FR2467392A1

FR2467392A1 - Procede et appareil de mesure de la vitesse moyenne d'un fluide

Info

Publication number: FR2467392A1
Application number: FR8021525A
Authority: FR
Inventors: Norman Eric Pedersen
Original assignee: Panametrics LLC
Current assignee: Panametrics LLC
Priority date: 1979-10-09
Filing date: 1980-10-08
Publication date: 1981-04-17
Also published as: JPS5693012A; US4300401A; IT1130530B; DE3038213A1; CA1142636A; GB2060169B; IT8068561A0; GB2060169A

Abstract

L'invention concerne la détermination de la vitesse moyenne d'un fluide dans un conduit. Elle se rapporte à un procédé qui comprend la sélection de fonctions représentant approximativement le profil de vitesse du fluide dans un plan de référence transversal à l'axe longitudinal 14 du conduit. Le profil de vitesse est alors représenté approximativement par une combinaison de fonctions et les temps de propagation vers l'amont et vers l'aval de signaux acoustiques échangés entre des transducteurs 22 à 36, par paires, permettent la détermination de constantes scalaires à partir d'un système d'équations simultanées, ces constantes permettant alors la détermination de la vitesse moyenne dans le plan transversal considéré. Application à la mesure très précise des vitesses et des débits de fluides tels que le pétrole. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention concerne de façon générale un procédé et un appareil

de détermination d'une vitesse et d'un débit de fluide et en particulier un procédé et un appareil de détermination de vitesse et de débit de fluide à partir des temps mesurés de parcours acoustiques

dans un conduit.

La mesure des vitesses des courants de fluide et en conséquence du débit volumique dans un conduit a souvent posé des problèmes embarrassants. La principale difficulté est due au fait que de nombreuses procédures de mesure perturbent le profil d'écoulement si bien que la mesure précise du courant non perturbé ou "original" ne peut être effectuée. D'autres procédés qui probablement ne perturbent pas le profil d'écoulement (comme décrit par exemple dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique

n0 3 940 985 et 3 564 912), mettent en oeuvre des appro-

ximations et des techniques analytiques choisies arbi-

trairement, présentant peu de souplesse et qui, dans cer-

tains cas, peuvent donner des mesures imprécises d'une manière inconnue, absolument inacceptables dans la pratique industrielle. Les applications principales de la mesure des débits de fluide sont celles qui concernent les courant de pétrole et de gaz dans les canalisations et pipelines

disposés entre un fournisseur et un client, les applica-

tions industrielles dans lesquelles une détermination

précise d'un débit est nécessaire, et certaines applica-

tions expérimentales en laboratoire dans lesquelles la mesure précise d'un débit est importante. Dans chacune de ces applications, des erreurs de l'ordre de 1 % peuvent

être inacceptables.

L'invention concerne donc un procédé et un appa-

reil de détermination précise de débit, donnant une bonne précision pratiquement quelles que soient les conditions de mise en oeuvre. L'invention concerne aussi un procédé

et un appareil présentant une grande fiabilité, nécessi-

tant des instruments de faible coût, permettant une grande souplesse dans la disposition de l'appareillage de mesure, et donnant des mesures répétitives et fiables d'après des

paramètres physiques du système considéré.

L'invention concerne un procédé et un appareil de détermination de la vitesse moyenne d'un fluide trans-

versalement à un plan de référence d'un conduit de fluide.

