FR2569270A1 - Procede et appareil de mesure de caracteristiques et de parametres de fluides dans des conduits - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA MESURE DE PARAMETRES ET DE CARACTERISTIQUES DE COURANT DE FLUIDES. ELLE SE RAPPORTE A UN APPAREIL DANS LEQUEL DEUX TRANSDUCTEURS 36, 38 PERMETTENT LA MESURE DES TEMPS DE TRANSIT DANS LE FLUIDE QUI S'ECOULE DANS LE CONDUIT 42. SELON L'INVENTION, LES MESURES SONT EFFECTUEES A UNE FREQUENCE ELEVEE ET PERMETTENT LA DETERMINATION DE LA VITESSE DU SON DANS LE FLUIDE, DE LA MASSE MOLECULAIRE MOYENNE DU FLUIDE, DE LA VITESSE ET DU DEBIT MASSIQUE DU FLUIDE, ETC. APPLICATION AU CONTROLE DES COLLECTEURS D'ALIMENTATION DES TORCHES DE BRULAGE DES RAFFINERIES.

Description

i La présente invention concerne des procédés et des appareils de mesure

de caractéristiques de fluide et de paramètres dépendant du fluide et du courant

de fluide, dans des conduits.

De nombreuses applications d'écoulement des fluides nécessitent l'exécution de mesure et d'analyse du courant de fluide et d'autres caractéristiques dans

des conditions difficiles. Par exemple, on peut consi-

dérer l'industrie du pétrole dans laquelle une protection contre les surpressions des installations telles que les réacteurs, les canalisations, et les machines est assurée par des soupapes de décharge à divers postes de traitement. Les matières évacuées par ces différents postes sont collectées et dirigées des collecteurs dans un conduit principal important d'évacuations.Par

exemple, les collecteurs séparés collectent les évacua-

tions d'un petit nombre de soupapes de décharge, par exemple dix à vingt. L'ensemble de ces collecteurs séparés peut rejoindre un collecteur principal pour l'ensemble de l'unité de fabrication. Les gaz sont brûlés dans une torche ou dans une fosse et ils sont

ensuite évacués à l'atmosphère en toute sécurité.

De nombreuses soupapes de sûreté peuvent fuir, à un moment donné. Cependant, le débit de fuite d'une vanne quelconque est habituellement très faible et n'a guère d'importance. Cependant, il peut arriver que les soupapes fuient beaucoup, par exemple lors d'un fonctionnement à une pression trop proche de la valeur de réglage de la soupape de décharge, à la suite

d'une détérioration mécanique dans un incident de sur-

pression, ou à la suite d'une détérioration due à la corrosion, à l'érosion, à l'encrassement ou à une autre cause. Les fuites d'une soupape de décharge peuvent être coûteuses étant donné la perte de produit précieux,

la dégradation du produit fabriqué ou la pose de pro-

blèmes de fonctionnement de la torche. En outre, à moins qu'elles ne soient contrôlées, les fuites peuvent ne pas être corrigées pendant une période beaucoup trop

longue pour être tolérables.

On a souvent tenté de détecter les fuites des collecteurs, les procédés connus ne se sont pas révélés satisfaisants. L'atmosphère nuisible des collecteurs des torches en est l'une des principales raisons. Ainsi, comme la cheminée de la torche reçoit des matières de nombreuses sources, les conditions de traitement sont très difficiles pour les instruments. Habituellement, un encrassement, une corrosion, une précipitation de matières solides, une précipitation de polymère de poids moléculaire élevé peuvent se présenter et, au cours du temps, ces conditions peuvent se combiner de manières diverses. Par exemple, les appareils de mesure à turbine ont déjà été utilisés mais ils se sont révélés inadéquats étant donné le coincement de leurs parties mobiles. En outre, la plupart des matériaux habituels

utilisés pour les fabrications sont sujets à la corro-

sion. Le choc dû à des surpressions brutales, à des va-

riations transitoires de température, à la vapeur d'eau, aux grandes distances entre les capteurs et les circuits électroniques, aux vibrations, etc. se combine comme

indiqué précédemment et crée ainsi des conditions défa-

vorables qui rendent inopérants les systèmes connus

de mesure. En outre, les procédés de détection d'écou-

lement utilisés pour les détections des fuites à l'aide d'instruments à pression différentielle sont éliminés par les considérations de contrepression du circuit de sécurité qui empêchent les élévations de pression dans les collecteurs des torches. De plus, les conditions de circulation dans le collecteur sont telles que le courant peut s'écouler dans les deux sens. Les ensembles comprenant des instruments ne distinguent la circulation dans un sens et dans l'autre et ne compensent pas la

circulation en retour.

Une autre considération concernant la mesure du courant d'une torche est l'emplacement des tuyauteries existantes et leur accès limité ainsi que l'impossibilité de la mise hors service d'une tuyauterie particulière simplement pour y installer un débitmètre. Cela signifie qu'il est important de pouvoir monter des instruments tels que des débitmètes sur une installation existante à l'aide par exemple de la création d'une prise à chaud sans interruption du fonctionnement. De plus, une telle prise doit être placée avec une précision très grande

si bien que l'interrogation ultérieure du fluide s'ef-

fectue suivant un trajet prédéterminé, par exemple

à 45 de l'axe de la canalisation, dans un plan diamé-

tral incliné ou le long d'un segment de corde ou dans la direction axiale à une distance prédéterminée de la paroi de la tuyauterie, etc. si bien que la partie du profil d'écoulement qui est échantillonnée présente une relation calculable et/ou reprductible avec la

vitesse moyenne de l'écoulement.

En plus des conditions ambiantes hostiles présentées par les collecteurs des torches, une autre

difficulté, même lorsque les instruments peuvent sup-

porter les conditions hostiles, est due au fait que les caractéristiques d'écoulement dans le collecteur

peuvent varier rapidement au cours du temps pour diver-

ses raisons. Ainsi, la mesure d'un courant par des

ultrasons, tel que décrit dans les brevets des Etats-

Unis d'Amérique n 4 103 551 et 3 575 050, ne s'applique pas directement. Selon ces documents, on suppose que le débit est relativement constant au cours du temps, que les caractéristiques du fluide ne varient pas de façon très importante, et que la composition et/ou la vitesse du son dans la matière s'écoulant dans la

tuyauterie sont non seulement connues mai s,nco'e, cons;-

tantes pendant au moins des intervalles comparables au temps de réponse de l'instrument de mesure. On suppose aussi souvent que les éléments de fluide adjacents

ou voisins ont des caractéristiques pratiquement iden-

tiques si bien que des trajets croisés d'interrogation

69270

peuvent être utilisés.

On suppose aussi souvent que l'amplitude reçue dans les mesures formées en amont et en aval ont la même amplitude. On a cependant montré que l'amplitude diffère souvent suivant que le trajet d'interrogation est dirigé vers l'amont ou vers l'aval comme décrit par exemple dans l'article de Ingard, U. et Singhal, V.K., Journal of the Acoustical Society of America,

vol. 60, p. 1213-1215, 1976.

L'invention concerne donc essentiellement la mesure précise et fiable de diverses caractéristiques d'un fluide qui s'écoule, notamment dans des conditions difficiles telles que les conditions d'écoulement dans un collecteur ou dans une canalisation principale d'une

- 15 torche. Elle concerne aussi la mesure précise de l'écou-

lement du fluide malgré les différences d'amplitude et/ou de configuration d'impulsions transmises vers l'aval par rapport à des impulsions transmises vers l'amont et malgré les variations de masse volumique,

de pression et de turbulence, les variations de composi-

tion, et les changements rapides au cours du temps de la vitesse du son et des débits. Elle concerne aussi la mesure du débit massique, de la vitesse d'un courant de fluide, l'identification de la source d'une fuite, et l'installation d'un appareil de mesure de débit dans un conduit, avec une grande précision et une grande fiabilité de mise en place, malgré des restrictions d'accès. L'invention concerne des procédés et appareils de mesure de caractéristiques de fluides, et notamment le débit et la vitesse du son. De nombreux courants de fluides présentent des variations rapides ou à haute fréquence de débit et de composition d'une manière imprévue. L'invention concerne des techniques de mesure qui tiennent compte des fluctuations rapides de débit ou de composition de fluide (contrairement aux conditions

de régime permanent) sans perte de la précision.

25692?0

L'invention est surtout utile pour la mesure des courants de gaz ayant de faible concentrations de constituants essentiels pour des débits très divers, à des vitesses allant par exemple de 0 à 15 m/s. Pour les très faibles vitesses ou débits, par exemple infé-

rieurs à 0,3 m/s, l'appareil et le procédé selon l'inven-

tion sont particulièrement utiles. Pour ces faibles débits, dans des conditions ambiantes difficiles, par exemple dans une torche de raffinerie, l'invention est très utile car on n'a pas encore su mesurer avec précision et pratiquement de telles quantités, même

dans des conditions de régime permanent, avec des débit-

mètres ordinaires (non acoustiques) étant donné que les débitmètres qui ont une plage élevée de vitesses sont trop insensibles à l'extrémité basse de la plage de fonctionnement. Les débitmètres acoustiques connus

ne s'adaptent pas immédiatement à cette catégorie d'ap-

plication. En outre, dans les conditions les plus dif-

ficiles de fluctuation rapide, des dispositifs à chute de pression tels que des plaques ayant des orifices,

n'ont pas une réponse linéaire.

L'invention est décrite plus précisément en référence à un procédé et un appareil de détection et d'analyse des fuites d'un système ayant une torche

de raffinerie. Le système a plusieurs postes de trai-

tement ayant chacun un conduit d'évacuation de sécurité et une soupape de décharge de sécurité. La soupape est reliée afin qu'elle règle l'évacuation du poste de traitement au conduit. Un collecteur relie plusieurs conduits de décharge. L'appareil de détection a un premier transducteur ayant un premier emplacement dans le conduit collecteur et un second transducteur monté à un second emplacement dans le collecteur, le premier et le second transducteur délimitant entre eux un trajet d'interrogation. Un circuit est destiné à exciter le premier et le secondtransducteur, de préférence en alternance et en série comme décrit précédemment afin qu'ils émettent de l'énergie acoustique. Le circuit mesure en outre un temps de transit vers l'amont et un temps de transit vers l'aval pour la propagation d'énergie entre les deux transducteurs, vers l'amont et vers l'aval respectivement. Les opérations d'excita- tion et de mesure sont répétées afin que les mesures de temps de transit soient effectuées à une fréquence d'au moins dix fois par seconde, et un circuit est destiné à déterminer, à partir des temps de transit, la vitesse du son dans le fluide en fonction du temps et la vitesse de circulation du fluide en fonction du

temps. De cette manière, une fuite de gaz par les sou-

papes de décharge peut être détectée.

L'appareil de détection de fuites permet aussi,

à partir de la vitesse du son dans le fluide, la détermi-

nation du poids moléculaire moyen du fluide en fonction du temps. Cette caractéristique peut être utilisée pour l'identification du poste particulier de traitement

qui présente les fuites.

