Brevet FR2467390A1 — publié le 19810417

La présente invention concerne un système amplificateur pour un débitmètre magnétique et, en particulier, un système amplificateur à plusieurs éta- ges ayant une meilleure fonction de remise à zéro automa- tique. Dans un débitmètre électromagnétique, un champ magnétique créé en travers d'un tube d'écoulement engen- dre une tension dans un fluide s'écoulant dans ce tube. Cette tension, qui est proportionnelle au débit, est dé- tectée par deux électrodes entrant en contact avec le fluide, pour être ensuite amplifiée par un système de traitement de signaux en vue d'engendrer un signal de sortie proportionnel au débit. Actuellement, le champ magnétique est habituel- lement créé par un courant continu pulsé appliqué à des bobinages associés au débitmètre. En conséquence, le débitmètre émet un train d'impulsions de sortie sépa- rées par des périodes d'un signal de sortie zéro. Afin de maintenir le décalage du signal de sor- tie de l'amplificateur à un faible niveau approprié, il est souhaitable que l'amplificateur soit muni d'un cir- cuit de remise à zéro automatique, de façon à amener le signal de sortie à un niveau de référence de zéro lors- que le niveau d'entrée de cet amplificateur est nominale- ment de zéro, c'est-à-dire au cours des intervalles en- tre les impulsions et alors qu'aucun signal représenta- tif du débit n'est présent. Un circuit de remise à zéro automatique com- prend spécifiquement un commutateur destiné à brancher le circuit de remise à zéro dans une boucle de réaction entourant l'amplificateur, ainsi qu'un amplificateur opérationnel à intégration destiné à amener le signal de sortie de l'amplificateur à zéro lorsque le commuta- teur précité est fermé. Lorsque ce commutateur est ou- vert, le signal de sortie de l'amplificateur opération- nel à intégration reste à la même tension aussi longtemps 2 2467390 que le signal d'entrée reste le même, maintenant ainsi la tension de référence de l'amplificateur au même ni- veau. De préférence, l'amplification pour un systè- me de traitement de signaux provenant d'un débitmètre magnétique est effectuée au moyen d'un système ampli- ficateur à plusieurs étages en cascade comprenant au moins un premier et un second amplificateur. Toutefois, lorsque deux amplificateurs munis chacun d'un circuit de remise à zéro automatique, sont raccordés en cascade, on observe une erreur substantielle (spécifiquement de l'ordre de 50 millivolts). Une erreur de cette ampli- tude est inacceptable dans un débitmètre magnétique. Un des objets de la présente invention est de fournir un débitmètre magnétique dans lequel le système de traitement de signaux comprend un amplificateur à plusieurs étages qui est à tout moment remis automatique- ment à zéro. Un autre objet est de fournir un système dans lequel aucune erreur substantielle n'est introduite par le système de remise à zéro automatique, même lorsque le système amplificateur donne un gain-élevé. Suivant la présente invention, on prévoit, d'une manière générale, un débitmètre magnétique comprenant un corps conçu pour être raccordé dans un système d'écoule- ment en vue de mesurer le débit d'un fluide s'écoulant dans ce dernier, des bobinages électromagnétiques desti- nés à créer un champ magnétique dans le fluide s'écoulant dans ce corps, deux électrodes prévues pour engendrer une tension dépendant du champ électrique créé dans le fluide s'écoulant à travers le champ magnétique, ainsi que des éléments de traitement de signaux destinés à convertir la tension de sortie en un signal de sortie, ces éléments de traitement de signaux comprenant un système amplifica- teur à plusieurs étages comportant un premier et un se- cond élément amplificateurs raccordés l'un à l'autre en cascade. Le premier élément amplificateur comprend un amplificateur, un circuit de remise à zéro automatique raccordé dans un circuit de réaction entourant cet ampli- ficateur, ainsi qu'un commutateur pour la mise en et hors tension du circuit de remise à zéro. Le second élément amplificateur comprend également un amplificateur, un circuit de remise à zéro automatique raccordé dans un circuit de réaction entourant cet amplificateur, ainsi qu'un commutateur pour la mise en et hors tension de ce circuit de remise à zéro. Un élément de minutage assure successivement la mise hors tension du circuit de remise à zéro du premier élément amplificateur, puis la mise hors tension du circuit de remise à zéro du second élé- ment amplificateur, annulant ainsi, dans l'entrée de ce dernier, toute erreur résultant de la mise hors tension du circuit de remise à zéro du premier élément amplifica- teur. Dans la forme de réalisation préférée, les cir- cuits de remise à zéro comprennent chacun un amplifica- teur opérationnel à intégration. De préférence, l'élé- ment de minutage contrôle les bobinages électromagnéti- ques pour engendrer un champ magnétique intermittent dans le fluide s'écoulant dans le corps et mettre ainsi sous tension les circuits de remise à zéro alors que le champ magnétique est interrompu. Dans une forme