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FR3080683A1 - Moyen de mesure de fluide - Google Patents

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FR3080683A1
FR3080683A1 FR1800392A FR1800392A FR3080683A1 FR 3080683 A1 FR3080683 A1 FR 3080683A1 FR 1800392 A FR1800392 A FR 1800392A FR 1800392 A FR1800392 A FR 1800392A FR 3080683 A1 FR3080683 A1 FR 3080683A1
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Paul Bernard Fuchs Yannick
Yves Hoog
Bertrand Koenig
Stanislas CLATOT
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Buerkert Werke GmbH and Co KG
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Abstract

Un moyen de mesure de fluide (10) comprend un tube de mesure (12) qui comporte un canal de fluide (18) apte à être traversé par un fluide (F) et qui présente un tronçon de mesure (20) dans lequel au moins une zone d'une paroi (21) du tube de mesure est réalisée sous forme de guide d'ondes (22) pour des ondes acoustiques de surface, lequel forme une interface par rapport au fluide (F), et au moins un émetteur (24) pour l'excitation d'ondes acoustiques dans le guide d'ondes (22) et au moins un récepteur (26) pour la réception d'ondes acoustiques du guide d'ondes (22), des ondes acoustiques excitées par l'émetteur (24) étant aptes à se propager à travers le fluide (F) sous forme d'onde de volume (V), et l'onde de volume (V) présentant au moins un point de réflexion (IP) sur la paroi (21) du tube de mesure. La paroi (21) du tube de mesure présente une première épaisseur de paroi (T1) dans la zone de l'émetteur (24) et dans la zone du récepteur (26), et présente une deuxième épaisseur de paroi (T2) différente de la première épaisseur de paroi (T1) dans la zone de l'ensemble des points de réflexion (IP) de l'onde de volume (V).

Description

Moyen de mesure de fluide
L’invention se rapporte à un moyen de mesure de fluide, comprenant un tube de mesure qui comporte un canal de fluide apte à être traversé par un fluide et qui présente un tronçon de mesure dans lequel au moins une zone d’une paroi du tube 5 de mesure est réalisée sous forme de guide d’ondes pour des ondes acoustiques de surface, lequel forme une interface par rapport au fluide, et au moins un émetteur pour l’excitation d’ondes acoustiques dans le guide d’ondes et au moins un récepteur pour la réception d’ondes acoustiques du guide d’ondes, lesquels sont agencés en contact direct avec une surface extérieure du guide d’ondes, des 10 ondes acoustiques excitées par l’émetteur étant aptes à se propager au moins par tronçons à travers le fluide sous forme d’onde de volume, et l’onde de volume présentant au moins un point de réflexion sur la paroi du tube de mesure.
Un tel moyen de mesure de fluide est connu du document DE 10 2014 106 706 A1 et sert à mesurer certaines propriétés du fluide s’écoulant 15 dans le canal de fluide à l’aide d’ondes acoustiques. À cet effet, des ondes acoustiques de surface (anglais : surface acoustic waves, SAW) sont excitées dans le guide d’ondes, dont le type et la fréquence sont choisis de manière à effectuer un découplage partiel dans le fluide qui est en contact direct avec le guide d’ondes. Une partie des ondes acoustiques de surface dans le guide d’ondes est 20 ainsi couplée dans le fluide sous forme d’ondes de volume sonores et le traverse.
Sur leur chemin à travers le fluide, les ondes sonores sont réfléchies au moins une fois sur une paroi opposée du canal de fluide de manière à toucher de nouveau le guide d’ondes, où une partie de ces ondes de volume est de nouveau couplée dans le guide d’ondes sous forme d’ondes acoustiques de surface et continue à le 25 traverser. Ainsi, il en résulte au niveau du récepteur qui est agencé sur le guide d’ondes à distance de l’émetteur, un signal caractéristique dont l’allure de l’intensité dans le temps (y compris le délai dans le temps par rapport au signal émis par l’émetteur) permet de tirer des conclusions concernant des propriétés caractéristiques du fluide telles que la vitesse du son, la température, 30 l’homogénéité, la vitesse d’écoulement, le débit, la concentration ou la viscosité.
-2Pour obtenir une exactitude de mesurage élevée lors de la procédure de mesure au moyen d’ondes acoustiques, un long parcours de l’onde de volume à travers le fluide est nécessaire, en particulier dans le cas de faibles débits de fluide. A cet effet, un long trajet de mesure entre l’émetteur et le récepteur serait en principe avantageux, grâce à quoi plusieurs réflexions de l’onde de volume sont obtenues sur la face intérieure de la paroi du tube de mesure pour des raisons de géométrie.
La longueur du trajet de mesurage dans les moyens de mesure connus est cependant limité exactement pour cette raison, étant donné que pour chaque réflexion de l’onde de volume sur la paroi, une partie de son énergie est couplée dans la paroi du tube de mesure et qu’elle est ainsi moins réfléchie. L’onde de volume est par conséquent beaucoup plus faible avec chaque interaction, ce qui mène à une réduction de l’intensité du signal au niveau du récepteur.
