Brevet FR2004859A1 — publié le 19691205

La présente invention concerne des débitmètres et particulièrement les débitmètres du type électromagnétique dans lesquels le débit d'un fluide conducteur de l1 électricité est calculé d'atsrèsla mesure du potentiel électrique engendré par le passage 5 du fluide dans un champ magnétique. Les débitmètres de ce type comportent généralement une section de tuyau dans laquelle on crée un champ magnétique approprié et des électrodes diamétralement opposées en contact avec le fluide pour détecter le potentiel en produit. Ces sec-10 tions de tuyaux doivent présenter une surface électriquement isolante aux fluides autour des électrodes et doivent par conséquent être revêtues ou faites entièrement en matière isolante. Quelle que soit la précision de réalisation du débitmèfre, il doit être incorporé dans une ligne de tuyau transportant le 15 fluide à mesurer en remplacement d'une section de tuyau, ce qui présente des complications d'adaptation et d'étanchéité aux jonctions avec les sections adjacentes. La présente invention a donc pour objet une tête de débitmètre électromagnétique susceptible d'être introduite dans 20 un tuyau existant sans perturbations notables des conditions de circulation dans celui-ci. Selon une particularité essentielle de l'invention, la tête électromagnétique insérée dans un tuyau comprend un corps tubulaire dont au moins la surface interne en contact avec le 25 fluide circulant dans le tuyau est en matière électriquement isolante, des organes de fixation maintenant la tête axialement à 1intérieur du tuyau, des conducteurs permettant de créer dans la tête un champ magnétique dont une composante est transversale par rapport à l'axe longitudinal du corps et une paire d'élec-30 trodes disposées sur la surface interne de celui-ci en des points diamétralement opposés. Il est évident que la présente invention facilite considérablement la mesure électromagnétique des débits en permettant le montage rapide de la tête à l'endroit voulu d'un tuyau exis-35 tant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée qui va 69 09064 2 2004859 suivre et des dessins sur lesquels : - la figure 1 est une coupe axiale d'un tuyau dans lequel est montée la tête de mesure de débit de la présente invention; 5 - la figure 2 est une coupe transversale de la tête de la figure 1 selon la ligne II-II; - la figure 3 est une coupe axiale partielle du montage d'une variante de la tête de mesure de débit dans un tuyau; - la figure 4 est une coupe axiale d'une autre va-10 riante de tête de mesure de débit en place dans un tuyau. La tête de détection 10 des figures 1 et 2 comprend un corps tubulaire 12 de section circulaire adapté au diamètre intérieur d'un, tuyau 14- dans lequel circule un fluide dont on désire mesurer le débit. L'épaisseur des parois de l'enveloppe 15- 12 est faible comparée à son diamètre extérieur de façon que 11 étranglement de la veine de fluide soit minimal. Le diamètre extérieur de l'enveloppe est inférieur au diamètre du tuyau d'une valeur juste suffisante pour l'équilibrage des pressions fluides sur les parois interne et externe de l'enveloppe. 20 L'enveloppe 12 comprend des organes de production d'un champ magnétique transversal par rapport à l'axe du tuyau 14r c'est-à-dire à angle droit de l'écoulement. Comme on le voit sur la figure 2, ces organes comprennent une série de conducteurs ou enroulements 16 disposés longitudinalement dans l'é-25 paisseur de la paroi de l'enveloppe. Les sections des enroulements 16 décroissent successivement et symétriquement à partir d*un plan diamétral 18. Deux électrodes dépassant vers l'intérieur 20 sont montées dans le plan diamétral 18.sensiblement au milieu de l'enveloppe 12 dans le sens axial. Cette disposi-30 tion des enroulements de champ 16 permet, lorsque le courant circule axialement par rapport à l'enveloppe, d'indiquer effectivement la vitesse de circulation du fluide sur toute la section de 1*enveloppé 12, en supposant que l'écoulement soit symétrique autour de son axe, par détection du potentiel par 35 les électrodes 20. Le champ magnétique est transversal par rapport au tuyau et perpendiculaire au diamètre passant par les deux électrodes 20. La disposition est telle que le champ est uniforme et parallèle sur la longueur nécessaire de la surface interne isolée de l'enveloppe. 