DE LA VALEUR COURANTE D'UN DEBIT DE FLUIDE DANS UN

COMPTEUR DE FLUIDE

La présente invention est relative à un procédé de surveillance de 5 évolution de la valeur courante d'un débit de fluide dans un compteur de fluide ainsi qu'à un compteur de fluide comprenant un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé.

Parmi les compteurs de fluide, on connaît notamment deux types, les compteurs volumétriques à membranes et les compteurs à turbine qui i o présentent une caractéristique commune, à savoir que ces compteurs comprennent une unité de mesure, encore appelée bloc mesureur, dans laquelle circule un volume de fluide et à laquelle est relié un axe qui est entraîné en rotation autour de lui même sous l'effet de la circulation du fluide dans ladite unité de mesure. 15 Cet axe peut être directement relié à l'unité de mesure comme dans un compteur à turbine ou indirectement relié à ladite unité de mesure comme dans un compteur volumétrique à membranes.

Chaque tour effectué par l'axe de rotation représente un volume de fluide donné qui est fonction du compteur. 20 Ainsi, pour déterminer la valeur courante du débit de fluide dans le compteur, il suffit de détecter de manière précise le mouvement de rotation de l'axe au cours du temps.

Or, il est très difficile de détecter précisément ce mouvement de rotation en raison par exemple des frottements mécaniques des 25 différents éléments en mouvement dans le compteur et de la mécanique de mesure dudit compteur qui créent des irrégularités dans le mouvement de rotation et il s'ensuit des discontinuités dans la variation de la vitesse de rotation de l'axe.

En outre, l'axe peut être soumis à de légères oscillations. 30 Tous ces phénomènes entraînent une mauvaise connaissance des instants exacts où l'on échantillonne la position de l'axe ce qui rend très difficile le traitement électronique ultérieur qui permet de déterminer un débit de fluide.

Par ailleurs, lorsqu'un compteur de ce type est équipé de sa propre 35 source d'énergie, par exemple une batterie, il convient de réduire le plus possible la consommation énergétique dudit compteur afin d'augmenter la durée de vie de la source d'énergie.

Toutefois, on demande aux compteurs de fluide non seulement de

déterminer avec précision et à faible coût énergétique la valeur courante du débit de fluide mais également de surveiller l'évolution temporelle de cette valeur, sur un continuum de débits par rapport à certaines valeurs prédéterminées du débit de fluide comprises dans 5 ce continuum.

En effet, lorsque le débit de fluide atteint par exemple la valeur prédéterminée maximale de la gamme métrologique de débits du compteur, il est nécessaire de fermer rapidement une vanne située en amont du compteur de fluide pour des raisons de sécurité. i o Pour ce faire, il faut connaître avec précision la valeur courante du débit de fluide sur toute la gamme jusqu'à la valeur prédéterminée maximale. .

Par exemple pour un compteur de gaz domestique, une précision de l'ordre de 2 à 5% sur la détermination de la valeur maximale du débit

15 est exigée.

Par ailleurs, au cours du fonctionnement du compteur de fluide, le débit peut varier brusquement et prendre une valeur supérieure à la valeur prédéterminée maximale, valeur qualifiée de surdébit. Il est alors impératif, d'une part, de s'apercevoir rapidement de cette

20 augmentation de la valeur courante du débit et, d'autre part, de pouvoir agir immédiatement sur la vanne.

Par exemple, pour un compteur de gaz domestique dont la valeur maximale du débit est de 6m ³ /h, le surdébit peut atteindre en 100ms des valeurs de l'ordre de 50m ³ /h et l'on dispose alors d'environ

25 quinze secondes pour fermer la vanne.

On constate donc qu'il est très important de surveiller l'évolution du débit de fluide par rapport à ces valeurs de débit maximal et de ^' surdébit mais il est également fondamental de pouvoir suivre cette évolution sur tout le continuum de débits c'est -à-dire de ne pas

30 manquer de détections de la position de l'axe lorsqu'ils traduisent une augmentation de la vitesse de rotation de l'axe et donc du débit. On connaît l'utilisation .de capteurs magnétiques pour détecter le mouvement de rotation de l'axe. Dans une telle configuration, un capteur magnétique est solidaire de l'axe de rotation, un autre capteur 35 magnétique est assujetti à un support fixe et, à chaque tour de l'axe, lorsque les deux capteurs sontΥun en face de l'autre, le capteur fixe

délivre une impulsion qui correspond à un volume de fluide donné. Néanmoins, pour résister à l'action de champs magnétiques extérieurs, de tels compteurs de fluide comportant des capteurs magnétiques doivent être équipés d'une protection particulière telle que par exemple un blindage magnétique.

Il est également connu de recourir à des systèmes de détection résonnants pour détecter le mouvement de rotation de l'axe mais de tels systèmes ne conviennent pas pour répondre au problème posé. La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé de surveillance de l'évolution de la valeur courante du débit de fluide dans un compteur de fluide ainsi qu'un compteur de fluide comprenant un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé, permettant notamment de détecter, sur un ccontiπuum de débits, un débit maximal et un surdébit tout en consommant aussi peu d'énergie que possible.

La présente invention a ainsi pour objet un procédé de surveillance de l'évolution de la valeur courante d'un débit de fluide dans un compteur de fluide qui comprend une unité de mesure et un axe de rotation relié à ladite unité de mesure et apte à entrer en rotation autour de lui même lorsqu'un volume de fluide traverse l'unité de mesure, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter les mouvements de rotation et de non rotation de l'axe suivant une fréquence dite d'échantillonnage variable selon une loi d'échantillonnage prédéterminée, ladite fréquence étant définie en fonction d'au moins une valeur prédéterminée de débit de fluide, et à traiter électroniquement des informations correspondant à une détection et à une non détection d'un mouvement de rotation de l'axe suivant ladite fréquence d'échantillonnage afin de déterminer, sur un continuum de débits, la valeur courante du débit de fluide par rapport à la valeur prédéterminée de débit de fluide incluse dans ledit continuum de débits.

