Brevet FR2251811A1 — publié le 19750613

L'invention concerne le domaine des appareils de mesure: et notamment un capteur à induction sans contact pour la aétermination-de la situation de l'interface de deux milieux. Le fonctionnet:ent des capteurs à invention sans contact pour la déterr.intion de la si-uationde l'interface de deux milieux oui ont des densités spécifiques différentes et des résistivités différentes est basé sur le principe de distorsion de leurs champs électromagnétiques Far les-champs des courants de Foucault se développent au moins dans l'un desdits milieux qui est électroconducteur et non magnétique. Un des capteurs à induction sans contact de type connu pour la détermination de la situation de l'interface de deux milieux est un capteur à induction sans contact applicable, dans lequel deux enroulements actifs placés sur les extrémités latérales d'un noyau magnétique sont connecté de façon à pouvoir engendrer dans 1'extrémité centrale portant un enroulement de mesure ui flux magnétique égal à la différence des-flux magnétiques induits sous l'effet des enroulements de travail. Si les flu;; m.aan tiques produits par les enroulements de travail sont égaux, le flux magnétique dans l'extrémité centrale est nul. On oriente le noyau magnétique au capteur de telle façon qu'il soit-parallèle à l'interface des deux milieux. antre l'une des extrémités latérales et l'extrémité centrale du noyau magnétique on place un récipient contenant les deux milieux dont l'interface est à déterminer. Lorsque l'interface des eux milieux se trouve entre cette extrémité latérale et l'extrémité centrale, l'équilibre des flux magnétiques dans ltextré.^itv centrale se trouve perturbé et de ce fait une force électromotrlce apparaît dans l'enroulement de mesure. Les capteurs de ce genre déterminent la situation de la surface limite de séparation de l'air et d'un métal liquidelorsqu'on les place près de la paroi d'un cubilot, d'une poche. Il est impossible d'utiliser un capteur applicable pour la détection de l'interface de deux milieux lors de la mise en oeuvre de procédés métallurgiques tels que la fusion sous laitier électroconducteur, la fusion sous plasma d'arc, la fusion électronique, le soudage sous laitier électroconducteur, car pour le fonctionnement de ces capteurs il est indispensable que le récipient contenant les deux milieux, dont l'interface doit être déterminée, soit en matière non magnitique, tandis que les cristallisoirs (les lingotières) dans lesquels il convient de déteririner l'interface de séparation du métal liquide et des laitiers ou du métal liquide et d'un milieu gazeux, sont en cuivre. Cela conduit à une augnentation très sensible des cotes d'encombrement des capteurs applicables, de même qu'à des calculs complémentaires et à des essais pour chaque cas particulier. On connatt aussi un capteur à induction sans contact pour la détermln:-tion de la situation de l'interface de deux milieux, réalisé avec un noyau magnétique ouvert en E. Ce capteur comporte deux enroulements actifs placés sur les extrémités latérales du noy.u magnétique et branchés de telle façon que les flux magnétiques induits par le courent desdits enroulements dans ltextrémité centrale du noyau magnétique portant un enroulement de mesure se soustraient T'un de l'autre. Lorsque les flux magnt4tiques dans l'extrëmité centrale sont égaux, 1 force électromotrice induite dans l'enroulen1ent de mesure s'annule. Si l'on place un milieu électroconducteur entre une des extrémités latérales et l'extrémité centrale, des courants de Foucault apparaissent dans ce milieu pour diminuer respectivement l'un des flux magnétiques. Alors l'équilibre des flux magnétiques dans l'extrémité centrale se trouve perturbé et une force électromotrice fait son apparition dans l'enroulement de mesure.Le capteur à induction sans contact pour la détermination de la situation de l'interface de deux milieux, réalisé avec un noyau magnétique en E présente plusieurs inconvénients importants, dont l'un réside dans la très faible pénétration du champ magnétique dans les milieux dont on veut déterminer la surface limite de séparation. La profondeur de pénétration et le spectre magnétique sont fonction de la distance entre les extrémités latérales et centrale du noyau m.a: étique en E. Plus grande est cette distance, plus Frofon.e est la pénétration du chan.p magnétique C'est pourquoi il est difficile d'utiliser ledit capteur si la distance entre le capteur et l'interface à déterminer des deux milieux est de 15 à 20 mm, car dans ce cas, pour obtenir le signal indiquant I'emplacenent de l'interface des deux milieux, il est forcément nécessaire d'augmenter la distance entre les extrémités centrale