Le procédé met en oeuvre la sélection de plusieurs fonc-

tion fj(pmk) qui représentent chacune une approximation du profil de vitesse du courant de fluide P(p) traversant le plan de référence, p désignant une position dans le plan et mk étant chaque fois une fonction du nombre de Reynolds. Le procédé met en oeuvre en outre l'obtention

d'une approximation de la vitesse du courant par combi-

naison des fonctions suivant une équation linéaire de la forme: P(p) = Ajk fj(PImk) 1k dans laquelle chaque terme A jk est une constante scalaire inconnue, et j et k sont des nombres entiers positifs constituant les indices de sommation. Le procédé met en oeuvre en outre la mesure des durées depropagation d'ondes acoustiques vers l'amont et vers l'aval le long de chacun de plusieurs trajets rectilignes amont-aval, chaque trajet étant disposé entre une position de paroi amont et une position de paroi aval du conduit, le nombre de trajets

connus n'étant pas inférieur au produit de la multipli-

cation de j et k. Le procédé comprend en outre la déter-

mination de la vitesse moyenne mesurée vit. mes. (i) du courant fluide pour chacun des trajets, à partir des temps mesurés. Les constantes inconnues Aj.k sont alors

déterminées par formation d'un système d'équatiorssimul-

tanées de la forme: A. vit, mes. (i) = f P(p)dp = E PLi f (pmk)dp Pi. j,k Pi P.2j (PL. étant la longueur du ième trajet, P. étant le ième i i trajet connu, l'intégrale étant une intégrale curviligne le long du trajet Pi), le système d'équations simultanées des constantes Ajk étant alors résolu par substitution des valeurs mesurées déterminées de la vitesse moyenne vit. mes. (i) et de la longueur des trajets PLi, dans le

système des équations linéaires simultanées; les inté-

grales curvilignes le long des trajets de circulation

sont alors évaluées et les constantes Ajk sont déterminées.

La vitesse moyenne du courant transversalement au plan est alors évaluée d'après l'équation A. V=E PA f f <p,mkd j,k aire j dans laquelle PA désigne l'aire de la section du plan de

référence délimitée par le conduit, l'intégrale étant for-

mée sur toute l'aire du plan de référence limitée par le conduit.

Dans des modes de réalisation avantageux du pro-

cédé de l'invention, le conduit de fluide a une section interne circulaire, les trajets sont formés dans des plans parallèles, et les fonctions fj(PFmk) sont de la forme (R-p) T ( k) f(p,m) = 5,6 V (mk) + log ( J

dans laquelle VT est une pseudo-vitesse déterminée empiri-

quement à proximité de la paroi du conduit et qui dépend du nombre de Reynolds du fluide, n est la viscosité du fluide, p est la distance mesurée à partir du centre du

conduit et R est le rayon du conduit.

L'appareil selon l'invention comporte plusieurs paires de transducteurs, chaque transducteur étant disposé vers l'intérieur par rapport aux parois du conduit afin qu'il émette et reçoive des signaux acoustiques, chaque

paire de transducteurs recouvrant une section longitu-

dinale du conduit. Un élément de commande de synchronisa-

tion assure sélectivement la commande et le réglage des paires de transducteurs suivant une séquence prédéterminée afin que des signaux acoustiques soient produits ou émis par chaque transducteur et que les signaux acoustiques émis soient reçus par l'autre transducteur associé au

2467392;

transducteur émetteur choisi. L'appareil comprend en outre un dispositif destiné à mesurer de façon répétée les temps de parcours et à déterminer, à partir des temps de

parcours vers l'amont et vers l'aval des signaux acous-

tiques, pour chaque paire de transducteurs, une mesure de la vitesse moyenne du courant de fluide vit. mes. (i) pour chaque trajet rectiligne associé à chacune des paires et placé entre les transducteurs. L'appareil comprend en

outre un dispositif commandé par le dispositif de déter-

mination et destiné à résoudre un système d'équations simultanées de forme générale: vit. mes. (i) = E Ajk f f (p kd jlk PL1 i <p,)d

les constantes Ajk étant les constantes scalaires incon-

nues à déterminer, PL. étant la longueur du ième trajet formé entre la ieme paire de transducteurs, les fonctions fi(pmk) représentant plusieurs approximations du profil de vitesse du courant de fluide du conduit, p étant une position dans le plan de référence du conduit, mk étant

une fonction du nombre de Reynolds du fluide, et l'inté-

grale étant une intégrale curviligne formée le long du ième

trajet rectiligne.

