Quid à propos de mesures par acoustique d'une vitesse de débit dans une conduite

[RaviShankar]

Bonjour,

Je possède un appareil qui peut émettre par 2 transducteurs des ultrasons de fréquence strictement identiques à l'unité près; et donc cet article m'intéresse..

Donc il présente un procédé original pour mesurer la vitesse d'un liquide dans une canalisation. On envoie des fréquences "discrètes" sur 2 secteurs (sections) de la canalisation et la différence de phase entre les 2 pressions (acoustiques ?) montre la vitesse du débit.

Alors j'ai plusieurs questions (excusez si elles sont élémentaires)

Qu'est-ce que la discrétion d'une fréquence ?
Est-ce que dans ce procédé, les fréquences d'excitation locale sont identiques de chaque côté ?
Comment expliquer "la différence de phase des 2 pressions" (?) .. Cette question nécessitant bien sûr que vous expliquiez le procédé lui-même
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[Resartus]

Bonjour,
La Thèse en question est celle-ci https://theses.fr/1996POIT2315
et le résumé donne plus de détail.
Discrète veut dire ici une fréquence unique.
De ce que j'en comprends, on choisit deux points de la canalisation :

-soit on envoie une même fréquence ultrason et de même phase qui fait vibrer le tuyau dans son ensemble, et on mesure la pression acoustique en ces deux points, qui doit suivre l'excitation mais avec un certain déphasage.

-Soit on envoie d'abord la fréquence d'un coté, et on mesure le déphasage de l'autre, puis on inverse.

En l'absence de courant, la réaction du tuyau sera identique et le déphasage sera le même des deux cotés, mais en présence d'un courant dans entre ces deux points il y a apparemment un déphasage entre les deux, qui sera approximativement proportionnel au débit.
La difficulté doit être, pour chaque type de canalisation (matériau, épaisseur, diamètre) et chaque type de fluide transporté, de choisir la fréquence d'excitation la plus efficace, c'est à dire qui donnera le plus de déphasage pour un même courant.
MAis il faudrait avoir accès à la thèse ou à l'article pour en savoir plus...

[gts2]

Bonjour,

Tu peux demander la thèse à l'auteur par : researchgate.net

[RaviShankar]

Wow, super réponses!

gts2, merci, j'ai fait la demande sur Researchgate.

Resartus: justement, qu'est-ce qui peut justifier un déphasage de fréquence entre les 2 points considérés, car en toute logique, à la fois la vitesse de débit est identique partout, ainsi que la pression (qui est aussi un différentiel de pression, voir le débit selon Poiseuille, ci-dessous), rappellons-le pour les lecteurs.





Est-ce que le déphasage serait engendré par une résonance différente entre la fréquence et le "bruit" de l'écoulement, bruit différent à 2 endroits de la canalisation ? .. dans ce cas, cela signifierait que tout liquide possède une "mémoire", et cela, c'est le sujet d'une autre thèse

[A voir en vidéo sur Futura]

[Resartus]

Bonjour,
Ce n'est pas la pression du liquide qu'on mesure, mais la pression acoustique ultrasonique dans l'air, ce qui donne indirectement l'amplitude et la phase de la vibration de la canalisation à l'endroit où on la mesure. Selon ma deuxième hypothèse, la plus probable, l'onde ultrasonique engendrée au point A est mesurée au point B, et elle est déphasée par rapport à la source, à cause du temps de propagation. De même en sens inverse émission au point B et mesure au point A. Mais quand il y a un certain débit de fluide dans la canalisation, la vitesse de propagation dans le tuyau dans le sens du courant va être légérement plus rapide que celle dans le sens inverse. Et le déphasage dans le sens a->b sera légérement diminué, alors que le déphasage b>a sera légèrement augmenté. Et on mesure la différence des deux
Le résumé évoque la couche limite dans le fluide. Cette couche agit comme une masse additionnelle qui diminue la vitesse de transmission par rapport à la vitesse de transmission des ultrasons dans une canalisation vide.
Mon interprétation (mais sans aucune garantie) est que le cisaillement ultrasonique dans cette couche limite (et donc le ralentissement induit) va être plus faible quand il y a un certain débit dans la bonne direction et plus élevé dans le sens inverse.
A mon avis, la relation entre le déphasage mesuré et le débit doit dépendre très fortement des caractéristiques du tuyau et du fluide. Il doit falloir l'étalonner soigneusement avec des débits connus avant de pouvoir l'utiliser en lieu et place d'un débitmètre
Vous en saurez plus quand vous aurez eu accès à la thèse...

[RaviShankar]

Sûrement votre (2 ième) hypothèse est la bonne. C'est vrai qu'il y a une question d'étalonnage, de référence. Merci encore.
Est-ce qu'on peut parler d'effet Doppler, dans ce milieu en mouvement par rapport à l'appareil de mesure ?

[Bounoume]

bonjour,
ça me rappelle de vieilles notions du Lycée.... la composition des vitesses....
la vitesse de l'onde ultrasonique dans le liquide: elle est physiquement définie et mesurée dans du liquide immobile, 'au repos' ..... par un observateur 'immobile lui aussi.... Cette vitesse absolue est définie par rapport à un référentiel lié à la matérialité de la veine liquide....

Lorsque le liquide se déplace par rapport à l'observateur, la vitesse de l'onde ultrasonore demeure bien sûr constante... par rapport aux molécules du liquide, mais comme le système se déplace en bloc, la vitesse relativement à l'observateur devient la vitesse absolue augmentée de la vitesse de déplacement du liquide dans le tuyau.....

Selon que la mesure se fait dans le sens d'écoulement ou le sens opposé, la vitesse résultante sera un petit peu augmentée ou diminuée....

On revient alors à l'onde périodique vue par l'observateur, et alors en faisant intervenir la longueur du chemin, on trouve les déphasages......

mais malheureusement là, pour retrouver la vitesse, la dite longueur intervient... et apparemment on ne la mesure pas....
alors on fait comment?
mon idée bête: on arrête une fois l' écoulement, tout l'écoulement, et l'autre fois on fait circuler le liquide......
un déphasage mesuré à vitesse relative nulle, l'autre à vitesse V qu'on recherche... on peut trouver la solution du système de 2 équations....

mais en fait.... l'écoulement (supposé laminaire) présente une vitesse max au centre du tube, et nulle au contact des parois.....
si on pouvait mesurer les 2 veines, centrale et périphérique, on aurait la solution... mais je n'y crois pas.du tout...
est-ce que le système exploite ce fait? et comment? ou alors quoi?
quand Resartus aura consulté la thèse, on le saura....

pour ce qui est de l'effet Doppler, ça y ressemble un peu (?).... la source, le capteur se déplacent relativement au milieu de propagation...