Brevet FR2461237A1 — publié le 19810130

La présente invention concerne un débitmètre électro- magnétique destiné à mesurer le débit de ciment et de béton utilisés pour des immeubles et des zones de construction. Il est très important de mesurer exactement le débit de ciment lorsqu'il est injecté sous pression dans le sol pour le stabiliser. Un manque de ciment ne permet pas d'améliorer la stabilité du sol tandis qu'un excès de ci- ment conduit non seulement à une perte mais produit égale- ment des accidents tels que la déformation du sol, des fui- tes de ciment dans des sols tendres et des cavités souter- raines, ainsi que le soulèvement et l'inclinaison de struc- tures existantes, par exemple des barrages et des immeu- bles. La quantité de ciment injecté doit être modifiée en fonction du type de sol. Les débitmètres électromagnétiques se sont généralement répandus pour la mesure précise du débit de ciment car leurs caractéristiques sont qu'ils ne comportent aucune pièce mécanique complexe dans la conduite dans laquelle circule le fluide à mesurer. Contrairement aux débitmètres courants du type à pression différentielle 2Q, et du type à turbine, le débitmètre électromagnétique ne comporte aucun orifice ni aucune pièce tournante faisant saillie dans la conduite en entraînant une perte de pression ou une solidification du ciment. Malgré cet avantage, le débitmètre électromagnétique du commerce représenté sur la figure 1 présente un inconvé- nient lorsqu'il est utilisé avec du ciment. Selon la figure 1, le ciment est réglé à une concentration correcte dans un malaxeur la, stocké dans un réservoir 1bt:et injecté ensuite sous pression dans le sol par la pompe 2 en passant par le tuyau de caoutchouc 3, le débitmètre électromagnéti- que 4 et le tube 6 fixé sur une machine de forage 5. Le débitmètre électromagnétique est constitué par un tube d'acier inoxydable 7 garni de caoutchouc, portant des colle- rettes 8 à ses deux extrémités pour le branchement sur les tuyaux de caoutchouc 3, un enroulement 9 et un noyau de fer 10 à l'extérieur du tube 7 et une électrode 11 fixée au tube 7. Les bobines, les noyaux de fer et les électrodes sont logés dans un carter 12,13. Le ciment qui est forcé sous pression par ce débitmétre électromagnétique tend à 246 1237 se stabiliser et à adhérer au tube 7 et à l'électrode 11 en raison de sa consitance normalement élevée et sa facilité de solidification. Le ciment déposé doit être éliminé fré- quemment par un lavage à l'eau; sinon il se solidifie en formant uhe pellicule entraînant des erreurs de mesure. Quand du ciment se dépose sur la paroi intérieure du tube 7, le débitmètre électromagnétique 4 doit être entièrement éliminé car, en pratique, il est impossible de changer le tube 7 seul. En outre, il est difficile pour le débitmètre électromagnétique courant de mesurer le débit des fluides à des pressions supérieures à 15 MPa car la fixation par la collerette 8 du débitmètre électromagnétique 4 et du tuyau de caoutchouc 3 n'est pas suffisamment solide, et l'étanchéité entre l'électrode 11 et le tube 7 n'est pas absolue. Dans le but de résoudre ce problème, une tentative a été faite-de mesurer le débit de ciment s'écoulant dans la conduite. Selon cette invention, la conduite est main- tenue dans un générateur de champ magnétique comportant un noyau de fer en U et des enroulements bobinés sur ce noyau, et deux électrodes introduites l'une en face de l'autre, directement dans la conduite de manière que la direction des électrodes, la direction du champ magnétique et la di- rection d'écoulement du fluide soient perpendiculaires entre elles. Les électrodes peuvent être fixées à la con- duite simplement en les vissant ou en ajustant un porte- électrodes dans un trou déjà percé. Cette disposition évite la nécessité d'éliminer du ciment solidifié des électrodes. Les électrodes peuvent être enlevées facilement ou la partie de la conduite dans laquelle elles sont fixées peut être changée. En outre, les électrodes peuvent être nettoyées facilement lorsqu'elles sont enlevées de la conduite. Dans les