Brevet FR2407456A1 — publié le 19790525

L'invention concerne un dispositif transmetteur destiné A déterminer la position d'un corps mobile à déplacement rectiligne, notamment la position d'un tel corps se déplaçant dans un fourreau étanche1 le susdit dispositif pouvant servir, notamment, à contrd- ler la position et les déplacements d'organes contrôlant l'activité d'un réacteur nucléaire. On connatt, d'après le brevet américain 3.108.213, un dispositif transmetteur de position d'un corps mobile1 qui comporte des bobines à double enroulement à l'intérieur desquelles se déplace un noyau en matériau magnétoconducteur et des éléments de contact. Un des inconvénients de ce transmetteur est la présence d'éléments de contact réalisés sous la forme de contacts glissants à ouverture, ce qui exige une observation et un entretien continus difficilement réalisables car les susdits éléments sont situés dans une zone dangereuse radio-active, ou dans une zone d'accès difficile. Un autre inconvénient de cet appareil antérieur est la réduction de la précision des mesures lorsque les déplacements sont notables (de l'ordre de quelques mètres), et cela surtout aux tronçons terminaux et en cas de-grandes vitesses de déplacement, ce manque de précision étant dû à l'impossibilité d'obtenir une répartition homogène du flux magnétique le long de toute la zone de déplacement. Un appareil décrit dans le brevet nO 128l.597de la R.F.A. remédie à ces inconvénients. Cet appareil comporte des démarreurs à gaz disposés le long de la zone de déplacement de l'organe régulateur et un aimant permanent relié audit organe régulateur, cet aimant passant près des démarreurs à gaz. Les contacts des démarreurs à gaz sont placés sous des enveloppes étanches remplies de gaz inerte et n'exigeant pas d'entretien. La précision de la détermination de la position de l'organe régulateur offerte par un tel transmetteur est la même le long de tout le parcours et ne dépend pas de la vitesse de déplacement. Toutefois, ce dernier appareil présente un inconvénient dû à la présence de l'aimant permanent dont les caractéristiques magnétiques changent avec le temps, ces changements étant accentués par l'action de l'irradiation, ce qui réduit notablement la précision du transmetteur au bout d'un certain temps. Ce dernier inconvénient est éliminé dans le transmetteur décrit dans le brevet FRANCE nO 2.169.437 qui décrit un transmetteur comportant un enroulement primaire, plusieurs paires d'enroulements secondaires disposés à l'intérieur ou à l'extérieur de cet enroulement primaire, et un élément mobile réalisé sous la forme d'un plongeur se déplaçant à l'intérieur des susdits enroulements et constitué en un matériau magnétoconducteur. Lorsque l'élément mobile se déplace, le couplage inductif entre le primaire et le secondaire varie et il se forme, à la sortie des enroulements secondaires, un signal contenant l'information sur la position de l'élément mobile. L'enroulement primaire et les paires d'enroulements secondaires sont disposés le long du parcours de l'élément mobile. Un tel transmetteur permet d'obtenir une haute précision lors de la mesure de la position d'un corps mobile et une précision qui ne varie pas avec le temps. Cependant, ce transmetteur présente également plusieurs inconvénients exposés ci-après. La fabrication d'un tel transmetteur,caractérisé par une haute précision aux grands déplacements (de plusieurs mètres), exige un nombre considérable d'enroulements secondaires, car,pour obtenir une haute précision, lesdits enroulements secondaires doivent être disposés à une faible distance l'un de l'autre, ce qui entrain une grande consommation de matériaux (cuivre, isolandN Par ailleurs, l'enroulement primaire doit être disposé le long de tout le trajet de l'élément mobile et la fabrication d'un enroulement aussi long soulève des difficultés. De plus, le grand nombre d'enroulements secondaires complique le schéma de montage du récepteur (indicateur de position). L'invention vise à procurer un dispositif à circuit magnétoconducteur, pour déterminer la position d'un corps mobile à déplacement rectiligne, qui présenterait une haute précision de mesure dans toute l'étendue des déplacements du corps mobile. Le dispositif transmetteur selon l'invention, pour la détermination de la position d'un corps mobile à déplacement rectiligne, comporte des bobines d'inductance coaxiales à circuits magnétiques