Brevet FR2104655A1 — publié le 19720421

La présente invention concerne les instruments du type courantographe utilisés pour l'étude des écoulements de liquides et destinés, après leur orientation selon la direction d'un courant, à en mesurer la vitesse0 Dans des appareils connus de ce genre, la mesure de l'intensité du courant est faite à l'aide d'un moulinet dont la vitesse de rotation, qui est reliée à la vitesse du courant dans le liquide est convertie en grandeur électrique.Des que la direction du courant varie, il est nécessaire de prévoir une orientation du moulinet, ce qui est le plus souvent réalisé manuellements où à laide d'un dispositif hydraulique adéquat (safran) le support de moulinet étant profilé de façon que sa seule position d'équilibre stable soit selon la direction du courant. Âvec cette dernière méthode d'orientation, l'énergie nécessaire pour vaincre les frottements mécaniques est empruntée au liquide. Cette méthode est inefficace lorsque la vitesse de l'écoulement est faible et il arrive qu'on ne puisse obtenir une orientation correcte du moulinet dans l'axe du souriant. le dispositif selon l'invention permet de diminuer beaucoup l'emprunt d'énergie au liquide en vue de l'orientation, la majeure partie de l'énergie nécessaire étant fournie par une source extérieure. I1 est basé sur la conductivité électrique du liquide. L'appareil, objet de l'invention, comporte un moulinet destiné à la mesure de la vitesse du courant, immergé à l'ex- trémité d'un axe de rotation, avec un dispositif destiné à traduire l'écart angulaire entre l'axe du moulinet et la direction du courant sous forme de grandeur électrique0 les connexions électriques passent dans l'axe de rotation qui relie la partie immergée décrite ci-dessus avec le bati de l'appareil0 Ce bti supporte un système de contacts tournants destiné à la transmission des signaux électriques quelle que soit lXorienta- tion de la partie immergée ; un appareil de mesure du cap, exprimant éventuellement son résultat sous forme de grandeur électrique, un agent moteur assurant la rotation de la partie immergée, et un dispositif électrique recevant l'information de position angulaire de la partie immergée relativement à la direction du courant dans le liquide et commandant l'agent moteur de manière à annuler cet écart angulaire0 Les figures du dessin annexé illustrent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un courantographe conforme à la présente invention. - la figure I représente une vue schématique de l'ensem- ble de l'appareil ; - la figure 2 comporte une coupe horizontale et une coupe verticale du système de mesure d'écart angulaire ; - la figure 3 représente le schéma électrique du dispositif de commande du moteur à partir des informations recueillies par le détecteur d'écart - la figure 4 représente des enregistrements graphiques réalisés à l'aide de cet appareil. Sur la figure 1, le support 1 de la partie immergée de l'appareil porte un-moulinet 2 et un équipage mobile 3 ou safran, et-est relié à un axe de rotation 4 qui à travers un connecteur 5, assure les liaisons mécaniques et électriques avec la partie de l'appareil située hors du liquide. Cette partie non immergée est enfermée dans un baati 6, fixe en rotation, et comprend une enceinte 7 contenant un certain nombre de contacts tournants, un potentiomètre 8, qui fournit l'information électrique correspondant au cap de l'axe du moulinet 2, un ensemble 9 pour la commande électrique de rotation, le-moteur, le réducteur de vitesse, enfin sur le bEti 6 en haut, un connecteur 10, qui transmet les informations électriques de cap en provenance du potentiomètre 8, dont le curseur est relié à l'équipage tournant et de vitesse du courant émanant du moulinet 2, auquel est associée une génératrice de grandeurs électriques (non représentée).Ce connecteur 10 sert aussi de support au système, auquel on peut alors donner trois degrés de liberté en translation, commandés éventuellement de manière automatique0 Sur la figure 2 se trouve représenté le détail du montage du safran 3. Cette pièce, qui a une forme en Y est percée de manière à eAtre très légère et tourne autour d'un axe de rotation Ilo Elle est munie d'une électrode 12, en forme de pastilib à laquelle font face de chaque côté, deux électrodes latérales 13 et 14, tiges dont une partie au moins est conductrice, liées mécaniquement au support 1, et électriquement respectivement à deux conducteurs (non représentés) qui passent dans l'axe de rotation 4 pour aller vers l'amplificateur différentiel 24o L'électrode 12, dite électrode centrale, est reliée par un conducteur léger fixé sur le safran 3 à une petite surface 15 située sur le côté supérieur dudit safran au voisinage de son axe de rotation 11. À cette surface fait face une tige conductrice 16 reliée à un conducteur traversant également l'axe 4 pour aller vers l'amplificateur différentiel 240 La conduction entre la tige 16 et la surface 15 se fait dans le liquide de manière à éviter un contact gén"rateur de frottements0 Le système électrique constitué par les électrodes latérales 13 et 14, et centrale 12 est inséré en 21 dans la figure 3, ainsi que l'espace de liquide 15, 16. Entre les électrodes 12, 13, 14, et 15, 16 le passage des courants électriques est assuré gracie à la conductivité du liquide.Seule l'électrode 12, liée au safran 3 est mobile. Lorsque