L'appareil de détection de fuites assure aussi la répétition des opérations d'excitation et de mesure à une fréquence qui correspond aux critères de Nyquist, c'est-à-dire à une fréquence supérieure au double de la fréquence significative la plus élevée de la variation prévue de la vitesse du son et de la variation prévue

de la vitesse du fluide. La prise d'échantillon suffisam-

ment souvent donne une mesure précise de la vitesse du courant moyennée dans le temps à l'aide du procédé et de l'appareil. Ceci est tout à fait différent des plaques à orifices, des venturis et d'autres capteurs à chute de pression qui donnent en général la valeur

quadratique moyenne du débit. Celle-ci peut être nota-

blement supérieure à la valeur moyenne en temps réel dans le cas de courants ayant une composante irrégulière

importante.

L'invention concerne aussi un procédé de montage

de transducteurs dans les parois d'un conduit collecteur.

Selon ce procédé qui met en oeuvre une opération de formation d'une prise en charge pour l'installation des tiansducteurs, sans mise en service des collecteurs, les étapes utilisées comprennent le marquage, par un repère physique ou un point d'intersection - marqué, d'un emplacement sur la paroi externe du conduit, pour le montage d'un transducteur, l'utilisation de ce repère ou point d'intersection pour le positionnement d'une structur de départ sur la paroi externe, et le soudage

de la structure à la paroi. Ensuite, la procédure d'usi-

nage ou de formation d'une prise en charge est exécutée

afin qu'une ouverture soit découpée dans la paroi laté-

rale à l'aide de la structure- de départ utilisée comme un guide. Le transducteur est alors monté à l'emplacement préparé dans la paroi du conduit ou le long de l'axe ou du trajet délimité par les repères ou les points

d'intersection marqués.

L'étape de marquage peut comprendre un perçage ou une perforation centrée de la paroi externe du conduit et la formation, dans le bloc initial, d'un trou de positionnement du bloc initial par rapport au. repère formé en creux. Le positionnement peut être réalisé par disposition d'un arbre pointu de positionnement

dans le trou de positionnement, dans la structure ini-

tiale, par rapport au repère en creux. De préférence, la structure de départ a sa partie inférieure de profil

correspondant à celle de la paroi externe.

L'invention concerne aussi un gabarit, par exemple formé de "Mylar", utilisé pour le marquage de l'emplacement du repère et pour le tracé de lignes de positionnement à la paroi externe du conduit. Ce

gabarit peut avoir un dessin compensant sa propre épais-

seur lorsque les repères se trouvent à la face externe du gabarit et lorsque celui-ci est enroulé autour du conduit. Le procédé met aussi en oeuvre le positionnement de la structure initiale à l'aid -du repère en creux et des lignes tracées. Selon ce procédé, un ensemble comprenant un arbre et un dispositif de montage est boulonné sur la structure initiale soudée et l'ensemble est ensuite soudé sur le conduit. Le dispositif de montage est ensuite retiré et une soupape est boulonnée sur l'axe. Le procédé classique de formation d'une

prise à chaud est alors mis en oeuvre.

D'autres modes de réalisation de l'invention concernent les installations à torche de raffinerie qui existent déjà et qui donnent un accès très limité aux collecteurs. En conséquence, plusieurs procédés sont utilisés pour l'introduction dans transducteurs à des emplacements convenables dans la structure des conduits afin que les temps de transit vers l'amont et vers l'aval soient obtenus. L'appareil permet, dans un mode de réalisation, le montage des transducteurs par un seul orifice du conduit. Dans cet appareil, le système de montage assure l'isolement acoustique des transducteurs amont et aval. De plus, lorsque le trajet correspond à un rayon incliné, dans un système d'interrogation à une ou deux fenêtres, mis à part les

effets perturbateurs des transducteurs et de leurs sup-

ports, le facteur de mesure (défini plus en détail dans la suite du présent mémoire) est le même que pour un trajet suivant un diamètre incliné, c'est-à-dire 0,7500 pour un écoulement laminaire et une fonction

connue du nombre de Reynolds pour un écoulement turbulent.

Lorsque les transducteurs amont et aval sont disposés par des orifices séparés d'accès formés dans le conduit, la nature à accès limité de l'installation peut nécessiter l'utilisation d'un segment de conduit correspondant à une corde. Ce segment peut aussi être utilisé par exemple lorsqu'un diamètre total ou une corde importante est trop long et donne une atténuation

excessive des signaux pulsés. Dans une autre configura-

tion de montage, le trajet d'interrogation peut com-

prendre une réflexion à la paroi interne du conduit afin qu'un trajet allongé d'interrogation soit- formé entre les transducteurs. Dans cette application, un ou plusieurs éléments réflecteurs sont avantageusement montés sur la paroi du conduit afin qu'ils donnent de meilleures caractéristiques de réflexion, réduisant ainsi l'atténuation ou la dispersion associée à l'impul-

sion réfléchie et réduisant aussi la diffusion du signal.

Dans un mode de réalisation avantageux, les éléments réflecteurs peuvent dépasser à l'intérieur du conduit

afin que leur nettoyage automatique soit facilité.

Bien que la description concerne essentiellement

les torches qui brûlent les gaz de raffinerie, il existe de nombreuses applications des fluides dans lesquelles l'invention est bien adaptée. De telles applications

correspondantes ou analogues se trouvent dans des do-

maines aussi divers que la médecine, la biologie, l'in-

dustrie automobile, l'industrie aérospatiale, les appli-

cations militaires, l'océanographie, la météorologie, la cryogénie, etc. Un dénominateur commun à toutes ces applications, qu'il s'agisse de gaz ou de liquides, est la variation rapide, réelle ou potentielle, de

la vitesse du son, de la vitesse du fluide, de l'atténua-

tion du signal et/ou de l'impédance acoustique caracté-

ristique du fluide.

Dans certaines applications médicales ou biolo-

giques, des phénomènes aussi élémentaires que la respira-

tion présentent un écoulement irrégulier et bidirection-

nel, avec une température variable, une composition variable du gaz et une humidité variable. Une pointe,

par exemple une toux ou un hoquet, représente un écou-

lement transitoire et une réponse à des exercices phy-

siques peut comprendre des combinaisons de courants respiratoire et sanguin variant progressivement et

oscillant. En océanographie et météorologie, des phéno-

mènes tels que le mélange des courants, les grains, l'effet de la pluie ou de la neige sur le vent, etc. sont des applications de l'invention. En outre, dans certains procédés cryogéniques, deux liquides de masses volumiques différentes et de vitesses différentes du son se mélangent en donnant ainsi une vitesse du son irrégulière ou variable qui ne dépend pas de la vitesse

du courant.

L'invention est aussi avantageuse dans les applications considérées comme étant en régime permanent, dans le cas d'un fluide peu corrosif et pratiquement invariant, par exemple l'eau à température ambiante, l'application portant sur le risque d'un écoulement irrégulier occasionnel dû à des variations intempestives par exemple du réglage d'une soupape, de la défaillance d'un élément de commande, d'un échauffement accidentel, etc. Ainsi, l'invention peut s'appliquer en partie à certaines opérations de remplissage dans lesquelles

la plus grande partie du cycle de remplissage s'effec-

tue à débit fixe (c'est-à-dire que la vitesse du courant de fluide est constante) mais, à la fin du cycle de

remplissage, le débit déiminue et des variations transi-

toires de la vitesse d'écoulement peuvent apparaître lorsque l'opérateur ou le système de commande tente de remplir le récipient au maximum. Pour les faibles débits, le transfert de chaleur ou la quantité de chaleur absorbée risque plus de modifier la vitesse du son

qu'au débit plus élevé.

Dans certaines applications aérospatiales et des moteurs de caractéristiques poussées, des débits élevés de pompage peuvent provoquer un échauffement du carburant liquide si bien que la vitesse du son n'est pas constante mais au contraire peut diminuer à une vitesse qui dépend de la variation antérieure de la température du liquide au cours du temps. Comme le coefficient de température de la vitesse du son est par exemple de quelques mètres par seconde et par degré C,

par exemple diminue de 4 m/s par degré C, il est mani-

feste qu'une variation faible mais régulière des tempéra-

tures peut provoquer des erreurs dans les calculs de vitesse d'un courant de fluide lorsque ces calculs sont exécutés de manière erronée dans l'hypothèse d'une vitesse du son constante. Ainsi, lorsque la vitesse du son ne diffère que d'un mètre par seconde entre les interrogations amont et aval, les données reçues peuvent être mal interprétées, c'est-à-dire que la vitesse du son peut être interprétée de manière erronée

comme une variation de la vitesse du courant.

D'autres caractéristiques et avantages de

l'invention ressortiront mieux de la description qui

va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un exemple d'application de raffinage dans laquelle

l'invention est très utile; -

la figure 2 est un schéma simplifié d'un appa-

reil d'interrogations acoustiques amont et aval; la figure 3 est un graphique représentant la relation entre la vitesse du son dans un gaz et le poids moléculaire du gaz; la figure 4 est un graphique représentant la relation entre la vitesse du son dans un gaz et le facteur de correction de température du gaz; la figure 5 est un graphique représentant l'approximation de linéarité obtenue à l'aide de données

empiriques concernant le poids moléculaire et le coeffi-

cient gamma; la figure 6 est un graphique représentant le dessin d'un gabarit selon un mode de réalisation avantageux de l'invention; la figure 7 est une vue d'ensemble d'un appareil

destiné à mettre avec précision en place les transduc-

teurs dans la paroi d'un conduit; la figure 7A représente plus en détail une saillie indiquée sur la figure 7; les figures 8a à 8q représentent différentes dispositions de transducteurs dans un conduit; la figure 9 est un schéma représentant la configuration géométrique d'un trajet de réflexion multiple dans une tuyauterie de petite dimension; la figure 9A est une coupe suivant la ligne 9A-9A de la figure 9; la figure 10 représente un mode de réalisation avantageux de structure ultrasonore destinée à être mise en place, selon l'invention; la figure 11 est un graphique représentant

des signaux émis,,reçus et redressés, et ils permet-

tent la description de l'invention;

la figure 12 est un schéma électrique repré-

sentant les principaux éléments mis en oeuvre selon l'invention;

les figures 13 et 14 sont-des schémas électri-

ques plus détaillés représentant une réalisation parti-

culièrement avantageuse de circuit électrique selon l'invention; la figure 15 est un schéma d'un circuit de réglage automatique de gain selon l'invention; la figure 16 est un graphique illustrant le fonctionnment du circuit de réglage automatique de gain de la figure 15; la figure 17 est un diagramme synoptique d'un circuit de réglage automatique de gain à plusieurs trajets, selon l'invention; et la figure 18 est un schéma électrique représen tant l'amplificateur de réglage automatique de gain de la figure 15, dans le cas de l'utilisation de plusieurs trajets. On se réfère à la figure 1 qui indique qu'une installation de fabrication pétrolière a plusieurs postes de traitement 12a, 12b,..., 12n, dans lesquels divers procédés de fabrication ou étages de traitement

sont mis en oeuvre. Par exemple, ces étapes de fabrica-

tion sont interconnectées afin qu'elles forment un procédé complet-de fabrication, grace à des canalisations et connexions de commande (non représentées). Chacun des étages de traitement comprend en outre un seul

conduit 14a, 14b,..., 14n de décharge auquel est asso-

ciée une soupape de décharge 16a, 16b,..., 16n. Les matières évacuées par ces postes sont collectées par un collecteur unique 18 qui est relié par exemple à

dix à vingt soupapes de décharge et conduits associés.