Selon une autre caractéristique de l'invention: - on détecte les mouvements de rotation et de non rotation de l'axe suivant au moins deux valeurs f et f2 de la fréquence d'échantillonnage prédéterminées par la loi d'échantillonnage de telle

façon que f-| soit définie en fonction d'une première valeur prédéterminée de débit de fluide Qi , f2 soit définie en fonction de Q-i et d'une deuxième valeur prédéterminée de débit de fluide Q2, avec fi < f2 et Q-] < Q2, et qu'ainsi les fréquences f-j et f2 définissent deux gammes de débits du continuum qui se recouvrent partiellement, l'une allant jusqu'à une valeur de débit Q'1 définie par la fréquence fi , avec Q-| < Q'1 < Q2, et l'autre allant d'une valeur de débit Q'2 définie par ladite fréquence f-| jusqu'à la valeur Q2, avec Q1 < Q'2 < Q'1 , et l'on traite électroniquement les informations suivant lesdites fréquences f-| et f2 afin de déterminer la valeur courante du débit de fluide par rapport auxdites gammes de débits.

Avantageusement, le procédé selon l'invention permet de déterminer dans quelle gamme de débits se trouve la valeur courante du débit de fluide.

La caractéristique selon laquelle les gammes de débits se recouvrent partiellement et qui est due au choix particulier de la loi d'échantillonnage permet finalement de suivre de manière très fiable tous les mouvements de rotation de l'axe sur une large plage de vitesses de rotation, c'est à dire de surveiller l'évolution de la valeur courante du débit sur tout le continuum de débits.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - avant de traiter électroniquement des informations ledit procédé consiste à effectuer les étapes suivantes:

1 ) on génère plusieurs signaux électriques consécutifs suivant la fréquence d'échantillonnage variable selon la loi d'échantillonnage prédéterminée,

2) on alimente avec chacun desdits signaux électriques au moins un capteur placé en regard de la trajectoire d'au moins un repère associé à l'axe de rotation et destiné à délivrer un état de sortie binaire selon la position dudit capteur par rapport audit repère,

3) à partir desdits états de sortie binaires, on forme un signal de sortie qui représente la succession temporelle des informations correspondant à une détection et à une non détection d'un mouvement de rotation de l'axe, chaque détection représentant un

volume de fluide donné,

- au cours de l'étape 1 ): a) durant un premier intervalle de temps Δt-| , on génère au moins un signal électrique suivant la fréquence fi , b) durant un second intervalle de temps Δt2 consécutif à Δt-| , on génère au moins un signal électrique suivant la fréquence f2, c) et l'on répète les étapes précédentes.

- Au cours du procédé selon l'invention: a) on traite électroniquement en permanence à la fréquence d'échantillonnage fi les informations de détection et de non détection du mouvement de rotation de l'axe issues du signal de sortie, b) au bout d'un intervalle de temps Δt-| de traitement électronique des informations à ladite fréquence f -j » simultanément, on traite électroniquement des informations de détection et de non détection du mouvement de rotation de l'axe dudit signal de sortie à la fréquence d'échantillonnage f2, c) et l'on répète les étapes précédentes.

. la fréquence f2 dépend de la fréquence f-] .

- la fréquence f2 est supérieure ou égale à IQ2/ 2Q 2] fi , où [xj représente le premier entier supérieur ou égal à x,

- la fréquence d'échantillonnage f-| est strictement supérieure à deux fois la valeur de la fréquence de rotation de l'sixe qui est obtenue lorsque la valeur courante du débit de fluide est égale à Q-| .

Selon encore d'autres caractéristiques de l'invention:

- on associe une pluralité de repères à l'axe de rotation, - au lieu de générer plusieurs signaux consécutifs aux fréquences respectives f 1 et f2, on génère en permanence plusieurs signaux consécutifs suivant une fréquence d'échantillonnage f3 supérieure à la fréquence f2 et choisie en fonction d'une valeur prédéterminée de débit de fluide Q3, avec Q3 < Q1 , de f2 et du nombre de repères, et l'on compte le nombre de détections de mouvement de rotation de l'axe afin de déterminer la valeur courante du débit de fluide par

rapport aux valeurs prédéterminées Qi et Q3, . simultanément, on traite électroniquement en permanence aux fréquences d'échantillonnage fi et f2 les informations du signal de sortie pour déterminer la valeur courante du débit de fluide par rapport aux valeurs prédéterminées Q1 et Q2, et plus particulièrement par rapport aux deux gammes de débits,

- la fréquence f3 est supérieure au produit du nombre de repères par la fréquence f2,

. au cours du traitement électronique des informations à la fréquence d'échantillonnage fi , on sélectionne un nombre h d'informations du signal de sortie en les mémorisant à la fréquence d'échantillonnage f pendant un intervalle de temps 11 /f -j . on somme ces h informations au fur et à mesure de leur mémorisation afin de déterminer avec une précision qui dépend de h et de fi la valeur courante du débit de fluide jusqu'à la valeur prédéterminée Q'2,

- avant de sommer les \ -\ informations, on leur affecte à chacune un coefficient de pondération, ceci afin d'améliorer la précision sur la détermination de la valeur courante du débit de fluide,

- on mémorise les informations dans un registre à décalage constitué de h bits et l'on affecte un coefficient de pondération identique et maximal pour chacun des bits centraux et des coefficients respectivement croissants et décroissants pour les bits correspondant aux dernières et aux premières informations mémorisées,

- au cours du traitement électronique des informations à la fréquence d'échantillonnage f2, on sélectionne un nombre prédéfini I2 d'informations du signal de sortie et l'on identifie le nombre d'informations de détections du mouvement de l'axe parmi ces I2 informations, si le nombre identifié est au moins égal à un nombre prédéterminé I3, alors la valeur courante du débit de fluide est comprise entre les valeurs prédéterminées de débit de fluide Q'2 et Q2 et, dans la négative, ladite valeur courante est inférieure à Q'2,

- le nombre prédéfini I2 d'informations dépend de f2, Q1 et du nombre de repères,

- le nombre I3 dépend de Q et du nombre de repères, - préalablement à la reconstitution du signal, on détermine si le mouvement de l'axe est un mouvement de rotation ou d'oscillation en

alimentant en alternance un autre capteur et en identifiant, et sélectionnant les états de sortie binaires successifs des capteurs,

- le capteur est un capteur optique.