Le but de l’invention consiste donc à fournir un moyen de mesure de fluide qui se caractérise dans le cas d’une bonne intensité du signal par une plage de mesure agrandie, en particulier pour le mesurage de faibles débits de fluide.
Selon l’invention, ceci est obtenu dans un moyen de mesure de fluide du type cité en introduction en ce que la paroi du tube de mesure présente une première épaisseur de paroi dans la zone de l’émetteur et dans la zone du récepteur (c'està-dire sur le tronçon de paroi sur lequel l’émetteur et le récepteur sont fixés), et présente une deuxième épaisseur de paroi différente de la première épaisseur de paroi dans la zone de l’ensemble des points de réflexion de l’onde de volume.
Dans les tubes de mesure connus selon l’état de la technique, l’épaisseur de paroi totale entre l’émetteur et le récepteur est constante et réalisée de telle sorte que les ondes de surface sont bien couplées dans le fluide. À chaque point de réflexion de l’onde volume sur la paroi du tube de mesure, une partie de l’énergie est cependant couplée dans la paroi de tube et est ainsi moins réfléchie. L’onde de volume devient de plus en plus faible avec chaque interaction, et le signal atteignant le récepteur est affaibli de manière correspondante.
L’invention est basée sur ces faits. Il a été constaté que le dégagement d’énergie vers la paroi du tube de mesure est de manière significative influencé par le choix de l’épaisseur de paroi. Pour que moins d’énergie soit dégagée vers
-3la paroi du tube de mesure à un point de réflexion de l’onde de volume, la deuxième épaisseur de paroi présente au niveau du point de réflexion est choisie différente de la première épaisseur de paroi optimale pour le couplage ou découplage dans la zone de l’émetteur ou du récepteur. Il est ainsi possible d’améliorer la réflexion 5 souhaitée au(x) point(s) de réflexion, étant donné que le couplage des ondes sonores dans la parai de tube de mesure y est rendu plus difficile et au mieux même entièrement empêché. Ainsi, au moyen de la configuration selon l’invention, il est possible de réaliser un parcours considérablement plus long de l’onde de volume à travers le fluide pour une bonne intensité du signal, et donc une plage 10 de mesure plus grande, ce qui est avantageux en particulier pour la mesure de faibles débits de fluide.
La première épaisseur de paroi de la paroi du tube de mesure est de préférence inférieure ou égale à la longueur d’onde de l’onde acoustique de surface et correspond en particulier à 40 à 60%, de préférence à 50% de la longueur d’onde 15 de l’onde acoustique de surface. Avec cette épaisseur de paroi optimale, les ondes de surface sont particulièrement bien couplées dans la paroi par l’émetteur, à partir de laquelle elles continuent à se propager dans le fluide.
Dans un mode de réalisation préféré, la deuxième épaisseur de paroi est de 20% à 95%, en particulier de 50% supérieure ou inférieure à la première épaisseur 20 de paroi. Il est ainsi possible par une épaisseur de paroi plus épaisse ou plus mince, d’empêcher le couplage des ondes de surface dans la paroi et ainsi d’améliorer la réflexion aux points de réflexion. La première et la deuxième épaisseur de paroi sont en particulier chacune constantes.
Pour obtenir une stabilité mécanique élevée du tube de mesure, la deuxième 25 épaisseur de paroi est avantageusement supérieure à la première épaisseur de paroi.
Dans un mode de réalisation préféré, il est prévu entre l’émetteur et le récepteur une zone intermédiaire allongée dans le sens axial du tube de mesure, qui relie les zones de l’émetteur et du récepteur présentant la première épaisseur 30 de paroi dans le sens axial, la zone intermédiaire, vue individuellement dans chaque coupe radiale, présentant une épaisseur de paroi constante dans le sens axial. La zone intermédiaire allongée présente en particulier la deuxième épaisseur de paroi.
-4L’onde de volume présente avantageusement plusieurs points de réflexion sur la paroi du tube de mesure, la paroi du tube de mesure présentant la deuxième épaisseur de paroi dans la zone de chacun des points de réflexion. Il en résulte un long parcours de l’onde de volume à travers le fluide avec en même temps une bonne intensité du signal. La paroi du tube de mesure présente en particulier aussi la deuxième épaisseur de paroi du côté opposé à une ligne de jonction (imaginaire) entre l’émetteur et le récepteur.
Des résultats de mesure particulièrement bons sont obtenus lorsque l’onde de volume présente dans la zone de la paroi du tube de mesure présentant la deuxième épaisseur de paroi, au moins 1 à 6 points de réflexion sur la paroi du tube de mesure, en particulier 3 points de réflexion.
Dans la zone de l’émetteur et dans la zone du récepteur, il est de préférence respectivement prévu une zone de paroi qui présente la première épaisseur de paroi et qui s’étend respectivement depuis le côté de l’émetteur qui est tourné vers le récepteur et depuis le côté du récepteur qui est tourné vers l’émetteur axialement sur une longueur de 1 à 20 longueurs d’onde, in particulier de 5 à 10 longueurs d’onde. Dans la zone de l’émetteur, ceci permet un bon couplage des ondes de surface tout d’abord dans la paroi du tube de mesure et ensuite dans le fluide. Une zone présentant la première épaisseur de paroi en amont du récepteur permet inversement la conversion de l’onde de volume en des ondes de surface dans la paroi du tube de mesure, lesquelles sont ensuite transformées en signaux électriques par le récepteur.