En outre, des collecteurs séparés 20, 22 et 24 provenant d'autres postes de fabrication peuvent se rassembler dans des collecteurs de plus en plus grands jusqu'à ce que toutes les matières évacuées par l'ensemble des opérations de fabrication puissent être collectées dans un seul collecteur plus important 26. Les gaz du collecteur 26 peuvent être enflammés et brûlés dans une torche ou dans une fosse et ils peuvent alors être

évacués en toute sécurité dans l'atmosphère.

Dans ce mode de réalisation de l'invention, une ou plusieurs soupapes de décharge 16a, 16b,..., 16n peut fuir et le débit de fuite est en général faible et n'a pas grande importance. Cependant, il arrive

que les soupapes fuient excessivement pour une ou plu-

sieurs raisons, provoquant ainsi l'apparition d'un débit important dans les divers collecteurs. Le débit

dans le collecteur ainsi que le contenu peuvent consti-

tuer un paramètre important pour la détermination du rendement du processus de fabrication ainsi que de la sécurité et du rendement du circuit comprenant la torche. En conséquence, il est souhaitable, pour chaque collecteur, de déterminer le débit et, si possible,

la teneur en gaz circulant dans les conduits. En conse-

quence, selon l'invention, un ensemble d'analyse et de mesure de la vitesse d'un courant de gaz est utilisé pour la détermination du débit de gaz dans les conduits ainsi que du débit massique. Ainsi, un appareil 28 à

transducteur de mesure de débit est fixé à chaque collec-

teur, cet appareil étant relié par des cAbles 30 à un appareil 32 de détermination, d'analyse et de mesure

commandé par un microprocesseur.

La figure 2 indique qu'un débitmètre acoustique 34, comprenant l'appareil 32 de mesure et d'analyse 9270

et le circuit 28 de mesure, met en oeuvre un transduc-

teur amont 36 et un transducteur aval 38 pour la trans-

mission, sous la commande de l'appareil 32, d'une impul-

sion d'énergie ultrasonore vers l'amont et vers l'aval dans un fluide 40 se trouvant dans un conduit ou collec- teur 42. De manière connue, il faut deux mesures pour déterminer la vitesse du fluide. La première nécessite

la transmission d'un signal acoustique (impulsion ultra-

sonore) en amont à partir du transducteur 38 vers le

transducteur 36, et la mesure du temps de transit T1.

Le signal acoustique est alors transmis dans l'autre sens, vers l'aval, et le temps de transit aval T2 pour ce parcours entre les transducteurs, est mesuré. A partir des deux mesures, la vitesse du son C du signal dans le milieu, la vitesse du courant de gaz V dans le conduit et, comme décrit dans la suite, le débit massique MV

peuvent être déterminés.

Comme l'indique la littérature, la vitesse du son dans un milieu C est calculée d'après l'équation 1: C = T/D (Eq. 1) dans laquelle T = (T1 + T2) /2, c'est-à-dire le temps moyen de transit, et D est la distance ou le parcours du fluide entre les transducteurs. (De façon rigoureuse, T = (T1 + T2 - 2TW)/2, TW représentant tous les retards

qui ne sont pas dus au fluide lui-même).

En outre, de manière connue, la vitesse V d'écoulement est proportionnelle à c2 dt/2D, dt étant

égal à la différence entre les temps de transit enregis-

trés c'est-à-dire dt = T1 - T2.

On a constaté selon l'invention que, à une température donnée, la vitesse C du son dans un gaz est représentative du poids moléculaire moyen du gaz,

dans le cas des gaz dont le rapport des chaleurs spéci-

fiques n'est pas indépendant de la masse moléculaire.

La corrélation de la masse moléculaire a été confirmée pour toute une catégorie d'hydrocarbures généralement paraffiniques qui, pendant unfonctionnement normal, sont présents dans le circuit de la torche. Les données disponibles suggèrent en outre qu'il est possible qu'une corrélation analogue existe pour les oléfines et les dioléfines. De plus, des données expérimentales concer- nant un gaz de craquage catalytique indiquent que la

corrélation entre la vitesse du son et la masse molécu-

laire est utile pour les produits aromatiques, à des températures connues. En conséquence, une détermination du débit massique, avec une précision de l'ordre de 1 %, à partir des mesures acoustiques de la vitesse du son et de la vitesse d'un fluide, avec une information relative à la température et à la pression, peut être obtenue à partir de la corrélation inconnue jusqu'à présent entre la vitesse du son dans un fluide et la masse moléculaire, au moins pour plusieurs compositions gazeuses. La mesure de la vitesse du son, avec la vitesse d'écoulement, donne alors une mesure du débit massique par mise en oeuvre de calculs impliquant des équations

bien connues.

Mesure de débit massique

La comparaison, à partir des résultats expéri-

mentaux, de la vitesse du son dans le gaz, à une tempéra-

ture et une pression données, et plusieurs mélanges de gaz hydrocarbonés, permet la corrélation de la vitesse du son à la masse moléculaire. Comme l'indique la figure 3, une équation qui représente approximativement la relation expérimentale représentée (pour une masse moléculaire de l'ordre de 70 environ) est: MW = 0,454 exp (7,012 - 3,793 [log C]) (Eq. 2) dans laquelle MW représente la masse moléculaire du gaz en kg/mole et C la vitesse du son dans le gaz,

en m/s.

Comme la vitesse du son varie avec la tempéra-

ture, on peut mesurer différentes vitesses du son pour un gaz à différentes températures. Un jeu de données, correspondant à des mélanges d'hydrocarbures gazeux

des torches est indiqué sur la figure 4. Il est souhai-

table de corriger en fonction de la température afin d'utiliser la corrélation de la masse moléculaire de la figure 2. Une approximation du résultat du graphique de la figure 4 est donnée par les équatiors suivantes: T = 2,27.10- 7) Co2 + (2,46 x 10-3)c (Eq. 3) c o o C37,8 C Tc (To - 37,8) (Eq. 4) -37,8 o c o dans lesquelles T est le coefficient de variation avec c la température de la vitesse du son, Co est la vitesse observée (en m/s), To est la température du gaz, et

C100 est la vitesse du son à une température correspon-

dant à 37,8 C, exprimée en m/s.

Le débit peut alors être calculé d'après l'équa-

tion suivante: M = VO x MW x 273,3 +T x Po x D2 x - x 3600 (Eq. 5)

163 273.,3 +T 04

dans laquelle M représente le débit massique, V0 la vitesse observée, en m/s, et Po0 la pression absolue

observée, exprimée en bars.

La combinaison des équations 3 et 4 donne l'équation 6:

-7 2-

Cc = C - [(2,27.10)Co2 + (2,46.10 3)CJ(To-37,8) (Eq. 6) La simplification et la combinaison des équations 2, 3, 4 et 6 donnent: MW = 1071012/c <(Eq. 7) On peut tirer une approximation de l'équation (7) par un développement en série: 0'442-Cc 0'442'CC 2 Cc3,793 = 637,194 [1 - 3,793 ( 0,442c) + 5,29692 ( 0 442C) 2 c 6714 -0,442 JLJ. <0,442

,4 0'442-C3 0442-C 4

+ 3,16580 ( 0,442) + 0,627619 ( 0,442)] (Eq.8) L'équation 5 peut alors être réécrite sous la forme:

107,012 11 273,3 2 30

M C 3,793 x 163 x 23,+Tx Po x D x - x 3600 (Eq. 9) o0 373 63 273,3+T o 4 Les résultats empiriques indiqués précédemment, reliant la vitesse du C et la température observée T O à la masse moléculaire MW et ainsi au débit massique M du gaz dans le collecteur de la torce commencent par l'équation bien connue des gaz qui est PV Y= constante et PV = RT ou P = pRT (Eq. 10) P étant la pression absolue du gaz, V (= 1/p) étant le volume spécifique du gaz, y = Cp/Cv étant le rapport des valeurs spécifiques d'un gaz parfait, R étant la constante universelle des gaz et T la température absolue

du gaz.

On sait aussi que la vitesse C du son dans un gaz peut être calculée à partir de l'équation: C = (yRT/MW)1/2 (Eq. 11) dans laquelle MW est la masse moléculaire moyenne du gaz. Le coefficient gamma est en général compris entre 1,0 et 1,67 environ. Ainsi, si l'on prend arbitrairement gamma égal à 1,33, on peut toujours calculer la masse moléculaire moyenne du gaz à une précision de 33 % environ. La corrélation empirique indiquée précédemment

permet une amélioration de la précision de la détermina-

tion de la masse moléculaire moyenne jusqu'à 1 ou 2 %.

En d'autres termes, lorsque la précision doit être accrue, l'équation 11 nécessite la connaissance

de gamma. D'autre part, les gaz présents dans les collec-

teurs 18, 20, 22 et 24 sont inconnus et en conséquence le calcul de la masse moléculaire à partir de l'équation 11 parait fonction à la fois de la vitesse du son dans

le gaz et du rapport des chaleurs spécifiques du gaz.

Cependant, dans les gaz intéressants des torches, on a constaté que le coefficient gamma et la masse moléculaire n'étaient pas des paramètres indépendants mais étaient reliés. Ainsi, dans certaines situations se présentant dans les raffineries pétrochimiques, la masse moléculaire MW et le coefficient gamma sont tous deux reliés à la vitesse du son et en conséquence l'un à l'autre. Dans la mesure ou MW et gamma ne sont pas des variables indépendantes et o leur relation a une valeur unique, MW ne peut être calculé qu'à partir de C (et T). Pour simplifier la représentation, la relation empirique entre gamma et la masse moléculaire indiquée sur la figure 5, peut être représentée approximativement par l'équation: y = aMW + b (Eq. 12) L'utilisation des équations 11 et 12 donne alors

MW = (aMW + b)RT/C d'o l'on tire MW=(bRT/C2)/(1-aRT/C2).

En conséquence, l'utilisation d'un intervallomètre pour la mesure à la fois de la vitesse du son dans le gaz C et de la vitesse d'écoulement V permet la détermination par l'instrument de la valeur MW et en conséquence

du coefficient gamma.

Montage des transducteurs acoustiques par formation de prise à chaud Comme l'indique la figure 2, une première

étape du montage du débitmètre acoustique est le posi-

tionnement convenable des transducteurs détecteurs 36 et 38 à des emplacements précis sur le conduit ou la tuyauterie (c'est-à-dire le collecteur) dans lequel circule le gaz. Par exemple, les conduits sont déjà en

place et sont très proches, adjacents l'un à l'autre.

En outre, l'installation des transducteurs doit être réalisée sans perturbation de l'écoulement normal du gaz dans le collecteur. En conséquence, on utilise une technique de formation d'une prise à chaud, avec

une nouvelle approche de montage qui repose sur l'aligne-

ment des éléments de la structure et de découpe à partir de positions centrées bien précisément sur la paroi du conduit. Selon l'invention, on prépare un gabarit 44 (par exemple une feuille de "Mylar") marqué en fonction de la dimension particulière du conduit considéré (figure 6). La partie supérieure de la tuyauterie est localisée et le gabarit est enroulé autour de la tuyauterie à

l'aide de "repères d'adaptation". Un ou plusieurs empla-

cements centraux 46 de la connexion (à utiliser ulté-

rieurement) peuvent être marqués avec un poinçon ou par un point d'intersection de lignes tracées. Dans une

variante, un trou borgne peut être percé perpendiculai-

rement à la surface profilée du conduit.

