Brevet FR2467391A1 — publié le 19810417

La présente invention concerne des débitmètres magnétiques et, en particulier, des débitmètres dans les- quels les électrodes de captage sont munies d'éléments de nettoyage ultrasoniques. 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 à la vitesse d'écoulement (débit), est détectée par deux électrodes entrant en contact avec le fluide. Cette tension dépen- dant du débit est ensuite amplifiée et convertie par un système de traitement de signaux en vue d'obtenir un si- gnal de sortie utilisé à des fins d'affichage ou de con- trôle. Actuellement, il est de pratique courante de prévoir des éléments de nettoyage ultrasoniques sur les électrodes des débitmètres magnétiques, en particulier, lorsque ces derniers sont utilisés pour mesurer le débit de liquides à écoulement lent qui ont tendance à enduire les électrodes. Ces éléments de nettoyage ultrasoniques peuvent être constitués, par exemple, de transducteurs ultrasoniques sous forme de disques piézoélectriques disposés dans ou sur les corps des électrodes et excités périodiquement par un générateur de fréquence ultrasoni- que. Les électrodes sont façonnées de telle sorte que les vibrations du transducteur soient transmises à la fa- ce de l'électrode qui entre en contact avec le fluide s'écoulant dans le corps du débitmètre, nettoyant ainsi cette face de l'électrode. Des électrodes appropriées sont illustrées, par exemple, dans les brevets des Etats- Unis d'Amérique 3.771.361 au nom de Reznick, 3.479.873 au nom de Hermanns et 3.229.129 au nom de van Haagen (utili- sation d'un transducteur à magnétostriction). Lors de la mise en service de débitmètres magné- tiques dont les électrodes sont munies d'éléments de net- toyage ultrasoniques, l'énergie ultrasonique de haute ten- sion utilisée pour exciter les transducteurs ultrasoni- ques risque d'interférer avec le signal de sortie analo- gique de niveau faible dépendant du débit émis aux bor- nes des électrodes. Afin d'éviter cette interférence, on a habituellement prévu des filtres passe-bas dans le circuit de traitement de signaux. Toutefois, ces filtres passe-bas ne se sont pas avérés d'une efficacité totale et des erreurs ont été introduites dans le signal de sor- tie au cours du processus de nettoyage, ainsi qu'au cours d'une période de rétablissement ultérieure.- Un des objets de la présente invention est de fournir un débitmètre magnétique équipé d'électrodes net- toyées par voie ultrasonique et dans lequel le processus de nettoyage ne provoque aucune instabilité ou erreur dans le signal de sortie. D'autres objets apparaîtront à l'homme de métier à la lumière de la description ci-après donnée en se réfé- rant aux dessins annexés. 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 éléments destinés à créer un champ magnétique dans le fluide s'écoulant dans ce corps, deux électrodes montées dans ce dernier pour engendrer une ten- sion dépendant du champ électrique créé dans le fluide s'écoulant à travers le champ magnétique, des éléments de traitement de signaux destinés à convertir la tension de sortie en un signal de sortie, des transducteurs ultra- soniques associés aux électrodes pour nettoyer les faces de ces dernières lorsqu'elles sont excitées, ainsi qu'un générateur d'ultrasons destiné à exciter périodiquement ces transducteurs, ce débitmètre étant caractérisé en ce qu'il comprend également un séquenceur prévu pour placer au moins une partie du système de traitement de signaux indicateurs de débit dans un état de maintien au cours de l'excitation des transducteurs afin de maintenir le si- gnal de sortie à un niveau précédent et supprimer ainsi toute interférence entre le signal de sortie et le géné- rateur d'ultrasons. De préférence, les bobinages du débitmètre ma- gnétique sont excités par des impulsions de courant qui engendrent des tensions pulsées périodiques aux bornes des électrodes. Le circuit de traitement de signaux traite ces impulsions de tension de manière cyclique pour