Brevet FR2240436A1 — publié le 19750307

La présente invention concerne le domaine de la mesure du débit des fluides conducteurs de l'électricité et en particulier, un débimètre électromagnétique et peut être appliquée pour mesurer le débit de liquides présentant une conductibilité ionique et de métaux dans l'industrie métallurgique, chimique, atomique et autres branches de l'industrie Les débitmètres électromagnétiques sans contact connus pour les fluides conducteurs de ltélectricité sont basés sur l'interaction d'un champ magnétique alternatif glissant et du fluide en déplacement; Leurs indications ne dépendent pas de- la valeur de l'induction magnétique et de la conductibilité du fluide. Ces débitmètres n'exigent pas un tarage préalable En particulier, on connaft un débitmètre sans eontact avec une répartition sinusoydale du champ magnétique pulsatoîre le long de la conduite. Ce débitmètre comporte des inducteurs pour engendrer et recevoir le champ magnétique et un indicateur L'inconvénient d'un tel débitmètre réside dans le fait que la valeur du signal dans celui-ci est proportionnelle à la conductibilité du fluide; C'est pourquoi un tel débimètre est inutilisable lorsque la conductibilité du fluide mesuré est faible, lorsque la valeur du signal devient comparable avec les perturbations. On connaft également un débitmètre électromagnétique comportant un dispositif magnétique à courant alternatif, entourant une section de la conduite sur laquelle sont disposées des électrodes sur lesquelles - on prélève, à 1' aide d'un circuit de mesure, un signal de sortie proportionnel au débit du fluide La valeur de ce signal est déterminée par une série de facteurs, et en particulier,par la valeur et le mode de la-répartition du champ magnétique à l'endroit où se trouve la conduite avec les électrodes;Cette répartition du champ est déterminée par le type du dispositif magnétique et par la précision de montage de celui-ci sur la conduite; C'est pourquoi pour atteindre une haute précision de mesure, il faut procéder à une graduation individuelle du débit mètre électromagnetique, - qui dans certains -cas, par exemple lors de l'utilisation du débitmètre pour des fluides agressifs, peut s'averer compliquée et conteuse: Au cours de l'exploitation il est parfois également nécessaire de contrôler la graduation, ce qui est souvent difficile à réaliser ou indésirable, par exemple lorsque le cycle de fonctionnement est ininterrompu. L'invention a pour but d'exclure la graduation individuelle lors de la mise en place ou lors du remplacement du dispositif magnétique, ainsi que d'exclure la nécessité de procéder à des graduations de contrôle au cours de l'exploitation, ce qui améliore la fiabilité et la précision des mesures. Le but proposé est atteint du fait, que sur la section de la conduite entourée par le dispositif magnétique à courant alternatif, outre les électrodes principales pour le prélèvement, à l'aide d'un circuit de mesure, des potentiels proportionnels au débit, selon l'invention, sont montées des électrodes supplémentaires pour le prélèvement de potentiels proportionnels aux courants de Foucault dans le fluide, le circuit de mesure étant réalisé sous la forme d un circuit comparateur, dont une entrée est raccordée aux électrodes principales et dont une autre entrée est raccordée aux électrodes supplémentaires. En fonction du type de dispositif magnétique utilisé les électrodes peu-vent être disposées sur la conduite de diverses façons. En cas d'utilisation d'un dispositif magnétique à courant alternatif engendrant un flux magnétique non nul dans une bouche fermée de la conduite, les électrodes supplémentaires sont montées le long des génératrices de la conduite qui passent par chacune des électrodes principales. En cas d'utilisation d'un dispositif magnétique à courant alternatif créant un flux magnétique égal à zéro le long de l'axe de la conduite, les électrodes supplémentaires sont disposées le long de la génératrice de la conduite passant par l'une des électrodes principales. Lors de l'utilisation d'un dispositif magnétique à courant alternatif qui crée un champ magnétique à répartition sinusoïdale le long de l'axe de la conduite, les électrodes supplémentaires sont disposées le long de la génératrice de la conduite, qui passe par l'une des électrodes principales,chaque électrode supplémentaire étant disposée par rapport à l'électrode principale à une distance égale à un quart de longueur d'onde du champ magnétique. En cas d'utilisation d'un dispositif magnétique à courant alternatif créant un champ magnétique à répartition sinusoidale le long de l'axe de la conduite, les électrodes principales et supplémentaires sont disposées le long d' une même génératrice de la conduite, à une distance l'une de l'autre égale à un quart de longueur d'onde du champ magnétique. Le débitmètre électromagnétique selon l'invention résout avec succès les problèmes posés. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels la Fig I, montre un mode de réalisation du dispositif magnétique du débitmètre électromagnétique, selon l'invention, engendrant un flux magnétique non nul dans une boucle fermée de la conduite; la Fig J 2, est le schéma synoptique du débimètre électromagnétique avec le dispositif magnétique de la Fig; I; la Fig 3, montre l'une des variantes de la répartition de l'induction le long de l'axe de la conduite lors de l'utilisation pour le débitmètre électromagnétique d'un dispositif magnétique, engendrant un flux magnétique égal à zéro le long de l'axe de la conduite;; la Fig 4, représente une section de la conduite sur laquelle se trouvent les électrodes principales et supplémentaires, selon l'invention, lorsqu'on utilise un dispositif magnétique avec une répartition de l'induction le long de l'ake de la conduite selon la Fig 3; la Fig; 5, représente une répartition sinusoïdale de l'induction le long de l'axe de la conduite, créée par un dispositif magnétique à courant alternatif; la Fig;; C, montre une portion de conduite avec des électrodes supplémentaires, disposées le- long de la génératrice passant par l'une des électrodes principales, à une distance égale à un quart de longueur d'onde du champ électromagnétique réparti le long de l'axe de la conduite, comme indiqué sur la Fig. 5; la Fig; 7, montre une portion de conduite avec des électrodes principales et supplémentaires, alternées le long d'une même génératrice, avec une distance entre les électrodes voisines égale à un quart de longueur d'onde du champ magnétique, pour un dispositif magnétique engendrant un champ magnétique à répartition sinusoïdale le long de-l'axe de ,la conduite. Le débitmètre électromagnétique comporte un dispositif magnétique 1 à courant alternatif (Fig 1), entourant une partie d'une conduite 2 sur laquelle se trouvent des électrodes principåles 3 (Fig. 2) pour le prélèvement de potentiels proportionnels au débit et des électrodes supplémentaires 4 pour le prélèvement de potentiels proportionnels aux courants de Foucault;Les électro des principales 3 et supplémentaires 4 sont raccordées aux entrées d'un circuit de mesure 5:' Le circuit de mesure 5 est constitué par un montage comparateur et se compose d'un bloc de sommation 6, dont les entrées sont raccordées à deux ou plusieurs paires d'électrodes supplémentaires 4, d'amplificateurs 7 et 8 dont les entrées'sont raccordées respectivement à la sortie du bloc de sommation 6 et aux électrodes principales 3 de détecteurs 9 et 10 dont les entrées sont raccordées aux sorties des amplificateurs 7 et 8 et d'un circuit comparateur il dont les entrées sont raccordées aux détecteurs 9 et 10 et à la sortie duquel est raccordé un appareil indicateur 12;; Le bloc de sommation 6 est réalisé, par exemple, sous la forme d'un amplificateur opérationnel, avec plusieurs entrées, et le comparateur Il peut être réalisé sous la forme d'un amplificateur différentiel à courant continu: Si sur la conduite on monte seulement une paire d'électrodes supplémentaires, le bloc 6 du circuit de mesure 5 n'est pas utilisé et les électrodes supplémentaires 4 sont raccordées directement à l'entrée de l'amplificateur 7. Lorsqu'on applique une tension au dispositif magnétique I à courant alternatif des courants de deux genres apparaissent dans la conduite 2. Ce sont d'abord les courants de Foucault, dûs à la variation du champ magnétique dans le temps, et ensuite, les courants proportionnels au débit du fluide. I1 en résulte qu'à la surface de la conduite apparat une répartition du potentiel électrique en rapport avec les courants de Foucault et avec les courants proportionnels au débit.Le signal proportionnel au débit est prelevé sur les électro- des 'principales 3, le signal proportionnel aux courants de Foucault est preleve sur les électrodes supplémentaires 4. les potentiels électriques de ces signaux sont décalés en phase de 90 , la phase du signal. proportionnel all débit c@@pcidant avec la phase de l'induction. Du fait des rapports de phases indiqués, ces noten- tiels proportionnels au débit est à la base du débitmètre électromagnétique connu. Suivant l'invention, outre les électrodes 3, sur lesquelles est prélevé le