ouverts, lesdites bobines étant disposées côte à côte, et un élément de shuntage lié au corps mobile et monté de façon à pouvoir se déplacer le long de l'axe des susdites bobines d'inductance, à l'extérieur de ces dernières, cet élément de shuntage étant constitué en un matériau magnétoconducteur de façon à permettre de réaliser le shuntage des circuits magnétiques ouverts pour obtenir, dans le circuit de sortie des bobines, un signal contenant l'information sur la position du corps1 le susdit dispositif transmetteur étant caractérisé en ce que l'élément de shuntage présente, disposés le long de l'axe, des groupes d'orifices dans chacun desquels les orifices sont disposés suivant le périmètre de l'élément de shuntage, l'une des bobines d'inductance ayant au moins deux paires de pôles, la distance (L) entre les pôles extrêmes de cette bobine étant déterminée par la formule: L = n(a + b) - 1/2 (a + 3b), dans laquelle, "a" est la largeur de l'orifice de l'élément de shuntage, b est la distance entre les groupes d'orifices de l'élément de shuntage, "n" est le nombre de la série naturelle en-commençant par 3. Un des avantages de la présente invention réside dans la haute précision de mesure due essentiellement aux dimensions des orifices et aux distances entre les groupes d'orifices, les tolérances requises étant facilement obtenues par un simple usinage mécanique. En outre, la précision de mesure étant déterminée par les dimensions des orifices de l'élément de shuntage, les distances entre les groupes d'orifices de l'élément de shuntage, et l'encombrement de la bobine d'inductance, le nombre de bobines d'inductance peut être relativement faible, ce qui a pour effet bénéfique de réduire la consommation des matériaux. Enfin, le nombre relativement faible de bobines d'inductance permet d'utiliser un dispositif de mesure simple dans le circuit de sortie du transmetteur. L'invention pourra entre mieux comprise encore à l'aide de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré mais non limitatif, description se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels: -la figure i représente, en coupe longitudinale,schématique, un dispositif transmetteur de position d'un corps mobile à déplacement rectiligne, ce dispositif étant établi conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, -la fiqure 2 représente,en perspective, un élément de shuntage de ce dispositif transmetteur; -la figure 3 est un schéma des connexions des enroulements de bobines d'inductance appartenant au susdit dispositif transmetteur;; -la figure 4 représente, à plus grande échelle et en coupe longitudinale, une bobine d'inductance avec deux paires de pôles logée à l'intérieur d'un élément de shuntage; -la figure 5, enfin,représente la courbe de réponse de la tension de sortie de la bobine d'inductance avec deux paires de pôles, aux déplacements de l'élément de shuntage. Le dispositif transmetteur illustré figure 1 comporte un corps 1 en acier amagnétique constitué par deux tubes coaxiaux 2 et 3 disposés verticalement et reliés en haut par un élément de liaison, des bobines d'inductance 4, 5, 6, 7 montées coaxialement l'une sous l'autre dans le tube intérieur 3 à une certaine distance l'une de l'autre, et un élément de shuntage 8 (représenté en perspective sur la figure 2) disposé entre les tubes 2 et 3. L'élément de shuntage 8 est constitué en acier magnétoconducteur et il est monté de façon à pouvoir se déplacer le long des tubes 2 et 3. Cet élément de shuntage 8 est relié au corps 1 dont on se propose de déterminer la position. Les bobines d'inductance 4, 5, 6 sont identiques et possèdent des circuits magnétiques ouverts avec, pour chaque bobine, une paire dipôles, 9-10, 11-12, 13-14 respectivement, un enroulement primaire 15, 16, 17 respectivement, et un enroulement secondaire 18,19,20, respectivement,comme montré fig.3. Les bobines d'inductance 4,5 et 6 sont montées à une certaine distance l'une de l'autre et servent à la détermination approximative de la position du corps mobile. La distance entre les bobines d'inductance 4, 5 et 6 est choisie selon la précision de détermination du corps mobile en lecture approximative. Le nombre des bobines d'inductance dépend de la longueur du parcours à contrôler. La détermination plus précise de la position du corps mobile se fait à l'aide de la bobine d'inductance 7. La bobine d'inductance 7 (représentée plus en détail sur la figure 4) possède