Pour éviter des réflexions non désirées des ondes de surface par exemple sur des arêtes ou des discontinuités de section, les zones présentant différentes épaisseurs de paroi se confondent de manière continue et sans gradin de préférence au moins dans le sens de propagation des ondes de surface.
Dans un mode de réalisation préféré, une rainure ininterrompue dans laquelle la paroi du tube de mesure présente de préférence la première épaisseur de paroi s’étend dans la paroi du tube de mesure dans une zone intermédiaire entre la zone de l’émetteur et du récepteur dans la zone présentant la deuxième épaisseur de paroi, de sorte que l’émetteur et le récepteur sont directement couplés l’un à l’autre par ultrasons par l’intermédiaire de la rainure, l’épaisseur de paroi étant en particulier constante dans la zone intermédiaire à l’extérieur de la rainure. Les
-5ondes de surface peuvent particulièrement bien se propager à l’intérieur de la paroi de tube grâce à cette rainure, d’autant plus que leur propagation est rendue considérablement plus difficile dans les zones présentant la deuxième épaisseur de paroi.
Les ondes de surface se propagent en particulier à l’extérieur du fluide directement depuis l’émetteur vers le récepteur par l’intermédiaire de la rainure ininterrompue.
L’émetteur et le récepteur peuvent être réalisé sous forme de transducteurs piézoélectriques, en particulier sous forme de transducteurs interdigités, qui servent de préférence en alternance d’émetteur et de récepteur. Lorsque l’émetteur et le récepteur alternent, il est par exemple possible de déduire le débit de fluide de la différence du temps de propagation des ondes de volume.
Pour permettre d’autre procédés de mesure ou pour améliorer la précision des résultats de mesure, il est possible de prévoir plusieurs émetteurs et/ou récepteurs sur le tube de mesure, un émetteur et un récepteur étant agencés sur une zone de paroi commune qui présente la première épaisseur de paroi.
L’émetteur et le récepteur s’étendent de préférence sur au moins 90% de la largeur du canal de fluide. Ceci permet de guider des ultrasons à travers le fluide sur pratiquement toute la largeur du canal, ce qui rend le moyen de mesure de fluide considérablement moins sensible à un écoulement réparti irrégulièrement sur la section d’écoulement dans le canal de fluide. Dans le cas d’une section transversale ronde du canal de fluide, la « largeur » correspond bien sûr au diamètre ou à la moitié de la périphérie.
Selon un mode de réalisation préféré, le tube de mesure présente dans le tronçon de mesure une section transversale sensiblement angulée. Ceci concerne tant la section transversale intérieure, donc la section transversale du canal de fluide, que la section transversale extérieure du tube de mesure, les « angles » à proprement parler pouvant être arrondis. En particulier, le tube de mesure présente dans le tronçon de mesure une section transversale sensiblement rectangulaire ou sensiblement carrée, de nouveau avec des angles arrondis si cela est souhaité.
L’émetteur et le récepteur sont avantageusement agencés du côté plus court d’une section transversale sensiblement rectangulaire du tronçon de mesure. Le
-6trajet parcouru par l’onde de volume à travers le fluide est ainsi rallongé, grâce à quoi la zone de mesure du moyen de mesure de fluide est agrandi.
Dans un autre mode de réalisation, le tube de mesure présente dans le tronçon de mesure une section transversale ronde, et un méplat au niveau duquel l’émetteur et le récepteur sont agencés est réalisé dans le tronçon de mesure dans la surface extérieure du tube de mesure. Le méplat peut par exemple être fabriqué par fraisage et permet en même temps de manière simple l’incorporation de zones présentant une épaisseur de paroi plus faible (in particulier la première épaisseur de paroi) dans le tube de mesure.
Dans un autre mode de réalisation alternatif, il est prévu que le tube de mesure présente dans le tronçon de mesure une section transversale ronde et que la forme de l’émetteur et du récepteur soit adaptée à la surface extérieure ronde du tube de mesure. Il en résulte ainsi un moyen de mesure de fluide à simple structure pouvant être fabriqué de manière particulièrement peu coûteuse, par exemple par tournage.
L’émetteur et le récepteur s’étendent de préférence au moins sur une partie de la périphérie du tube de mesure, de préférence sur toute la périphérie ou pratiquement sur toute la périphérie.
Dans cette configuration, il est également possible de prévoir un tronçon de paroi entre l’émetteur et le récepteur, lequel présente la deuxième épaisseur de paroi et s’étend sur pratiquement toute la périphérie du tube de mesure. Dans ce tronçon, le tube de mesure est en particulier réalisé avec la deuxième épaisseur de paroi, une rainure ininterrompue dans laquelle la paroi du tube de mesure présente la première épaisseur de paroi étant ici aussi de préférence prévue dans la paroi du tube de mesure, die sorte que l’émetteur et le récepteur sont directement couplés l’un à l’autre par ultrasons par l’intermédiaire de la rainure.
