Brevet FR2457485A1 — publié le 19801219

La présente invention concerne, entre autres, les instruments de mesure électronique des caractéristiques d'un fluide, en particulier, sa densité. Les densimètres les plus utilisés sont - les aréomètres qui fonctionnent dans des liquides à surface libre et dont la mesure est faite par une lecture de niveau ; - les aréomètres modifiés de maniere à pouvoir les faire travailler totalement immergés, mais font intervenir des systèmes mécaniques à 11 intérieur du fluide et la lecture est toujours une lecture de niveau qu'il est compliqué de transformer en signal électrique - les densimètres à rayons g qui sont très lourds et encombrants, et nécessitent de prendre toutes les précautions d'usage pour protéger l'utilisateur. Le dispositif suivant l'invention permet en particulier d'obtenir simplement un signal électrique représentatif de la densité d'un fluide sous pression ou non sans aucune liaison mécanique et sans faire intervenir des rayonnements dangereux. Le signal électrique suit automatiquement les variations de laadensite, il peut donc être facilement exploité pour enregistrer les variations d'une densité ou pour piloter un système de régulation de densité. Le procéde objet de l'invention consiste à maintenir en équilibre un corps immergé dans un fluide grâce à une force électromagnéti- que engendrée par un courant dont l'image est représentative de cette force électromagnétique, et par conséquent, de la résultante de toutes les autres forces s' exerçant sur le corps. Les caractéristiques et avantages de llinvention seront mieux compris à la lecture de la description suivante dlun exemple de réalisation tel qu'il est figuré en planche unique, et qui montre le procédé appliqué à la mesure d'une densité. Le flotteur 1, constitué d'un corps creux contenant une tige métallique 2 est totalement immergé dans un fluide contenu dans la cuve 3 et maintenu en équilibre à hauteur constante en jouant sur une force électromagnétique générée par le bobinage de régulation 4 sur la tige métallique 2. A l'équilibre, le fluide étant immobile, la force électromagnétique est égale à la résultante du poids du flotteur et de la poussée d'Archimède. Les caractéristiques du flotteur (poids et volume) étant constantes, la variation de densité du fluide se traduira par une variation de force magnétique, et par conséquent, une variation du courant ahsorbé par le bobinage 4. Dans le cas présent, le système de régulation pour maintenir le corps à hauteur constante est le suivant Un générateur 5 envoie un signal alternatif à travers un amplificateur de puissance 6 sur le bobinage d'émission 7. Il induit un signal dans le bobinage de réception 8 dont l'amplitude est fonction du couplage magnétique entre les deux enroulements assuré par le barreau métallique. Donc, toute variation de hauteur de l'ensemble flotteur se traduira par une variation de l'amplitude du signal recueilli aux bornes de la hobine de réception. Le signal, après amplification et redressement en 9, est comparé en 10 à une tension de référence fixant le niveau de base, c'està-dire la hauteur du flotteur 1 dans la cuve 3. La tension d'erreur ainsi générée est envoyée à un étage à régulation PID 11 qui va commander le courant circulant dans la bobine de régulation 4 à travers un amplificateur de puissance 12. L'image de ce courant circulant dans la bobine de régulation 4 est donnée par la tension prélevée aux bornes d'une résistance 13 en série dans le circuit de puissance par un amplificateur différentiel 14. La tension mesurée, proportionnelle à la densité, ainsi générée est mise en forme par un amplificateur 15 dont le gain , ainsi que le zéro sont ajustahles par l'opérateur de façon à obtenir un signal 0-10 V pour la plage de mesure envisagée. Cet exemple d'application du procédé à la mesure d'une densité n'est pas limitatif. En effet, l'ensemble des forces s'exerçant sur un corps immergé dans au moins un fluide dépend - des caractéristiques physiques et dynamiques du ou des fluides - de la masse, du volume et de la forme du corps. Le procédé objet de l'invention permet de mesurer n'importe quel paramètre influençant l'équilibre d'un corps immergé dans au moins un fluide au repos ou en mouvement. Les exemples suivants indiquent divers moyens, selon 1' inven- tion, pour mesurer les différents paramètres Fluides au repos , le corps étant dans un équilibre statique - mesure de l'interface entre 2 fluides : le corps est immergé dans 2 fluides au repos de densités différentes ; ce corps est suffisamment long pour être immergé en partie dans un fluide et en partie dans l'autre : selon la hauteur de l'interface, la poussée d'Archimède est différente et l'indication donnée par ltap- pareil permet de déterminer la hauteur de l'interface des 2 fluides : - mesure de ltevolution de la masse ou du volume du corps plongé dans un fluide (phénomènes de dilatation du corps, phénomène de dilution du corps dans le liquide, etc.). Au moins un fluide en mouvement Un fluide en mouvement exerce sur un corps une force qui dépend de la nature du fluide, de sa vitesse et de la forme du corps. - avec l'appareil tel que figuré sur la planche unique, il est donc possible de mesurer la vitesse, et par conséquent, le débit d'un fluide. L'appareil peut donc être utilisé comme débitmetre ; la forme du corps est modifiée de manière à ce que sa portance soit plus importante, et donc augmenter la sensibilité de l'ensemble aux variations de débit ; - de même, dans un fluide connu circulant à une vitesse connue il est possible de mesurer la portance d'un corps selon sa forme ou son orientation par rapport au courant du fluide. Selon les besoins particuliers à l'installation sur laquelle on procède à une mesure, la barre métallique sur laquelle s'exerce la force électromagnétique - soit, fait partie intégrante du corps immergé, cas de l'appareil représenté sur la planche ; - soit, ne fait pas partie intégrante du corps immergé, mais est liée mécaniquement avec lui grâce à un fil ou une tige qui transmet à la barre métallique la résultante de l'ensemble des forces à laquelle est soumis le corps immergé, ainsi que la position de ce corps. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Procédé de mesure électronique d'un des parametres régissant l'action d'au moins un fluide sur un corps, caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir en équilibre ce corps grace à une force électromagnétique, compensant la résultante de toutes les forces s' exerçant sur ce corps, l'image de cette force électromagnétique donnant l'image d'un paramètre à mesurer, les autres parametres étant constants. 2 - Procédé selon la revendication i caractérisé en ce qu'au moins un fluide est au repos. 3 - Procédé selon la revendication i caracrérzsé en ce qu'au moins un fluide est en mouvement. 4 - Densimètre permettant de mettre en oeuvre le procédé et comprenant un corps contenant une barre métallique immergé dans un fluide et maintenu en équilibre par une force électromagnétique générée par une bobine dans laquelle passe un courant électrique dont l'image donne une mesure représentative de la densité du fluide. 5 - Appareil de mesure selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la détection de niveau e-st constituée par un bobinage d'émission recevant un signal alternatif et par un bobinage de réception restituant un signal dont 11 amplitude est fonetion du couplage magnétique entre les deux enroulements assuré par un barreau métallique. 6 - Appareil de mesure selon 11 une des revendications précé- dentes caractérisé en ce que la détection de niveau donne un signal utilisé pour la régulation du courant électrique générant la force électromagnétique qui maintient le corps en équilibre.