Brevet FR2230976A1 — publié le 19741220

La présente invention concerne un débitmètre pour liquides ou fluides électroconducteurs, le débitmètre fonctionnant selon le prindipe d'induction au moyen d'un aimant permanent et étant notamment destiné à la mesure du débit de métaux liquides à haute température dans des conduits de grande largeur. Le recours au principe d'induction est fréquent pour la mesure des débits de liquides électroconducteurs. D'après ce principe, il s'établit, lors du mouvement d'un conducteur dans un champ magnétique, une F.E.N (force électromotrice) perpendiculaire à la direction du champ et à la direction du mouvement.Ces débitmètres comprennent, pour l'essentiel, d'une part un aimant embrassant la canalisation dans laquelle passe le liquide dont on veut mesurer le débit, et d'autre part, deux électrodes, qui sont en contact avec ce liquide, pour prélever la tension de mesure. Bour les débitmètres de faible largeur, on utilise des aimants permanents pour produire le champ magnétique désiré. Pour les débitmètres dont la largeur nominale est plus importante, par exemple 600 mm, on a, jusqu'à ce jour, recouru de préférence à des électroaimants qui doivent gtre très importants et lourds si l'on désire obtenir un signal de mesure qui dépende linéairement du courant volumique.Dans l'article intitulé "Sodium Flow Measurement in PFR" , paru dans la publication périodique "Nuclear Engineering Interna tional", octobre 1970, page 822, il est déconseillé d'utiliser des aimants permanents pour cette raison. La présente invention a pour but de réaliser un débitmètre pour liquides électroconducteurs, opérant selon le principe d'induction et recourant à des aimants permanents, ce débitmètre fournissant un signal électrique de mesure compensé en température et dépendant linéairement du débit volumique pour une large gamme de débits, ce débitmètre devant titre peu encombrant et d'un poids réduit. Pour atteindre ce but, l'invention propose un débitmètre pour liquides électroconducteurs, fonctionnant d'après le principe d'induction et utilisant au moins un -aimant permanent, ce débitmètre présentant plusieurs électrodes qui sont agencées les unes à la suite des autres dans le sens de l'écoulement et dont la tension résultante représente une mesure du débit volumique. La présente invention part dji fait que la tension de mesure obtenue aux bornes d'une paire électrodes n'est généralement pas une fonction linéaire du débit volumique, tandis que la somme des tensions de mesure fournies par plusieurs électrodes dépend linéairement, avec une précision suffisante, du débit volumique, cela à condition que les électrodes soient réparties sur la longueur de la canalisation. La force électromotrice liée au débit est engendrée sur la longueur de l'aimant. En dehors de celui-ci, cette tension est partiellement court-circuitée du fait de l'absence de force électromotrice.Les courants de court-circuit qui en résultent, engendrent, aux extrémités de l'aimant, des flux magnétiques secondaires opposés qui, lorsque la largeur nominale est importante, peuvent être du mtme ordre de grandeur que le flux magnétique produit par l'aimant permanent. C'est ce qui explique la non linéarité observée. Si maintenant l'on considère le flux magnétique sur la longueur de la canalisation, il apparat que la somme de tous les flux secondaires traversant le plan médian de la canalisation est égale à zéro. I1 s'ensuit que si l'on forme la valeur moyenne de toutes les tensions de débit, le flux secondaire n'a aucune influence sur cette valeur moyenne. Dans une forme perfectionnée de réalisation , l'invention propose qu'une résistance soit raccordée par l'une de ses bornes à chaque électrode, et que les résistances relatives aux électrodes d'un mtme c8té de la canalisation aient leurs autres bornes reliées entre elles. Ces résistances sont avantageusement constituées d'une résistance variable et d'une résistance constante assurant toujours l'existence d'une résistance minimale. Elles permettent d'ajuster le débitmètre de façon à former un signal de mesure aussi précis que possible. Cette disposition permet en principe de parvenir soit à une relation rigoureusement linéaire entre la tension de mesure et le débit volumique, soit d'obtenir une large compensation de température, soit encore d'atteindre une précision particulière pour des courants volumiques très importants ou très faibles.On dispose déåà de programmes