D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation préférés en se référant aux dessins annexes dans lesquels :
la figure 1a montre une vue en perspective d’un premier mode de réalisation d’un tube de mesure pour un moyen de mesure de fluide selon l’invention ;
- 7la figure 1 b montre une coupe longitudinale à travers un moyen de mesure de fluide avec le tube de mesure de la figure 1a ;
la figure 1c montre une vue en coupe en perspective du tube de mesure de la figure 1 a ;
la figure 1d montre une vue en coupe partielle en perspective du tube de mesure de la figure 1a ;
la figure 2a montre une vue en perspective d’un deuxième mode de réalisation d’un tube de mesure pour un moyen de mesure de fluide selon l’invention ;
la figure 2b montre une coupe longitudinale à travers le tube de mesure de la figure 2a ;
la figure 3a montre une vue en perspective d’un troisième mode de réalisation d’un tube de mesure pour un moyen de mesure de fluide selon l’invention ; et la figure 3b montre une coupe longitudinale en perspective à travers le tube de mesure de la figure 3a.
Les figures 1 a à 1 d montrent un moyen de mesure de fluide 10 selon un premier mode de réalisation de l’invention. Celui-ci présente un tube de mesure 12 qui comporte une entrée de fluide 14, une sortie de fluide 16 et un canal de fluide 18 qui s’étend entre eux et qui est apte à être traversé par un fluide F. Un tronçon médian du tube de mesure 12 sert de tronçon de mesure 20 dans lequel une zone d’une paroi 21 du tube de mesure est réalisée sous forme de guide d’ondes 22 pour des ondes acoustiques de surface, lequel forme une interface par rapport au fluide F. Dans le mode de réalisation des figures 1a à 1 d, le tube de mesure 12 présente dans le tronçon de mesure 20 une section transversale rectangulaire telle qu’illustrée en particulier à la figure 1c.
Du côté extérieur du tube de mesure 12, ici de l’un des deux côtés 23 plus courts de la section transversale rectangulaire, un émetteur 24 pour l’excitation d’ondes acoustiques dans le guide d’ondes 22 et un émetteur 26 pour la réception d’ondes acoustiques du guide d’ondes 22 sont agencés en contact direct avec une surface extérieure du guide d’ondes 22 et espacés l’un de l’autre.
-8Pour mesurer des propriétés spécifiques du fluide F à l’intérieur du canal de fluide 18, l’émetteur 24 excite des ondes acoustiques de surface dans la zone du guide d’ondes 22 directement au-dessous de l’émetteur 24. Ces ondes de surface s’étendent le long de la paroi du tube de mesure servant de guide d’ondes 22, entre autre en direction du récepteur 26, et y sont détectées. En raison de l’interface directe entre le fluide F et le guide d’ondes 22, une partie de l’énergie des ondes acoustiques de surface sur la surface intérieure du tube de mesure 12 est découplée au niveau de l’interface vers le fluide F et s’étend de là sous forme d’onde de volume V selon un angle de propagation spécifique Θ (par rapport à une normale de surface du guide d’ondes 22) à travers le fluide (voir la figure 1 b).
Lorsque le fluide F ne se déplace pas dans le tube de mesure 12, l’angle d’incidence Θ de l’onde de volume V dans le fluide F résulte du rapport entre la vitesse du son Cf dans le fluide F et la vitesse du son c* de l’onde de surface dans la paroi 21 du tube de mesure (ou dans le guide d’ondes 22) par
Θ = arcsin (Cf / Cw).
L’angle Θ résulte donc de « l’appariement des matériaux », la vitesse du son Cw dans la paroi 21 du tube de mesure devant être supérieure à la vitesse du son Cf dans le fluide F pour obtenir une valeur différente de zéro, au-dessous de laquelle l’onde de surface est couplée dans le fluide F et parcourt dans celui-ci en tant qu’onde de volume V une distance dans l’espace le long du guide d’ondes 22. Les ondes de surface incluent entre autre les ondes de LAMB, les ondes de Rayleigh ou les ondes de Leaky-Rayleigh utilisées ici.
Du côté opposé du canal de fluide 18, l’onde de volume V touche de nouveau la paroi 21 du tube de mesure en un premier point de réflexion IP et est réfléchie. L’onde de volume V se propage ainsi à travers le fluide F. Chaque fois que l’onde de volume V touche la paroi 21 du tube de mesure à un autre point de réflexion IP, il y a la possibilité d’un couplage d’ondes acoustiques de surface dans le tube de mesure 12. Celles-ci passent alors à travers la paroi du tube de mesure servant de guide d’ondes 22 vers le récepteur 26 et y sont également détectées. À partir du retard du temps de propagation entre une impulsion d’onde émise par l’émetteur 24 et le signal entrant dans le récepteur 26 et de l’intensité et du cours du temps de celle-ci, il est possible de tirer des conclusions concernant des
-9propriétés du fluide F, telles que sa concentration, sa viscosité, sa vitesse de son, sa vitesse d’écoulement, son débit, sa température et son homogénéité.