de réalisation, l'élément de minutage met conjointement sous tension les circuits de remise à zéro tandis que, dans une autre for- me de réalisation, cet élément de minutage met hors ten- sion le circuit de remise à zéro du premier élément ampli- ficateur avant de mettre sous tension le circuit de remise à zéro du second élément amplificateur. On a constaté que l'erreur produite dans un am- plificateur à plusieurs étages lorsque des circuits de remise à zéro automatique sont utilisés à chaque étage, survenait principalement au moment o le circuit de remise à zéro est déconnecté de la sortie du premier étage de 246739b l'amplificateur. Cette erreur se présente sous forme d'un décalage d'environ un millivolt au côté de sortie du premier étage de l'amplificateur, mais elle est multi- pliée par le gain de l'étage suivant. Il ne s'agit pas là d'un décalage ou d'une réduction d'échantillonnage- blocage du condensateur d'intégration, mais plutôt d'un changement non répétitif survenant lorsque le commutateur prévu entre la sortie de l'amplificateur et l'entrée de l'amplificateur à réaction est ouvert. Ce changement non répétitif peut être dû à l'injection d'une charge ou à une légère variation survenant dans la tension du conden- sateur lors de la suppression de la réaction nulle active. D'autres aspects de l'invention seront mieux *compris à la lumière de la description ci-après des for- mes de réalisation préférées données en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma de montage d'un débit- mètre magnétique comprenant l'amplificateur à plusieurs étages avec remise à zéro automatique de la présente in- vention; la figure 2 est un diagramme de temps d'une première forme de réalisation du débitmètre de la figu- re 1; et la figure 3 est un diagramme de temps d'une seconde forme de réalisation du débitmètre de la figu- re 1. En se référant à-présent à ces dessins et, en particulier, à la figure 1, le chiffre de référence 1 dé- signe un système de débitmètre magnétique réalisé confor- mément à la présente invention. Ce système de débitmètre 1 comprend un tube d'écoulement 3, deux bobinages électro- magnétiques 5 disposés face à face et excités par une source 7, ainsi que deux électrodes 9 qui détectent une tension engendrée par l'écoulement d'un fluide conducteur d'électricité à travers le champ magnétique créé par les bobinages 5 en travers du tube 3. La tension présente aux bornes des électrodes 9 est amplifiée par un préamplifi- cateur différentiel 11, elle est amplifiée davantage par un système amplificateur à deux étages 13 suivant la pré- sente invention, puis elle est acheminée à une chaîne de traitement de signaux 15 à la sortie de laquelle est émis un signal indiquant le débit auquel le fluide s'écoule dans le tube 3. Dans la forme de réalisation illustrée, le circuit d'attaque 7 prévu pour les bobinages est contrôlé par un séquenceur 17 en vue d'engendrer, à travers les bobinages 5, des impulsions de courant continu d'une du- rée réglée émises à des intervalles également réglés. Tous les éléments précités peuvent être de conception clas- sique, à l'exception du système amplificateur 13 et du séquenceur 17. Le premier étage du système amplificateur 13 comprend un amplificateur opérationnel normalisé à inver- sion 19 dont le gain est déterminé par la relation existant entre des résistances 21 et 23. L'entrée de non-inversion de cet amplificateur 19 est raccordée à la terre via une résistance de fuite 25. Entre la sortie du premier étage amplificateur 19 et son entrée de non-inversion, est rac- cordé un circuit de remise à zéro constitué d'un commuta- teur semi-conducteur 27 contrôlé par le séquenceur 17, d'un amplificateur opérationnel 29, de résistances 31 et 33, d'un condensateur d'intégration 35, ainsi que d'une résistance 37. On comprendra que ce système constitue un circuit de remise à zéro spécifique dans lequel l'am- plificateur opérationnel à réaction 29 est raccordé en guise d'intégrateur. La sortie du premier étage amplificateur 19 est raccordée à un second étage amplificateur à inversion 19' pouvant être identique au premier étage. Les éléments correspondants de ce second étage amplificateur sont dé- signés par les mêmes chiffres de référence additionnés du signe prime ('). 2467390. Lors de la mise en service du système ampli- ficateur 13, alors que le séquenceur 17 coupe l'alimen- tation de courant vers lesbobinages et que la tension produite aux bornes des électrodes 9 est également cou- pée, le séquenceur ferme le premier commutateur 27 et le circuit de remise à zéro du premier étage amplificateur 19 amène la tension aux bornes du condensateur 35 à une valeur suffisante pour maintenir la sortie de cet étage amplificateur 19 à zéro volt. Lorsque le commutateur 27 est ouvert, la charge appliquée au condensateur 35 main- tient le réglage de zéro à l'entrée de non-inversion de l'amplificateur 19, si l'on excepte un léger décalage introduit au moment de l'ouverture du commutateur 27. Le second étage amplificateur 19' est remis à zéro exactement de la même manière par son