5 La présente invention a également pour objet un compteur de fluide comprenant une unité de mesure d'un volume de fluide à laquelle est relié un axe de rotation dont chaque tour représente un volume de fluide traversant ladite unité de mesure et un dispositif de surveillance de l'évolution de la valeur courante du débit de fluide à partir de la i o rotation dudit axe pour la mise en oeuvre du procédé. Ledit dispositif comprend:

- au moins un capteur placé en regard de la trajectoire d'au moins un repère associé à l'axe de rotation et destiné à délivrer une information binaire selon la position dudit capteur par rapport audit repère,

1 5 - des moyens de génération de signaux électriques consécutifs suivant une fréquence dite d'échantillonnage variable selon une loi d'échantillonnage prédéterminée pour l'alimentation dudit capteur optique, chaque valeur de fréquence étant définie en fonction d'au moins une valeur prédéterminée de débit de fluide

20 - des moyens de formation d'un signal de sortie à partir d'états de sortie binaires délivrés par le capteur, ledit signal de sortie représentant la succession temporelle des informations de détection et de non détection d'un mouvement de rotation de l'axe,

- des moyens de traitement électronique desdites informations suivant 25 ladite fréquence d'échantillonnage afin de déterminer, sur un continuum de débits, la valeur courante du débit de fluide par rapport à la valeur prédéterminée du débit de fluide dont dépend la valeur de la fréquence d'échantillonnage.

30 Selon d'autres caractéristiques de l'invention:

- les moyens de traitement électronique des informations comprennent notamment des moyens pour sélectionner un nombre d'informations du signal de sortie prédéfini et différent suivant chaque valeur prise par la fréquence d'échantillonnage,

35 - les moyens de traitement électronique des informations comprennent des moyens pour sélectionner un nombre prédéfini h d'informations

du signal de sortie à une valeur fi de la fréquence d'échantillonnage choisie en fonction d'une valeur prédéterminée de débit de fluide Qi , lesdits moyens étant des moyens de mémorisation, ainsi que des moyens de sommation des informations mémorisées pour déterminer avec une précision dépendant de h et fi la valeur courante du débit de fluide sur une gamme de débits du continuum allant jusqu'à une valeur supérieure à Qi et définie par le choix de fi ,

- les moyens de mémorisation des informations comprennent au moins un registre à décalage constitué de h bits destinés à recevoir chacun une information à la fréquence d'échantillonnage f-j .

- les moyens de traitement électronique comprennent également des moyens de pondération des l -j bits suivant une loi affectant un coefficient de pondération identique et maximal pour chacun des bits centraux et des coefficients de pondération respectivement croissants et décroissants pour les bits correspondant aux dernières et aux premières informations mémorisées ladite loi de pondération permettant d'améliorer la précision sur la détermination de la valeur courante du débit,

- les moyens de traitement électronique des informations comprennent des moyens pour sélectionner un nombre prédéfini 12 d'informations du signal de sortie à une valeur f2 de la fréquence d'échantillonnage, f2 dépendant de fi ₍ de Qt et d'une deuxième valeur prédéterminée de débit de fluide Q2, avec f 1 < f2, Q1 < Q2, et I2 dépendant de f2, de Q1 et du nombre de repères, ainsi que des moyens pour identifier parmi ces I2 informations le nombre d'informations de détection du mouvement de l'axe, ce nombre permettant de déterminer si la valeur courante du débit de fluide est comprise dans la gamme de débits allant jusqu'à la valeur supérieure à Q1 ou dans une gamme s'étendant de ladite valeur jusqu'à Q2, - le capteur est un capteur optique et les repères sont des repères visuels.

Selon encore d'autres caractéristiques de l'invention:

- le dispositif de surveillance de l'évolution de la valeur courante du débit de fluide comprend une roue liée au mouvement de rotation de l'axe et qui est pourvue d'un nombre de dents ou repères visuels égal

y

à Dι ,

- le dispositif de surveillance de l'évolution de la valeur courante du débit de fluide comprend une autre roue liée au mouvement de rotation de l'axe et qui est pourvue d'un nombre de dents ou repères visuels égal à D2, D2 >D ,

- le dispositif de surveillance de l'évolution de la valeur courante du débit de fluide comprend des moyens pour déterminer si le mouvement de l'axe est un mouvement de rotation ou d'oscillation,

- les moyens pour déterminer si le mouvement de l'axe est un mouvement de rotation ou d'oscillation comprennent un deuxième capteur optique pour chaque roue disposé par rapport au premier capteur optique selon un angle égal à la moitié de la largeur d'une des dents,

- chaque capteur optique est formé d'un émetteur et d'un récepteur placés en regard l'un de l'autre et de part et d'autre de la trajectoire des dents de la roue.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels:

- la figure 1 est un diagramme représentant l'évolution de la valeur courante du débit de gaz échantillonné en fonction du débit réel de gaz, - la figure 2 est un schéma montrant les différentes gammes de débits surveillées par le procédé selon l'invention,

- la figure 3 est une vue schématique de dessus des roues dentées et des capteurs optiques du dispositif selon l'invention,

- la figure 4 est une vue schématique de côté des roues dentées et des capteurs optiques du dispositif selon la figure 3,

- la figure 5 est une vue schématique représentant les différents blocs électroniques fonctionnels du dispositif selon,

- la figure 6 est une vue représentant la génération des séquences d'impulsions VA et VB d'alimentation des capteurs optiques A et B, - la figure 7 est une vue représentant les différents signaux utilisés dans le dispositif selon l'invention,

- la figure 8 est une vue détaillée du bloc électronique 60 du dispositif selon l'invention

- la figure 9 est une vue détaillée du bloc électronique 80 du dispositif selon l'invention.

5

L'invention s'applique tout particulièrement à un compteur de gaz domestique à membranes largement connu qui ne sera donc pas décrit dans l'exposé qui suit. Un tel compteur domestique non représenté sur les figures est par i o exemple décrit dans le brevet européen *N°0 128 838 et comprend une unité de mesure d'un volume de gaz, encore appelé bloc mesureur, et qui est relié à une extrémité d'un axe de rotation 1 par l'intermédiaire d'un système de transmission mécanique. Chaque tour de l'axe représente un volume de gaz qui traverse l'unité

1 5 de mesure du compteur.

Le compteur de gaz comprend également un dispositif 10 de surveillance de l'évolution de la valeur courante du débit de gaz comprenant un système pour échantillonner c'est-à-dire pour détecter à des instants différents la position de l'axe de rotation 1 au cours du 0 temps et qui sera décrit ultérieurement.