Pour que le transfert d’énergie dans le fluide F fonctionne bien, il est nécessaire que l’épaisseur de paroi du tube de mesure 12 se trouve dans une plage de dimensions définie. À cet effet, la paroi 21 du tube de mesure dans la zone de l’émetteur 24 et du récepteur 26 présente respectivement une zone de paroi 28 avec une première épaisseur de paroi T1 qui est inférieure ou égale à la longueur d’onde λ de l’onde acoustique de surface, ici de préférence à 50% de la longueur d’onde λ de l’onde acoustique de surface. En raison de la présence de la première épaisseur de paroi T1 dans les zones 28, la génération d’ondes de surface sur l’émetteur 24 et la re-transformation d’ondes de volume V en ondes de surface au niveau du récepteur 26 sont particulièrement effectives. La zone de paroi 28 ne s’étend pas seulement directement au-dessous de l’émetteur 24 ou du récepteur 26, mais aussi respectivement depuis le côté de l’émetteur 24 qui est tourné vers le récepteur 26 et depuis le côté du récepteur 26 qui est tourné vers l’émetteur 24 axialement sur une longueur L, qui est ici égale à 5 à 10 longueurs d’onde λ de l’onde acoustique de surface (voir la figure 1d). Ceci permet dans la zone de l’émetteur 24 un bon couplage de l’onde de surface tout d’abord dans la paroi 21 du tube de mesure et ensuite dans le fluide F. Une zone présentant la première épaisseur de paroi T1 en amont du récepteur 26 facilite inversement la conversion de Fonde de volume V en ondes de surface dans la paroi 21 du tube de mesure, lesquelles sont ensuite converties en signaux électriques par le récepteur 26.
En revanche, la paroi 21 du tube de mesure présente dans la zone de l’ensemble des points de réflexion IP de Fonde de volume V une deuxième épaisseur de paroi T2 qui est différente de la première épaisseur de paroi T1. Dans l’exemple représenté, Fonde de volume V présente trois points de réflexion IP sur la paroi 21 du tube de mesure, dont l’un (en haut à la figure 1b) est agencé sur ou dans le voisinage immédiat d’une ligne de jonction C imaginaire entre l’émetteur 24 et le récepteur 26. Les deux autres points de réflexion IP sont agencés sur la paroi opposée (inférieure) du canal de fluide 18.
La deuxième épaisseur de paroi peut être de 20% à 95% supérieure ou inférieure à la première épaisseur de paroi T1, dans l’exemple représenté, elle est environ de 50% supérieure à la première épaisseur de paroi T1. Dans la zone
- 10présentant un épaisseur de paroi T2 supérieure (ou aussi inférieure), les ondes de surface ne peuvent pas bien se propager à l’intérieur de la paroi 21 du tube de mesure. Il est aussi plus difficile d’exciter un paroi 21 du tube de mesure plus épaisse (ou plus mince) par l’onde de volume V pour générer des ondes de surface - les ondes de volume V ne sont pas très bien couplées dans la paroi 21 du tube de mesure présentant la deuxième épaisseur de paroi T2. Ceci signifie à l’inverse qu’une meilleure réflexion de l’onde de volume V est réalisées aux points de réflexion IP du côté intérieur de la paroi 21 du tube de mesure puisqu’ici, le couplage des ondes sonores dans la paroi 21 du tube de mesure est rendu difficile et est au mieux même entièrement empêché. Il est ainsi possible d’améliorer l’intensité du signal au niveau de récepteur 26.
Le nombre et la position des points de réflexion IP sont définis par les dimensions du canal de fluide 18 et l’angle Θ. Étant donné que l’angle Θ est fonction de la vitesse d’écoulement dans le canal de fluide 18 et que l’onde de volume V présente un large front d’onde, les zones présentant la deuxième épaisseur de paroi T2 sont dimensionnées de manière large.
Dans l’exemple représenté, pratiquement tout le tube de mesure 12 présente ainsi dans le tronçon de mesure 20 la deuxième épaisseur de paroi T2, à l’exception des zones de paroi 28 servant de zones de couplage et de découplage.
Il est en particulier prévu entre les deux zones de paroi 28 présentant la première épaisseur de paroi T1 une zone intermédiaire 30 allongée dans le sens axial A du tube de mesure 12, laquelle relie les zones dé paroi 28 de l’émetteur 24 et du récepteur 26 présentant la première épaisseur de paroi T1 dans le sens axial A, la zone intermédiaire 30, vue individuellement dans chaque coupe radiale, présentant une épaisseur de paroi constante (le plus souvent la deuxième épaisseur de paroi T2) dans le sens axial A.
Deux rainures 32 ininterrompues ouvertes des deux côtés, dans lesquelles la paroi 21 du tube de mesure présente la première épaisseur de paroi T1, s’étendent en outre dans la paroi 21 du tube de mesure dans la zone intermédiaire 30 dans la zone présentant la deuxième épaisseur de paroi T2. L’émetteur 24 et le récepteur 26 sont ainsi directement couplés l’un à l’autre par ultrasons par l’intermédiaire des rainures 32, ce qui facilite la propagation des ondes de surface depuis l’émetteur 24 vers le récepteur 26 à l’extérieur de fluide F. Dans la zone
-11 intermédiaire 30 à l’extérieur des rainures 32, l’épaisseur de paroi est constante et correspond en particulier à la deuxième épaisseur de paroi T2.