L'appareil comprend en outre un dispositif com-

mandé par le dispositif de résolution et destiné à évaluer une équation de la forme A. V = z A f f (pmk)dp j,k aire dans laquelle V est la vitesse moyenneen travers du plan de référence normal au trajet de circulation du fluide, A est l'aire de la section du conduit et l'intégrale est formée sur toute cette aire. De cette manière, la vitesse moyenne du courant de fluide à travers le plan de référence

est calculée.

Selon une caractéristique avantageuse de l'in-

vention, les trajets rectilignes se trouvent dans des plans parallèles et ces plans parallèles sont en outre parallèles à un plan longitudinal de référence passant par un axe

central de circulation du conduit de fluide.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les plans sont avantageusement séparés par des distances inégales du plan longitudinal de référence et ces distances sont choisies arbitrairement. Les fonctions utilisées f (p,mk) lors de la mise en oeuvre de l'appareil sont de préférence celles qui sont

utilisées pour la mise en oeuvre du procédé selon l'in-

vention.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention ressortiront mieux de la description qui va suivre,

faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une perspective représentant un exemple de disposition de transducteurs acoustiques dans un conduit de fluide; la figure 2 est une vue de bout suivant l'axe z de la figure 1; et la figure 3 est un diagramme synoptique d'un

exemple d'appareil électrique de mesure de débit volumique.

Comme indiqué sur la figure 1, un conduit 12 de fluide, représenté sous forme d'un tronçon de canalisation ou pipeline ayant une section circulaire de rayon R par un plan normal à l'axe longitudinal 14 du courant de fluide, est disposé longitudinalement en direction parallèle à l'axe du courant. L'axe Z du système de coordonnée X-Y-Z

coïncide avec l'axe 14 du courant dans le mode de réalisa-

tion considéré. Ce tronçon représenté de canalisation est un tronçon rectiligne d'un conduit de plus grande longueur qui en général comporte des parties courbes. Un fluide s'écoule dans le conduit, suivant l'axe Z, et le sens du courant détermine une partie amont 16 du tronçon et une

partie aval 18.

Selon l'invention, plusieurs paires 22, 24; 26, 28; 30, 32 et 34, 36 de transducteurs sont fixées à demeure dans la paroi 38 ou sur la paroi 38 qui délimite le conduit de fluide, d'une manière étanche. Les transducteurs et

leurs dispositifs de montage ne perturbent pas ou ne modi-

fient pas le prodil ou le diagramme d'écoulement du fluide lorsque celuici s'écoule en face des emplacements des transducteurs. Ces derniers sont de préférence disposés, dans le mode de réalisation considéré, à des emplacements de la paroi auxquels des droites passant par les transducteurs amont et aval de chaque paire se trouvent dans des plans parallèles les uns aux autres et à un plan X-Z 40

qui contient l'axe longitudinal 14 du courant.

Le système de coordonnées X-Y-Z établi est

orienté de manière que l'axe X soit parallèle au plan hori-

zontal, que l'axe Z comme indiqué précédemment, corresponde à la direction du courant de fluide, et que l'axe Y soit en direction perpendiculaire au plan X-Z 40 (figure 2) afin que la compréhension des positions des transducteurs représentés sur la figure 1 soit facilitée. Ainsi, le plan X-Z 40 divise le conduit 12 en deux parties de même

volume et, dans un mode de réalisation avantageux de l'in-

vention, toutes les droites 44, 46, 48 et 50 représentées, reliant les transducteurs 22 et 24, 26 et 28, 30 et 32, 34 et 36 respectivement des paires sont parallèles au plan X-Z 40 et sont ainsi à des distances constantes connues

Y1, Y21 Y3 et Y4 du plan X-Z.

Les transducteurs représentés 22, 24, 26,... 36 peuvent être des dispositifs quelconques bien connus dans la technique qui peuvent être utilisés à la fois pour l'émission d'une impulsion d'énergie acoustique et pour la

transformation d'une impulsion acoustique reçue en un si-

gnal électrique. Il peut s'agir de transducteurs de nombreux

types disponibles sur le marché.