Le problème tel qu'il se pose la plupart du temps dans les compteurs de gaz du type évoqué ci-dessus équipés de leur propre source d'énergie consiste à surveiller l'évolution de la valeur courante du débit de fluide sur un continuum de débits s'étendant d'une valeur 5 prédéterminée Qo, pouvant être égale à zéro, jusqu'à une valeur prédéterminée Qi = Qmax incluse dans ledit continuum de débits, la valeur de surdébit étant notée Q2, avec Qo <Ql < Q2. Le compteur de gaz selon l'invention doit permettre de situer la valeur courante du débit de fluide par rapport aux valeurs prédéterminées Q

30 et Q2 pour savoir si le compteur est en régime de surdébit (ce régime pouvant s'établir par exemple en 100ms) ou si le compteur est en régime normal de comptage dans sa gamme métrologique de Qo à l (Qmax). tout en consommant aussi peu d'énergie que possible. Plus particulièrement, l'invention permet également de déterminer 35 avec une précision suffisante la valeur courante du débit de gaz depuis QQ jusqu'à Q1 et même- au delà de cette valeur.

D'une manière générale, le procédé selon l'invention consiste, d'une part, à détecter les mouvements de rotation et de non rotation ce l'axe suivant une fréquence, appelée fréquence d'échantillonnage, qui est variable selon une loi d'échantillonnage prédéterminée et, d'autre part, à traiter électroniquement des informations correspondants à une détection et à une non détection d'un mouvement de rotation de l'axe suivant ladite fréquence d'échantillonnage.

La fréquence d'échantillonnage est définie en fonction d'au moins une valeur prédéterminée de débit de gaz. Dans l'exemple qui nous intéresse, la loi d'échantillonnage est établie pour deux fréquences d'échantillonnage fi et f2 afin de déterminer la valeur courante du débit de gaz par rapport aux valeurs prédéterminées Qi et Q2- La fréquence f est ainsi définie en fonction de la valeur Qi et la fréquence f2 est définie en fonction de Qi et Q2 et est supérieure à f 1. Ces fréquences sont avantageusement choisies pour définir deux gammes de débits reconstituant le continuum de débits et qui se recouvrent partiellement de manière à n'omettre aucune détection de mouvement de rotation de l'axe et donc aucune valeur de débit dans ledit continuum.

Le choix avantageux d'une fréquence d'échantillonnage fi du mouvement de rotation de l'axe qui soit strictement supérieure à deux fois la valeur que prend la fréquence f de rotation de l'axe quand la valeur courante du débit est égale àQi (Qmax) . permet de définir une gamme de débits a allant de Qo jusqu'à une valeur de débit Q'2, avec

Le choix de cette valeur de la fréquence permet de déterminer avec précision la valeur courante du débit et notamment de détecter la valeur du débit Qmax. ⁿ o ⁿ seulement depuis Qo jusqu'à Qmax ^a * ^s de Qo jusqu'à la valeur Q'2. Par exemple fi = 2,5f (Qmax) et Q'2 prend ainsi la valeur 1 ,25 Qmax*

Si l'on choisissait une fréquence fi égale à la valeur 2f(Qmax). ° ^{n πe} pourrait déterminer avec précision la valeur courante du débit que sur la gamme de débits allant de Qo à Qmax et l'on ne bénéficiées:: pas d'une plage de débits autour de Qmax P ^{ou r} obtenir une meilleure précision sur la détermination de cette valeur.

La figure 1 est un diagramme représentant l'évolution de la valeur courante du débit de gaz telle qu'échantillonnée par le système précédemment évoqué en fonction du débit réel de gaz, pour les valeurs fi et f2 de la fréquence d'échantillonnage. 5 Comme le montre cette figure, la droite repérée par la lettre a _. et d'équation y=x illustre le fait que lorsque le débit réel de gaz croît de Qθ à Q'2 = 1 ,25Qmax. *e débit échantillonné croît également de Qo à Q'2 et il peut donc être déterminé avec précision sur la gamme a..

i o Sur la figure 2 qui représente la répartition et le recouvrement partiel des gammes de débits définies par le procédé selon l'invention dans le continuum de débits (Q0-Q2). on repère également la gamme a. précédemment définie. En outre, comme cela apparaît sur la figure 1 dans la partie du

1 5 diagramme représentée par un triangle et comprise entre les débits réels Q1 et Q'1 et les débits échantillonnés Q1 et Q'2 (= 1 ,25Qmax), lorsque le débit réel augmente de Q1 à Q'1 , le débit échantillonné croît en empruntant la portion de droite y = x jusqu'à la valeur Q'2 puis décroît en suivant la portion de droite y = -x jusqu'à la valeur Q .

20 Ce phénomène que l'on appelle repliement de spectre autour de la valeur Q'2 permet en fait, quand la détection de Qmax est effectuée et lorsque le débit échantillonné augmente puis décroît en restant supérieur à Qmax, de déduire que la valeur courante du débit est comprise dans la gamme b_, représentée par une portion de droite 5 horizontale formant la base du triangle précédemment évoqué. La figure 2 montre clairement que la gamme b obtenue grâce au phénomène de repliement de spectre permet d'étendre la gamme de détection de débits a jusqu'à Q'1 = 1 ,5 Qmax- définissant ainsi une gamme de débits de Qo à Q'1.

3 0

Si l'on veut pouvoir détecter un surdébit entre les deux valeurs prédéterminées de débit de fluide Q1 et Q2 telles que représentées sur les figures 1 et 2, il convient, de choisir une fréquence f2 qui dépend de la fréquence fi et plus particulièrement qui est supérieure 35 ou égale à l'expression IQ2 / 2Q 2} fi où < 2 2<2' 2j représente le premier entier supérieur ou égal à Q2 / 2Q'2 ce qui définit une gamme

de débits s'étendant deQ'2 = 1 ,25 Qmax à 5 Qmax, par exemple pour f2 = 4fι , avec Qi = 6 m ³ /h et Q2 = 50 m ³ /h. Cette fréquence f2 permettrait en fait de déterminer précisément la valeur courante du débit lorsque le débit réel croît de 1 ,25 Qmax à 5 Qmax mais, en raison du phénomène de repliement de spectre, le procédé ne permettrait pas de déterminer la valeur courante du débit pour un débit réel croissant de 5 Qmax à Q2 = 8,75 Qmax* Par contre, si l'on voulait déterminer précisément la valeur courante du débit sur toute la gamme £, il faudrait augmenter la valeur de la fréquence d'échantillonnage et donc accroître de manière intempestive la consommation énergétique du compteur de gaz.

