alésage 31 externe de plus petite largeur adapté pour recevoir sans jeu radial (orthogonalement à la direction longitudinale du transducteur) l'extrémité 26 distale d'un transducteur 23. Ainsi l'extrémité 26 distale du transducteur encastrée dans l'alésage 31 externe est fixée rigidement par rapport au corps 20 sans possibilité de déplacement relatif parallèlement à l'axe 65 du tronçon de canalisation et à la direction d'écoulement.
Chaque transducteur 23 présente au moins une zone 39 active émettrice/réceptrice d'ultrasons correspondant à l'emplacement d'un élément sensible ultrasonore (tel qu'une plaquette piézo-électrique) incorporé dans le transducteur 23. Dans les modes de réalisation représentés, chaque transducteur comprend un unique élément sensible ultrasonore et présente une unique zone active 39. Chaque transducteur 23 traverse l'espace 64 interne du tronçon de canalisation, sa zone 39 active étant dans cet espace interne, de préférence au moins sensiblement centrée sur l'axe 65 du tronçon de canalisation. Les deux zones 39 actives des deux transducteurs 23 sont en regard l'une de l'autre, de sorte que les ondes ultrasonores émises par la zone 39 active de l'un des transducteurs 23 sont reçues par la zone 39 active de l'autre transducteur 23. La durée de propagation des ondes ultrasonores dans le fluide s'écoulant dans l'espace 64 interne permet de déterminer la vitesse d'écoulement du fluide. Avantageusement, l'espace 64 interne du tronçon de canalisation présente une partie 33 de moindre diamètre entre les deux transducteurs 23.
La longueur de la portion 24 principale de chaque transducteur 23 est choisie par rapport aux dimensions de la paroi 21 tubulaire du tronçon de canalisation de telle sorte qu'un jeu 57 longitudinal (selon la direction longitudinale du transducteur) soit ménagé entre l'épaulement 60 distal et le fond de l'alésage 63 interne. De même, un jeu 67 longitudinal est ménagé entre la face extrême de l'extrémité 26 distale et le fond de l'alésage 31 externe. Ces jeux 57, 67 longitudinaux permettent en particulier d'éviter toute contrainte longitudinale dans le transducteur (notamment pour permettre d'éventuelles dilatations thermiques différentielles) et diminuent la transmission acoustique entre le transducteur 23 et le tronçon de canalisation.
Comme représenté à la figure 3, l'extrémité 26 distale présente des nervures 32 d'encastrement en saillie vers l'extérieur de sa face latérale périphérique. De telles nervures 32 d'encastrement permettent, en premier lieu, de guider, de centrer et de maintenir rigidement l'extrémité 26 distale du transducteur 23 dans l'alésage 31. Avantageusement, les nervures 32 d'encastrement sont formées d'un matériau suffisamment souple en compression pour permettre, lors de l'insertion de l'extrémité distale 26 dans l'alésage 31 externe rigide, une certaine déformation élastique en compression et/ou en flexion de ces nervures 32 d'encastrement. Néanmoins, ce matériau est par ailleurs suffisamment rigide pour assurer, à l'assemblage et en fonctionnement, un maintien rigide et sans jeu de l'extrémité 26 distale du transducteur par rapport à l'alésage 31. Avantageusement, les nervures 32 d'encastrement sont formées d'un matériau choisi dans le groupe formé des matériaux synthétiques polymériques rigides -thermoplastiques ou thermodurcissables- et des alliages métalliques -notamment des alliages d'aluminium-. Plus particulièrement ce matériau peut être choisi dans le groupe formé du polyétherimide (PEI), du polyétheréthercétone (PEEK), du poly( sulfure de phénylène) (PPS), des polysulfones (PSU), des polyoléfines tels que le polyéthylènes (PE) et les polyesters (PET), des polystyrènes (PS), des poly(oxyde de phénylène) (PPO), des polyamides tels que le PA66, et de leurs mélanges tels que les Noryl®. D'autres matériaux sont possibles.