débitmètres électromagnétiques courants, les électrodes et le générateur de champ magnétique sont solidaires de la conduite et il est difficile d'éliminer le ciment qui s'est solidifié sur les électrodes. Contrairement aux appareils électromagnétiques cou- rants, le débitmètre selon l'invention se caractérise par le fait que la mesure de débit peut se faire en plaçant 246 1237 le générateur de champ magnétique sur la conduite et en fi- xant les électrodes sur cette dernière, et qu'il n'est pas nécessaire de couper la conduite pour brancher le débitmètre avec des brides. Le débitmètre selon l'invention n'entraine pas de bouchage avec le ciment et permet la mesure de débit dans toute conduite existante. Grâce à l'absence des brides, il est possible de mesurer lé débit de fluides sous pression au-dessus de 50 MPa, ce qui est très supérieur à la limite de 15 MPa des débitmètres courants. Ainsi, un objet de l'invention est de proposer un débit- mètre électromagnétique permettant de mesurer le débit dans une conduite, par exemple un tube de caoutchouc dans lequel du ciment est forcé sous pression. Un autre objet de l'invention est de proposer un débit- mètre électromagnétique réalisé de manière que scnrfonctionne- ment puisse être rétabli facilement même s'il se produit une solidification du ciment dans la conduite. Un autre objet encore de l'invention est de proposer un débitmètre électromagnétique permettant de mesurer des débits à des pressions élevées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exem- ples nullement limitatifs: la figure 1 représente schématiquement un équipement d'injection de ciment dans le sol comprenant un débitmètre électromagnétique courant, la figure 2 est une vue en perspective éclatée d'un mode de réalisation d'un débitmètre électromagnétique se- Ion l'invention, la figure 3 est une coupe des électrodes et du généra- teur de champ magnétique du débitmètre électromagnétique selon l'invention, la figure 4 est une coupe longitudinale partielle des électrodes et du générateur de champ magnétique de la fi- gure 3, la figure 5 est une vue de côté et en coupe partielle d'une électrode, la figure 6 est une vue de côté et en coupe partielle d'un autre mode de réalisation de l'invention, et la figure 7 est une coupe du porte-électrode selon un autre mode de réalisation. Le mode de réalisation représenté sur les figures com- porte une conduite 3 par exemple un tuyau de caoutchouc, dans lequel un ciment fluide conducteur de l'électricité est forcé sous pression par une pompe 2, vers un tube d'in- jection 6. Des couvercles de protection 15,16, semi-cylin- driques, sont réalisés en une matière non magnétique et sont placés sur la conduite 3. Les couvercles de protection ,16 sont munis en leur centre de porte-électrodes 17,18 cylindriques, faites d'un matériau non magnétique. Ces porte-électrodes 17,18 supportent les électrodes 19,20 qui seront décrites par la suite. Les couvercles de protection ,16 comportent également à leurs extrémités des brides 21,22,23,24 destinées à les asembler. Un générateur 25 de champ magnétique produit un champ magnétique dans une direction perpendiculaire à la conduite 3 et aux électrodes 19,20. Le générateur de champ magnétique consiste en un noyau de fer 44 avec un enroulement 45 décrit par la suite et tous les éléments sont moulés dans une résine ou similaire. Le générateur 25 comporte en son centre un logement 26 destiné à recevoir la conduite 3 sur laquelle sont placés les couvercles de.protection. Le.loge- ment 26 comporte à ses extrémités des épaulements 27,28 destinés à maintenir les brides 21,22,23,24 et des trous taraudés 30 pour recevoir des vis 29. Les épaulements 27, 28 comportent chacun un logement semicirculaire 14 pour recevoir la conduite 3. Les figures 3 et 4 montrent des détails sur les porte- électrodes 17,18 et le générateur de champ magnétique 25. Les porte-électrodes 17,18 qui sont réalisés de la même manière, comportent un taraudage 31 dans un trou 33 avec un épaulement 32 de plus petit diamètre. Une douille isolan- te 35 faite en "Teflon" ou