Cependant, en utilisant le repliement de spectre par rapport à la valeur 5 Qmax et en détectant le passage de la valeur courante du débit par un seuil prédéterminé égal à Q'2, le procédé selon l'invention permet de déterminer, après détection de ce seuil, que la valeur courante du débit est comprise entre Q'2 et Q2 (gamme c) et donc que le régime de surdébit est atteint. Cette caractéristique est rrès avantageuse étant donné que l'on peut couvrir une large gamme £ sans avoir besoin de déterminer précisément la valeur courante du débit.

En outre, le choix de la fréquence est judicieux car les deux gammes de débits QO - Q'1 et Q'2 - Q2 sont ainsi en recourvement partiel et il n'st donc pas possible d'omettre des valeurs de débits entre les gammes de débits.

Ainsi, l'invention permet de surveiller l'évolution de la valeur courante du débit de fluide sur un continuum de débits grâce à une loi d'échantillonnage adaptée.

Si l'on échantillonne suivant d'autres fréquences que celles déterminées par la Demanderesse, cela peut aboutir à deux gammes de débits juxtaposées, auquel cas, compte tenu des irrégularités du mouvement de rotation, il est possible d'omettre certaines détections de mouvement de rotation de l'axe et donc certaines valeurs de débits à la limite de ces deux gammes.

D'autre part, cela peut également entraîner une forte consommation

énergétique.

Comme représenté sur la figure 3, le dispositif 10 comprend une pièce mécanique 12 présentant un évidement central 14 traversant ladite pièce et comportant sur une de ses plus grandes faces 12a un pignon 16 destiné à s'engrener avec un autre pignon 18 solidaire de l'extrémité de l'axe 1 opposée à celle reliée à l'unité de mesure du compteur. Les plus grandes faces 12a et 12b de la pièce 12 sont perpendiculaires à l'axe de rotation 1.

La pièce comporte sur la plus grande face opposée à celle qui porte le pignon 12b deux séries respectivement de D1 et D2 repères visuels ou dents qui s'étendent parallèlement à l'axe de rotation, les repères 20, 22 de chacune desdites séries étant disposés suivant deux cercles de rayon différent de manière à former deux roues dentées 24, 26 faisant partie intégrante de ladite pièce mécanique 12.

Ainsi que représenté sur la figure 4, une première roue 24 par exemple constituée d'une seule dent (D-| = 1 ) occupe la moitié du cercle correspondant de rayon R1.

La seconde roue 26 est par exemple constituée de trente-deux dents (D2=32) également réparties suivant le cercle correspondant de rayon R2 qui est environ le double du rayon R1 et qui est égal au rayon de la pièce mécanique 12.

La pièce 12 est montée à rotation sur un pivot 28, ce pivot étant destiné à s'engager dans l'évidemeπt central 14. Le pivot est fixé à un support immobile 30, qui est dans l'exemple présent une carte électronique.

Le dispositif 10 comporte au moins un capteur optique 32 formé d'un émetteur 32a, par exemple une diode infrarouge, et d'un récepteur, par exemple un phototransistor.

Le capteur optique ainsi formé a une forme de U dont une des branches est constituée de l'émetteur et l'autre branche est constituée par le récepteur.

Le capteur optique est fixé par la base du U sur le support 30. L'émetteur et le récepteur du capteur 32 sont placés en regard l'un de l'autre et de part et d'autre de la trajectoire des dents 20 de la roue correspondante 24, comme le montrent les figures 3 et 4. 5 Dans l'exemple décrit, deux capteurs optiques 32, 34 sont associés à la roue dentée 24 et deux capteurs optiques 36, 38 sont associés à la roue dentée 26. Pour chacune des roues dentées, chaque capteur est disposé par rapport à l'autre capteur selon un angle égal à la moitié de la largeur d'une des dents. i o Ainsi, pour la plus petite roue 24, les deux capteurs sont décalés de 90° et pour la plus grande roue 26, les capteurs sont décalés de 31 °. Une platine 40 solidaire de la carte électronique 30 sert à positionner les différents capteurs optiques l'un par rapport à l'autre selon les dispositions géométriques précédemment précisées.

1 5 On peut également concevoir d'utiliser des capteurs non optiques associés à des repères non visuels liés à l'axe de rotation.

La figure 5 est une vue d'ensemble des principaux blocs fonctionnels du dispositif 10 de surveillance de l'évolution de la valeur courante du 20 débit de fluide selon l'invention, nécessaires pour effectuer les différentes étapes du procédé selon l'invention. Hormis les capteurs optiques et les roues dentées, ces blocs font partie d'un circuit intégré à application spécifique (ASIC) qui est implanté sur la carte électronique 30 précédemment évoquée. Ce

25 circuit intégré gère les capteurs et assure le traitement électronique des informations provenant des capteurs.

Sur cette carte sont également implantés mais non représentés sur les figures un microcontroleur qui programme certains paramètres de gestion des capteurs (fréquences d'échantillonnage, valeurs

30 prédéterminées de débit ...) et exploite les signaux fournis par le circuit intégré ainsi qu'une pile pour l'alimentation des différents éléments du dispositif selon l'invention.

Comme représenté sur la figure 5, une horloge mère 50 délivre une fréquence de base par exemple égale à 32 kHz et un bloc 35 électronique diviseur de fréquence 52 permet, à partir de cette fréquence, de générer vers les ^" différents blocs fonctionnels du

dispositif 10 des signaux électriques sous la forme d'impulsions suivant des fréquences variables au cours du temps selon la loi d'échantillonnage prédéterminée.

Comme précédemment décrit, pour déterminer avec précision le débit 5 de gaz de Qo à Qmax, on choisit une fréquence permettant de détecter la valeur courante du débit jusqu'à Qi = 1 ,25 Qmax* La fréquence f-| est égale par exemple à 2,5 fois la valeur que prend la fréquence de rotation de l'axe 1 lorsque la valeur courante du débit de gaz est égale à Qmax* i o De manière avantageuse, la fréquence f2 est par exemple égale à l'expression [_β2 / 2< ' 2j fi , où [ j désigne le premier entier supérieur ou égal à x.