Selon le procédé de l'invention, des mesures sont effectuées sur des temps de parcours amont et aval d'une impulsion acoustique se propageant entre les transducteurs des paires, le long des trajets rectilignes connus 44, 46, 48 et 50. A partir de ces temps mesurés, la vitesse moyenne du fluide le long de chaque trajet peut être déterminée, ème la vitesse moyenne déterminée v le long du i trajet, étant égale à mes(i): Li (ti -ti 2 v (i) il= 22 t t(équation 1) mes(i)p 2 t. t ti étant le temps de parcours vers l'amont, ti étant le iJ* 12 temps de parcours vers l'aval et L. étant la longueur du ième trajet formé entre la ième paire de transducteurs, pour chaque trajet i. Ainsi, la vitesse moyenne du courant longitudinal, parallèlement à l'axe Z, est donnée par la relation: Li (ti -ti il 2 Ves(i) = Vmes(i)p v /cos 0i = 2 ti ti cos (équation A) me() il 12 i ème 8i étant l'angle aigu formé par le ième trajet et une i

droite recoupant ce trajet et parallèle à l'axe longitu-

dinal du courant de fluide.

Selon l'invention, la détermination de la vitesse moyenne du fluide dans toute l'aire du conduit de fluide est déterminée, à l'aide des valeurs mesurées vmes(i) comme indiqué précédemment, de la manière suivante. Une famille de fonctions fj(p,mk) qui représente une approximation du profil de vitesse du fluide s'écoulant dans le conduit

dans la direction Z, est combinée, dans une équation li-

néaire,afin qu'elle représente le courant réel P(p) sous la forme: P(p) = Ajk fj(P'mk) (équation 2) j,k

Ajk étant des constantes scalaires, j et k étant des nom-

bres entiers constituant des indices de sommation, p étant la coordonnée bidimensionnelle de position dans un plan

normal au courant de fluide, et mk étant un paramètre ca-

ractéristique du courant et dépendant du nombre de Reynolds

de celui-ci.

Un exemple de famille avantageuse de fonctions f(p,mk) dans le cas d'un conduit de section circulaire et de la forme: =56(R-p) VT (mk) J f(p,mk) = 5,6 Vt(mk) 1 + log T V étant une pseudo-vitesse déterminée empiriquement à proximité de la paroi du conduit, dépendant du nombre de Reynolds du fluide, étant viscosité du fluide, p étant la distance au centre de la canalisation et R étant le rayon de celle-ci. Une autre fonction qui peut être uti- lisée est de la forme: f(p,mk) = V(mk) [R2 _ p2

dans laquelle V(mk) est la vitesse au centre de la canali-

sation, en fonction du nombre de Reynolds, R désigne le rayon de la canalisation et p est la distance radiale à

partir du centre de la canalisation.

Les familles de fonctions choisies pour la des-

cription du profil d'écoulement reposent de préférence sur

des résultats expérimentaux connus. Lors de la détermina-

tion des constantes Ajk' les mesures de propagation acous-

tique le long de chaque trajet 44, 46, 48 et 50 sont effec-

tuées et enregistrées et les résultats sont utilisés pour la détermination, d'après l'équation 1 qui précède, de la vitesse moyenne mesurée du courant Vmes(i), le long du trajet correspondant. Ensuite, les vitesses moyennes v ies(i) sont égalis"es à "'équation exacte" de la vitesse vmes(i)églse P

moyenne le long des trajets respectifs,déterminée par inté-

gration de l'équation 2 suivant les trajets P.. On obtient i ainsi une famille d'équations linéaires simultanées: vmes(i) Aj / PL. f fj (p,mk)dp (équat.3) Vines (i)p j,ki Pi

dans lesquelles Vmes(i) représente la vitesse moyenne dé-

m es (i) èm PPdsin ème terminée le long du ieme trajet, Pi désigne le ime trajet, ème PLi désigne la longueur du i trajet et l'intégrale sur i Pi est une intégrale curviligne le long du trajet Pi. Ce système d'équationssimultanéE peut être résolu afin que les valeurs des constantes Ajk soient déterminées, dans la mesure o le nombre de trajets est au moins égal au

nombre de fonctions fj(p,mk). Ainsi, le produit de la mul-

2467392.