Dans l’exemple représenté avec un canal de fluide 18 à section transversale rectangulaire, les rainures 32 (dans une vue dans le sens axial A) se trouvent ainsi latéralement à l’extérieur d’une zone « en relief » présentant la deuxième épaisseur de paroi T2 dans les coins (ou arêtes longitudinales) du tube de mesure 12 (voir la figure 1c). Dans cet exemple de réalisation, les rainures 32 sont agencées de telle sorte qu’aucun canal de fluide 18 ne soit présent au-dessous. Dans cette configuration, la première épaisseur de paroi T1 plus faible dans la zone des rainures 32 est obtenue en ménageant des évidements allongés 34 audessous des rainures 32 dans les côtés 36 du tube de mesure 12. On obtient alors entre l’émetteur 24 et le récepteur 26 deux zones continues de la paroi 21 du tube de mesure, qui présentent la première épaisseur de paroi T1 et n’ont pas d’interface avec le fluide F, étant donné que par rapport à une largeur B du canal de fluide 18, elles sont agencées latéralement à l’extérieur du canal de fluide 18.
Des zones de transition 38 sont agencées dans le sens de propagation des ondes de surface entre les zones qui présentent différentes épaisseurs de paroi T1 et T2, de sorte que les zones qui présentent différentes épaisseurs de paroi T1 et T2 se confondent de manière continue et sans gradin au moins dans le sens de propagation des ondes de surface (qui correspond ici au sens axial A). Ceci réduit ou empêche des réflexions non désirées des ondes de surface, par exemple sur des arêtes ou des discontinuités de section.
L’émetteur 24 et le récepteur 26 sont de préférence réalisés sous forme de transducteurs piézoélectriques, en particulier sous forme de transducteurs interdigités, les ondes de surface étant générées dans la paroi 21 du tube de mesure par l’application d’une tension alternative. Une matière d’amortissement (non représentée) peut être fixée tant sur l’émetteur 24 que sur le récepteur 26. Les deux transducteurs piézoélectriques ont la même structure et peuvent être utilisés en tant qu’émetteur ou en tant que récepteur. Lorsque l’émetteur 24 et le récepteur 26 alternent l’un avec l’autre, il est possible de déduire le débit de fluide à partir de la différence des temps de propagation des ondes de volume V, par exemple.
-12II est en outre possible de prévoir plus de deux transducteurs piézoélectriques sur le tube de mesure 12, deux transducteurs piézoélectriques étant alors agencés sur une zone de paroi commune qui présente la première épaisseur de paroi T1.
Une électronique d’évaluation (non représentée) est avantageusement installée dans le moyen de mesure de fluide 10 pour piloter le ou les émetteurs 24 et pour évaluer les signaux mesurés du ou des récepteurs 26. Un capteur de température implanté en option (non représenté) sur le tube de mesure 12 permet d’autres possibilités d’application telle que la détermination de la densité du fluide F par exemple.
En prévoyant un boîtier 40, il est possible de fabriquer un moyen de mesure de fluide 10 particulièrement robuste et insensible aux influences de l’environnement.
Pour permettre un simple raccordement du tube de mesure 12 à des tubes externes (le plus souvent ronds), l’entrée de fluide 14 et la sortie de fluide 16 présentent respectivement une section d’écoulement circulaire, tandis que le canal de fluide 18 présente ici une section d’écoulement rectangulaire. Une buse 42 ou un diffuseur 44 est agencé(e) entre la section transversale ronde de l’entrée de fluide 14 ou de la sortie de fluide 16 et la section transversale angulée du canal de fluide 18 pour guider le flux si possible sans perte à travers le tube de mesure 12. La buse 42 et le diffuseur 44 sont de préférence opposés, mais sinon configurés de manière identique. Étant donné que principalement les diffuseurs sont entachés de fortes pertes de flux, au moins les arêtes à cet endroit sont de préférence arrondies, et l’angle d’ouverture du diffuseur 44 est égal à 20° au maximum, de préférence inférieur à 10°.
Une méthode usuelle pour l’homogénéisation d’un profil d’écoulement consiste à accélérer l’écoulement. Dans le mode de réalisation représenté, l’écoulement est accéléré depuis l’entrée de fluide 14 ronde vers le canal de fluide 18 rectangulaire par l’intermédiaire de la buse 42. L’écoulement a ainsi sur le trajet depuis l’émetteur 24 vers le récepteur 26 une vitesse plus élevée que dans l’entrée de fluide 14. Une constellation particulièrement fabvorable est obtenue, étant donné que l’émetteur 24 et le récepteur 26 sont en plus agencés du petit côté de la section transversale rectangulaire du tronçon de mesure 20. La vitesse est plus élevée, et le trajet parcouru par l’onde de volume V à travers le fluide F est plus long. Les
-13deux ensemble mènent à une plage de mesure du moyen de mesure de fluide 10 considérablement élargie vers le bas.
L’émetteur 24 et le récepteur 26 s'étendent en outre sur l’entière largeur B du canal de fluide 18 ou même au-delà de celle-ci (voir la figure 1c). Ceci permet de guider des ultrasons à travers le fluide F sur toute la largue du canal B. Le moyen de mesure de fluide 10 est ainsi particulièrement insensible à un écoulement réparti de manière irrégulière sur la section d’écoulement dans le fluide de canal 18.