En outre, des lignes verticales et horizontales 48 et 49 sont de préférence marquées par tracé sur la tuyauterie à l'aide du gabarit. Ces lignes tracées sont utilisées afin qu'elles facilitent le positionnement

d'un bloc initial ou d'une "saillie" 50.

Comme l'indiquent les figures 7 et 7A, la saillie 50 est utilisée pour le positionnement précis d'un dispositif 56 de montage qui est utilisé pour

le maintien d'un tronçon 54 de tuyauterie, lors du sou-

dage. Des saillies correspondant à chaque dimension de tuyauterie peuvent être préparées pour les divers types de prises inclinées tels que les prises à 90 à 63 et

à 45 . Les saillies sont d'abord alignées sur la tuyau-

terie et serrées en position et sont soudées par points à la tuyauterie. L'alignement peut être réalisé suivant au moins deux techniques. Selon l'une, la saillie est recouverte de la tuyauterie, à l'aide des lignes tracées sur la tuyauterie à partir du gabarit de "Mylar". Dans une seconde technique selon l'invention, la saillie a un profil correspondant à celui de la surface externe du conduit. Un trou 53 de positionnement, percé dans la saillie perpendiculairement à la surface profilée inférieure de celle-ci, par exemple au centre de la surface profilée, constitue une position qui est une référence de montage pour la saillie, selon les deux techniques. Ainsi, une tige pointue, par exemple un clou, glisse dans le trou 53 de positionnement et dans

le creux (poinçonnage central) formé sur la tuyauterie.

Ce point de positionnement, avec la surface profilée de la saillie (selon la seconde technique) assure le positionnement original de la saillie. Dans tous les cas, la saillie est soudée par point ou fixée fermement

* d'une autre manière à la tuyauterie.

Ensuite, un accouplement correspondant 60 est disposé autour de la saillie. Cet accouplement est par exemple un ensemble soudé comprenant la buse ou "tuyauterie mâle" 54 sur laquelle a été soudé un flasque 64 d'ébauche à glisser qui a été percé afin qu'il puisse être emmanché à force. Un gabarit est utilisé pour la découpe de l'extrémité 66 de la tuyauterie mâle afin qu'elle corresponde au profil de la paroi de la tuyauterie. Les extrémités de la tuyauterie sont alors chanfreinées. Le dispositif 52 de montage est ensuite boulonné sur le tronçon 54 de tuyauterie et l'ensemble boulonné

et soudé- 60 d'accouplement est boulonné sur la saillie.

Celle-ci est *soudée lentement sur la tuyauterie, de part et d'autre le cas échéant, afin que l'orientation reste convenable par rapport à la tuyauterie. (Dans une variante, le tronçon 54 de l'accouplement peut

être placé directement autour du bloc initial, c'est-à-

dire de la saillie 50, au contact du conduit et peut

être par exemple raccordé par soudage. Une description

détaillée de ce mode de réalisation figure dans l'article Warburton et Lynnworth, "Hot Tapped Ultrasonic Flowmeter Ports in Hot Steel Pipe", Advances in Test Measurement,

vol. 20, Instrument Society of America, mai 1983).

Après soudage, le dispositif de montage est retiré, les soudures sont testées, une soupape est montée et

la prise chaude est exécutée.

La formation de la prise ou le forage en charge peut être exécuté par installation d'un foret hélicoïdal par l'intermédiaire d'une soupape et d'une garniture, dans une machine de forage en charge, puis par traversée

de la tuyauterie, le foret est alors retiré par l'inter-

médiaire de la soupape et de la garniture et une fraise annulaire ou une scie pour forage profond est mis en place avec un dispositif destiné à retenir l'éprouvette" Une découpe dans la paroi de la tuyauterie est alors effectuée, l'éprouvette est retirée et la prise est prête pour le montage des capteurs. Ceux-ci sont alors montés, d'une manière connue dans la technique, le taraudage de l'accouplement étant rendu étanche par un ruban de "Téflon" ou tout autre organe acceptable d'étanchéité. Un second transducteur est ensuite monté en position "opposée" correspondante. L'opération peut être réalisée sur une canalisation en cours d'utilisation ainsi que sur une canalisation vide, dans un dépôt d'entretien ou dns un atelier. L'avantage du procédé est très évident pour les tuyauteries qui sont très grandes par rapport aux machines disponibles de perçage ou

de fraisage d'atelier.

Positionnement de l'installation comprenant les trans-

ducteurs acoustiques On se réfère maintenant aux figures 8a à 8q

qui indiquent que les capteurs ou transducteurs acous-

tiques sont montés sur des conduits ou tuyauteries

60 existant dans une installation de fabrication. Celle-

ci a par exemple plusieurs tuyauteries formant un arran-

gement rectiligne très rapproché (figure 8a) avec peu

d'espace pour l'installation des transducteurs.

La disposition géométrique relative des trans-

ducteurs est très souple. Plusieurs configurations

géométriques peuvent être utilisées de façon satisfai-

sante. Des exemples de configurations peuvent être carac-

térisés comme (a) un trajet diagonal à 45 au milieu de la tuyauterie (figure 8b à 8d), (b) le trajet diagonal à 45 à mi-rayon (figures 8e à 8g), (c) le trajet à -90 au milieu de la tuyauterie (figures 8h-8j), (d) le trajet 63-90 à mi-rayon (figures 8k à 8m) et (e) un trajet incliné à 90 , placé à 45 transversalement à la tuyauterie (figures 8n à 8q). L'utilisation de ces diverses configurations dépend en partie de la

disposition géométrique particulière de l'installation.

En outre, d'autres variantes peuvent être utilisées suivant la configuration géométrique de la tuyauterie, par exemple le trajet peut être parallèle à l'axe de

la tuyauterie.

La première configuration, le trajet diagonal à 45 au milieu de la tuyauterie ou correspondant à un diamètre incliné sur les figures 8b à 8d, présente probablement la plus grande utilité. Les transducteurs sont placés à la paroi interne de la tuyauterie ou sa proximité et donnent une mesure de la vitesse du son suivant un trajet diamétral incliné ayant une composante axiale L. Cependant, les transducteurs peuvent aussi se trouver à des emplacements différents par rapport au

diamètre de la canalisation, comme l'imposent les pro-

priétés du gaz. Ainsi, dans les tuyauteries si grandes que le trajet acoustique serait trop long ou lorsque l'accès à la tuyauterie est limité si bien qu'un trajet diagonal à 45 à mi-tuyauterie ne peut pas être utilisé, ls capteurs peuvent être rapprochés afin que l'un soit déplacé vers le milieu de la canalisation (figure 8h,

8i, 8j) ou les deux peuvent être déplacés vers l'inté-

rieur, vers le centre. Un segment de corde peut être utilisé. En outre, dans les petites canalisations pour lesquelles les trajets acoustiques sont trop courts pour la disposition "habituelle" à la paroi interne, les capteurs peuvent être reculés dans des tronçons de canalisation ou peuvent mettre en oeuvre plusieurs

réflexion (figure 9) à l'intérieur de la tuyauterie.

La mise en retrait des transducteurs est un procédé de surveillance de débit dans des canalisations de diamètres différents avec un trajet constant dans le fluide.

Une seconde configuration ayant des possibi-

lités pratiques considérables, donnant une grande précision en écoulement laminaire et turbulent aussi, lorsque des tuyauteries voisines limitent l'accès, est le trajet à mi-rayon (figures 8e, 8f, 8g). Les transducteurs sont montés dans les parois des tuyauteries, à mi-rayon ou à son voisinage. Dans une combinaison, les tronçons de tuyauterie sont inclinés d'environ 63 par rapport à la canalisation si bien que l'angle de l'axe

des transducteurs (supposé coaxial au trajet 69 d'inter-

rogation dans le mode de réalisation représenté) et l'axe 71 du tube 71a de support de transducteur est égal à 150 . Dans une autre configuration, l'axe du

tronçon de tube est perpendiculaire à la canalisation.

Ceci constitue une configuration géométrique très commode pour la formation d'une prise en charge. Quelle que soit la configuration, les capteurs sont dirigés transversalement à la tuyauterie, avec une inclinaison par exemple de 45 . Les mesures acoustiques, quelle que soit la configuration, sont alors obtenues comme indiqué précédemment, par interrogation "en alternance"

vers l'amont et vers l'aval.

Quelle que soit la configuration de l'instal-

lation utilisée, on doit étalonner convenablement les lectures mesurées pour ce qui concerne ce qu'on appelle souvent le "facteur de mesure K". Ce facteur relie le courant échantillonné au débit moyen dans la section lors du passage des fluides dans la canalisation avec diverses répartitions de profil d'écoulement. Dans

le cas d'un écoulement turbulent, la vitesse d'écou-

lement du fluide près de l'axe central est supérieure

à la vitesse près de la paroi interne de la tuyauterie.

Un trajet axial au centre de la tuyauterie nécessite donc une réduction du débit mesuré, c'est-à-dire une multiplication par un facteur inférieur à 1, alors qu'une mesure axiale analogue réalisée près de la

paroi interne nécessite une augmentation du débit me-

- 2569270

sure, c'est-à-dire une multiplication par un facteur supérieur à 1. Par exemple, le facteur de mesure K, pour le trajet diagonal à 4S à mituyauterie classique

est bien connu et, dans le cas d'un écoulement turbu-

lent, il est donné par la relation: K = 1/(1,119 - 0,011 log Re)

dans laquelle Re est le nombre de Reynolds.

Le facteur K de mesure indiqué précédemment dépend de la valeur de la vitesse moyenne du trajet échantillonné par rapport à la vitesse d'écoulement moyennée dans la section. Dans un exemple, dans le cas d'un segment incliné de corde (figures 8n, 8p, 8q), le facteur K de mesure dépend d'au moins trois facteurs:

la distance du plan contenant le trajet à l'axe, la lon-

- 15 gueur du trajet projeté qui peut être répartie symétri-

quement par rapport à un axe vertical central, et le nombre de Reynolds. D'autres facteurs qui ont une influence sur le profil d'écoulement et en conséquence

sur le facteur de mesure, sont la rugosité de la canali-

sation, les transducteu-rs eux-mêmes, les conditions en amont, etc. Dans le cas d'un trajet incliné suivant un segment de corde comme indiqué sur les figures 8n, 8p, 8q et dans le cas d'une tuyauterie rectiligne à paroi lisse ayant un diamètre interne de 36,83 cm, le facteur

de mesure peut être calculé avec les hypothèses sui-

vantes. Lorsque le trajet se trouve dans un plan hori-

zontal à mi-rayon, symétrique par rapport à l'axe vertical central et à une longueur projetée de 30,48 cm en vue de bout et lorsque la perturbation du profil due aux sondes elles-mêmes peut être négligée, pour un nombre de Reynolds de 105, le facteur de mesure est égal à 0,89. Cette valeur de K est inférieure de 11 % environ lorsque-le trajet de la corde à mi-rayon rejoint les parois et, dans ce dernier trajet, de manière connue, K est pratiquement égal à 1 à la fois pour les

profils laminaires et turbulents.