Les nervures 32 d'encastrement entre l'extrémité 26 distale et l'alésage 31 de la paroi 21 tubulaire permettent d'obtenir une bonne tenue mécanique avec une surface de contact limitée restreignant la transmission acoustique entre le transducteur 23 et le corps 20.
Ces nervures 32 d'encastrement peuvent être formées par l'extrémité 26 distale elle-même comme représenté, c'est-à-dire en une seule pièce issue de moulage, ou (variante non représentée) être formées par une garniture rapportée assemblée à la portion 24 principale du transducteur 23 pour former l'extrémité 26 distale.
Un capot 34 rectangulaire recouvre l'extrémité 25 proximale de chaque transducteur 23 et l'orifice 27 de passage correspondant du corps 20 pour maintenir l'extrémité 25 proximale du transducteur 23 encastrée en place par rapport à la paroi 21 tubulaire du tronçon de canalisation, et fixer le transducteur 23 en translation longitudinale par rapport au corps 20. Le capot 34 est fixé à l'extérieur de la paroi 21 tubulaire par des vis 35 et comprime le joint 30. Le capot 34 comprend également une ouverture 36 circulaire centrale permettant le passage de conducteurs 37 de connexion pour la transmission de signaux de commande vers le transducteur 23 et/ou de signaux de mesure émis par le transducteur 23.
Un dispositif selon ce premier mode de réalisation peut être fabriqué en réalisant le corps 20 avec les deux orifices 27 de passage et leurs chambrages 28 et 29, et les renfoncements 31, 63 diamétralement opposés. On place un joint 30 dans chaque chambrage 29. On choisit ensuite deux transducteurs 23 de dimensions adaptées à celles de la paroi 21 tubulaire du corps 20, au chambrage 29 et au renfoncement 31, 63. On insère chaque transducteur dans un orifice 27 jusqu'à ce que son extrémité 25 proximale soit en contact avec le chambrage 28, et que son extrémité 26 distale soit insérée encastrée dans l'alésage 31 externe opposé. On plaque ensuite le capot 34 à recouvrement de l'extrémité 25 proximale grâce aux vis 35 en comprimant le joint 30.
Le dispositif selon le deuxième mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 4 et 5 comprend un corps 38 droit globalement tubulaire s 'étendant axialement selon une direction 68 principale, formé par une paroi 73 tubulaire délimitant une enceinte 74 étanche, et dont les deux extrémités 69, 70 axiales sont bouchées de façon étanche par des bouchons 71, 72. Ce dispositif comprend également deux transducteurs 23 identiques à ceux décrits dans le premier mode de réalisation de la figure 1. Néanmoins dans ce deuxième mode de réalisation, l'extrémité 25 proximale de chaque transducteur 23 est placée vers l'intérieur du corps 38 tubulaire tandis que la portion 24 principale traverse la paroi 73 du corps 38 et s'étend en saillie vers l'extérieur par rapport audit corps 38 tubulaire, de façon que la zone 39 active du transducteur 23 et l'extrémité 26 distale du transducteur 23 soient à l'extérieur du corps 38 tubulaire. Les deux zones 39 actives des deux transducteurs 23 sont en regard l'une de l'autre, alignées selon une direction parallèle à la direction 68 principale du corps 38 tubulaire, de sorte que les ondes ultrasonores émises par la zone 39 active de l'un des transducteurs 23 sont reçues par la zone 39 active de l'autre transducteur 23.
Le corps 38 tubulaire comprend deux orifices 40 dans lesquels les extrémités 25 proximales des transducteurs sont encastrées. Chaque orifice 40 comprend un chambrage 41 interne débouchant à l'intérieur de la paroi 73 tubulaire et adapté pour recevoir l'extrémité 25 proximale et un chambrage 42 externe de plus faible largeur adapté pour loger un joint 43 au contact d'un épaulement de l'extrémité 25 proximale. Chaque extrémité 25 proximale est maintenue dans le chambrage 41 interne par une rondelle 44 assemblée à l'intérieur de la paroi 73 tubulaire du corps 38 par des vis 45, permettant de comprimer le joint 43 et de fixer le transducteur 23 en translation longitudinale par rapport au corps 38.