Par exemple, on choisit f2 = 4f-| pour Q = 6 m ³ /h et Q2 = 50 m^/h. On choisit également Qo égal à zéro, f1 est par exemple égale à 3.5HZ et

1 5 f2 est égale à 14Hz.

L'utilisation de signaux impulsionπels générés suivant plusieurs fréquences judicieusement choisies permet de réduire considérablement la consommation électrique et donc d'augmenter la durée de vie de la pile, par comparaison avec un signal d'alimentation 0 en continu, voire suivant une fréquence d'échantillonnage élevée, tout en surveillant l'évolution de la valeur courante du débit de gaz et notamment en déterminant avec la précision voulue Qmax et en détectant un surdébit.

25 En régime normal de fonctionnement du compteur de gaz, un bloc de commutation 54 permet de sélectionner les deux capteurs optiques 32, 34 repérés A et B de la plus petite roue dentée 24 parmi les quatre capteurs 32, 34, 36, 38 , les capteurs 36 et 38 étant repérés C et D. A partir de l'horloge mère 50 , le bloc diviseur 52 génère de manière

30 classique une séquence de signaux électriques appelée séquence d'horloge H se traduisant sous la forme d'impulsions successives au cours du temps formée d'une première série d'impulsions générées à la fréquence 2fι et d'une seconde série d'impulsions générées à la fréquence 2f2 soit 8f 1.

35 Etant donné que dans l'exemple décrit on utilise deux capteurs optiques par roue, on alimentel-es diodes de chaque capteur A et B en

_-

alternance dans le temps ce qui nécessite de générer deux séquences d'impulsions à partir de la séquence de l'horloge mère 50. Ainsi, pour alimenter la diode du capteur A, on génère une séquence d'impulsions VA à partir des impulsions paires de la séquence de 5 l'horloge H, comme représenté sur la figure 6, et l'on obtient ainsi une première série de 20 impulsions écartées (fréquence fi ) suivie d'une seconde série de 13 impulsions plus rapprochées (fréquence f2 = 4fι ). De même, pour alimenter la diode du capteur B, on génère une i o séquence Vβ d'impulsions à partir des impulsions impaires de la séquence de l'horloge H et l'on obtient ainsi une série de 21 impulsions écartées (fréquence fi ) suivie d'une seconde série de 12 impulsions (fréquence f2) plus rapprochées. Ces deux séquences VA et Vβ intercalées dans le temps sont

15 représentées sur la figure 7.

Chaque série d'impulsions générées à la fréquence f a une durée temporelle Δt et chaque série d'impulsions générées à la fréquence f2 a une durée temporelle Δt2. Chaque capteur optique A et B ainsi alimenté délivre en sortie un état

20 binaire selon la position qu'il occupe par rapport à la dent 20 de la roue 24. Les capteurs optiques A et B étant décalés de 90°, les signaux RA et Rβ du haut de la figure 7 représentent le profil de la dent 20 de la roue 24 tel qu'il serait repéré par lesdits capteurs si ceux ci étaient alimentés en permanence. Les sorties des capteurs optiques

25 A et B sont regroupées en "OU câblé" sur une seule entrée d'un bloc électronique 60 qui permet de déterminer si le mouvement de l'axe est un mouvement de rotation ou d'oscillation et de reconstituer le signal P correspondant au mouvement de rotation de l'axe au cours du temps tel que repéré par les capteurs A et B (fig.7).

30 Le signal à l'entrée du bloc 60 est représenté par VAB sur la figure 7. On va maintenant former à partir des états de sortie binaires des capteurs optiques A et B un signal de sortie qui représente la succession au cours du temps des informations correspondant à une détection et à une non détection d'un mouvement de rotation de l'axe

35 telles que repérées par lesdits capteurs optiques. Dans un premier temps, un démultiplexage des signaux VA et Vβ est effectué par

échantillonnage du signal V B dans deux bascules QA et Qβ, sur les fronts descendants des impulsions respectives des séquences VA et Vβ d'alimentation des capteurs optiques A et B. Les sorties des bascules Q et Qβ sont représentées sur la figure 7. 5 Ensuite, un circuit 62 faisant partie du bloc électronique 60 et constitué d'inverseurs, de portes "NON ET" (NAND) et d'une bascule R/S permet de différencier les oscillations des rotations de l'axe en identifiant et sélectionnant les états de sortie binaires successifs des capteurs A et B. i o La bascule R/S aura sa sortie forcée:

- à partir de son entrée "Set" par la valeur du produit logique "QA et inverse de QB",

- à partir de son entrée "Reset" par la valeur du produit logique "QB et inverse de QA".

15 Ce circuit 62 permet de détecter une rotation correspondant aux états successifs suivants: QA = 0, Qβ = 1 , QA = 1 , Qβ = 0> ÛA = 0 .

Avantageusement, le fait de disposer d'au moins deux capteurs optiques par roue permet d'affiner la connaissance acquise sur le 20 mouvement de l'axe.

Selon cette configuration, l'un des capteurs, le capteur A par exemple, sert à détecter le mouvement de rotation de l'axe alors que le capteur B sert à vérifier s'il s'agit bien d'une rotation et non d'une oscillation.

25 En sortie de ce circuit 62, on obtient un signal reconstitué P correspondant au mouvement de rotation de l'axe au cours du temps tel que repéré par les capteurs optiques A et B. Ce signal P représenté en bas de la figure 7 est constitué d'une succession d'états logiques 0 ou 1 accompagnés de fronts montants

30 et descendants qui correspondent à des transitions de 0 vers 1 ou de 1 vers 0.

Chacune de ces transitions représente une détection d'un mouvement de rotation de l'axe ce qui correspond à un volume de gaz donné.

35 A partir du signal reconstitué P, on extrait les informations correspondant à une détection et à une non détection d'un

mouvement de rotation de l'axe, pour produire un signal I de sortie (figure 7) qui représente directement l'apparition temporelle des informations de détection et de non détection sous la forme d'impulsions de détection telles qu'elles sont repérées par les 5 capteurs A et B.