On se réfère maintenant à la figure 9 qui, comme indiqué précédemment, indique que l'axe du trajet d'interrogation du fluide peut ne pas être suffisamment grand si bien qu'une réflexion à la paroi interne de la canalisation peut être nécessaire afin que le

trajet d'interrogation soit rallongé. La même configura-

tion géométrique peut aussi être nécessaire lorsque

l'accès à la canalisation est limité à un côté seu-

lement, par exemple dans le cas d'une canalisation enterrée. Comme l'indique la figure 9, des réflecteurs spéciaux 72, 74 et 76 sont introduits dans la "cellule à circulation" soit par (a) afin que la réflexion soit meilleure, grâce à des réflecteurs constitués de matériaux tels que l'acier inoxydable, le "Téflon" ou le titane qui reste propre ou se nettoie facilement dans les opérations d'entretien, soit (b) afin que la projection axiale efficace du faisceau d'interrogation soit accrue audelà de la limite qui pourrait être obtenue en pratique en l'absence de réflecteur. Dans le mode de réalisation considéré, trois réflecteurs sont disposés sur le trajet "replié" d'interrogation bien que, dans d'autres modes de réalisation, un nombre plus

ou moins grands de réflecteurs puisse être utilisé.

Le réflecteur 72 qui peut être formé d'acier inoxydable,

est disposé depuis l'intérieur de la cellule à circula-

tion (par exemple par l'orifice 77) et il est retenu par le lamage de la. paroi 78 de la tuyauterie. Celle-ci est par exemple formée d'acier au carbone mais, dans certaines applications, elle peut être formée d'une matière plastique armée de fibres de verre ou d'autres matériaux. Le symbole 80 de soudure indique un procédé avantageux de fixation du réflecteur 72 à la paroi afin

que les fuites soient supprimées.

Le réflecteur 74 peut être maintenu et fixé de manière analogue ou il peut être maintenu par une colle époxydeet peut être utilisé avec un joint torique

classique (non représenté) destiné à assurer l'étan-

chéité. Un troisième réflecteur 76 est en position avancée dans un bouchon 82 de canalisation. Celui-ci est monté de façon amovible dans un raccord 84 qui peut être soudé à la paroi. La vue de bout (figure 9A) indique que les réflecteurs dépassent légèrement dans le courant. Ce dépassement est volontaire et il est destiné à améliorer l'effet de nettoyage du fluide qui circule. Dans d'autres cas, il peut être souhaitable ou préférable que les réflecteurs se trouvent au niveau

de la paroi interne ou légèrement en retrait.

En pratique, une limite supérieure préférée du diamètre d ou de la plus grande dimension principale pour la face réfléchissante plate du réflecteur (telle

que la face 86) est égale au double du diamètre de l'ou-

verture formée par les fenêtres 88 et 90 de passage

des transducteurs.

Dans les cas o l'accès au conduit n'est possible que d'un c6té et o un trajet en "V" comprenant un réflecteur est trop long, par exemple à cause de l'atténuation dans le fluide due à la turbulence ou à l'absorption, une sonde 92 qui peut être introduite et qui porte deux transducteurs 36 et 38, peut être utilisée. La sonde 92 est introduite dans le conduit par une seule ouverture. Bien qu'on connaisse des sondes qui peuvent ainsi être introduites dans le cas des débitmètres à turbine, des tubes de Pitot, et

des dispositifs à inertie, etc., ils sont particu-

lièrement avantageux dans le débitmètre ultrasonore car ils n'ont pas de pièce mobile, ils ne peuvent pas se coincer, ils ont une réponse rapide et possèdent une précision élevée. Un problème particulièrement difficile dans le cas d'une sonde ultrasonore qui

peut être introduite est cependant l'isolement acous-

tique de l'élément émetteur par rapport à l'élément

récepteur. Etant donné qu'un support robuste est néces-

saire afin qu'il encaisse les forces exercées par le fluide sur le sonde et évite la fatigue et les pannes dues aux vibrations induites par l'arrachement

2S69270

des tourbillons, lorsqu'une ouverture de petit diamètre seulement est prévue pour le dispositif, la distance

entre l'émetteur et le récepteur n'est pas importante.

En conséquence, la sonde ultrasonore représentée, destinée à être introduite, est réalisée afin qu'elle

assure un isolement acoustique maximal entre les trans-

ducteurs et elle contient des matériaux ayant des impédances acoustiques différentes, donnant un meilleur isolement acoustique, les matières d'étanchéité et de garniture ayant une atténuation élevée, par exemple des matériaux fibreux, une surface minimale de contact entre les éléments à isoler, et des trajets sinueux et

de préférence avec amortissement.

La figure 10 indique que la combinaison de ces techniques d'isolation permet la réalisation d'un

débitmètre destiné à être introduit dans une canalisa-

tion et dans lequel les transducteurs 36 et 38 sont fixés par une colle époxyde à un raccord estampé 92, 94, l'étanchéité contre les surfaces cylindriques étant assurée par des viroles de métal ou de "Téflon" donnant un meilleur isolement. Dans certains cas, un trajet

sinueux 96 peut être formé autour d'un support 98 cons-

titué par un tube ou une tige. La virole donne l'étan-

chéité dans le trajet 96.

Une matière 100 d'amortissement peut être mise au contact d'une région aussi grande que possible de la structure. Le trajet sinueux 96 permet aussi la coopération étanche d'une virole métallique et d'un mince tube convenablement embouti, l'élément 98 placé à l'intérieur du trajet 96 pouvant avoir des parois suffisamment épaisses pour qu'il évite l'utilisation des procédures classiques de serrage pour l'obtention de la déformation voulue destinée à former un joint étanche. La détermination précise de la vitesse moyenne du courant dans la section par

interrogation suivant les trajets acoustiques 102 néces-

site donc l'étalonnage normal, la sélection du facteur

69270

convenable de mesure, et la connaissance précise de

la configuration géométrique du trajet d'interrogation.

Fonctions électriques Dans le cas à nouveau de l'application à une torche de raffinerie, l'appareil électrique 32 d'analyse et de mesure reçoit des signaux de plusieurs collecteurs de torche et transmet des informations concernant le débit volumique et le débit massique en fonction du temps, pour chaque collecteur. L'appareil électrique destiné à donner une mesure précise de la vitesse du son dans le fluide et de la vitesse du fluide, lorsque les paramètres définissant le fluide

varient rapidement (par exemple à 10 Hz), mesure rapi-

dement et de façon répétée les temps de transit amont et aval. Ainsi, dans le mode de réalisation représenté, l'interrogation acoustique à l'aide des transducteurs 36 et 38 est effectuée environ quatre-vingt fois par

seconde, de préférence en alternance et en série.

La direction de l'interrogation change ainsi environ quatre-vingt fois par seconde afin qu'elle donne une mesure précise du débit malgré les variations rapides de la pression et de la composition du milieu. Dans cet exemple, l'inversion des signaux acoustiques est ainsi considérablement plus rapide que le double de la vitesse de variation de la fréquence significative la plus élevée de la vitesse du son ou de la vitesse du fluide. La fréquence d'échantillonnage" satisfait

donc le critère de Nyquist. D'autres diagrammes d'inter-

rogation rapide destinés à satisfaire au critère de

Nyquist peuvent aussi être utilisés.

Dans le mode de réalisation représenté, l'"al-

ternance" est utilisée dans le cadre de l'invention pour désigner le changement de sens d'interrogation de l'amont à l'aval. Cependant, il est important de

noter que l'alternance s'applique aussi à des chan-

gements de direction après un nombre fini "n" d'interro-

gations (habituellement faible) réellement effec s ou tentées, dans un sens donné. En fait, lorsque les transducteurs sont suffisamment bien amortis pour que, pendant les quelques millisecondes qu'il faut pour qu'une impulsion parcoure 0,3 à 1 m dans un conduit contenant du gaz, le transducteur excité s'amortit

suffisamment pour qu'il se comporte comme un transduc-

teur récepteur au repos, l'alternance peut comprendre l'excitation simultanée des deux transducteurs, et les

impulsions reçues sont échantillonnées chacune prati-

quement dans la même partie de fluide se trouvant dans le conduit. (La mise au repos indique un niveau inférieur d'au moins 20 dB au niveau créé par réception de l'impulsion de pression acoustique transmise par le fluide). Ainsi, dans un cas extrême, les sens alter-

nés peuvent comprendre l'excitation simultanée d'une

paire de transducteurs amont-aval. Comme indiqué précé-

demment, dans tous le cas, le résultat est que les

données collectées donnent une fréquence d'échantillon-

nage qui satisfait au critère de Nyquist.

Il est aussi important de noter qu'une "impul-

sion" désigne un paquet d'énergie ultrasonore qui peut être codée ou modulée en amplitude, en phase ou en fréquence, et qui peut être considérée comme occupant de façon répétitive mais non continue un espace dans le conduit pendant un intervalle donné de temps. Ainsi, dans un cas extrême, l'impulsion' peut comprendre un signal entretenu qui est modulé périodiquement

et reçu à l'aide d'un procédé de filtrage adapté.

L'appareil électrique 32 commandé par micropro-

cesseur selon l'invention est ainsi réalisé afin qu'il

mesure avec précision, fiabilité et rapidité, l'inter-

valle de temps compris entre l'émission d'une impulsion par un transducteur et sa réception en général mais non obligatoirement, par un transducteur différent. Le signal représenté d'excitation électrique est une impulsion 104 limitée dans le temps, telle que

représentée par la courbe (a) de la figure 11. Cepen-

dant, l'impulsion acoustique émise est relativement étroite en fréquence étant donné les résonances du

transducteur et du bo tier du transducteur et l'impul-

sion reçue, influencée par le filtrage avec atténuation par le fluide, a l'aspect de l'impulsion 106 de la courbe (b) de la figure 11. Cette impulsion a souvent

une amplitude croissant relativement lentement, c'est-

à-dire la différence d'amplitude de crête à crête est relativement faible, soit à cause de l'impossibilité de la fabrication d'un transducteur à large bande convenable étant donné la limitation intentionnelle de la bande pour la réduction du bruit, à cause du filtrage par le milieu, soit à cause d'une combinaison de ces - raisons. (Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, d'autres excitations acoustiques peuvent être utilisées, par exemple des signaux modulés à onde entretenue, une salve d'un signal rectangulaire, une onde sinusoidale modulée par une courbe caussienne tronquée ou une fonction cosn, n étant un nombre entier

positif, etc. Dans ces autres cas, le circuit élec-

trique est obligatoirement différent afin qu'il corres-

ponde aux signaux différents d'excitation).

Dans le cas de l'impulsion représentée par la courbe (b) de la figure 11, une impulsion ayant un facteur "Q" d'environ 10, la différence d'amplitude de crête à crête à proximité du début de l'impulsion

peut n'être que de 10 %, c'est-à-dire d'environ 1 dB.

En conséquence, de faibles bruits ou d'autres interfé-

rences peuvent facilement perturber une procédure d'armement d'un seuil d'amplitude et, après l'armement,

le premier passage à zéro détermine le moment de l'ar-

rivée du signal pulsé. Comme indiqué précédemment, la forme de l'impulsion de la courbe (b) de la figure 11 se trouve dans la partie principale étant donné les effets de résonance de la structure par exemple des parois de tuyauterie, des matériaux en couche dans lesquels se déplace l'impulsion, ou des résonances

naturelles dans les transducteurs utilisés pour l'émis-

sion et la réception des impulsions ultrasonores. Les résonances caractéristiques ds matériaux peuvent aussi

affecter la configuration de l'impulsion reçue.