Le dispositif selon l'invention comprend également une carte 46 électronique dans l'enceinte 74 étanche ménagée à l'intérieur du corps 38. Cette carte 46 électronique est adaptée pour former des signaux de commande de l'un des transducteurs 23 (émetteur d'ondes ultrasonores) et traiter les signaux de mesure délivrés par l'autre transducteur 23 (recevant les ondes ultrasonores). La carte 46 électronique est reliée à l'extérieur de l'enceinte 74 étanche par des conducteurs 75 de connexion traversant un presse-étoupe de l'un 71 des bouchons d'extrémité du corps 38. La carte 46 électronique est de forme globalement rectangulaire et est placée sur les deux rondelles 44. La carte 46 électronique est fixée à la paroi 73 tubulaire avec les rondelles 44 par les vis 45.
Le dispositif selon l'invention comprend en outre un étrier 47 s' étendant le long et à l'extérieur du corps 38 entre les deux transducteurs 23 qu'il relie, et présentant une âme 48 et deux ailes 49 dont les extrémités 50 sont fixées au corps 38 et évasées afin de s'ajuster à la forme cylindrique de la face extérieure de la paroi 73 tubulaire du corps 38.
Dans l'exemple représenté, l'étrier 47 est assemblé au corps 38 de façon que les ailes 49 de l'étrier 47 soient au moins sensiblement parallèles à la direction longitudinale des transducteurs 23. Les ailes 49 sont aussi parallèles à la direction principale du corps 38 tubulaire et sont écartées des transducteurs 23. L'âme 48 de l'étrier 47 est plane et orthogonale aux ailes 49 et à la direction longitudinale des transducteurs 23, et est parallèle à la direction principale du corps 38. Rien n'empêche de prévoir d'autres formes pour l'étrier 47, par exemple avec des ailes 49 inclinées par rapport à cette direction longitudinale et/ou une âme 48 à section droite transversale courbe, ou autre.
Les extrémités 50 évasées des ailes 49 sont fixées à la paroi 73 tubulaire du corps 38 par des vis 51 serrées dans des taraudages 52 conjugués de la paroi 73 tubulaires. L'âme 48 de l'étrier 47 comprend deux alésages 53 traversant l'épaisseur de l'âme 49 dans lesquels les extrémités 26 distales des transducteurs 23 sont insérées et encastrées sans jeu radial. Dans la variante représentée, l'épaulement 60 distal de la portion 24 principale est au contact de l'âme 48 de l'étrier 47, chaque transducteur 23 étant bloqué en translation entre le corps 38 et l'étrier 47.
Dans ce deuxième mode de réalisation, un fluide peut s'écouler à l'extérieur du corps 38 tubulaire selon une direction d'écoulement qui peut être parallèle à la direction 68 principale du corps 38 tubulaire. Le fluide peut donc s'écouler également dans l'espace entre ledit corps 38 et l'étrier 47 où sont placés les deux transducteurs 23.
Le corps 38 tubulaire comprend deux alésages 54 traversant sa paroi 73 diamétralement opposés aux deux orifices 40 de réception des transducteurs 23, pour l'insertion des transducteurs 23 à l'intérieur de l'enceinte 74. Deux bouchons étanches 55 sont ensuite placés dans ces alésages 54.
Un dispositif selon ce deuxième mode de réalisation de l'invention peut être incorporé au sein d'une structure dans laquelle s'écoule un fluide, le corps 38 étant fixé à un élément de ladite structure. Par exemple le corps 38 peut faire office d'organe de liaison mécanique entre deux tubes rigides, l'ensemble formant une tige de commande d'une vanne (par exemple une bouche à incendie).
