Brevet FR2040302A1 — publié le 19710122

a présente invention concerne généralement et a essentiellement pour-objet un dispositif pour mesurer sans contact la surface ou aire de section d'un corps ayant une forme quelconque ainsi que les diverses applications et utilisations résultant de sa mise en oeuvre et les systèmes, ensembles , appareilS équipements et installations pourvus de tels dispositifs. Il est fortement désirable de créer des moyens pour mesurer la section d'un corps ayant une forme quelconque avec une grande précision et une grande sensibilité pendant que l'élément de mesure impliqué n'est pas maintenu physiquement en contact avec le corps. En conséquence, c'est un but de l'invention de créer un nouveau système pour mesurer une aire de section d'un corps réalisé en une-matière quelconque et d'une forme quelconque même dans un milieu ambiant ou environnant à haute température, à haute teneur en humidité ou présentant d'autres mauvaises conditions, à la fois avec une grande précision et une grande sensibilité. pendant que l'élément de mesure impliqué n'est pas maintenu physiquement en contact avec le corps. L'invention réalise cet objectif par la création d'un système pour mesurer une aire de section d'un corps comprenant une bobine de mesure , un oscillateur fonctionnellement connecté à la bobine de mesure et des moyens pour mesurer une variation dans l'inductance de la bobine, l'agencement étant tel que le corps traverse la bobine de mesure pour provoquer une variation dans l'inductance de la bobine qui, à son tour, est mesuréepar des moyens mesureurs pour déterminer ainsi l'aire de section du corps Dans un mode de réalisation préféré de~l'invention, le système pour mesurer une aire de section d'un corps peut comporter une bobine de mesure, un oscillateur fonctionnellement connecté à la bobine de mesure, un oscillateur à fréquence de référence, un détecteur hétérodyne connecté aux deux oscillateurs et des moyens pour mesurer la fréquence de sortie du. détecteur pour fournir ung/mesure de l'aire de section du corps. La bobine de mesure peut être commodément connectée aux bornes d'un condensateur pour former un circuit résonnant en parallèle, un circuit-bouchon ou analogue connecté aux bornes d'une branche d'un circuit à pont d'impédances normalement mis dans son état d'équilibre et connecté à l'oscillateur. te corps passe à travers la bobine de mesure pour amener le circuit à pont d'impédances dans son état déséquilibré sur la base duquel la surface de section du corps est déterminée. L'invention s & a mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques , détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, en se reportant aux dessins schématiques annexés, donnés uniquement à titre d'exemple illustrant divers modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1.représente une vue schématique en perspective d'un dispositif de mesure utile pour expliquer les principes de l'invention - la figure 2 est une vue en coupe transversale du dispositif représenté sur la figure i ; - la figure 3 est un schéma synoptique fonctionnel d'un système de mesure construit conformément aux principes de l'invention avec des formes d'onde développées en divers points du système;; - la figure 4 est un graphique représentant la caractéristique d'un circuit compris dans le système représenté sur la figure 3 en fonction de la fréquence de battement; - la figure 5 est le schéma de circuit d'une variante de l'invention - la figure 6 est une représentation graphique de la caractéristique fondamentale de l'invention montrant l'évolution de la variation d'inductance en fonction de l'aire de section transversale;; - la figure 7 est une vue schématique d'une forme d'exécution de l'invention appliquée à la mesure d'un-corps en forme de barre - la figure 8 est une vue schématique d'une autre forme d'exécution de l'invention appliquée à la mesure de l'are de section transversale d'un fluide en écoulement - la figure 9 est une vue en section transversale de l'élément de mesure représenté sur la figure 8 - la figure 10 est une vue en coupe d'encore une autre forme de réalisation de l'invention appliquée à la mesure de l'aire de section transversale d'un métal fondu ; et - la figure 11 est une vue en coupe agrandie de l'élément de mesure représenté sur la figure 10 avec des parties représentées conventionnellement par des rectangles symboliques. En se reportant maintenant aux dessins et en particulier aux figures 1 et 2, on voit qu'un corps 10 à