tiplication de j et k ne doit pas dépasser le nombre de trajets disponibles Pi' Avec la configuration géométrique particulière représentée sur les figures 1 et 2 et si l'on transforme p dans un système de coordonnées X,Y, dans l'hypothèse o

chaque trajet est parallèle au plan X-Z et o on a la rela-

tion fj(xymk) =x,y,mymk), le système d'équations simul-

tanées se réduit à: (R 2_y2)1/2 A=j,k =si Z v2 21/2 O fj(x,y,mk)dx (équation 4) mes (i) jk (R -y.) 1i yi représentant la distance du ième trajet au plan X-Z 40 et vmes(i) étant la vitesse longitudinale, indiquée par

l'équation 1A.

Lorsqu'on a déterminé les constantes inconnues

Ajk à partir du jeu d'équations simultanées, on peut ca-

ractériser avec précision la vitesse réelle du courant de fluide, transversalement au plan normal au courant, par l'équation 2. La vitesse moyenne du courant dans toute la section du conduit peut alors être écrite sous la forme: A V = E j,k fj pmk)dp (équation 5) Varaire jk aire (P'k) j,k A qui se réduit, pour la configuration des figures 1 et 2 et avec conversion de p dans un système de coordonnées X,Y, à Aj,k Vaire = E j2 f fj(x,ymk)dx dy (équation 6)

R2 A

les intégrales des équations 5 et 6 étant formées sur toute

l'aire de la canalisation, l'"aire" de l'équation 5 repré-

sentant la valeur numérique de la section du conduit et R représentant le rayon interne de la canalisation des figures

1 et 2.

Dans le cas le plus général, mk est une fonction

du nombre de Reynolds du fluide circulant dans le conduit.

Comme ce nombre de Reynolds dépend en partie de la vitesse, la procédure indiquée précédemment peut être utilisée par

itération, d'abord par détermination approximative du nom-

bre de Reynolds en fonction d'une valeur estimée ou d'une

première évaluation grossière de la vitesse, puis par cal-

cul du débit moyen dans le conduit, par mise en oeuvre du procédé indiqué précédemment puis par calcul à nouveau du débit avec un nombre de Reynolds révisé et plus précis,

correspondant au débit déterminé pendant la première itéra-

tion. Ce procédé doit donner une convergence rapide sur une valeur très précise de la vitesse moyenne, lorsque les fonctions f. (pmk) sont choisies avec soin et reflètent le

comportement dynamique réel du courant.

On se réfère maintenant au diagramme synoptique de la figure 3 qui représente un appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé décrit précédemment et qui comprend un élément 54 de commande de synchronisation qui se connecte par des lignes 56, 58, 60,'62 et 63 à un élément 64 de création de signaux acoustiques et de mesure de durée de propagation, à un registre 66 de mémorisation de durée, à un circuit 68 de mesure et de mémorisation de vitesse

moyenne de ligne, à un circuit 70 d'évaluation de déter-

minant et à un circuit 71 de détermination de vitesse. Le circuit représenté déclenche automatiquement et assure une

détermination de vitesse pendant une durée fixe, une déter-

mination antérieure étant terminée avant qu'une détériora-

tion suivante de la vitesse soit commandée. Dans d'autres

modes de réalisation de l'invention, des procédures dif-

férentes de synchronisation, automatiquesou manuelles peu-

vent être utilisées.