de calcul utilisant les résultats de quelques séries de mesure faites dans des conditions différentes, et qui indiquent les valeurs de réglage des résistances qui conviennent le mieux pour atteindre un but déterminé. L'adaptation ainsi proposée des résistances aux différentes électrodes est nécessaire car les électrodes ne peuvent pas titre disposées aussi proches les unes des autres que l'on pourrait le souhaiter et ne peuvent pas non plus occuper tout le volume traversé par les lignes de champ, cela parce que le champ magnétique décrort asymptotiquement dans la direction de l'axe de la canalisation.Les erreurs résultant d'un agencement donné des électrodes peuvent donc titre compensées en accordant une importance différente à chaque électrode. Avec une canalisation ayant un diamètre intérieur d'environ 600 mm, et avec un aimant permanent dont la pièce, polaire présente une hauteur de 300 mm et, dans la direction de l'écoulement, une longueur d'environ 600 mm, le dispositif proposé permet d'obtenir, avec du sodium liquide, un signal de mesure qui est d'environ 20 mV pour une vitesse d'écoulement de 5 m/sec., ce signal de mesure étant sensiblement proportionnel au débit volumique et indépendant de la température. Dans une forme perfectionnée de réalisation de l'invention, destinée particulièrement aux débitmètres dans lesquels le sens de l'écoulement ee;t-tujours le même, il est proposé que les électrodes soient décalées, selon la direction de l'écoulement, par rapport au milieu de l'aimant permanent. I1 s'est avéré qu'à une certaine distance du milieu de l'aimant permanent, la linéarité du signal de mesure en fonction du débit volumique était mieux assurée. Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, il est proposé de n'avoir que deux paires d'électrodes dont la distance moyenne par rapport au milieu de 1' aimant permanent est environ 0,75 fois le diamètre hydraulique de la veine d'écoulement à mesurer. Toutefois, avec cette forme de réalisation, le signal de mesure dépend quelque peu de la température. Les figures 1 à 4 représentent un exemple non limitatif de réalisation de l'invention. La figure 1 représente une vue de dessus d'une canalisation tubulaire 1 placée entre les pièces polaires 2 d'un dispositif constitué de deux aimants permanents 4 et d'une culasse 3, cette canalisation portant plusieurs paires d'électrodes 5 agencées dans le sens de l'écoulement. La figure 2 représente une vue en coupe selon II-II de la figure 1. La figure 3 représente une vue latérale selon III de la figure 2 La figure 4 représente le schéma d'un circuit collectant et combinant les tensions de mesure des différentes électrodes. Sur cette figure, la référence 1 désigne le tube déjà représenté sur les figures 1 à 3 > et la référence 5 désigne les électrodes disposées sur le dessus et sur le dessous de ce tube. A chaque électrode 5 est reliée une résistance constante 6, et chacune de ces résistances constantes 6 est raccordée à une résistance variable 7. 1es résistances variables 7 d'un meme côté du tube sont connectées entre elles et forment ainsi le potentiel positif et le potentiel négatif. lia différence entre ces potentiels peut être mesurée par exemple au moyen d'un voltmètre 8. REVENDICAIONS 1. DewbitmOtrS opérant selon le principe d'induction, pour mesurer le débit de liquides électroconducteurs, ce débitmètre comportant au moins un aimant permanent et, sur la paroi de la canalisation qui est le siège du courant à mesurer, plusieurs électrodes qui sont en contact avec le liquide, caractérisé par le fait que les électrodes sont agencées les unes à la suite des autres dans le sens de l'écoulement, et par le fait que leur tension composée constitue une mesure du débit volumique. 2. Débitmètre selon la revendication l, caractérisé par le fait que des résistances sont raccordées aux électrodes. 3. Débitmètre selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les résistances des électrodes qui se trouvent d'un même c8té de la canalisation sont reliées à un conducteur commun. 4. Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les électrodes sont, dans la direction d'écoulement, décalées par rapport au milieu de l'aimant permanent. 5. Débitmètre selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il n'y a que deux paires d'électrodes dont la distance moyenne au milieu de l'aimant permanent est égale à environ 0,75 fois le diamètre hydraulique de la veine liquide.