En conséquence, les procédés classiques d'ar- mement qui reposent uniquement sur l'amplitude du signal reçu ne sont pas suffisamment fiable pour le signal à bande étroite. Comme indiqué précédemment, le changement d'amplitude d'un cycle au suivant, pour un signal ayant un facteur "Q" d'environ 10, ne dépasse pas 10 % environ ou 1 dB. En conséquence, lorsque les fluctuations du signal reçu dépassent 1 dB, le détecteur de passage à zéro est souvent armé de manière erronée lors d'un cycle erroné, lors de l'utilisation

du procédé classique d'armement en fonction de l'ampli-

tude. Selon l'invention, un appareil et un procédés différents d'armement sont utilisés. Comme l'indique la figure 12, dans le mode de réalisation représenté, un transducteur 114 transmet un signal reçu de sortie par une ligne 118. Le transducteur 114 est représentatif

de plusieurs transducteurs montés dans les collecteurs.

Un circuit électrique correspondant à celui décrit dans la suite est utilisé (ou le même circuit peut

être connecté sous forme commutée) avec chaque trans-

ducteur. Le signal reçu, dans le mode de réalisation représenté, est traité par un circuit 119 à réglage automatique de gain et il est redressé à une seule alternance (ou à double alternance dans d'autres modes de réalisation de l'invention) par un circuit redresseur 120. Le signal redressé de sortie transmis par la ligne 122 est alors intégré par un circuit 124. Un

circuit 126 compare le signal 128 de sortie de l'inté-

grateur, pour chaque impulsion, à une valeur prérégée de seuil. Lorsque le signal de sortie d'intégration recoupe la valeur de seuil, l'appareil est alors armé et un détecteur 130 d'événement, représenté sous forme d'un détecteur de passage à zéro, détecte l'événement suivant (passage suivant à zéro) dans le signal d'entrée reçu par une ligne 131. Le redressement peut être réalisé à une seule alternance ou à double alternance, mais, dans un mode réalisation avantageux, le redres- sement d'une seule alternance est préférable. Le procédé et l'appareil d'armement utilisés dans le présent

mémoire sont particulièrement fiables et particulière-

ment peu sensibles aux bruits et oscillations tels

que décrits précédemment.

Dans le procédé et l'appareil d'armement à seuil intégré et comme l'indique la courbe (c) de la figure 11, le résultat du redressement du signal reçu est constitué par plusieurs demi-cycles d'onde sinusoïdale 134 (approximativement) croissant puis décroissant en amplitude. Dans le mode de réalisation

préféré, c'est la somme cumulée de ces surfaces com-

prises par exemple entre l'axe et chaque demi-cycle (positif) du signal reçu qui est utilisée pour le repérage (condition d'armement) d'un passage à zéro (ou d'un autre événement) qui est utilisé à son tour pour la détermination du moment réel d'arrivée de

l'impulsion d'énergie.

Comme l'indique la figure 13, dans un mode de réalisation particulier avantageux de l'invention, le circuit 124 d'intégration comporte un amplificateur opérationnel 152 relié à un condensateur 154, dans sa connexion de réaction qui revient à une entrée négative 155. L'entrée positive 156 de l'amplificateur 152 est à la masse. Un réglage de décalage à l'aide d'un potentiomètre 157 et d'une résistance série 158

permet la "mise à zéro" de l'amplificateur 152.

Le signal d'entrée de la borne négative 155 de l'amplificateur 152 provient du circuit redresseur 120. Ce dernier a un transformateur 162 qui reçoit le signal entre des bornes 164, 166 (cette dernière étant à la masse) et transmet un signal redressé (une seule alternance) d'un redresseur 168, par une ligne 170. Une résistance 172 constitue une charge d'un circuit 173 de polarisation lorsque l'amplificateur 152 ne se trouve pas dans sa région de fonctionnement linéaire. Le circuit 173 de polarisation a une diode 173a de redressement qui assure la compensation de température pour la diode 168. Les deux diodes 168

et 173a sont des diodes de Schottky.

Selon l'invention, l'intégrateur 124 intègre les demi-cycles d'un signal pulsé reçu. L'intégrateur est à l'état "remis à zéro" juste avant la réception prévue de l'impulsion du signal d'entrée afin que les problèmes posés par le bruit soient réduits et que le signal de sortie de l'intégrateur soit mis à zéro au début d'une impulsion reçue. La fonction de remise à zéro est permise par un transistor 174 dont l'émetteur et le collecteur sont reliés aux bornes du condensateur 154. Lors de la transmission d'un courant (c'est-à-dire la remise à zéro), le signal de l'intégrateur diminue progressivement jusqu'à environ - 0,1 V. Il faut à cet effet environ 0,1 à 0,2 ms, ce temps étant fixé par un potentiomètre 157. L'état du transistor 174 est commandé par le signal de sa

base qui, lors de l'arrêt de la conduction du transis-

tor, correspond à une fenêtre de réception pendant laquelle la réception d'une impulsion d'énergie est prévue. Lorsque le transistor 174 cesse de conduire, l'intégrateur 124 intègre le signal redressé de la

ligne 170.

L'immunité au bruit est encore accrue par imposition d'une bande morte, c'est-à-dire un seuil de tension au-dessous duquel le signal dc'entr6e n'est pas intégré. Dans le mode de réalisation représenté, cette bande morte est déterminée par la tension de mise à l'état conducteur de la diode 168, par exemple

0,4 à 0,5 V environ dans le cas d'une diode de Schottky.

Cette tension est effectivement réduite encore par

le circuit 173 de polarisation.

Un signal de validation de réception est disponible par une ligne 180. Il est inversé dans

un circuit 182 et transmis alors au transistor 174.

Le signal de sortie de l'intégrateur 124, disponible à la sortie d'un circuit diviseur à résistance, par une ligne 184, est relié au comparateur 126. Celui-ci est un circuit intégré 186 dont une entrée est reliée à la sortie de l'intégrateur par une ligne 184 et

son autre entrée est reliée à la sortie d'un poton-

tiomètre 188. Ce dernier est monté entre une tension

de référence et la masse. Le signal de sortie du compa-

rateur est le signal d'armement et il passe par une structure 190 de déclenchement et parait dans une ligne 192. Ce signal change d'état lorsque le signal intégré provenant du circuit 124 recoupe la valeur

de seuil déterminée par le potentiomètre 188.

Comme l'indique la figure 14, le signal de sortie du circuit à seuil intégré, transmis par la ligne 192, constituant le signal d'armement, indique une condition d'armement lorsque la valeur intégrée recoupe la valeur de seuil, changeant ainsi l'état du signal de sortie. Ce "changement d'état" valide un circuit de reconnaissance d'événement, un détecteur

de passage à zéro dans le cas considéré. Le détec-

teur 130 comporte un basculeur 200 qui, lorsqu'il

est validé initialement, est à l'état réarmé. Le bascu-

leur 200 a été préalablement réarmé par un signal de fenêtre de déclenchement transmis par une ligne 180

(par l'intermédiaire d'un circuit 202 d'inversion).

Lorsqu'il est commandé par un signal transmis par une ligne 204, le basculeur 200 indique un passage zéro dans le signal reçu formé par le transducteur, et ce signal de passage à zéro du basculeur 200, transmis par une ligne 206, parvient à un circuit supplémentaire comprenant un organe 220 de commande à microprocesseur, destiné à établir le moment de l'arrivée de l'impulsion reçue. Le détecteur 130 de passage à zéro comporte en outre un comparateur déclenché 230 sous forme d'un circuit intégré 232 qui reçoit d'un côté le signal de réception sous forme d'une impulsion électrique provenant du transducteur, par une ligne 234. Une porte 235 est préparée par le signal de déclenchement transmis par la ligne 180. Le signal pulsé transmis par= la ligne 234 a été transmis par un circuit de réglage automatique du gain afin qu'il donne un niveau d'amplitude sensiblement constant au signal d'entrée,

même en présence de variation du milieu physique con-

trôlé. Le détecteur de passage à zéro met en oeuvre un niveau variable de seuil destiné à accroître la précision de la détection du passage à zéro. Lors du fonctionnement, en l'absence de signal, le signal de sortie du comparateur 230 transmis par une liqno 236 maintient à l'état conducteur un Lransii:;eor,- I l lt de champ MOS 238. Le niveau de seuil est ainsi réglé

par un potentiomètre 240 de réglage du niveau d'arme-

ment. Dans le mode de réalisation représenté, ce niveau de repos est une tension positive non nulle. Ensuite, lorsqu'une impulsion est reçue, le comparateur 230 change l'état de son signal de sortie lorsque le seuil de repos est dépassé. Le transistor 238 passe alors à l'état conducteur si bien qu'une résitance variable 242 est en série avec le potentioimètre 240. Le niveau de seuil est ainsi abaissé en fait, la résistance variable 242 ayant une valeur nettement supérieure à celle du potentiomètre 240. Ainsi, lorsque le signal d'entrée se rapproche de zéron, allant d'une tension positive à une tension négative (pour la position d'un commutateur 244 représenté sur la figure), le passage du seuil inférieur est marqué par le changement d'état du signal de la ligne 236. C'est ce changement qui constitue le signal d'horlog du basculeur 200 et marque ainsi, par un signal transmis par la ligne

206, le premier passage à zéro vers les valeurs néga-

tives après réception du signal d'armement par la ligne 192. (Dans son autre position, le commutateur 244 met un circuit 248 d'inversion en série avec la sortie du comparateur 230, provoquant ainsi la détection d'un passage à zéro des valeurs négatives aux valeurs positives au niveau de seuil fixé par le potentiomètre ). Bien qu'on ait décrit l'invention en référence à un détecteur de passage à zéro, il faut noter que le moment réel auquel le temps est mesuré, lors de l'armement ou après celui- ci, peut correspondre à divers niveaux de seuil. Par exemple, le niveau auquel le temps d'arrivée est considéré comme présent peut - 15 se trouver à tout niveau absolu commode, à une fraction

choisie du niveau de crête ou même à une valeur supé-

rieure à une valeur maximale particulière du cycle, par exemple à 50 % de plus que la valeur de crête du premier cycle suivant l'armement. Cette dernière possibilité peut être choisie pour la mesure du temps

à un moment auquel le rapport signal/bruit est suffi-

samment important pour que la précision obtenue soit

particulièrement élevée.

La technique d'armement à seuil intégré assure l'armement précis, fiable et répété du détecteur de reconnaissance d'événement au cycle de chaque impulsion

reçue par la ligne 118.

Dans les modes de réalisation dans lesquels les transducteurs, le milieu et/ou les structures d'interrogation permettent la réception d'une impulsion

acoustique sur une large bande, un procédé plus clas-

sique d'armement, par exemple à seuil d'amplitude fixe ou à pourcentage fixe de l'amplitude de crête,

etc., peut être.utilisé.