Un dispositif selon ce deuxième mode de réalisation de l'invention peut être fabriqué en réalisant le corps 38 avec les alésages 54, les orifices 40 et les chambrages 41, 42. On choisit deux transducteurs 23 et un étrier 47 de dimensions conjuguées. On place un joint 43 dans chaque chambrage 42 externe puis on insère un transducteur 23 par chaque alésage 54 dans l'orifice 40 diamétralement opposé jusqu'à ce que l'extrémité 25 proximale du transducteur 23 soit encastrée dans le chambrage 41 interne. On place ensuite une rondelle 44 au- dessus de chaque transducteur 23 puis une carte électronique 46 au-dessus des rondelles 44 en la faisant passer par l'une des extrémités axiales du corps 38. On fixe ensuite l'ensemble de la carte électronique 46 et de la rondelle 44 par les vis 45 sur la paroi 73 tubulaire à l'aide d'un outil passé à travers les alésages 54. On assemble ensuite les bouchons 71, 72 dans les extrémités du corps 38 et les bouchons 55 étanches dans les alésages 54. Dans un dispositif selon l'invention, chaque transducteur 23 est fixé rigidement mais de façon amovible par rapport au corps 20, 38 par un couvercle 34 ou une rondelle 44 plaquant l'extrémité 25 proximale encastrée dans un chambrage du corps ajusté à cette extrémité 25 proximale. Un tel encastrement démontable permet en particulier de faciliter la maintenance en cas de besoin, notamment pour le remplacement d'un transducteur 23.
L'invention peut faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation par rapport aux modes de réalisation décrits ci-dessus et représentés sur les figures. En particulier, le corps du dispositif portant les transducteurs peut ne pas être globalement tubulaire, et par exemple être sous la forme d'une plaque comprenant deux orifices auxquels sont assemblées les extrémités proximales de deux transducteurs. L'extrémité distale de chaque transducteur peut être assemblée audit corps par un assemblage individuel tel qu'un manchon rigide reliant cette extrémité distale au corps (par exemple si la longueur du transducteur est telle qu'il ne traverse pas toute la largeur de l'espace 64 interne du dispositif selon le premier mode de réalisation). L'assemblage entre l'extrémité distale de chaque transducteur et le corps peut également être réalisé par tous moyens structurels propres à exercer une fonction de fixation rigide de l'extrémité distale par rapport au corps selon au moins une direction orthogonale à ladite direction longitudinale du transducteur, notamment par vissage (par exemple l'extrémité distale du transducteur présentant un filetage permettant de l'assembler par vissage dans un taraudage du corps ou d'une pièce solidaire du corps), collage, soudure, ou autre.
En outre un dispositif selon l'invention peut présenter un nombre quelconque de transducteur(s). Dans certaines applications, il peut comporter en particulier un unique transducteur s'il est associé à un autre dispositif semblable mais distinct (c'est à dire ayant un corps distinct) ou à un autre transducteur fixé à une structure différente. Par exemple, un premier dispositif selon l'invention doté d'un seul transducteur est raccordé à l'extrémité d'une première conduite et coopère avec un deuxième dispositif selon l'invention doté d'un seul transducteur raccordé à l'extrémité d'une deuxième conduite, les deux conduites étant reliées par un dispositif de raccordement (raccord simple, vanne,...), l'ensemble permettant de mesurer la vitesse d'écoulement dans ce dispositif de raccordement interposé entre les deux dispositifs selon l'invention. Un dispositif selon l'invention peut aussi comporter dans certaines applications un nombre de transducteurs supérieur à deux, par exemple plusieurs paires de transducteurs, ou avec un même transducteur doté de plusieurs éléments sensibles coopérant avec plusieurs autres transducteurs dans différentes directions pour mesurer des vitesses d'écoulement dans plusieurs directions.