Après le déclenchement d'une détermination de vi-

tesse, l'élément 54 de commande de synchronisation déclenche le circuit générateur de signaux acoustiques et de mesure de temps de propagation afin que les temps de parcours amont et aval d'une impulsion acoustique soient mesurés séquentiellement entre les transducteurs de chaque paire

22, 24; 26, 28; 30, 32; 34, 36. Les mesures sont effec-

tuées de préférence successivement afin que les phénomènes de diaphonie soient minimaux et que les risques de mauvaise interprétation des signaux reçus du fait des interférences

soient aussi réduits.

Les mesures résultantes de temps sont transmises

successivement par le circuit 64-au registre 66 de mémori-

sation de durée par des lignes 72. Ainsi, par exemple, dans

le mode de réalisation correspondant, une mesure est ef-

fectuée entre les transducteurs d'une paire toutes les millisecondes sous la commande de signaux de synchronisa- tion provenant de l'élément 54 par la ligne 56. Lorsque les résultats de la mesure de durée sont disponibles dans les lignes 72 comme indiqué par un signal de validation transmis par une ligne 74 à l'élément 54 de synchronisation, cet élément, par l'intermédiaire des lignes 58, commande

la mémorisation du résultat à un emplacement choisi du re-

gistre 66 de mémoire.

Lorsque toutes les mesures ont été effectuées

(huit mesures dans le mode de réalisation considéré) et mé-

morisées dans le registre 66, les signaux représentant les mesures mémorisées représentant les temps de propagation sont disponibles dans les lignes 76 et parviennent au

circuit 68 de mesure de vitesse moyenne rectiligne. Le cir-

cuit 68 représenté est un circuit matériel qui contient un processeur arithmétique destiné à déterminer, à partir de chaque paire de mesuresamont et aval correspondant à une paire de transducteurs, suivant l'équation 1 indiquée, la

vitesse moyenne mesurée du courant de fluide vmes(i) sui-

vant chaque trajet i. Le circuit 68, lorsqu'il reçoit un signal de commande provenant de l'élément 54 par une ligne , commande la détermination de vitesse moyenne et les

résultats de la mémorisation sont mémorisés dans le cir-

cuit 68 et sont disponibles par les lignes 78, pour le circuit 70 d'évaluation de déterminant. Le circuit 68 de

mesure de vitesse transmet aussi un niveau de signalisa-

tion dans une ligne 79, à l'élément 54, lorsque les don-

nées transmises par les lignes 78 sont validées.

Le circuit ou élément 70 d'évaluation de déter-

minant reçoit les signaux du circuit 68 par les lignes 78

2467392-

et reçoit aussi les données supplémentaires d'un registre

de mémorisation d'intégrale, par des lignes 82. Le cir-

cuit 70 est réalisé de manière connue afin qu'il résolve le système d'équationslinéairesde l'équation 3 en calculant les valeurs des constantes Ajk. Le registre 80 de mémori-

sation d'intégrale reçoit et conserve les données représen-

tant (1) l'intégrale curviligne de chacune des fonctions choisies fj(pmk) pour chacun des trajets choisis 44, 46, 48, 50 comme indiqué par l'équation 3, (2) l'intégrale de fj(p, mk) sur toute l'aire, comme indiqué par l'équation , (3) les longueurs des trajets, (4) l'aire de la section

du conduit et (5) la valeur cosei nécessaire dans l'équa-

tion lA. Les intégrales curvilignes, les longeurs des tra-

jets et les valeurs de cosei sont disponibles pour le cir-

cuit 70 d'évaluation, comme indiqué par les lignes 82, 83

et 84, sous la commande d'un signal d'interrogation pro-

venant du circuit 70 par une ligne 85. Le signal d'inter-

rogation identifie l'itinéraire pour lequel l'information

est demandée.

A la suite d'un signal de validation transmis par une ligne 62 et provenant de l'élément ou unité 54 de commande de synchronisation, le circuit d'évaluation de déterminant calcule les valeurs des constantesAj, k' les mémorise et les rend disponibles par les lignes 86 pour le circuit 71 de détermination de vitesse, en fonction d'un signal d'interrogation transmis par une ligne 88. Le

signal d'interrogation des lignes 88 identifie la cons-

tante nécessaire A k Le circuit 70 place aussi un niveau de signalisation dans une ligne 89 afin qu'il indique à un élément de synchronisation que le cycle d'évaluation

est terminé et que les constantes Aj,k sont disponibles.