Réglage automatique du gain Dans le mode de réalisation représenté, le circuit 119 de réglage automatique du gain peut suivre l'enveloppe des signaux ayant des amplitudes croissant rapidement et décroissant rapidement. Sur la figure 15, le circuit 119 représenté à un détecteur déclenché réarmable 302 de crête, un élément 304 de mémoire, par exemple un condensateur, des commutateurs 306 et 308, un intégrateur différentiel 310 à "pompage de charge", ayant un condensateur intégrateur 311 dans sa boucle de réaction, et un amplificateur 312 à

gain réglé par le niveau du signal de réglage automa-

tique de gain transmis par une ligne 314. Le signal parvenant à l'amplificateur à gain réglé et le signal d'entrée "brut" provenant par exemple du transducteur 114 qui reçoit l'énergie ultrasonore du fluide. Le signal de sortie du transducteur parvient au circuit 119 de réglage du gain par la ligne 118. Le signal de sortie de l'amplificateur à gain réglé, transmis par la ligne 131, est ainsi un signal stabilisé de sortie qui est transmis notamment au circuit 120 de redressement et au détecteur 130 de passage à zéro. Ce signal stabilisé de sortie parvient aussi au détecteur

déclenché et réarmable de crête 302 dans lequel l'ampli-

ficateur de réglage automatique de gain fonctionne

avec une configuration en boucle fermée.

Lors du fonctionnement et comme l'indiquent les figures 15 et 16, au début d'une impulsion, au temps "A", le détecteur 302 de crête a été remis à

zéro. Il peut être remis à zéro pr exemple avec l'impul-

sion de la fenêtre de réception transmise par la ligne (figures 13 et 14). Après réception du signal voulu, le détecteur de crête charge l'élément 304 de mémoire à une tension correspondant à la crête du signal reçu. Pendant ce temps, le commutateur s'est fermé et le commutateur s'est ouvert. Après réception de l'impulsion, le commutateur 306 est ouvert et le commutateur 308. est ensuite fermé. Ceci se produit à un temps "B" après la réception de l'impulsion mais

avant la réception de l'impulsion suivante.

Lorsque le commutateur 308 est fermé, une partie de la chage conservée dans l'élément 304 est

"déversée" dans l'intégrateur différentiel 310. L'impor-

tance de la charge injectée dans l'intégrateur 310 est proportionnelle à la différence entre la tension de réglage d'amplitude du signal déterminé par un potentiomètre 320 et l'amplitude du signal réel de crête reçue. La charge "déversée" provoque l'application

d'une tension de correction qui règle le gain de l'am-

plificateur 312 par le signal de sortie de l'intégra-

teur 310, constituant la tension du signal de réglage automatique de gain. Le détecteur de crête est ensuite remis à zéro par le signal de déclenchement de la ligne 180, les commutateurs 306 et 308 changeant d'état si bien que l'élément de mémoire se décharge et le

cycle se répète pour l'impulsion suivante reçue.

Comme l'indique la figure 17, un seul circuit récepteur et amplificateur à gain automatique réglé peut être utilisé pour plusieurs trajets de mesure, correspondant à des mesures dans plusieurs collecteurs, à l'aide d'un arrangement de commutation synchronisée et d'éléments de mémoire associés à chaque trajet. Dans ce mode de réalisation de l'invention, le circuit comporte des commutateurs 400, 402 à plusieurs positions qui connectent en synchronisme l'amplificateur 404 à gain réglé automatiquement et un détecteur 406 de crête de réglage automatique de gain qui fonctionne en coopération avec un amplificateur 408 et différents tajets (1, 2, 3,..., n-1, n) et différents éléments de mémoire 410a, 410b,..., 410n-1, 410n. Ainsi, selon l'invention, chaque élément de mémoire est utilisé afin qu'il conserve des données précises sur le niveau du signal de réglage automatique de gain pour le trajet associé d'émission. Le circuit de réglage automatique de gain peut assure une compensation convenable pour chaque trajet dès la sélection de ce trajet, grâce à ce niveau mémorisé de réglage automatique de gain

pour chaque trajet.

Ainsi, les commutateurs 400 et 402 fonctionnent

en synchronisme si bien que le déplacement du commuta-

teur 400 sur le trajet "m" s'accompagne automatiquement du déplacement du commutateur 402 de manière qu'il relie l'élément de mémoire 410(m) au circuit. Les éléments de mémoire peuvent aussi être remis à jour chaque fois qu'un trajet est sélectionné si bien que la boucle de réglage automatique de gain peut être

utilisée pour la compensation des variations de l'inten-

sité du signal dépendant du trajet.

* En outre, lorsque plusieurs trajets sont mesurés avec un récepteur de réglage automatique de gain, le circuit d réglage automatique du gain décrit

en référence à la figure 15 est utilisé de préférence.

Le circuit de la figure 15 peut être modifié afin qu'il permette l'utilisation de plusieurs éléments de mémoire, par exemple tels que représentés sur la figure 17. Le circuit résultant de réglage automatique

de gain de la figure 18 fonctionne d'une manière iden-

tique à celle qu'on a décrite en référence à la figure , mis à part l'utilisation de commutateurs synchrones 306, 308 pour la réalisation du circuit nécessaire de commutation destiné à conserver et mémoriser en synchronisme ls signaux de réglage automatique de gain dans des condensateurs 311(a), 311(b),..., 311(n),

et pour connecter l'amplificateur 312 à la ligne conve-

nable d'entrée.

Comme l'indique la figure 12? l'organe 220

de commande à microprocesseur assure la commande cycli-

que, répétée et en alternance, des transistors 36 et 38 lors de l'interrogation des collecteurs afin que la vitesse du fluide et la vitesse du son soient

déterminées en fonction du temps. La commande à micro-

processeur commande et synchronise aussi le circuit de réglage automatique de gain en fonction du trajet particulier interrogé. En conséquence, de manière correspondante, le microprocesseur reçoit des données du détecteur de passage à zéro et synchronise celles-ci

avec le trajet particulier interrogé.

Le microprocesseur est aussi destiné à commuter de manière fiable et rapide entre les diverses paires de transducteurs des collecteurs et à transmettre un signal, au cours du temps, qui reflète le débit volumique et le débit massique dans le collecteur, à l'aide du circuit de réglage automatique de gain de la figure 18. Ce circuit à plusieurs trajets de la figure 18 permet une commutation rapide malgré la

variation de l'atténuation des signaux dans les diffé-

rents trajets ou en sens opposés sur un même trajet.

Cependant, une moyenne est réalisée avec une technique d'affaiblissement en mémoire afin que les lectures erronées soient évitées. Ceci peut être considéré

comme une forme d'une moyenne à "fourgon" dans la-

quelle, au cours des pesées, les contributions des

données des anciens "fourgons" n'ont pas autant d'in-

fluence que les données plus récentes. Cela signifie que la moyenne est sensible de manière réglée aux variations transitoires. Un exemple de procédure de pesée par un procéd binaire de pesée tronquée, est indiqué par le tableau qui suit: Case n Poids

1 8

2 4

3 2

4 1

supérieur à 4 0

Il faut noter qu'on peut utiliser, afin d'obte- -

nir un signal de sortie plus régulier et moins sensible

aux variations transitoires, une mémoire plus "éléphan-

tesque", c'est-à-dire qui contient des contributions de mesure faites beaucoup plus tôt. L'appareil résultant de mesure de débit commute ainsi rapidement entre plusieurs trajets, règle rapidement en fonction de chaque trajet à l'aide du circuit amplificateur de réglage automatique de gain à plusieurs trajets et détermine avec précision le moment de l'arrivée de l'impulsion incidente afin qu'il donne avec précision

les mesures du temps absolu de transit (pour la détermi-

nation de la vitesse de l'impulsion dans le fluide et en conséquence du débit massique) et de la différence de temps entre les temps de transit amont et aval

afin que le débit volumique soit déterminé.

La commande à microprocesseur peut aussi être utilisée pour la mesure de la température du

fluide sans utilisation réelle d'un capteur supplémen-

taire de température. Lorsque la réalisation du généra-

teur d'impulsions qui excite les transducteurs permet le réglage de la fréquence centrale de l'impulsion émise par la fréquence de résonance du transducteur

ou par un élément principal de la structure de l'en-

semble comprenant le transducteur ou lorsque la fré-

quence de résonance est un fonction connue de la tempé-

rature, la fréquence centrale de l'impulsion peut alors être utilisée comme mesure de la température du fluide. En conséquence, la détermination du débit massique, comme indiqué précédemment en référence aux équations 2 à 11, peut être réalisée sans qu'un

transducteur supplémentaire de température soit néces-

saire. Dans ces conditions, le microprocesseur reçoit en plus un signal représentant la fréquence de résonance de l'impulsion reçue. Un circuit permettant cette

opération est bien connu des hommes du métier.

De même, on sait que le niveau du signal acoustique reçu peut être relié à la pression du fluide, dans le cas d'écoulements calmes. Le microprocesseur peut donc déterminer une valeur de la pression et

de la température du fluide à partir des mesures acous-

tique. Le débit massique, obtenu suivant l'équation 9,

peut être déterminé alors uniquement avec les transduc-

teurs acoustiques.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1.Appareil de détection d'une fuite dans une installation à torche de brûlage, l'installation comprenant: plusieurs postes de traitement (12a12n), chaque poste de traitement ayant un conduit d'évacuation

de sécurité (14a-14n) et une soupape de décharge (16a-

16n) associés et reliés afin qu'ils règlent l'évacuation du poste de traitement vers un conduit, et un conduit collecteur (18) relié à plusieurs conduits d'évacuation, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend: un premier transducteur (36) ayant un premier emplacement dans le conduit collecteur, un second transducteur (38) ayant un second

emplacement dans le conduit collecteur, les deux trans-

ducteurs délimitant entre eux un trajet d'interrogation, un dispositif (32) d'excitation des deux

transducteurs afin qu'ils émettent de l'énergie acous-

tique, un dispositif (32) de mesure d'un temps de transit amont et d'un temps de transit aval pour la propagation de l'énergie entre les transducteurs, vers l'amont et vers l'aval respectivement, un dispositif (32) de commande de l'excitation et un dispositif de mesure destiné à former des mesures de temps de transit à une fréquence supérieure à au moins 10 fois par seconde, et un dispositif (32) destiné à déterminer, à partir des temps de transit, la vitesse du son dans

le fluide en fonction du temps et la vitesse de l'écou-

lement de fluide en fonctio du temps, si bien qu'une fuite de gaz par les soupapes

de décharge (16a-16n) peut être détectée.

2. Procédé de détection d'une fuite dans une installation à torche de brûlage, l'installation comprenant plusieurs postes de traitement (12a12n) ayant chacun un conduit de décharge de sécurité (14a-14n) et une soupape de décharge (16a-16n) qui lui sont associés et qui sont reliés afin qu'ils règlent les évacuations du poste de traitement vers un conduit, et un conduit collecteur (18) raccordé à plusieurs conduits d'évacuation, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend: l'excitation d'un premier transducteur (36) et d'un second transducteur (38) afin qu'ils émettent de l'énergie acoustique, le premier transducteur ayant un premier emplacement dans le conduit collecteur et le second transducteur un second emplacement, la mesure d'un temps de transit amont et

d'un temps de transit aval correspondant -à la propaga-

tion d'énergie entre les transducteurs, vers l'amont et vers l'aval respectivement, la répétition des opérations d'excitation et de mesure à une fréquence supérieure à 10 fois par seconde au moins, et

la détermination, à partir des temps de tran-

sit, de la vitesse du son dans le fluide en fonction du temps et de la vitesse d'écoulement du fluide en fonction du temps, si bien qu'une fuite de gaz par les soupape de décharge vers l'installation à torche de brûlage

et vers la torche peut être détectée.