mesurer, ayant une forme quelconque telle que représentée au mieux sur la figure 2, est inséré dans une bobine 12 le long de son axe longitudinal sans être physiquement en contact avec la bobine. La bobine 12 a ses deux extrémités connectées par des fils ou cables conducteurs respectifs 14 a tout oscillateur approprié 16. L'oscillateur 16 produit un courant électrique alternatif ayant une fréquence f, lequel courant est à son tour amené à s'écouler à travers la bobine 12. Dans ces conditions, un champ électromagnétique à courant alternatif est établi à l'intérieur et à l'extérieur de la bobine 12.Par conséquent le corps 10, inséré dans la bobine 12, est placé dans le champ électromagnétique à courant alternatif précité; En supposant que le corps 10 possède un coefficient de perméabilité et et un coefficient de conductibilité électrique d , le champ électrom2gnetique peut pénétrer dans le corps 10 jusqu'à une profondeur & mesurée à partir de la surface de celui-ci. ta profondeur zest est connue sous le nom de profondeur de pénétration par effet de peau ou pelliculaire et est exprimée par l'équation suivante où # est la constante du cercle. Si le corps 10tossède un périmètre L en une section transversale particulière et l'aire de section transversale correspondante SM, une surface SM par laquelle le champ électromagnétique pénètre dans le corps 10, est donnée par l'équation SM= L x g Si la surface pénétrée SM est suffisamment plus petite que l'aide de section transversale 5N du corps 10, c'est à dire Si : 5M > L x # (3), alors le corps 10 agit de façon à exclure le champ de son intérieur . Ce champ est présent seulement à l'extérieur du corps 10. Quand un champ électromagnétique, établi autour du corps 10, est exclu par ce dernier de la manière venant juste d'être décrite , une variation de l'inductance de la bobine 12, due au corps, est proportionnelle à la dimension du corps 10. Plus spécifiquement, on suppose que la bobine 12 possède une inductance Lo avant que le corps 10 soit inséré dans la bobine et que le corps 10 a été inséré dans la bobine 10 pour diminuer l'inductance d'une valeur a t. ta corrélation entre la variation d'inductance n L de la bobine 12 et l'aire de section transversale 5M du corps 10 a été déterminée expérimentalement de façon qu'elles soient directement proportionnelles l'une à l'axe comme cela est représenté sur la figure 6 où l'axedes ordoeaéesreprésente la variation d'inductance #L de la bobine -12 et l'axe des abscisses représente l'aire de section transversale 5M du corps 10. Si la bobine 12 possède une aire de section transversale la relation suivante est valable # L = &alpha; SM (4) Lo So où &alpha; est une constante dépendant seulement de la forme de la bobine 12. Par exemple, le résultat d'expériences exécutées avec des bobines circulaires indique que le constante i est approximati vement égale à un tiers soit ( '* 1/3. Il a aussi été prouvé expérimentalement qu'en satisfaisant à l'inégalité (3), la corrélation, existant entre l'aire de section transversale SM du corps 10 et une variation d'inductancet de la bobine 12, telle que représentée graphiquement sur la figure 6 ou telle qu'exprimée par l'équation (4) , est satisfaite d'une façon tout à fait indépendante de la forme et de la matière du corps 10. Par conséquent, à la condition que l'inégalité (3) soit satisfaite, il est possible de connaître une surface de section d'un corps constitué en toute matière et réalisé en toute forme en insérant le corps dans une bobine telle que la bobine 12 représentée sur les figures 1 et 2 et en mesurant une variation d'inductance iN L de la bobine.En outre, comme la valeur deiX L peut être mesurée avec une grande précision, l'aire de section du corps peut aussi être déterminée avec une grande précision tandis qu'une telle détermination possède une grande sensibilité En se reportant maintenant à la figure 3, il y est représenté un système pour mesurer une variation d'inductance #L de la bobine 12 avec une grande précision et confrmément aux principes de l'invention tels que décrits ci-dessus en corrélation avec les figures1 et 2. L'agencement représenté comprend le corps 10 à mesurer , axialement inséré dans la bobine de mesure 12 connectée à l'oscillateur 14 comme cela est représenté sur les figures 1 t 2. L'oscillateur 14 comprend un condensateur 16 tel que représenté en traits interrompus sur la figure 3, connecté aux bornes de la bobine 12 pour former un circuit résonnant en parallèle. Afin de régler la fréquence de