l'appareil immergé est orienté dans la direction du courant, l'électrode centrale 12 est à égale distance des électrodes latérales 13 et 14. Les impédances électriques des espaces 12-13 et 12-14 sont sensiblement les mêmes. Le pont constitué par ces deux impédances et les deux résistances 22 et 23 est à l'équilibre0 L'amplifi- cateur différentiel 94 ne transmet aucune information de commande au moteur 9. Si la direction du courant dans le liquide change, il apparat un déséquilibre, l'amplificateur 24 transmet au moteur 9 une information de commande tendant à faire tourner la partie immergée autour de son axe 4 dans le sens convenable pour que les électrodes latérales 13 et 14 reviennent à égale distance de l'électrode centrale 12, ce qui asservit I'axe du moulinet 2 à être dans la direction du courante L'alimentation du montage électrique peut être réalisée à partir du secteur à 50 EGX à travers un transformateur qui isole les circuits du secteur, et affaiblit la tension. Le support 7 de la partie immergée est avantageusement relié à la masse du circuit électrique.Il faut remarquer que les connecteurs 5 et 10 assurent toutes les liaisons, mécaniques et électriques, et que leur présence facilite le démontage des diverses parties de l'appareil0 Lersque l'appareil est monté sur un système possédant trois degrés de liberté il est possible de commander à distance la mesure en un point de coordonnées choisies et à la cote désirée, les résultats apparaissant sur un enregistreur à deux voies ; de tels résultats sont représentés sur la figure 4. En haut, la vitesse est portée en ordonnée en fonction du temps en abscisse, en bas, le cap en fonction du temps En variante de l'appareil, il est possible d'utiliser l'axe de rotation 11 pour l'arrivée du courant à l'électrode centrale0 Il faut remarquer que l'utilisation d'un instrument de mesure de cap est rendue possible par le fait que les frottements mécaniques de cet instrument sont vaincus par la source d'énergie extérieure, et non par l'énergie du fluide. Cet appareil peut être utilisé pour toutes les mesures -de vitesses d'écoulement de liquides, par exemple pour les modèles réduits maritimes, notamment loraque ces vitesses sont faibles (de 1 à 10 cm/s)0 RE VE NI) I CAT IONS 1. Un appareil pour la mesure des vitesses d'écoulement dans les liquides comprenant un support immergé portant un moulinet destiné à cette mesure, et un système mécanique d'orientation de l'axe du moulinet dans la direction de l'écoule- ment, caractérisé en ce qutil comporte un détecteur de l'écart angulaire entre l'axe de rotation du moulinet et la direction de l'écoulement, constitué d'un équipage mobile ou safran tendant à s'orienter dans la direction du courant, monté dans l'axe du moulinet et portant une électrode disposée entre deux autres électrodes fixes par rapport au support immergé, les deux impédances électriques constituées par le liquide entre chacune des électrodes fixes et l'électrode centrale du safran effectuant la représentation électrique de l'écart angulaire entre l'axe du moulinet et la direction de l'écoulement, et des moyens électriques d'asservissement qui reçoivent ladite représentation électrique et agissent sur ledit système mécanique de manière à annuler l'écart angulaire détecté. 2. Un appareil selon la revendication i, caractérisé en ce qu'il comporte un instrument de mesure de cap. 3. Un appareil selon l'une des revendications i et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens électriques d'asservissement comprennent deux résistances formant un pont électrique avec lesdites deux impédances électriques, un amplificateur différentiel et un moteur électrique, le point milieu des résistances étant relié à une entrée de l'amplificateur différentiel, et l'électrode centrale du safran à l'autre entrée dudit amplificateur lequel amplificateur différentiel fournit en sortie une grandeur électrique représentant la différence entre la tension qui apparat sur l'électrode centrale du safran, et la tension de référence existant au point milieu des deux résistances, c'est-à-dire l'écart entre la position réelle du safran et sa position médiane à l'équilibre, cette grandeur électrique commandant la rotation du moteur qui entrasse la partie immergée du dispositif de manière que ledit safran se retrouve dans sa position médiane, ainsi que l'électrode centrale qu'il porte, ce qui a pour effet d'asservir l'axe du moulinet et du support immergé à être dans la direction du courant repérée par le safran. 4. Un appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'arrivée du courant vers l'électrode centrale du safran se fait par un fil conducteur léger appliqué sur celui-ci, une aire conductrice sur le côté dudit safran et une tige conductrice solidaire du support immergé, disposée au voisinage de l'axe de rotation du safran et reliée aux moyens électriques d'asservissement, le fil conducteur étant relié à l'aire conductrice, et le passage du courant entre l'aire conductrice et la tige conductrice se faisant par conduction dans le liquide. 5. Un appareil selon l'une des revendications i à 3, caractérisé en ce que l'arrivée du courant vers l'électrode centrale du safran se fait par un fil conducteur léger, puis l'axe de rotation, qui est alors conducteur, dudit safran, cet axe étant lui-même relié électriquement aux moyens électriques d'asservissement.