signal proportionnel au débit, on a prévu, comme indiqué plus haut, des élec trodes supplémentaires 4, sur lesquelles est prélevé un signal proportionnel aux courants de Foucault. Les signaux provenant des électrodes principales et supplémentaires dé pendent de la même façon de la valeur de l'induction du champ magnétique. En outre, la différence de potentiel prélevée sur les électrodes supplémentaires~ 4, disposées le long de la conduite Z, et la différence de potentiel prélevée sur les électrodes principales 3, dépendent de la même manière de la répartition du champ magnétique dans l'espace. Le signal provenant des électrodes principales 3 est amplifié par l'am- plificateur 8 et appliqué au détecteur t0 sensible à la phase qui sépare le si-- gnal proportionnel au débit Le signal prélevé sur les électredes supplémentaires 4 est additionné dans le bloc 6, si le nombre d'électrodes supplémentaires est supérieur à deux, puis il est amplifié par l'amplificateur 7 et détecté par le détecteur sensible à la phase' 9, qui sépare le signal proportionnel aux courants de Foucault. Les tensions de sortie des blocs 9 et 10 sont comparées par le bI comparateur 11, dont la tension de sortie est mesurée par l'appareil 12. En cas d'égalité des.coefficients de conversion des signaux provenant des électrodes principales et supplémentaires on obtient l'égalité des signaux: de sortie des détecteurs 9 et 10 pour un débit qui est proportionnel à la fréquence du champ magnétique3 à la distance entre les' électrodes supplémentaires et au diamètre de la conduite Ceci permet de réaliser la graduation du débitnè- tre au cours de son exploitation. Les mesures pensent être réalisées de différentes façons. Par exemple, on peut faire varier la fréquence # d'alimentation du dispositif magnétique jusqu'à ce que les indications de l'appareil 12 deviennent nulles.La vitesse du fluide est alors donnée par la formule étant la distance entre les électrodes supplémentaires On peut également mesurer la différence de tension à la sortie du bloc comparateur Il à une fréquence fixe du champ magnétique; Etant donné que l'on peut assurer une déviation de 100% de l'appareil 12 lorsque =0, que la relation entre les indications et la vitesse est linéaire et que le zéro de l'appareil 12 s'établit à une vitesse déterminée par la relation (1), on peut mesurer directement le débit d'après les inditi's de 1' appareil 12 Dans un débitmètre utilisant un dispositif magnétique à courant alternatif engendrant un flux 'magnétique qui n'est pas égal à zéro dans la boucle fermée de la conduite, il faut prévoir l'installation d'électrodes supplémentaires 7 disposées le long des génératrices de la conduite 2, passant par chacune des électrodes principales 3 (Fig J' I et 2) J' Ceci est du au fait qu'avec le dispositif magnétique donné, sous l'action du flux magnétique qui n'est pas égal à zéro, dans la boucle fermée de la conduite 2, circulent des courants, qui induisent dans les-électrodes supplémentaires 4 une f,ë m , provoquant des erreurs de mesure Pour éliminer l'influence de ces courants, les signaux provenant des deux paires d'électrodes supplémentaires 4 sont envoyés au bloc de sommation 6, dans lequel a lieu la sommation des signaux utiles, proportionnels aux courants de Foucault et la soustraction des signaux, proportionnels aux courants de circulation dans la boucle engendrée par le flux ma magnétique, qui n'est pas égal à zéro. Le signal provenant du bloc de sommation 6 est envoyé à l'amplificateur 7 et ensuite le régime de fonctionnement est identique à celui décrit plus haut. En cas d'utilisation d'un dispositif magnétique à courant alternatif, créant un flux magnétique égal à zéro le long de l'axe de la conduite 2, il suffit de n'utiliser que deux électrodes supplémentaires 4 (Fig. 3, 4) Le fonctionnement du dispositif est analogue à celui décrit plus haut. Le dispositif magnétique engendrant un flux magnétique égal à zéro le long de l'axe de la conduite, peut être constitué par exemple, par un inducteur linéaire. Dans le cas d'une répartition sinusoïdale du champ magnétique le long de l'axe de la conduite 2 (Fig. 5) , qui peut être créé par un inducteur linéaire avec une répartition spécialement assignée de la charge de courant linéaire, il est utile de disposer les électrodes supplémentaires 4 à une distance égale à un quart de longueur d'onde du champ magnétique le long de la génératrice passant par l'une des électrodes principales 3 (Fig. 6) Le fonctionnement du dispositif est alors analogue à celui décrit plus haut avec cette différence, qu'à la place