La production de ce signal à partir du signal reconstitué P est obtenue grâce à un circuit 64 du bloc 60 (fig.8) et qui est constitué d'une bascule D, d'une porte "OU exclusif" (XOR) et d'une porte "NON ET" (NAND). Il convient de préciser que cette étape de transformation du i o signal reconstitué P en signal I n'est pas obligatoire et l'on pourrait directement traiter électroniquement ledit signal P appelé alors signal de sortie au cours du traitement électronique dans la suite du procédé selon l'invention. Selon une variante de l'invention, on peut n'utiliser qu'un capteur

1 5 optique par roue. Dans ce cas on génère une seule séquence d'alimentation du capteur optique constituée d'une série d'impulsions générées à la fréquence fi pendant un intervalle de temps Δt-| et d'une série d'impulsions générées à la fréquence f2 pendant un intervalle de temps Δt2-

20 Un bloc 70 de comptage des impulsions de détection provenant du signal I permet de compter uniquement ces impulsions dont la valeur logique est égale à 1 ce qui fournit une mesure en continu du volume de gaz ayant traversé l'unité de mesure du compteur. Ce bloc 70 est par exemple constitué d'un compteur électronique de

25 quatre bits.

On effectue alors un traitement électronique des informations correspondant à une détection et à une non détection d'un mouvement de rotation de l'axe suivant chaque fréquence d'échantillonnage fi et f2 afin de déterminer sur un continuum de

30 débits allant de

Qθ à Q2 (50m ³ /h) la valeur courante du débit de fluide par rapport aux valeurs prédéterminées Qi et Û2-

Plus précisément, le procédé selon l'invention va permettre de déterminer la valeur courante du débit par rapport aux gammes de

35 débits Qo - Q'1 et Q'2 - Q2 et ainsi l'on pourra savoir si le compteur de gaz est en mode de comptage ^' sur sa gamme métrologique (0-Q _ma χ)

ou en surdébit sur la gamme ç fQ'2 - Q2)*

La première étape du traitement consiste à sélectionner un nombre d'informations de détection et de non détection du signal de sortie I 5 prédéfini et qui est choisi de manière différente suivant chacune des fréquences fi et f2-

En régime normal de fonctionnement du compteur de gaz simultanément à l'alimentation des capteurs A et B à la fréquence d'échantillonnage f i , on sélectionne un nombre prédéfini i o d'informations en les mémorisant dans un registre à décalage 72 constitué de bits à ladite fréquence d'échantillonnage fi et ce, pendant toute la durée dudit régime normal de fonctionnement. Chacune des informations est mémorisée à la fréquence fi sous la forme d'un "1 " ou d'un "0" suivant qu'il s'agit d'une détection ou d'une 1 5 non détection.

Afin de déterminer la valeur courante du débit de gaz, on effectue la somme des h informations au moyen d'un bloc électronique qui est en fait un réseau de demi-sommateurs 74 au fur et à mesure que 20 lesdites informations sont sélectionnées et mémorisées dans le registre.

Toutefois, pour obtenir une meilleure précision, il est nécessaire d'affecter à chacun des l-| bits un coefficient de pondération.

L'exemple décrit ci-après permettra de mieux comprendre l'intérêt de

25 la pondération des bits du registre 72.

Supposons qu'une première information de détection ("1 ") soit mémorisée dans le registre et soit dotée d'une très bonne précision temporelle, c'est-à-dire que la transition (détection) a presque été détectée au moment où physiquement elle s'est produite.

30 Ensuite, d'autres informations ("0" ou "1 ") sont enregistrées dans le registre, celles-ci ayant par contre une très mauvaise précision temporelle, et une dernière information dotée d'une très bonne précision temporelle est enregistrée dans le premier bit dudit registre 72. 35 Dans ce cas précis, la première information enregistrée se trouve dans le dernier bit du registre, et entre les deux bits d'extrémités on dispose

donc d'une référence temporelle précise ce qui, compte tenu des informations précises acquises sur le volume de gaz, permet d'accéder à une valeur moyennée de débit correcte. Maintenant, l'information suivante qui est enregistrée dans le registre et qui est par exemple dotée d'une mauvaise précision temporelle fait disparaître la première information enregistrée sur le dernier bit du registre 72 et donc entache tout ledit registre d'une mauvaise précision ce qui peut conduire à une valeur moyennée de débit dégradée. Par conséquent, en affectant des coefficients de pondération aux bits du registre selon une loi particulière, cela permet de minimiser les effets d'entrée et de sortie des informations dans le registre.

Préférentiellement, un coefficient de pondération identique et maximal est attribué aux bits centraux et des coefficients respectivement croissants et décroissants sont affectés aux bits correspondant aux dernières et aux premières informations enregistrées. Par exemple, est égal à 20, fi = 3,5Hz et ainsi i -j/f i est égal à 5,7s. Chaque information correspondant à une transition représente un débit de Qmax/16 soit 0,6l/h.

La loi de pondération suivant la position d'un bit dans le registre est la suivante:

- pour les quatre premières positions, la valeur du poids augmente linéairement de 1 à 4, - pour les douze positions centrales, le poids sera constant et égal à 5,

- et pour les quatre dernières positions, la valeur du poids diminue linéairement de 4 à 1.

Le bloc électronique 74 permet également d'effectuer la pondération de manière classique. Au cours de l'enregistrement des informations et de leur pondération, le bloc électronique 74 effectue pas à pas la somme desdits informations pondérées.

La détection de la valeur Qmax se fait par reconnaissance d'un résultat de sommation supérieur à 64 ce qui correspond à la présence de 16 informations de détection ou transitions dans le registre 72.

A partir de cette détection, un signal d'alarme est déclenché et indique au microprocesseur qu'un ordre de fermeture de la vanne située en amont du compteur doit être immédiatement généré. Lorsque la somme est égale à 80, cela signifie que la valeur courante du débit est égale à 1 ,25 Qmax (Q'2)*

A bout du temps correspondant à la mémorisation des 16 détections, on obtient une valeur de débit moyennée sur ce temps avec une très bonne précision par exemple de 1 ,8%. D'une manière générale, la précision avec laquelle la valeur de débit moyennée est obtenue dépend du nombre d'informations h ainsi que de la fréquence fi .