résonnance du circuit résonnant en parallèle, un condensateur variable 18 est représenté sur la figure 3 comme étant connecté à l'oscillateur 14. Comme cela a été décrit précédemment, on suppose que le corps 10 est inséré dans la bobine 12 pour modifier l'inductance de celle-ci depuis une valeur t jusqu'à o une valeur t - ts t. On suppose aussi que cette variation d'induc tances # L force la fréquence d'oscillation , produite par l'oscil- lateur 14, à augmenter de fo + #f.La relation entre la variation o d'inductance t et l'accroissement de fréquence iSf est alors donnée par = 1 f 2 L o o Dans ces conditinns, l'oscillateur 14 produit un signal ayant une fréquence fo + #f . Aprés avoir été amplifié par unanplificateur o +4f 20, le signal est appliqué à un détecteur hétérodyne 20 auquel est également appliquée une fréquence de référence f. produite par l'oscillateur de référence 24.On utilise la référence et on se rapproche de la fréquence produite par l'oscillateur 14. te détecteur 22 fonctinnne de façon à produire des fréquences de battement t(fo + A f) + fij à partir des deux fréquences appliquées f0 +f et fi. Ces fréquences de battement sont appliquées à un circuit de filtrage 26 où la fréquence totale ou formant somme [fo + #f) + fi] est filtrée et seule le différence de fréquence [(fo + #-fo) - fi] est formée à la sortie de celui-ci. Ainsi le signal de sortie provenant du circuit de filtrage 26 présente cette fréquence différentielle et aussi une forme d'onde 27 telle que représentée en dessous du rectangle 26 sur la figure 3.La forme d'onde 27 est ensuite fournie à un circuit formeur ou façon neur de forme d'onde 28 pour convertir celle-ci en une forme d'onde rectangulaire 29 telle que représentée en dessous du rectangle 28 sur la figure 3. La forme d'onde rectangulaire 29 est ensuite fournie à un intégrateur 30 où elle est transformée en une forme d'onde triangulaire ayant une amplitude inversement proportionnelle à la valeur absolué de la fréquence différentielle ou différence de fréquence [(fo + #f) - fi] appliquée à l'intégrateur 30. ta forme d'onde triangulaire est représentée en dessous du rectangle 30 et désignée par le chiffre de référence 31 sur la figure 3. La forme d'onde triangulaire 31 est ensuite fournie à un circuit redresseur et amplificateur 32 pour produire un signal de courant électrique continu. Le signal à courant électrique continu a son amplitude inversement proportionnelle à la valeur absolue de la fréquence [(fo + #f) - fi] fournie par le circuit formant filtre 26 comme cela est représenté sur la figure 4 où l'axe des ordonnées représente la valeur du signal de courant électrique continu iDC formant par exemple intensité provenant du circuit redresseur et amplificateur 32 et l'axe des abscisses représente la valeur absolue de la fréquence [(fo + #f) - fi]. Ceci signifie que le signal de courant électrique continu est exprimé par ifi0 K T(f0 (f + #f) - fi où K est une constante. En se reportant de nouveau à la figure 3, le signal de courant électrique continu provenait du circuit redresseur et amplificateur 32 est appliqué à un régulateur de niveau ou de volume 34. te régulateur de niveau ou de volume 34 sert à régler un indicateur 36 connecté à celui-ci pour fournir une indication de zéro quand ltoscillation 14 produit la fréquence f . te signal de courant o électrique continu, quittant le régulateur de niveau 34, est appliqué à l'indicateur pour fournir une mesure de l'aire de section particulière du corps 10 comme on le comprendra facilement à partir des équations (4) et (5). Le système de mesure de la figure 3 peut mesurer facilement une aire de section dkin corps meme dans le cas où l'aire de/section varie rapidement. La figure 5 représente une variante ou modification de l'invention utilisant un circuit à pont d'impédances. L'agencement représenté comprend un circuit à pont d'impédances désigné d'une façon générale par le chiffre de référence 40 et excité ou alimenté en énergie parunoscillateur 42 connecté aux bornes d'une paire de jonctipns diagonales du circuit en pont.L'une des jonctions diagonales ou la jonction supérieure , telle que vue sur la figure 5, est connectée à une première branche consistant en une résistance 44 et en un condensateur variable 46 connectésen série l'un à l'autre et à une seconde branche comportant une résistance 48, tandis que l'autre jonction ou jonction inférieure est connectée à une troisième-branche comprenant un condensateur 50 et à une quatrième branche comprenant une