de la relation (1) il faut utiliser la relation Dans le cas d'un champ magnétique sinusoïdal, on peut également disposer les électrodes principales 3 et les électrodes supplémentaires 4 de telle façon quelles soient alternées, avec une distance égale à un quart de longueur d'onde du champ magnétique l'une par rapport à l'autre (Fig; 7) : Dans ce cas, le fonctionnement du dispositif est analogue au précédent. Chaque variante du débitmètre électromagnétique décrite ci-dessus pos sède certains avantages. Ainsi la variante selon la Fig. 2, utilisant un dispositif magnétique avec un flux magnétique non égal à zéro est préférable du point de vue de la simplicité de la construction du dispositif magnétique. En qualité de dispositif magnétique, selon cette variante, on peut utiliser des dispositifs très répandus en C, en O ou en U et divers autres dispositifs.De tels dispositifs sont d'un emploi envisageable pour les conduites de fort diamètre, ainsi que pour des installations à température élevée grâce à la réalisation facile de leur protection thermique J Cependant-la réalisation de la conduite avec des électrodes et le schéma de mesure de cette variante est plus compli que :: La variante du débitmètre utilisant un dispositif magnétique avec une répartition sinusoïdale du champ magnétique est plus simple du point de vue de la réalisation de la conduite avec les électrodes, et on peut prévoir une variante avec une disposition des électrodes, de l'un des côtés de la conduite (Fig. 5) . Cependant elle est plus compliquée du point de vue de la construction du dispositif magnétique, Toutes les variantes du débitmètre électromagnétique proposé permettent de réaliser des mesures volumétrique du débit (de la vitesse du mouvement) du fluide qui ne dépendent pas de la valeur de l'induction du champ magnétique et des effets de bord et qui de ce fait permettent de calculer d'une façon assez précise leurs caractéristiques et de ne pas réaliser de graduations préalables de tels débitmètres ainsi que des graduations périodiques en cours de fonctionnement. - REVENDICATIONS 1 - Débimètre électromagnétique, comportant un dispositif magnétique à courant alternatif entourant une section d'une conduite sur laquelle sont disposées des électrodes pour le prélèvement de potentiels proportionnels au débit du fluide et un circuit de mesure pour transformer les signaux provenant des électrodes en un signal de sortie, c a r a c t é r i s é en ce que sur la conduite sont montées des électrodes supplémentaires pour prélever les potentiels proportionnels aux courants deFoucault dans le fluide, tandis que le circuit de mesure est réalisé sous la forme d'un montage comparateur, dont l'une des entrées est raccordée aux électrodes principales, tandis que l'autre est raccordée aux électrodes supplémentaires. 2 - Débimètre électromagnétique suivant la. revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que lors de l'utilisation d'un dispositif magnétique à courant alternatif créant un flux magnétique non égal à zéro, dans la boucle fermée de la conduite, les électrodes supplémentaires sont disposées le long des génératrices de la conduite passant par chacune des électrodes principales. 3 - Débitmètre électromagnétique suivant la revendication I, c a r a c t é r i s é en ce que lors de l'utilisation d'un dispositif magnétique à courant alternatif, créant un flux magnétique égal à zéro le long de l'axe de la conduite, les électrodes supplémentaires sont disposées le long de la génératrice de la conduite passant par l'une des électrodes principales. 4 - Débitmètre électromagnétique suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que lors de l'utilisation d'un dispositif magnétique à courant alternatif engendrant un champ magnétique à répartition sinusofdale le long de l'axe de la conduite, les électrodes supplémentaires sont disposées le long de la génératrice de la conduite passant par l'une des électrodes principales, chacune des électrodes supplémentaires étant disposée par rapport à l'électrode principale à une distance égale à un quart de longueur d'onde du champ magnétique. 5 - Débitmètre électromagnétique suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que lors de l'utilisation d'un dispositif magnétique à courant alternatif créant un champ magnétique à répartition sinusoïdale le long de 1' axe de la conduite, les électrodes principales et supplémentaires sont disposées alternativement le long de la génératrice de la conduite avec une distance entre les électrodes voisines égale à un quart de longueur d'onde du champ ma gnétique.