un circuit magnétique ouvert avec deux paires de pôles 21-22, 23-24, et quatre enroulements, à savoir, deux primaires 25 et 26 et deux secondaires 27 et 28. La connexion détaillée des enroulements fait l'objet de la figure 3. Les enroulements primaires 15, 16, 17, 25, 26 sont mis en série et alimentés en courant alternatif. Les enroulements secondaires 27,28 sont mis en série et en opposition (schéma différentiel de connexion des enroulements). Les enroulements 25,26,27,28 peuvent aussi être connectés en pont, ce qui assure une valeur du signal de sortie deux fois plus grande que le montage différentiel, mais la précision du montage en pont est inférieure,. en cas de fluctuation de la température des enroulements, à celle du montage différentiel qui ne réagit pas aux fluctuations de la 'température. C'est pourquoi le montage différentiel des enroulements est préférable dans les cas où des fluctuations de la température sont possibles, notamment dans le cas de réacteurs nucléaires. L'élément de shuntage 8 illustré figure 2 est réalisé sous la forme d'un tube qui présente sur toute sa longueur des groupes d'orifices 33 disposés à égale distance l'un de l'autre1 les orifices de chaque groupe étant disposés suivant le périmètre du tube. La distance L entre les pôles extrêmes 21 et 24 de la bobine 7 est donnée par la formule: L = 3 (a+b) - (1/2 (a+3b), et la distance l entre les pôles 21, 22 ou 23, 24 d'une même paire est égale à "a", où "a" est la largeur de l'orifice de l'élément de shuntage; "b" est la distance entre les groupes d'orifices de l'élément de shuntage. S'il est nécessaire de déterminer la position du corps mobile en mouvement avec une plus grande précision et si les cotes "a" et "b" sont très petites, la distance entre les pôles extrêmes 21, 24 de la bobine 7 est déterminée pour le cas général de la disposition des enroulements à l'aide de la formule: L = n ( a + b ) - 1/2 ( a + 3b ), et la distance 1 entre les pôles 21, 22, 23, 24 dans une paire est calculée à l'aide de la formule: 1 = n/2 ( a + b ) - b, où n est le nombre de la série naturelle à partir de 3 ( n = 3, 4, 5, etc.). il n'y a pas de limitation pour la distance entre les pôles 9, 10; 11. 12; 13 et 14. Cette-distance est déterminée en tenant compte de la possibilité de disposition des enroulements. On va décrire maintenant le fonctionnement d'un tel dispositif transmetteur. Lorsqu'on applique l'alimentation aux enroulements primaires 15, 16, 17 du transmetteur, une tension apparait sur les enroulements secondaires 18, 19, 20. Dans celles des bobines 4t 5, 6 de lecture approximative qui sont recouvertes par l'élément de shuntage 8, la tension est plusieurs fois plus grande que dans les bobines qui ne sont pas recouvertes. Si l'on connaît la disposition des bobines d'inductance, on peut, en mesurant la tension sur les enroulements secondaires, déterminer la position de l'extrémité supérieure 29 de l'élément de shuntage. En particulier > si l'extrémité supérieure 29 se trouve entre deux des bobines 4 > 5, 6, le secondaire d'une de ces bobines délivrera une tension plusieurs fois plus grande que le secondaire de l'autre bobine. Si les bobines 4, 5 et 6 sont disposées à une grande distance l'une de l'autre, une telle détermination par l'élément de shuntage est assez peu précise. Pour déterminer avec plus de précision la position de l'ex- trémité de l'élément de shuntage, on utilise la bobine 7 illustrée figure 4. En l'absence de l'élément de shuntage 8, lorsqu'on applique l'alimentation aux enroulements primaires 25, 26 (fig.3),des tensions égales apparaissent sur les enroulements secondaires 27, 28. Comme ces enroulements secondaires 27, 28 sont connectés en montage différentiel, ces tensions se compensent et la tension est égale à zéro sur les sorties 30,31. Lorsque la bobine d'inductance 7 est recouverte par l'élément de shuntage 8 et lorsqu'on place ce dernier dans la position montrée sur la figure 4 ( la paire supérieure de pôles 21, 22 disposée en face des groupes d'orifices de l'élément de shuntage 8 et la paire inférieure de pôles 23, 24 disposée en face de la partie pleine de l'élément de shuntage 8), le flux magnétique passant par la paire inférieure de pôles 23, 24 pour se fermer sur l'élément de shuntage est supérieur au flux magnétique passant par la paire supérieure de pôles 21, 22, étant donné que, dans cette position, l'élément de shuntage 8 assure une meilleure