combinaison d'une résistance 52 et d'un condensateur variable 54 connectés en série. Un détecteur de courant 56 est ensuite connecté entre la jonction des première et troisième branches et la jonction des seconde et quatrième branches .Un circuit résonnant un parallèle ou analogue, constitué par la bobine 12 et par le condensateur 16 comme cela est représenté sur la figure 3, est connecté aux bornes de la quatrième branche ou de la combinaison des -éléments 52 - 54 connectés en parallèle, le corps 10 à mesurer étant inséré dans ia bobine. Avant que le corps soit inséré dans la bobine 12, le pont d'impédances 40 est destiné à être amené dans son état d'équilibre avec une fréquence de résonnance du circuit résonnant en parallèle 1 2 - 16. Ceci~signifie que le détecteur 56 est réglé pour fournir une indication de zéro . Dans ces conditions, on suppose que la somme des capacitances des condensateurs 16 et 54 est G . Après o que le corps 10 ait été inséré dans la bobine 12, l'inductance de celle-ci est diminuée de L0 à L0 -At .A ce moment, afin de maintenir le circuit en pont dans son état d'équilibre avec la fréquence fo, le condensateur variable 54 doit accroître sa capacitance d'une valeurs C exprimée par # C #L Co Lo (6) o Cet accroissement de la capacitance du condensateur 54 correspondant peut ensuite être mesuré par l'accroissement/sur une graduation (non représentée) associée au condensateur 54 pour déterminer la diminution particulière ssL de l'inductance de la bobine 12. Par conséquent l'aire de section M du corps 10 inséré dans la bobine 12 peut être déterminée conformément à l'équation (4). En se reportant maintenant à la figure 7, il y est représenté une forme d'exécution de l'invention appliquée à la mesure d'une aire de section transversale d'un corps en forme de barre. Comme cela est représenté sur la figure 7, un corps en forme de barre, telle qu'une barre métallique, déplacée par roulement ou transportée d'une façon continue est forcée à passer à travers la rcée à façon à bobine de mesure 12 au moyen de deux paires de galets ou rouleaux d'avanc-ement ou d'alimentation respectivement supérieur et infé rieur- 62, 63 et 64,65 disposées des deux-côtés de la bobine 12. te corps 60 peut être constitué en toute matière et être de toute forme . La bobine 12 est connectée électriquement à un dispositif 66 pour mesurer une variation ou mdification de l'inductance de celle-ci comme cela est représenté sur la figure 3 ou 5. te dispositif 66 est alors connecté à un indicateur 68 comme cela est représenté sur la figure 3 ou 5. Si on le désire, le dispositif 66 peut être connecté à un appareil enregistreur ou à un calculateur ou ordinateur (non représenté) .Par la description précédente, faite en corrélation avec la figure 7 ou 5, on se rendra compte aisément que l'agencement de la.figure 7 peut facilement mesurer l'aire de section transversale-du corps 60 d'une manière continue avec à la fois une grande précision et une grande sensibilité pendant que le corps 60 entrain d'être mesuré n'est pas maintenu physiquement en contact avec la bobine de mesure 12. Les figures 8 et 9 représentènt un autre mode de réalisation de l'invention pour la mesure de fluides. Une cuvette ou auge 70 constituée par exemple en une matière isolante, a la bobine de mesure 12 disposée fixement autour de celle-ci et un fluide 72 s'écoule à travers celle-ci. Comme sur-la figure 7 , la bobine 12 est connectée à un appareil indicateur ou à un enregistreur ou à un calculateur ou ordinateur désigné par le chiffre de référence 68 par l'intermédiaire d'un dispositif de mesure 66 tel que représenté sur la figure 3 ou 5. Si le fluide 72 est du fer ou de l'acier fondu à une température élevée, la mesure doit alors être effectuée dans un milieu ambiant ou environnement mauvais ou défavorable à température élevée et à travers une paroi épaisse de matière réfractaire. Dans ces conditions, l'agencement de la figure 8 peut facilement mesurer l'aire de section transversale du métal fondu comme on le comprendra par la description précédente faite en corrélation avec la figure 3 ou 5. tes figures 10 et 11 montrent encore un autrqiode d'exécu- - tion de 11 invention appliqué à une opération de coulée continue. Sur la figure 10, un métal fondu, contenu dans une poche ou analogue 80west est déversé d'une façon continue dans une cuve réfractaire ou analogue 82. La cuve réfractaire 82 est associée fonctionnellement à des détecteurs de niveau 84 pour détecter le niveau du métal fondu 86 dans la