Un dispositif selon l'invention peut être utilisé pour mesurer la vitesse d'écoulement d'un fluide -notamment un liquide- dans une canalisation telle qu'une conduite d'adduction d'eau potable, une conduite d'évacuation d'eaux usées, un cours d'eau, une canalisation de transport d'un liquide, d'un gaz ou d'un mélange liquide/gaz, une vanne, ou autre.

Claims

REVENDICATIONS
1/ - Dispositif de mesure de vitesse d'écoulement d'un fluide comprenant :
- un corps (20, 38),
- au moins un transducteur (23) à ultrasons :
o comprenant une première extrémité, dite extrémité (25) proximale, assemblée par une liaison d'encastrement audit corps (20,38),
o et s'étendant en saillie dudit corps (20,38), selon une direction longitudinale, jusqu'à une seconde extrémité, dite extrémité (26) distale, du transducteur (23),
caractérisé en ce que ladite extrémité (26) distale est assemblée au corps (20,38) par un assemblage fixant rigidement l'extrémité (26) distale par rapport au corps selon au moins une direction orthogonale à ladite direction longitudinale.
21 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps (20,38) et ladite extrémité distale (26) comportent des organes d'assemblage conjugués.
3/ - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite extrémité (26) distale est encastrée dans un logement ménagé en creux, dit renfoncement.
4/ - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une nervure, dite nervure (32) d'encastrement, transversale de contact entre l'extrémité distale et au moins un flanc interne dudit renfoncement.
5/ - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins une nervure (32) d'encastrement est une nervure s'étendant en saillie transversalement de ladite extrémité distale pour coopérer par contact avec au moins un flanc interne dudit renfoncement.
6/ - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'au moins une nervure (32) d'encastrement est une nervure périphérique de l'extrémité distale. Il - Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une nervure (32) d'encastrement est une nervure s' étendant en saillie transversalement dudit flanc interne dudit renfoncement pour coopérer par contact avec au moins un contour latéral de ladite extrémité distale.
8/ - Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que ledit renfoncement et ladite extrémité (26) distale sont formés de matériaux différents présentant des modules d'élasticité en compression différents.
91 - Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que :
- ledit corps (20) est un tronçon de canalisation présentant une paroi (21) tubulaire formant une face (56) interne délimitant un espace (64) interne du tronçon de canalisation,
- ladite extrémité (25) proximale est encastrée dans au moins un chambrage (28, 29) externe de la paroi (21) tubulaire et le transducteur (23) s'étend à partir de l'extrémité (25) proximale dans un orifice (27) de passage ménagé à travers l'épaisseur de la paroi (21) tubulaire et à travers l'espace (64) interne,
- le renfoncement est un alésage (31) borgne ménagé en creux dans la face (56) interne de la paroi (21) tubulaire, diamétralement à l'opposé de l'orifice (27) de passage.
10/ - Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que l'assemblage comprend au moins une pièce de liaison entre ladite extrémité (26) distale et le corps (38).
11/ - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'une pièce de liaison est un étrier (47) reliant ladite extrémité distale à une portion de paroi du corps traversée par l'extrémité (25) proximale.
12/ - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite extrémité (26) distale est encastrée dans un renfoncement (53) ménagé en creux de l'étrier (27). 13/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux transducteurs (23) ultrasonores fixés audit corps (20, 38) en vis-à-vis.
14/ - Procédé de fabrication d'un dispositif de mesure de vitesse d'écoulement d'un fluide comprenant :
- un corps (20, 38),
- au moins un transducteur (23) à ultrasons dont une extrémité (25) proximale est assemblée par une liaison d'encastrement audit corps, et s'étendant en saillie dudit corps (20, 38), selon une direction longitudinale, jusqu'à une seconde extrémité, dite extrémité (26) distale, du transducteur (23), caractérisé en ce qu'on assemble ladite extrémité (26) distale au corps par un assemblage fixant rigidement l'extrémité distale (26) par rapport au corps (20, 38) selon au moins une direction orthogonale à ladite direction longitudinale.
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