Le circuit 71 de détermination de vitesse est ensuite validé par un signal provenant de l'unité 54 de commande de synchronisation par la ligne 63. A la suite du signal de validation de cette ligne 63, le circuit 71 qui peut être incorporé dans la partie programmée d'un ordinateur d'emploi universel interroge le circuit

d'évaluation de déterminant afin qu'il en tire les cons-

tantes Ajk et qu'il évalue d'après l'équation 5 la vi-

tesse moyenne du courant dans un plan normal au courant de fluide. Le circuit de détermination de vitesse, pour terminer l'évaluation selon l'équation 5, reçoit par la ligne 92 et suivant un signal d'interrogation transmis par une ligne 94, la valeur de l'intégrale de surface identifiée dans l'équation 5. D'autres données nécessaires au circuit de détermination de vitesse, transmises par les lignes 96 en provenance de la mémoire 80, représentent l'aire réelle de la section du conduit 12. Le signal de sortie du circuit de détermination de vitesse, transmis par la ligne 78, représente la vitesse moyenne mesurée du courant, dans un plan normal au courant de fluide dans le

conduit.

Les nombres conservés dans les registres 80 de mémoire peuvent être introduits manuellement, par exemple après calcul à la main, ou peuvent être chargés par un ordinateur d'emploi universel, convenablement programmé afin qu'il fournisse les données nécessaires. Lorsque l'élément ou unité de synchronisation a une configuration

assurant la détermination répétitive de la vitesse moyen-

ne du courant dans le conduit, par exemple toutes les se-

condes, il est souhaitable que la procédure itérative soit mise en oeuvre et qu'un circuit 100 de réaction partant

de la sortie 98 du circuit de détermination de vitesse re-

joigne un élément 102 permettant une sélection plus pré-

cise des fonctions f<j(pmk) représentantapproximativement le courant de fluide. Dans une variante, la fonction

fj(pmk) peut être choisie après détermination des vi-

tesses moyennes mesurées par le circuit 68. Cette carac-

téristique est indiquée par le trait mixte 104.

Comme le savent les hommes du métier, les cir-

cuits matériels représentés sur la figure 3 peuvent être remplacés partiellement ou en totalité par la programmation d'un ordinateur d'emploi universel ou spécialisé. Ainsi, divers compromis sont possibles entre le matériel et le

2467392:

logiciel, et tout comprimis satisfaisant doit prendre en

considération le coût, la vitesse, et la commodité.

Il est bien entendu que l'invention n'a été dé-

crite et représentée qu'à titre d'exemple préféentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses

éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de détermination de la vitesse moyenne d'un fluide transversalement à un plan de référence dans un conduit de fluide, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend

la disposition de paires de transducteurs acous-

tiques dans des positions déterminées dans le conduit, un transducteur d'une paire se trouvant en position amont et l'autre en position aval sur la paroi, la sélection, d'après la configuration du conduit de fluide, de la vitesse prévue du fluide et des fluides à

transporter, de plusieurs fonctions f j(pmk) qui représen-

tent chacune une approximation du profil de vitesse du courant P(p) de fluide traversant le plan de référence, p désignant une position dans ce plan, et chaque paramètre mk étant fonction du nombre de Reynolds,

l'application de signaux électriques aux transduc-

teurs et la mesure des durées de propagation amont et aval d'ondes acoustiques le long de plusieurs trajets rectilignes, chaque trajet étant formé entre une position amont et une position aval de la paroi du conduit, le nombre de trajets

connus n'étant pas inférieur au produit de la multiplica-

tion de j par k, la détermination d'une vitesse moyenne mesurée du courant de fluide vit.mes.(i) pour chaque trajet, à partir des temps mesurés, et la combinaison linéaire, suivant-les vitesses moyennes mesurées du courant de fluide le long de chaque trajet, des fonctions f. (p,m) afin que la vitesse moyenne J k>

du fluide transversalement au plan de référence soit déter-

minée, deux au moins desdites fonctions contribuant à cette

détermination de la vitesse moyenne du fluide.