conduction du flux magnétique passant par la paire inférieure de pôles 23, 24 que du flux magnétique passant par la paire de pôles supérieure 21, 22. C'est pourquoi la tension sur l'enroulement secondaire inférieur 28 est supérieure à celle sur l'enroulement secondaire supérieur 27. I1 en résulte qu'une tension apparaît alors sur les sorties 31, 30. Si l'on commence alors à déplacer l'élément de shuntage 8 vers le haut, les flux magnétiques passant respectivement par la paire supérieure de pôles 21, 22 et par la paire inférieure de pôles 23, 24, tendent à devenir égaux et,par conséquent, les tensions induites dans les enroulements secondaires commencent b s'égaliser et la tension sur les sorties 30, 31 se trouve réduite jusqu'à zéro. Ensuite, lors du mouvement ultérieur de l'élément de shuntage 8, la conduction devient meilleure pour le flux magnétique passant par la paire supérieure de pôles 21, 22 que pour le flux passant par la paire inférieure de pôles 23, 24, et, par suite la tension sur les sorties 30, 31 augmente. La valeur maximale de la tension de sortie est atteinte au moment où une paire de pôles (par exemple, 21, 22) se trouve en face des parties pleines de I'élément de shuntage 8 et l'autre paire de pâles (23,24) est en face des groupes d'orifices de ld- lément de shuntage 8. Les maximums de tension apparaissent lors du déplacement de l'élément de shuntage à la distance a + b où "a" est la lar 2 geur des orifices de 11 élément de shuntage et "b" est la distance entre les groupes d'orifices. Sur le diagramme de la figure 5, l'axe des ordonnées porte les valeurs de la tension de sortie V (tension signal) et l'axe des abscisses porte la valeur du déplacement 1. Ainsi, la position de l'extrémité supérieure 29 de l'élément de shuntage est approximativement déterminée selon les tensions des bobines d'inductance 4, 5, 6 adjacentes, la détermination précise de la susdite position se faisant d'après le nombre de maximums de la tension mesurée aux sorties 30, 31. Il y a lieu dé noter-que l'élément de shuntage pourrait être constitué par une grande quantité de bagues en matériau magnétoconducteur installées, avec des jeux entre elles, le long de l'axe de déplacement, ces bagues étant reliées l'une à l'autre par des éléments de liaison. L'utilisation du dispositif transmetteur selon l'invention permet de déterminer avec une grande précision la position d'un corps mobile à déplacement rectiligne. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spé- cialement envisagés; elle en embrasse au contraire, toutes les variantes. -REVENDICATIONS - 1.- Dispositif transmetteur de la position d'un corps mobile à déplacement rectiligne, comportant des bobines d'inductance coaxiales, avec circuits magnétiques ouverts, disposées côte à côte avec un certain écart, et un élément de shuntage relié au corps mobile, cet élément de shuntage, qui est monté de façon à pouvoir se déplacer le long de l'axe des bobines d'inductance à l'extérieur de ces dernières, étant constitué en un matériau magnétoconducteur afin de permettre de réaliser un shuntage des circuits magnétiques ouverts pour obtenir, dans le circuit de sortie des bobines, un signal contenant l'information sur la position du corps mobile, le susdit dispositif transmetteur étant caractérisé par le fait que l'élément de shuntage présente des groupes d'orifices échelonnés axialement, les orifices de chaque groupe étant disposés suivant le périmètre de l'élément de shuntage, et par le fait qu'une des bobines d'inductance a au moins deux paires de pôles, la distance (L) entre les pôles de cette bobine étant déterminée suivant la formule: L = n (a+b) - 1/2 (a+3b), dans laquelle, "a" est la largeur de l'orifice de l'élément de shuntage le long de l'axe de son déplacement, 'sb" est la distance entre les groupes d'orifices de l'élément de shuntage, et n est le nombre de la série naturelle en commençant par n = 3. 2.- Dispositif transmetteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de shuntage est réalisé sous la forme d'un tube cylindrique dans lequel sont pratiqués des groupes d'orifices rectangulaires. 3.- Dispositif détecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élément de shuntage est formé par une pluralité de bagues constituées en matériau magnétoconducteur, montées avec un jeu entre elles le long de l'axe de déplacement, et reliées l'une à l'autre par des éléments de liaison magnétoconducteurs.