et latérales du noyau magnétique, ce qui conduit à un fort accroissement des cotes d'encombrement du capteur Les inconvénients décrits ci-dessus limitent les applications du capteur en question. La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients indiqués ci-dessus. L'invention vise à mettre au point un capteur à induction sans contact pour la détermination de la situation de l'interface de deux milieux, qui présenterait une sensibilité élevée tout en ayant de faibles cotes d'encombrement. Ce problème est obtenu du fait que dans un capteur à induction sans contact pour la détermination de la situation de l'interface de deux milieux à densités spécifiques différentes -et à résistivités différentes, dont un milieu au moins est électroconducteur et non magnétique, comportant des enroulements de travail et de mesure disposés sur un système magnétique ouvert dont off oriente les extrémités vers l'interface lors de la mise en place dudit capteur à induction sans contact, selon l'invention ledit système magnétique est constitué par deux noyaux magnétiques ouverts en U placés parallèlement l'un à l'autre. Il est avantageux que les faces en bout des noyaux magnétiques ouverts en U, que l'on oriente vers l'interface lors de la mise en place du capteur destiné à la détection de l'interface des deux milieux, se trouvent dans un même plan. Il est également avantageux que chacun des noyaux magnétiques ouverts en U ait son propre enroulement de mesure et que les deux enroulements de mesure soient couplés en opposition, les deux noyaux magnétiques ouverts en U étant munis d'un seul enroulement de travail. Il est encore avantageux d'insérer dans le circuit des enroulements de mesure un condensateur. Il est aussi avantageux d'alimenter l'enroulement de travail en courant alternatif à fréquence de 5 à 8 kHz. Dans l'exposé qui suit, l'invention est expliquée par la description d'exemples de réalisation non limitatifs, avec références aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente une vue d'ensemble du capteur à induction sans contact pour la détermination de la situation de l'interface de deux milieux, conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe, suivant II-II de la figure 1 du capteur å induction sans contact pour la détermination de la situation de l'interface de deux milieux, conforme à l'invenXi-on ; - la figure 3 est une vue en coupe, suivant III-III de la figure I du capteur à induction sans contact pour la détermination de la situation de l'interface de- deux milieux, conforme à l'invention ;; - la figure 4 représente la mise en place du capteur à induction sans contact pour la détermination de la situation de l'interface de deux milieux, conforme à l'invention - la figure 5 est le circuit électrique du capteur à induction sans contact pour la détermination de la situation de l'interface de deux milieux, conforme à l'invention. La figure 1 donne une vue d'ensemble du capteur à induction sans contact pour la détermination de la situation de l'interface de deux milieux à densités spécifiques différentes et à résistivités différente dont un milieu au moins est électroconducteur et non magnétique. Le capteur comporte un enroulement de travail 1 qui embrasse deux noyaux magnétiques en U 2 et 3 (figure 2), ouverts et indentiques, dont chacun porte son propre enroulement de mesure 4 et 5. Les noyaux magnétiques sont parallèles l'un à l'autre et sont constitués d'empilements ayant un meme nombre de tôles dynamo.L'enroulement de travail t et les deux enroulements de mesure 4 et 5 sont placés sur un châssis 6 composé de deux parties et réalisé en isolant électrique tel que l'un des produits connus sous les dénominations conm.erciales "textolite", "KarboliteS "Kapron". Les forces 7 et 8 des extrémités des noyauxr.agnétiques ouverts en U 2 et 3, que lton oriente, lors de la mise en place du cayteur or induction sans contact pour la détermination de la situfr tion de l'interface des deux milieux q (figure 4) et 10, dans la direction de ltinterface 11 des deux milieux 9 (figure 4) et 10, sont dans un même plan. Le capteur est renfermé dans une enveloppe 12 realisée en une matière non magnétique, en qualité de laquelle on utilise l'acier inoxydable, le "Kapron" la "Karbolite", le verre organique. On fixe le capteur à la partie 13 de la paroi 14 du récipient contenant les deux milieux 9 et tO à densités spécifiques différentes et à résistivités différentes, dont un milieu au moins est électroconducteur et non magnétique, et dont l'interface Il est à détecter. La partie 13 de la paroi 14 est "transparente" pour le flux magnétique.La fixation du caFteur se fait de manière que ses noyaux magnétiques ouverts en U 2 et 3 disposés