circuit pré- vu à cet effet. Comme le montre la figure 2, dans la forme de réalisation préférée, le séquenceur 17 supprime l'impul- sion de tension Vcoil dépendant du débit à l'entrée d'in- version du premier étage amplificateur et il met simulta- nément sous tension les deux commutateurs 27 et 27' des circuits de remise à zéro des premier et second étages amplificateurs. Après une période de remise à zéro pré- déterminée, le séquenceur met hors tension le circuit de remise à zéro du premier étage amplificateur en ouvrant le commutateur 27, maintenant ainsi une tension de réfé- rence fixe pour l'amplificateur 19, tout en maintenant constante la sortie de ce dernier aussi longtemps que l'entrée reste inchangée. Toutefois, le circuit de remi- se à zéro du second étage amplificateur est maintenu sous tension pendant une période supplémentaire pour lui per- mettre de compenser l'erreur introduite au moment de la mise hors tension du premier commutateur 27. Lorsque le second commutateur 27' s'ouvre, on observe un léger déca- lage semblable, lequel est cependant insignifiant par rap- port à l'amplitude du signal amplifié dépendant du débit. 7 2467390 A la lumière de la description ci-dessus, l'hom- me de métier comprendra que de nombreuses modifications peuvent être apportées au système de débitmètre magnétique de la présente invention, sans se départir du cadre des revendications ci-après. Par exemple, comme le montre la figure 3, le séquenceur peut fermer uniquement le premier commutateur 27 simultanément avec la coupure de la tension dépendant du débit vers le système amplificateur, tandis qu'il peut l'ouvrir simultanément avec la fermeture du second commutateur 27' afin d'amorcer la remise à zéro active du second étage amplificateur. Des temps de stabi- lisation peuvent être prévus avant la fermeture d'un ou des deux commutateurs 27, 27', tandis que l'on peut utili- ser d'autres circuits de remise à zéro. Ces modifications sont données simplement à titre d'illustration. 2467390' REVENDICATIONS 1. Débitmètre magnétique comprenant un corps conçu pour être raccordé dans un système d'écoulement en vue de mesurer le débit d'un fluide s'écoulant dans ce dernier, des éléments destinés à créer un champ magnéti- que dans le fluide s'écoulant dans ce corps, deux élec- trodes prévues pour engendrer une tension dépendant du champ électrique créé dans le fluide s'écoulant à travers le champ magnétique, ainsi que des éléments de traitement de signaux destinés à convertir la tension de sortie en un signal de sortie, caractérisé en ce que ces éléments de traitement de signaux comprennent un système amplifi- cateur à plusieurs étages comportant un premier et un se- cond élément amplificateurs raccordés l'un à l'autre en cascade, le premier élément amplificateur comprenant un amplificateur, un circuit de remise à zéro automatique raccordé dans un circuit de réaction entourant cet-ampli- ficateur, ainsi qu'un commutateur destiné à mettre ce circuit de remise à zéro sous tension en vue d'assurer une remise à zéro active et à mettre ce circuit hors ten- sion en vue de maintenir une tension de référence de zéro pour cet amplificateur, le second élément amplificateur comprenant un amplificateur, un circuit de remise à zéro automatique raccordé dans un circuit de réaction entourant cet ampli- ficateur, ainsi qu'un commutateur destiné à mettre ce circuit de remise à zéro sous tension en vue d'assurer une remise à zéro active et à mettre ce circuit hors ten- sion en vue de maintenir une tension de référence de zéro pour cet amplificateur, et un élément de minutage assurant successivement la mise hors tension du circuit de remise à zéro du pre- mier élément amplificateur, puis la mise hors tension du circuit de remise à zéro du second élément amplificateur, annulant ainsi, dans celui- ci, toute erreur résultant de la mise hors tension du circuit de remise à zéro du pre- mier élément amplificateur. 2. Débitmètre magnétique suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les circuits de remise à zéro comprennent chacun un amplificateur opérationnel à intégration. 3. Débitmètre magnétique suivant la revendica- tion 2, caractérisé en ce que l'élément de minutage est un élément contrôlant les éléments destinés à créer un champ magnétique, de telle sorte qu'un champ magnétique intermittent soit engendré dans le fluide s'écoulant dans le corps précité, cet élément de minutage étant raccordé aux commutateurs des premier et second éléments amplifi- cateurs, de telle sorte que ces commutateurs provoquent la mise sous tension des circuits de remise à zéro alors que le champ magnétique est interrompu. 4. Débitmètre magnétique suivant la revendica- tion 3, caractérisé en ce que l'élément de minutage met conjointement les circuits de remise à zéro sous tension. 5. Débitmètre magnétique suivant la revendica- tion 3, caractérisé en ce que l'élément de minutage met hors tension le circuit de remise à zéro du premier élé- ment amplificateur avant de mettre sous tension le cir- cuit de remise à zéro du second élément amplificateur.