2. Appareil de détermination de la vitesse moyenne

d'un courant de fluide transversalement à un plan de ré-

férence d'un conduit (12) de fluide, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs paires de transducteurs (22, 24; 26, 28; 30, 32; 34, 36), chaque transducteur étant placé dans la paroidélimitant le conduit de fluide afin qu'il

puisse émettre et recevoir des signaux acoustiques, cha-

que paire de transducteurs recouvrant un tronçon longitu-

dinal du conduit, un élément (54) de commande de synchronisation

destiné à commander sélectivement les paires de transduc-

teurs afin que ceux-ci créent des signaux acoustiques, à

partir de chaque transducteur, suivant une séquence pré-

déterminée, les signaux acoustiques étant reçus par le transducteur associé au transducteur émetteur dans la paire correspondante, un dispositif (64, 66, 68) de mesure répétée des temps de propagation et de détermination, à partir des temps de propagation des signaux acoustiques vers l'amont et vers l'aval, pour chaque paire de transducteurs, d'une mesure d'une vitesse moyenne du courant de fluide vit.mes.(i) pour chaque trajet rectiligne (44, 46, 48, 50) associé à chaque paire et formé entre les transducteurs de chaque paire, un dispositif (70) commandé par le dispositif

de détermination et destiné à résoudre un système d'équa-

tions simultanées de forme générale I f (pmk)dp P. j vit.mes.(i) = A 1

j,kAj,k PL.

afin qu'il détermine les valeurs des constantes scalaires

inconnues A.,k, PL. étant la longueur du ième trajet for-

mé entre i eme pie mé entre les transducteurs de la 1 paire, f.(p, représentant plusieurs approximations du profil de vitesse du courant de fluide circulant dans le conduit, p étant une

position dans le plan de référence et mk étant une fonc-

tion du nombre de Reynolds du fluide, l'intégrale étant une

intégrale curviligne formée le long du ieme trajet rectili-

gne, et un dispositif (71) commandé par le dispositif de résolution et destiné à évaluer une équation de la forme V=E A.pm d jk j,k A Sire fi k dans laquelle V désigne la vitesse moyenne transversalement

au plan de référence, en direction perpendiculaire au tra-

jet de circulation du fluide, A étant la section du con-

duit et l'intégrale étant formée sur l'aire délimitée par le conduit,

si bien que la vitesse moyenne du courant de flui-

de transversalement au plan de référence est déterminée.

3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les trajets rectilignes (44, 46, 48, 50) sont

disposés dans des plans parallèles et ceux-ci sont parallè-

les à un plan longitudinal de référence (40) passant par

l'axe central du conduit de fluide.

4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le conduit de fluide (12) a une section interne circulaire, et

lesdits plans se trouvent à des distances inéga-

les du plan de référence (40).

5. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les fonctions f.(p,m) sont de la forme J k> (R-p)VT (mk) f(p,mk) = 5,6 VT(m,k) /1 + log /

dans laquelle VT est une pseudo-vitesse déterminée empiri-

quement à proximité de la paroi du conduit et dépendant du nombre de Reynolds du fluide, n est la viscosité du fluide, p est la distance au centre du conduit et R est

le rayon du conduit.

6. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les transducteurs amont (22, 26, 30, 34) se trouvent dans un premier plan, les transducteurs aval (24, 28, 32,

36) se trouvent dans un second plan et le premier et le se-

cond plan sont parallèles.

7. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif destiné à réévaluer les constantes A. d'après une valeur antérieurement déterminée jrk de la vitesse moyenne du courant de fluide V.

8. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (102) destiné à sélectionner

à nouveau les fonctions f(p,mk) d'après les vitesses moyen-

nes mesurées vit.mes.(i).