cuve réfractaire 82. te métal fondu 86 est continuellement déversé à travers une buse ou analogue 88 de la cuve réfractaire 82 dans un moule oua Xkptière 90 tandis que le déversement de métal fondu de la poche 80 dans la cuve réfractaire 82 est contrôlé ou réglé dans sa quantité de façon à maintenir constant le niveau du métal 86 à l'intérieur de la cuve réfractaire. De cette manière, le métal fondu 861 déversé dans le moule ou la lingotière 90, est maintenu à unequantité fixe prédéterminée. Cependant, des buses telles que représentées en 88, généralement employées dans l'opération ou le procédé de coulée continue varient en aire de section transversale à tout moment pendant le service. A titre d'exemple, de telles buses , réalisées en aluminium, diminuent progressivement en diamètre au fur et à me sur re qu'elles sont utilisées. Conformément à l'invention , la bobinie de mesure 12, telle que décrite précédemment, est enrobée , noyée ou encastrée dans la matière constituant la buse 88 pour entourer ou encercler la buse comme cela est représenté au mieux sur la figure 11 et est connectée à l'indicateur, à l'appareil enregistreur ou au calcula teur ou ordinateur 68 par l'intermédiaire du dispositif mesureur 66 comme cela a été décrit ci-dessus en se référant à la figure 7. Comme dans les exemples précédents , une variation de l'inductance de la bobine 12 est mesurée pour déterminer le diamètre correspondant dela buse 88. te niveau du métal fondu 86 à l'intérieur de la cuve réfractaire 82(est ensuite réglé ou adapté conformément au diamètre mesuré de la buse 88. te métal fondu provenant de la cuve réfractaire 82 continue alors à être déversé dans le moule ou la lingotière 90 suivant une quantité ou un débit fixe prédéter mïné pendant que le produit moulé résultant 92 est continuellement évacué en étant délivré par le moule ou la lingotière 90 au moyen de plusieurs galets ou rouleaux d'avancement ou analogues 94 et d'une paire de galets'ou rouleaux de guidage 96. Bien que l'invention ait été représentée et décrite en se référant à plusieurs modes de réalisation préférés de celleci, il doit être entendu qu'on peut savoir recours à divers changements et modifications sans stécarter de l'esprit et du cadre de l'invention. Par exemple, au lieu de la différence de fréquence tfo +Z2f)~ fi] S on peut utiliser la somme des fréquences ou fréquence totale & o +t f) + fil Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, -elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si ailes -ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S. 1. Dispositif pour mesurer une aire de section d'un corps, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison :-une bobine de mesure , un oscillateur fonctionnellement connecté à ladite bobine de mesure et des moyens pour mesurer um variation de l'inductance de ladite bobine , l'agencement étant tel que ledit corps passe à travers ladite bobine de mesure pour provoquer un changement de l'inductance de ladite bobine lequel est à son tour mesuré par lesdits moyens mesureurs pour déterminer ainsi l'aire de section dudit corps. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de mesure précité comprend un oscillateur à fréquence de référence, un détecteur hétérodyne connecté aux deux oscilla- teurs précités et des moyens pour mesurer la fréquence de sortie dudit détecteur pour procurer une mesure de 1' aire de section du corps précité. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de mesure précité comprend un circuit à pont d'impédances normalement amené dans son étàt d'équilibre et connecté à l'oscillateur précité et à un condensateur connecté auxbornes de la bobine de mesure précitée pour former un circuit résonnant en parallèle, ledit circuit à pont d'impédances comportant une branche connectée aux bornes dudit circuit résonnant en parallèle et l'agencement étant tel que le corps précité passe à travers la bobine de- mesure précitée pour amener ledit,circuit à pont d'impédances dans son état de déséquilibre, sur la base duquel est déterminée l'aire de section dudit corps. 4. Dispositif selon la revendicatinn 1, caractérisé en ce qu'il comporte une cuvette ou auge entourée fixement par la bobine de mesure précitée tandis quelle corps précité est un fluide s'écoulant à travers ladite cuvette. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine de mesure précitée est noyée, enrobée ou encastrée dans la matière autour d'une buse à travers laquelle le corps précité est guidé sous la forme d'un fluide.