3. Appareil de mesure de la vitesse d'un fluide dans un conduit, caractérisé en ce qu'il comprend: un transducteur amont (36), un transducteur aval (38), un dispositif (32) de mesure d'un temps de transit amont et.d'un temps de transit aval de l'énergie acoustique dans le fluide présent dans le conduit, le dispositif de mesure comportat en outre un dispositif destiné à mesurer de façon répétée et en alternance les temps de transit amont et aval à une fréquence de répétition ayant une valeur minimale qui dépend d'un critère de Nyquist pour le fluide et une valeur maximale dépendant de l'amortissement des transducteurs, si bien que des débits variant rapidement

peuvent être contrôlés.

4. Procédé de mesure de la vitesse d'un fluide dans un conduit, caractérisé en ce qu'il comprend: la mesure d'un temps de transit amont et

d'un temps de transit aval d'énergie acoustique parcou-

rant un trajet formé dans le conduit, la répétition de la mesure de manière alternée, à une fréquence de répétition dont la valeur minimale dépend d'un critère de Nyquist pour le fluide et une valeur maximale qui dépend de l'amortissement des transducteurs, et la poursuite de la vitesse du fluide ayant une fréquence maximale de signification inférieure à

5 Hz.

5. Appareil de mesure de la vitesse d'un fluide s'écoulant dans un conduit (42) et de la vitesse du son dans le fluide, la vitesse du fluide étant

caractérisée par une première fréquence élevée intéres-

sante et la vitesse du son étant caractérisée par

une seconde fréquence élevée intéressante, ledit appa-

reil étant caractérisé en ce qu'il comprend:

un transducteur amont (36), -

un transducteur aval (38), un dispositif (32) de mesure d'un temps de trnsit amont et d'un temps de transit aval de l'énergie ultrasonore s'écoulant dans le fluide dans le conduit, un dispositif (32) destiné à déclencher le dispositif de mesure à une fréquence supérieure au

double de la plus grande des deux fréquences intéres-

santes, le dispositif de mesure effectuant en série et en alternance les mesures des temps de transit amont et aval, si bien qu'une vitesse d'écoulement et une composition de fluide variant rapidement peuvent être

mesurées vec précision par l'appareil.

6. Procédé de mesure de la vitesse d'un fluide s'écoulant dans un conduit (42) et de la vitesse du

son dans ce fluide, la vitesse du fluide étant caracté-

risée par une première fréquence intéressante élevée et la vitesse du son étant caractérisée par une seconde fréquence intéressante élevée, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend: la mesure d'un temps de transit amont et d'un temps de transit aval entre des transducteurs amont et aval (36, 38) d'énergie ultrasonore circulant dans le fluide présent dans le conduit, le déclenchement de la mesure à une fréquence de répétition supérieure au double de la plus grande des première et seconde fréquences, et l'exécution des mesures du temps de transit amont et du temps de transit aval en alternance et en série, si bien qu'une vitesse d'écoulement et une composition de fluide variant rapidement peuvent être

suivie avec précision par mise en oeuvre du procédé.

7. Appareil de détermination de la masse moléculaire moyenne d'un gaz s'écoulant dans un conduit, caractérisé en ce qu'il comprend: un dispositif (32, 36, 38) de mesure du temps de transit d'énergie acoustique parcourant un trajet transversal au conduit, et

un dispositif (32) de détermination, en fonc-

tion des temps de transit, de la masse moléculaire moyenne du gaz s'écoulant dans le conduit, au moment

de la mesure des temps de transit.

8. Procédé de détermination de la masse molécu-

laire moyenne d'un gaz s'écoulant dans un conduit ' (42) caractérisé en ce qu'il comprend:

la mesure du temps de transit d'énergie acous-

tique parcourant un trajet transversal au conduit (42), et la détermination, en fonction du temps de

transit, de la masse moléculaire moyenne du gaz s'écou-

lant dans le conduit (42) au moment de la mesure des

temps de tansit.

9. Procédé de montage d'un transducteur dans la paroi d'un conduit par une opération de perçage en charge, caractérisé en ce qu'il comprend: le marquage d'un emplacement sur la paroi externe du conduit pour le montage du transducteur, l'utilisation des marques formées pour le positionnement d'une structure initiale (50) sur la paroi externe, le soudage de cette structure (50) à la paroi, l'exécution du perçage en charge à l'aide

de la structure de départ pour la découpe d'une ouver-

ture dans la paroi, et le monitage du -transducteur audit emplacement,

dans la paroi du conduit.

10. Appareil de mesure de la vitesse d'un fluide dans un conduit dont l'accès est limité, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend: un transducteur amont (36), un transducteur aval (38), et un dispositif (32) de mesure des temps de transit amont et aval de l'énergie acoustique entre les transducteurs, et un dispositif de montage des transducteurs dans une ouverture unique formée dans le conduit, le dispositif de montage ayant un dispositif (100) d'isolement acoustique des transducteurs amont

et aval.

11. Appareil de mesure de la vitesse d'un fluide dans un conduit, caractérisé en ce qu'il comprend: un transducteur amont (36), un transducteur aval (38), un dispositif (32) de mesure des temps de transit amont et aval de l'énergie acoustique entre les transducteurs, et un dispositif de montage des transducteurs afin qu'il délimite un trajet d'interrogation entre

eux, suivant un segment de corde dudit conduit.

12. Appareil de mesure de la vitesse d'un fluide dans un conduit, caractérisé en ce qu'il com- prend: un transducteur amont (36), un transducteur aval (38), et un dispositif (32) de mesure des temps de transit amont et aval de l'énergie acoustique, entre les transducteurs, et un dispositif (72, 74, 76) de réflexion monté sur la paroi du conduit et destiné à prolonger un

trajet d'interrogation formé entre les transducteurs.

13. Appareil de détermination de là vitesse du son et de la vitesse d'écoulement d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend: un conduit (42) dans lequel s'écoule le fluide, un premier transducteur (36) monté à un premier emplacement dans le conduit, un second transducteur (38) monté à un second emplacement dans le conduit, le premier et le second

transducteur délimitant entre eux un trajet d'interro-

gation ayant au moins une composante dans la direction axiale d'écoulement du fluide, un dispositif (32) d'excitation des deux

transducteurs afin qu'ils émettent de l'énergie acous-

tique, un dispositif (32) de mesure d'un temps de transit amont et d'un temps e transit aval, pour la propagation de l'énergie entre les transducteurs vers l'amont et vers l'aval respectivement, un dispositif (32) de commande des dispositifs d'excitation et de mesure afin que des mesures des temps de transit soient effectuées à une fréquence supérieure à 10 fois par seconde, et un dispositif (32) de détermination, à partir des temps de transit, de la vitesse du son dans le

fluide en fonction du temps et de la vitesse d'écou-

lement du fluide en fonction du temps, le dispositif de commande assurant la commande la dispositif d'excitation en fonction d'un diagramme qui alterne si bien que les mesures des temps de transit sont suffisamment mêlées pour mesurer avec précision les fluctuations de la vitesse du son et de la vitesse d'écoulement du fluide, à une fréquence au moins égale

à 5 Hz.

14. Procédé de détermination de la vitesse du son et de la vitesse d'un fluide, caractérisé en ce.qu'il comprend: l'excitation d'un premier transducteur (36) et d'un second transducteur (38) afin qu'ils émettent de l'énergie acoustique, le premier transducteur se trouvant à un premier emplacement dans un conduit

dans lequel s'écoule le fluide et le second transduc-

teur se trouvant à un second emplacement dans le con-

duit, les transducteurs -délimitant entre eux un trajet d'interrogation ayant au moins une composante axiale dans la direction d'écoulement du fluide, la mesure d'un temps de transit amont et d'un temps de transit aval de propagation de l'énergie entre les transducteurs vers l'amont et vers l'aval respectivement, la répétition des étapes d'excitation et de mesure afin que des données de temps de transit soient obtenues à une fréquence supérieure à 10 fois par seconde au moins, la détermination, à partir des temps de transit, de la vitesse du son dans le fluide en fonction du

temps et de la vitesse d'écoulement du fluide en fonc-

tion du temps, et

la- commande de l'excitation suivant un dia-

gramme qui alterne si bien que les mesures de temps de transit sont suffisamment mêlées pour qu'elles mesurent avec précision les fluctuations de la vitesse du son et de la vitesse du fluide qui apparaissent

à une fréquence au moins égale à 5 Hz.

15. Appareil de mesure de la vitesse d'un fluide dans une installation à torche de brûlage, l'installation comprenant: plusieurs postes de traitement (12a-12n) ayant chacun un conduit associé de décharge de sécurité

(14a-14n) et une soupape de décharge de sécurité (16a-

16n) reliés de manière qu'ils règlent les évacuations du poste de traitement vers un conduit, et un conduit collecteur (18) raccordé à plusieurs conduits de décharge, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend: un premier transducteur (36) ayant un premier emplacement dans le conduit collecteur, un second transducteur (38) ayant un second

emplacement dans le conduit collecteur, les deux trans-

ducteurs délimitant entre eux un trajet d'interrogation,

un dispositif (32) d'excitation des tansduc-

teurs afin qu'ils émettent de l'énergie acoustique, un dispositif (32) de mesure d'un temps de

transit amont et d'un temps de transit aval de propaga-

tion de l'énergie entre ls transducteurs vers l'amont et vers l'aval respectivement, un dispositif de commande des dispositifs d'excitation et de mesure afin que des mesures des temps de transit soient effectuées à une fréquence supérieure à au moins 10 fois par seconde, et un dispositif (32) de détermination, à partir des temps de transit, de la vitesse d'écoulement du

fluide en fonction du temps, le dispositif de détermina-

tion mettant en oeuvre une somme des temps de transit amont et aval.et une différence entre les temps de transit amont et aval pour la détermination de la

vitesse d'écoulement du fluide.

16. Procédé de mesure d'un ecoulement de fluide dans une installation à torche de brûlage, cette installation comprenant: plusieurs postes de traitement (12a-12n) ayant chacun en association un conduit de décharge de sécurité (14a-14n) et une soupape de décharge de sécurité (16a-16n) reliés afin qu'ils commandent les évacuation du poste de traitement vers un conduit, et un conduit collecteur (18) relié à plusieurs conduits de décharge, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend: l'excitation d'un premier transducteur (36) et d'un second transducteur (38) destinés à émettre de l'énergie acoustique, le premier transducteur ayant un premier emplacement dans le conduit collecteur et le second transducteur ayant un second emplacement dans le conduit collecteur, la mesure d'un temps de transit amont et d'un temps de transit aval pour la propagation de l'énergie entre les transducteurs (36, 38) vers l'amont et vers l'aval respectivement, la répétition des opérations d'excitation et de mesure à une fréquence supérieure à 10 fois par seconde, et

la détermination, à partir des temps de tran-

sit, de la vitesse d'écoulement du fluide en fonction du temps, cette étape de détermination mettant en oeuvre la somme des temps de transit vers l'amont et vers l'aval et leur différence pour la détermination

de la vitesse d'écoulement du fluide.