En utilisant différentes épaisseurs de paroi T1 et T2 sur l'émetteur 24, le récepteur 26 et aux points de réflexion IP, et en raison du choix de la section du canal, l’appareil de mesure de fluide 10 permet généralement aussi de bien mesurer de faibles débits de fluide grâce à des ondes sonores, étant donné qu’il permet un long parcours de l’onde de volume V à travers le fluide F.
Les figures 2a et 2b montrent un deuxième mode de réalisation du moyen de mesure de fluide 10 selon l’invention. Dans ce qui suit, les composants identiques portent des numéros de référence identiques, et seules les différences par rapport au premier mode de réalisation décrit jusqu’à présent sont expliquées.
Dans le moyen de mesure de fluide 10 des figures 2a et 2b, le tube de mesure 12 présente dans le tronçon de mesure 20 une section transversale ronde. Un méplat 46 au niveau duquel l’émetteur 24 et le récepteur 26 sont agencés est en outre réalisé par exemple par fraisage dans le tronçon de mesure 20 dans la surface extérieure du tube de mesure 12.
Dans cet exemple de réalisation, on n’obtient pas d’épaisseur de paroi T1 constante en raison du méplat 46 et de la face intérieure cylindrique circulaire du tube de mesure 12. L’épaisseur de paroi T1 se confond plutôt progressivement avec l’épaisseur de paroi T2 du reste du tube de mesure 12 dans la zone du méplat. Les rainures ininterrompues 32 sont agencées dans la zone de bord du méplat 46.
Les figures 3a et 3b montrent finalement un troisième mode de réalisation du moyen de mesure de fluide 10 selon l’invention. Ici aussi, seules les différences par rapport aux modes de réalisation décrits jusqu’à présent sont expliquées.
- 14Dans le moyen de mesure de fluide 10 des figures 3a et 3b, le tube de mesure 12 présente aussi une section transversale ronde dans le tronçon de mesure 20, mais pas de méplat Dans cette réalisation, le tube de mesure 12 peut être fabriqué de manière particulièrement peu coûteuse principalement par tournage.
L’émetteur 24 et le récepteur 26 ne sont pas réalisés plans mais sont adaptés dans leur forme à la surface extérieure ronde du tube de mesure 12.
Tant l’émetteur 24 que le récepteur 26 s’étendent au moins sur une partie de la périphérie U du tube de mesure 12, de préférence sur toute la périphérie U ou pratiquement sur toute la périphérie U.
Entre l’émetteur 24 et le récepteur 26, le tube de mesure 12 est réalisé avec la deuxième épaisseur de paroi T2, une rainure ininterrompue 32 étant ici aussi prévue dans la paroi 21 du tube de mesure, dans laquelle la paroi 21 du tube de mesure présente la première épaisseur de paroi T1 de sorte que l’émetteur 24 et le récepteur 26 sont directement couplés l’un à l’autre par ultrasons par l’intermédiaire de la rainure.
Une buse 42 et un diffuseur 44 ne sont pas représentés, mais peuvent également être avantageusement utilisés dans cette réalisation.
Le moyen de mesure de fluide 10 est en particulier adapté pour des milieux liquides, mais aussi des milieux très visqueux, pâteux, à consistance de gel ou épais, du type homogène ou inhomogène, y compris des échantillons biologiques. L’utilisation pour des milieux gazeux serait également concevable.

Claims (18)

  1. Revendications
    1. Moyen de mesure de fluide, comprenant:
    un tube de mesure (12) qui comporte un canal de fluide (18) apte à être traversé par un fluide (F) et qui présente un tronçon de mesure (20) dans lequel au moins une zone d’une paroi (21) du tube de mesure est réalisée sous forme de guide d’ondes (22) pour des ondes acoustiques de surface, lequel forme une interface par rapport au fluide (F), et au moins un émetteur (24) pour l’excitation d’ondes acoustiques dans le guide d’ondes (22) et au moins un récepteur (26) pour la réception d’ondes acoustiques du guide d’ondes (22), lesquels sont agencés en contact direct avec une surface extérieure du guide d’ondes (22), des ondes acoustiques excitées par l’émetteur (24) étant aptes à se propager au moins par tronçons à travers le fluide (F) sous forme d’onde de volume (V), et l’onde de volume (V) présentant au moins un point de réflexion (IP) sur la paroi (21) du tube de mesure, caractérisé en ce que la paroi (21) du tube de mesure présente une première épaisseur de paroi (T1) dans la zone de l’émetteur (24) et dans la zone du récepteur (26), et présente une deuxième épaisseur de paroi (T2) différente de la première épaisseur de paroi (T1) dans la zone de l’ensemble des points de réflexion (IP) de l’onde de volume (V).
  2. 2. Moyen de mesure de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première épaisseur de paroi (T1) de la paroi (21) du tube de mesure est inférieure ou égale à la longueur d’onde (λ) de l’onde acoustique de surface et est en particulier égale à 40 à 60 %, de préférence à 50 % de la longueur d’onde (λ) de l’onde acoustique de surface.