69 09064 3 2004859 Les enroulements 16 sont recouverts d'un mince tube 22, réalisé en tôle de fer feuilletée coaxial avec l'enveloppe 12, et servant de noyau pour les enroulements. Un second tube métallique mince 24 est disposé coaxialement à l'intérieur des 5 enroulements 16 pour constituer un écran électrostatique entre les enroulements et le fluide en mouvement. L'enveloppe 12 doit évidemment être en matière non conductrice, de préférence en matière plastique, de manière que le tube formant noyau 22, les enroulements 16 et l'écran 24 10 soient complètement enrobés ainsi que les conducteurs 26 nécessaires à la connexion des enroulements 16 à une alimentation électrique appropriée et à la connexion des électrodes 20 au circuit de mesure. Les conducteurs alimentant les enroulements 16 sont reliés à tous ces enroulements aux deux extrémités de 15 l'enveloppe. Les deux électrodes 20 sont montées sur l'enveloppe 12 de manière qu*une de leurs faces soit à découvert à l'intérieur de celle-ci par enrobage partiel dans la matière constituant 1'enveloppe. L*enveloppe 2 est fixée à l'intérieur du tube 14 par 20 une bride centrale externe 28. Sur la figure 1, la bride 28 est serrée entre les deux brides 30 et 32 des sections de tuyau adjacentes 34 et 36 de la conduite 14. Les conducteurs 26 sortent de l'enveloppe 12 à travers la bride 28. L'organe de fixation de l'enveloppe 12 au 25 tuyau 14 n'est pas nécessairement dans le plan médian de l'enveloppe, Une bride 38 peut être formée à l'une des extrémités de 1*enveloppe comme dans la variante de la figure 3. La bride 38 est là encore moulée solidairement avec le corps de l'enveloppe et traversée par les fils de connexion. Les brides 30 30* 32 et 38 peuvent en outre comporter les joints d'étanchéité nécessaires. On voit que l'une ou l'autre des têtes des figures 1, 2 et 3 peut être montée directement dans une tuyauterie de diamètre approprié, la tête des figures 1 et 2 nécessitant le 35 démontage et le remontage de deux sections de tuyau alors que la tête de la figure 3 &e nécessite que le démontage d'une section de tuyau. L'invention n'est évidemment pas limitée aux 69 09064 4 2004859 têtes pour tuyauteries de section circulaire. Les têtes de débitmètres de la présente invention peuvent être maintenues dans la tuyauterie par d'autres procédés de fixation que par brides. Dans la .variante de la figure 5 4, par exemple, plusieurs vis de blocage 40 sont montées radîa-= lement dans des ouvertures 42 de l'enveloppe 44 qui, mise à part l'absence de bride, est identique à l'enveloppe 12. L'extrémité extérieure de chaque vis comporte une plaque d'appui 46 qui est appliquée contre la surface interne de la tuyauterie 10 14 lorsque l*on bloque les vis de manière à maintenir l'enveloppe axialement par friction contre les parois du tuyau. Les vis 40 permettent de régler la position de l'enveloppe 44 de manière qu'elle soit bien coaxiale avec le tuyau. Dans la forme illustrée, la tête comporte quatre vis 40 qui sont de préfé:?es.o© 15 régulièrement réparties de la circonférence à chaque extrémité de 1*enveloppe, mais il va de soi que ces vis peuvent être placées ailleurs. L'emploi de vis sans tête permet de réduire les perturbations apportées à l'écoulement du fluide,. Une ou plusieurs ouvertures 48 pratiquées dans la 20 paroi du tuyau et rendues étanches par des garnitures 50, permettent le passage des fils 26. Si l'étanchéité des garnitures 50 est suffisante, il est possible de permettre la circulation du fluide entre la surface externe de l'enveloppe 44 et la paroi du tuyau pour équilibrer les pressions de part et d''autre de 25 1*enveloppe» Par ailleurs, il est également possible de disposer des joints, tels que les joints toriques illustrés en 52 sur la figure* entre la paroi de l'enveloppe 44 et le tuyau pour rendre étanche 1*espace annulaire compris entre ces deux éléments» Les joints peuvent rendre étanche la section où. sor-30 tent les conducteurs 26 et éventuellement les vis de blocage 40« A la différence des têtes décrites précédemment, le système de la figure 4 ne nécessite pas de raccourcissement de la longueur initiale des tuyaux pour tenir compte de 1 ' épaisseur de la bride. Il faut, par contre, percer quelques trous 35 pour faire passer les fils de connexion mais dans la plupart des cas le rebouchage de ces trous ne présente pas de difficulté 69 09064 5 2004859 importante. les têtes rapportées réalisées selon la présente invention sont relativement peu coûteuses même lorsqu'elles doivent supporter de fortes pressions de travail. L'étranglement de 5 la section des tuyaux est relativement léger mais la perte de charge résultante n'est pas sensible sur des tuyaux d'un diamètre relativement important. Il va de soi que l'invention peut faire l'objet, de nombreuses modifications ou applications sans sortir de son tO cadre. 