similaire est placée contre la partie épaulée 32 avec interposition d'une bague torique 34. Une électrode 19 est introduite dans le trou central 36 246 1237 de la douille 359 avec interposition d'une bague torique 37. Une plaque isolante 39 en "Teflon", ou similaire, est appli- quée contre la partie supérieure 38 de l'électrode 19. L'élec- trode 19 est forcée dans la conduite 3 par un écrou 40 placé sur la plaque 39 et vissé dans le taraudage 31 du porte- électrodes 17. Comme le montre la figure 5, l'extrémité 41 de l'électrode 19 est aigué,la surface de l'électrode qui vient en contact avec la conduite est revêtue d'une pellicu- le isolante 42, par exemple en "Teflon", et la tige est connectée à un conducteur 43. Le générateur de champ magné- tique 25 consiste en un noyau 44 en tôles de fer en U avec des bobines 45, le tout moulé d'une seule pièce dans de la résine 46. Le montage du débitmètre selon l'invention sur la con- duite 3 sera décrit ci-après. Le générateur 25 de champ magnétique est placé sur une surface plane sur laquelle pas- se la conduite 3, et une partie de cette conduite 3 est in- troduite dans le logement 26 du générateur 25 de champ magné- tique, après introduction des électrodes dans la conduite. Des trous d'un diamètre légèrement inférieur à celui de l'extrémité 41 des électrodes 19,20 sont percés dans la con- duite 3, diamétralement opposés. Les couvercles de protec- tion 15,16 sont placés sur la conduite 3, la bague torique 34 est placée sur l'épaulement 32 du porte-électrodes 17, la douille 35 est introduite, l'autre bague torique 37 est mise en place, l'électrode 19 est introduite, la plaque 39 est mise en place et l'écrou 40 est vissé dans le porte- électrodes 17 jusqu'à ce que l'extrémité de l'électrode 19 fasse saillie dans la conduite. L'électrode 20 est mise en place de la même manière. La conduite 3 avec les couver- cles de protection 15,16 et les électrodes 19,20 fixées sur eux est placée dans le logement 26 de manière que les brides 21,22,23,24 s'appuient contre les parties épaulées 27,28 et soient fixées par les vis 29. Le débitmètre électromagnétique selon l'invention, monté de la manière décrite ci-dessus, fonctionne selon le principe bien connu. Lorsqu'un courant d'excitation est appliqué à la bobine 45 du générateur de champ magnétique , le noyau de fer 44 développe un champ magnétique. Il 246123? sera supposé que le diamètre intérieur de la conduite 3 est D centimètres et qu'il règne dans la conduite un champ magnétique d'une intensité B Gauss. Quand du ciment est for- cé dans la conduite 3 avec un débit de Vcm/s, le champ magnétique développe une force électromotrice E = D.V.B x 108 (volt) (1) dans la direction perpendiculaire au champ magnétique et au débit. Etant donné que le débit volumétrique Q est représenté 0 par: : D 2.V (cm3/s) (2) Q=-W les équations (1) et (2) donnent: =Q ' D. E x 108 (cm3/s) (3) 4 B La force électromotrice est donc représentée par: 14 B - E = 4. B x 10-8 (volt) L'équation (3) indique que le débit volumétrique Q est pro- portionnel.à la force électromotrice E si l'intensité B du champ magnétique est constante. Ainsi, la force électro- motrice E détectée par les électrodes 19,20 est convertie par un convertisseur 47 en un débit qui est affiché et en- registré sur un enregistreur-indicateur 48. - Dans ce mode de réalisation, les électrodes 19,20 sont maintenues par des porte-électrodes 17,18 solidaires des couvercles de protection 15,16. Mais, dans un autre mode de réalisation, l'éledrode 51 peut être vissée directement dans la paroi de la conduite 3 avec interposition d'une bague torique 49 et d'une rondelle 50, comme le montre la figure 6. Dans ce cas, la partie conductrice centrale 52 peut être isolée de la conduite par une partie filetée 53 isolante. Cette disposition simplifie l'apparei]. Dans le mode de réalisation de la figure 3, les électro- des 19,20 sont introduites en serrant l'écrou 4 avec une clé. Dans le mode de réalisation de la figure 7, l'électro- de est introduite en serrant l'écrou 55 comportant des en- coches 54, en utilisant un tournevis 56 à fourchette dont 246 1237 les fourches 57 pénètrent dans les encoches 54. Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, la conduite 3 consiste en un tuyau de caoutchouc conduisant du ciment, mais il est également possible d'utiliser des tuyaux en matière plastique. La conduite n'a pas à être renforcée avec une matière magnétique, par exemple des fils métalliques. La conduite 3 peut être en aluminium, en laiton, en cuivre et en acier inoxydable, aussi bien qu'en caoutchouc et en matière plastique. Dans le cas d'une conduite faite de ces matières, l'électrode doit être placée dans un trou taraudé percé dans la paroi de la conduite et être isolée avec du "Teflon" ou similaire de la paroi de la conduite. Dans le mode de réalisation ci-dessus, du "Teflon" est utilisé comme isolant 42 pour les électrodes 19,20, mais cette matière peut être remplacée par du "Delrin" de la "Bakélite" ou autres matières isolantes. Si la conduite 3 est faite d'une matière isolante, il n'est pas nécessaire d'isoler les électrodes 19,20. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, le généra- teur de champ magnétique 25 comporte un logement 26 en gouttière ouvert vers le haut. Le dispositif peut être pla- cé horizontalement ou être inversé. Le mode de réalisation décrit ci-dessus comporte une seule paire d'électrodes 19,20 fixées à la conduite 3; mais deux ou plusieurs paires d'électrodes peuvent être fixées dans des positions voisines ou à des intervalles réguliers. Cette disposition facilite les mesures nécessai- res dans le cas de difficulté due par exemple à la solidi- fication du liquide ou au bouchage par des matières soli- des. Une paire d'électrodes peut être commutée sur l'au- tre, ou une paire d'électrodes peut etre choisie après la comparaison des signaux de sortie des deux paires. Le débitmètre électromagnétique selon l'invention con- vient particulièrement pour l'injection de ciment dans des zones de construction. Mais il convient également pour tout fluide conducteur tel que des mortiers, des ciments, de l'eau potable, des eaux usées, des eaux industrielles, des liquides acides, des boues de chaux et des boues de pulpe. f461237 REVENDI CATI0 NS 1 - Débitmètre électromagnétique, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur (25) de champ magnétique comportant une partie creuse (26) destinée à maintenir une conduite (3) dans laquelle circule un fluide conduc- teur de l'électricité et qui développe un champ magnétique dans une direction perpendiculaire à la direction d'écou- lement du fluide, et au moins deux électrodes(19,20)fixées directement à ladite conduite dans une direction perpendi- culaire à la fois à la direction du champ magnétique du générateur de champ magnétique et à la direction d'écoule- ment dudit fluide conducteur de l'électricité, lesdites électrodes produisant une force électromotrice à partir de laquelle le débit est calculé. 2 - Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes (19,20) sont maintenues par des porte-électrodes (17,18) fixés sur des couvercles de pro- tection (15,16) semi-cylindriques, les électrodes étant -introduites dans la conduite (3) diamétralement opposées l'une à l'autre après que les couvercles de protection ont été placés sur la condute, des brides (23,24) des couvercles de protection étant fixées sur des parties épau- lées (27,28) du générateur (25) de champ magnétique. 3 - Débitmètre selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que le générateur (25) de champ magnétique est constitué par un noyau (44) de tôles de fer en U sur le- quel sont enroulées des bobines (45), le tout étant moulé dans une résine (46) pour former la partie en creux qui reçoit la conduite (3). 4 - Débitmètre selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que les électrodes (19,20) comportent un revêtement isolant (42) sur la partie qui vient en contact avec la conduite (3). - Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode comporte un écrou (55) et un filetage sur sa surface extérieure pour qu'elle puisse être vissée directement dans la conduite.