  3. 3. Moyen de mesure de fluide selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la deuxième épaisseur de paroi (T2) est de 20% à 95%, en particulier de 50% supérieure ou inférieure à la première épaisseur de paroi (T1).
  4. 4. Moyen de mesure de fluide selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième épaisseur de paroi (T2) est supérieure à la première épaisseur de paroi (T1).
  5. 5. Moyen de mesure de fluide selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’une zone intermédiaire (30) qui est allongée dans le sens axial (A) du tube de mesure (12) et qui relie les zones de l’émetteur (24) et du récepteur (26) présentant la première épaisseur de paroi (T1) dans le sens axial
    5 (A) est prévue entre l’émetteur (24) et le récepteur (26), la zone intermédiaire (30), vue individuellement dans chaque coupe radiale, présentant une épaisseur de paroi constante dans le sens axial (A).
  6. 6. Moyen de mesure de fluide selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’onde de volume (V) présente plusieurs points de réflexion
    10 (IP) sur la paroi (21) du tube de mesure, la paroi (21) du tube de mesure présentant la deuxième épaisseur de paroi (T2) dans la zone de chacun des points de réflexion (IP).
  7. 7. Moyen de mesure de fluide selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’onde de volume (V) présente dans des zones de la paroi
    15 (21) du tube de mesure qui présentent la deuxième épaisseur de paroi (T2) au moins 1 à 6 points de réflexion (IP) sur la paroi (21) du tube de mesure, en particulier 3 points de réflexion (IP).
  8. 8. Moyen de mesure de fluide selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans la zone de l’émetteur (24) et dans la zone du récepteur
    20 (26), il est respectivement prévu une zone de paroi (28) qui présente la première épaisseur de paroi (T1) et qui s’étend respectivement depuis le côté de l’émetteur (24) qui est tourné vers le récepteur (26) et depuis le côté du récepteur (26) qui est tourné vers l’émetteur (24) axialement sur une longueur (L) de 1 à 20 longueurs d’onde (À), en particulier de 5 à 10 longueurs d’onde (λ).
    25
  9. 9. Moyen de mesure de fluide selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ceque les zones qui présentent différentes épaisseurs de paroi (T1, T2) se confondent de manière continue et sans gradin au moins dans le sens de propagation des ondes de surface.
  10. 10. Moyen de mesure de fluide selon l’une des revendications précédentes,
    30 caractérisé en ce qu’une rainure continue (32) dans laquelle la paroi (21) du tube de mesure présente de préférence la première épaisseur de paroi (T1) s’étend dans la paroi (21) du tube de mesure dans une zone intermédiaire (30) entre la
    -17zone de l’émetteur (24) et du récepteur (26) dans la zone présentant la deuxième épaisseur de paroi (T2), de sorte que l’émetteur (24) et le récepteur (26) sont directement couplés par ultrasons par l’intermédiaire de la rainure (32), l’épaisseur de paroi dans la zone intermédiaire (30) à l’extérieur de la rainure (32) étant en particulier constante.
  11. 11. Moyen de mesure de fluide selon la revendication 10, caractérisé en ce que des ondes de surface à l’extérieur du fluide (F) se propagent directement par l’intermédiaire de la rainure (32) de l’émetteur (24) vers le récepteur (26).
  12. 12. Moyen de mesure de fluide selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que plusieurs émetteurs (24) et/ou récepteurs (26) sont prévus sur le tube de mesure (12), un émetteur (24) et un récepteur (26) étant agencés sur une zone de paroi commune présentant la première épaisseur de paroi (T1).
  13. 13. Moyen de mesure de fluide selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’émetteur (24) et le récepteur (26) s’étendent sur au moins 90% de la largueur (B) du canal de fluide (18).
  14. 14. Moyen de mesure de fluide selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube de mesure (12) présente une section transversale sensiblement angulée dans le tronçon de mesure (20).
  15. 15. Moyen de mesure de fluide selon la revendication 14, caractérisé en ce que l’émetteur (24) et le récepteur (26) sont agencés du côté plus court (23) d’une section transversale sensiblement rectangulaire du tronçon de mesure (20).
  16. 16. Moyen de mesure de fluide selon l’une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le tube de mesure (12) présente une section transversale ronde dans le tronçon de mesure (20) et en ce qu’un méplat (46) au niveau duquel l’émetteur (24) et le récepteur /26) sont agencés est réalisé dans le tronçon de mesure (20) dans la surface extérieure du tube de mesure (12).
  17. 17. Moyen de mesure de fluide selon l’une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le tube de mesure (12) présente une section transversale ronde dans le tronçon de mesure (20) et en ce que la forme de l’émetteur (24) et du récepteur (26) est adaptée à la surface extérieure ronde du tube de mesure (12).
  18. 18. Moyen de mesure de fluide selon la revendication 17, caractérisé en ce que l’émetteur (24) et le récepteur (26) s’étendent au moins sur une partie de la périphérie (U) du tube de mesure (12), de préférence sur toute la périphérie (U) ou sur pratiquement toute la périphérie (U).
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