69 09064 6 2004859 REVENDICATIONS 1 - Tête pour débitmètre électromagnétique destinée à l'insertion dans un train de tuyauteries et caractérisée en ce qu'elle comprend une enveloppe tubulaire dont au moins la surface interne en contact avec le fluide des tuyaux est en 5 matière isolante de l'électricité, des organes de fixation -maintenant la tête axialement par rapport au train de tuyaux, des conducteurs créant un champ magnétique dont une composante est transversale par rapport à l'axe longitudinal de l'enveloppe et une paire d'électrodes disposées sur sa surface in-10 terne en des positions diamétralement opposées* 2 - Tête pour débitmètre électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée par plusieurs conducteurs disposés longitudinalement et espacés angulairement sur le pourtotfcr de l'enveloppe, dans l'épaisseur de laquelle ils sont inclus. 15 3 - Tête pour débitmètre électromagnétique selon la revendication 2, caractérisée en ce que la section droite des conducteurs est.réduite progressivement et symétriquement de part et d'autre d'un plan passant par l'axe longitudinal de l'enveloppe, 20 4 - Tête pour débitmètre électromagnétique selon la t revendication 3> caractérisée en ce que les électrodes sont coupées par le dit plan et sont disposées au centre de l'enveloppe dans le sens longitudinal* 5 - Tête pour débitmètre électromagnétique selon la 25 revendication 1, caractérisée en ce que les conducteurs créent un champ magnétique tel que le potentiel détecté par les électrodes soit représentatif de la vitesse moyenne d*écoulement du fluide sur toute la section droite de 1*enveloppe en supposant que cet écoulement soit symétrique autour de l'axe lon-30 gitudinal de la tuyauterie, 6 - Tête p'ûur débitmètre électromagnétique selon la revendication 5» caractérisée en ce que le champ magnétique est uniforme et parallèle sur toute la section droite de l'enveloppe» '35 7 - Tête pour débitmètre électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce 69 09064 7 2004859 qu'elle comporte un. tube conducteur de l'électricité disposé râdialement à l'intérieur des conducteurs pour servir d'écran " électrostatique. 8 - Tête pour débitmètre électromagnétique selon l'une 5 quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un tube conducteur de l'électricité servant de noyau entoure extérieurement les conducteurs. 9 - Tête pour débitmètre électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce 10 que les organes de fixation sont constitués par une partie extérieure de l*enveloppe susceptible de s'insérer entre deux sections de tuyaux adjacentes. 10 - Tête pour débitmètre électromagnétique selon la revendication 9» caractérisée en ce que la dite partie extérieu- 15 re constitue une bride. 11 - Tête pour débitmètre électromagnétique selon la revendication 10, caractérisée en ce que les connexions aux conducteurs et aux électrodes se font à travers la dite bride, 12 - Tête pour débitmètre électromagnétique selon .20 lTune quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les organes de fixation maintiennent l'enveloppe par frottement contre la surface interne de la paroi de la tuyauterie. 13 - Tête pour débitmètre électromagnétique selon la revendication 12, caractérisée en ce que les organes de fixa- ^ tion sont constitués par une série de vis engagées dans des trous radiaux taraudés de l'enveloppe. 14-- Tête pour débitmètre électromagnétique selon la revendication 13, caractérisée en ce que les dites vis comportent des plaques de serrage à leurs extrémités extérieures 30 pour stappliquer contre la surface interne de la paroi de la tuyauterie. 15 - Tête pour débitmètre électromagnétique selon les revendications 13 ou 14, caractérisée en ce que les vis sont des vis sans tête dont les extrémités internes sont en retrait 35 à l'intérieur des trous. 16 — Tête pour débitmètre électromagnétique selon les revendications 12 à 15, caractérisée en ce que les connexions aux conducteurs et aux électrodes s'effectuent à travers au 69 09064 8 2004859 moins une ouverture pratiquée dans la paroi de la tuyauterie. 17 - Tête pour débitmètre électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est fixés à l'intérieur d'une tuyauterie de manière 5 que la surface externe de son enveloppe soit à une certaine distance de la paroi de la tuyauterie pour équilibrer les pressions fluides sur les surfaces interne et externe de l'enveloppe. 18 - Tête pour débitmètre électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée 10 en ce que 1*enveloppe est en matière plastique dans laquelle sont enrobés les fils de connexion et leurs conducteurs.