paral-èlement l'un à ltautre soient parallèles à l'interface 11. La précision de détection de l'interface des deux milieux dépend de la distance entre les deux noyaux magnétiques ouverts en U 2 et 3. Plus grande est la distance entre les noyaux magnétiques 2 et 3, plus élevée sera la précision de détection de l'interface de deux milieux et vice-versa. Le circuit électrique du capteur à induction sans contact pour la détermination de la situation de l'interface de deux milieux comporte deux enroulements de mesure 4 (figure 5) et 5 couplés en opposition, et un enroulement de travail 1. L'enroulement de travail 1 est alimenté par un courant de 5 à 8 kHz à partir d'un alternateAr 15. La plage de fréquence de 5 à 8 kHz permet une pénétration maximale du champ magnétique du capteur dans la zone des milieux électroconducteurs. En vue d'aurmenter la sensibilité et la stabilité contre les bruits, dans le circuit des enroulements 4 et 5 du capteur est intercalé un condensateur 16 qui forme avec lesdits enroulements un circuit de résonance. A titre d'exemple, on va maintenant examiner le fonctionnement du capteur à induction sans contact lorsque ce vernier doit déceler l'interface d'un laitier fondu et d'un métal liquide. Dans ce cas, le milieu 9 (figure 4) représente le laitier fondu, et le milieu 10 reprvsente le métal liquide. Lorsqu'on applique une tension alternative à l'enroulement de travail, son courant d'aimantation provoque dans les noyaux magnétiques 2 et 3 des flux magnétiques de même sens, ce qui permet d'éviter le shuntage réciproaue des flux magnctiques. Ces flux magnétiques engendrent dans les enroulerents de mesure 4 et 5 des forces électromotrices de sens opposés, qui se compensent l'une l'autre. Lorsque le laitier fondu se trouve dans le champ mSgnétitiue du capteur, il est le siège de courants de Foucault provoquant une même distorsion des deux flux magnétiques créas par l'enroulement actif 1 dans les noyaux magnetiques 2 et 3, et le signal t la sortie du capteur reste nul. Si l'interface 11 atteint un de ces flux magnétiques ou, comme il ressort de la figure 4, le flux magnétique créé par l'enroulement de travail 1 dans le noyau magnétique 3, le capteur délivre un signal.Cela s'explique par le fait que les courants de Foucault apparaissant dans le métal liquide provoquent une plus forte distorsion du flux magnétique crée par l'enroulement de travail 1 dans le noyau magnétique 3 par rapport à la distorsion par les courants de Foucault du flux magnétique créé par l'enroulement de travail 1 dans le noyau magnétique 9,-ce qui conduit finalement à ltapparítion, dans les enroulements de mesure 4 et 5, d'une différence de forces électromotrices dépendant de la position de l'interface il par rapport au capteur. La différence des forces électromotrices est maximale lorsque l'interface 11 se trouve au milieu entre les noyaux magnétiques 3 et 3. L'utilisation du capteur à induction sans contact pour la détermin-tion de la situation de l'interface Àe deux milieux permet de déceler et de maintenir l'interface 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 constituants des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées -suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendication-s qui suivent. REVENDICATIONS 1. Capteur à induction sans contact pour la détermination de la situation de l'interface de deux milieux présentant des densités spécifiques différentes et des résistivités différentes, et dont au moins l'un est électroconducteur et non magnétique, ledit capteur comportant des enroulements de travail et de mesure disposés sur un système magnétique ouvert et dont on oriente les extrémités, lors de la mise en place dudit capteur, vers l'interface considéré, caractérisé en ce que ledit système magnétique est constitué par deux noyaux magnétiques ouverts en U, placés parallèlement l'un a l'autre. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les faces en bout des extrémités des noyaux magnétiques ouverts en U, destinées à être orientées,vers ladite interface lors de la mise en place du capteur, se trouvent dans un même plan. 3. Capteur selon l'une des revendication 1 et 2, caractérisé en ce que chacun des noyaux magnétiques ouverts en U est embrassé par son propre enroulement de mesure, et en ce que les deux enroulements de mesure sont couplés en opposition, lesdits deux noyaux magnétiques ouverts en U étant embrassés par un seul enroulement de travail. 4. Capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit des enroulements de mesure comporte un condensateur. 5. Capteur selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que son enroulement de travail est alimenté par un courant alternatif de 5 à 8 kHz.