Le temps h/f-j doit permettre l'obtention de la précision voulue et le lissage du phénomène d'irrégularité du mouvement de rotation de l'axe. Le traitement électronique des informations à la fréquence d'échantillonnage f est réalisé en permanence dans le temps au cours du régime normal de fonctionnement afin de pouvoir déterminer à tout moment la valeur courante du débit de fluide sur la gamme métrologique du compteur. Au bout de l'intervalle de temps égal à Δt _t on effectue le traitement électronique des informations correspondant à une détection et à une non détection d'un mouvement de rotation de l'axe suivant la fréquence d'échantillonnage f2 pendant l'intervalle de temps Δt2, c'est-à-dire simultanément à l'alimentation des capteurs A et B à ladite fréquence d'échantillonnage. Par exemple Δti = 6s et Δt2 = 0,9s.

Le bloc 80 permet de sélectionner un nombre prédéfini l2 d'informations, et d'identifier parmi ces I2 informations le nombre de détections (transitions) présentes. Le nombre I2 dépend de la fréquence f2 et de la valeur prédéterminée Q1 de débit ainsi que du nombre de dents D] . Si ce nombre de détections est supérieur à un nombre prédéterminé I3 qui dépend de Q1 et du nombre de dents D1 de la roue dentée, alors on sait que la valeur courante du débit de fluide est comprise dans la gamme de débit ç_, c'est à dire entre les valeurs prédéterminées Q'2 et Q2.

Pour détecter une valeur supérieure à la valeur prédéterminée

Q'2 = 1 ,25 Qmax, sur la roue 24 à une dent à la fréquence 4fι , il suffit de savoir combien de fois les capteurs optiques A et B détectent de vraies rotations pour un tour de roue complet qui est effectué en sept périodes à ladite fréquence 4f i . Cela signifie que le seuil de détection consiste à savoir si les capteurs optiques A et B détectent plus de trois transitions parmi un nombre d'informations égal à 8, c'est-à-dire en sept périodes consécutives. Par conséquent, dans cet exemple 12 = 8 et I3 = 3. Toutefois, ces nombres prédéterminés peuvent varier selon les valeurs prédéterminées de débit et les fréquences d'échantillonnage choisies.

Comme représenté à la figure 9, on dispose en entrée du bloc 80 d'une porte logique "ET" à entrées inversées, d'un compteur 2 bits 82 qui identifie le nombre I3 prédéterminé de transitions et d'un compteur 84 qui sélectionne un nombre prédéfini I2 d'échantillons consécutifs, c'est-à-dire un nombre de sept périodes de l'horloge 4f 1. Le schéma électronique très simple comprend en outre deux portes "ET". Le principe d'utilisation de ce bloc 80 consiste à enregistrer des transitions dans le compteur 2 bits 82 tant que sept périodes successives de l'horloge 4f 1 ne se sont pas écoulées.

Dès que le compteur détecte trois transitions, l'enregistrement de nouvelles transitions est arrêté et un signal de détection de surdébit est généré et permet de fermer la vanne en amont du compteur.

Le dispositif 10 de surveillance de l'évolution. de la valeur courante du débit de fluide permet aussi de détecter les fuites de gaz grâce à la bonne résolution obtenue sur la seconde roue dentée 26. En effet, cette roue permet de détecter une rotation de 5,6° c'est à dire un volume de gaz de 0,018 litre. Lorsque le compteur de gaz est placé en régime de détection de fuite, consécutivement à l'ouverture de la vanne amont, on cherche à détecter un débit de fuite de l'ordre de 5l/h pendant une durée par exemple égale à 50s. Le bloc de commutation 54 sélectionne les capteurs C et D de la seconde roue dentée et le bloc diviseur les alimente chacun alternativement dans le temps avec une série de signaux électriques se traduisant sous la forme d'impulsions de

fréquence f3 supérieure au produit du nombre de dents D2 par la fréquence f2 c'est-à-dire à trente-deux fois la fréquence d'échantillonnage f2 = 1 ,4 Hz et par exemple égale à 512Hz. Cette fréquence f3 est choisie en fonction du nombre de dents D2 de 5 la roue 26 ainsi que de la fréquence f2.

De manière analogue à ce qui a été décrit précédemment, les capteurs C et D délivrent en sortie des informations binaires qui sont mémorisées et utilisées par les bascules D et R/S du bloc 60 pour former le signal de sortie I représentant l'apparition temporelle des i o informations de détection et de non détection sous la forme d'impulsions telles qu'elles sont repérées par les capteurs C et D. Le compteur 4 bits 70 compte alors le nombre d'impulsions correspondant à une détection de mouvement de l'axe pendant la durée précitée (50s), envoie le résultat du comptage au

15 microcontroleur et, dès qu'un nombre donné d'impulsions est enregistré, un signal de fermeture de vanne est déclenché par le microcontroleur. Ce nombre représente une valeur prédéterminée Q3 de débit de fluide atteinte, appelée débit de fuite, avec Q3 < Q1 et par exemple Q3 = 5l/h.

20 Selon une variante de l'invention, le microcontroleur lit directement les informations de détection d'un mouvement de rotation de l'axe à partir des sorties des bascules QA et Qβ du bloc 60. Simultanément à l'opération de comptage des informations de détection d'un mouvement de rotation de l'axe à partir du signal de

25 sortie I, un bloc diviseur de fréquence 86 divise la fréquence dudit signal par 32 qui correspond au nombre de dents 22 de la plus grande roue 26 afin de pouvoir réutiliser les mêmes blocs fonctionnels 72, 74 et 80. Pendant toute la durée du régime de détection de fuite, on traite alors

30 électroniquement les informations fournies par le signal de sortie simultanément aux fréquences d'échantillonnage respectives fi et f2 de manière identique à ce qui a déjà été décrit par rapport aux blocs fonctionnels 72, 74 et 80. Le résultat de ce traitement simultané permet de manière avantageuse

35 de surveiller l'évolution du débit jusque sur les gammes de débits incluant les valeurs prédéterminées Q1 et Q2 durant le régime de

détection d'un débit de fuite.

Avantageusement, en raison du caractère variable de la fréquence d'échantillonnage, il est possible d'adapter les valeurs de la fréquence d'échantillonnage f-] , f2, f3 utilisées précédemment à tout volume unitaire de fluide caractéristique d'une unité de mesure d'un compteur de fluide donné, ce qui permet d'étalonner ledit compteur sans qu'il soit nécessaire d'effectuer une correction ultérieure du débit échantillonné.