engendrer le signal de sortie. Le séquenceur comprend un élément destiné à établir un raccordement entre le systè- me de traitement de signaux et le générateur d'ultrasons, de telle sorte que ce système de traitement de signaux puisse achever un cycle avant que le signal ultrasonique soit appliqué aux électrodes. De préférence, un commuta- teur est prévu pour ouvrir le circuit passant par le sys- tème de traitement de signaux, de préférence, en un point de ce dernier qui suit directement l'amplificateur diffé- rentiel recevant les signaux provenant de chaque électro- de et engendrant un signal dépendant du débit. Ce commu- tateur est déclenché par le séquenceur pour protéger le circuit de traitement de signaux alors qu'il se trouve dans son état de maintien. Dans la forme de réalisation préférée, le séquenceur reçoit un signal avertisseur in- diquant que le générateur d'ultrasons a été excité avant les transducteurs, il détecte la fin d'un cycle de trai- tement d'impulsions et il ouvre le commutateur jusqu'à la suppression de ce signal avertisseur. Dans une autre forme de réalisation donnée à titre d'illustration, le séquenceur bloque périodiquement le circuit de traitement de signaux dans un état de maintien au terme d'un cycle de traitement d'impulsions, puis il transmet, au généra- teur d'ultrasons, un signal ordonnant, à ce dernier, d'ex- citer les transducteurs. Dans une autre forme de réalisa- tion encore donnée à titre d'illustration, le séquenceur reçoit un signal de "disponibilité" émis par le générateur 2467391AA d'ultrasons, après quoi il transmet un signal "feu vert" à ce dernier au terme d'un cycle de traitement d'impul- sions alors que le circuit de traitement de signaux est da'ns un état de maintien et que le commutateur est ouvert. D'autres aspects de l'invention seront mieux compris à la lecture 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 illustrant une forme de réalisation préférée d'un débitmètre magné- tique suivant la présente invention, auquel est intégré le système préféré d'électrodes à nettoyage ultrasonique de cette dernière; la figure 2 est un diagramme de temps illustrant le fonctionnement d'un séquenceur du système de débitmètre de la figure 1; % la figure 3 est un schéma de montage illustrant une deuxième forme de réalisation d'un débitmètre magnéti- que suivant la présente invention, auquel est intégré un système d'électrodes à nettoyage ultrasonique de cette dernière; la figure 4 est un diagramme de temps illustrant le fonctionnement d'un séquenceur du système de débitmètre de la figure 3; la figure 5 est un schéma de montage illustrant une troisième forme de réalisation d'un débitmètre magné- tique suivant la présente invention, auquel est intégré un système d'électrodes à nettoyage ultrasonique de cette dernière; et la figure 6 est un diagramme de temps illustrant le fonctionnement d'un séquenceur du système de débitmètre de la figure 5. En se référant à ces dessins et, en particulier, - à la figure 1, le chiffre de référence 1 désigne un sys- tème de débitmètre magnétique suivant la présente inven- tion. Ce système de débitmètre 1 comprend un tube d'écou- 2467391 i lement 3, deux bobinages électromagnétiques 5 disposés face à face et excités par une source de courant continu pulsé (non représentée), ainsi que deux électrodes 7 qui détectent une tension engendrée par l'écoulement d'un fluide conducteur d'électricité à travers le champ magné- tique créé par les bobinages 5 en travers du tube 3. La tension présente aux bornes des électrodes 7 est isolée par des suiveurs de tension 9 et elle est amplifiée par un amplificateur différentiel 11, en fonction des rela- tions existant entre les résistances 13, 15, 17 et 19. Le signal amplifié dépendant du débit émis par l'amplifi- cateur 11 est transmis à un système de traitement de si- gnaux 21 en vue d'engendrer un signal de sortie utilisé à des fins d'affichage ou de contrôle. Tous ces éléments peuvent être de conception classique. Les électrodes 7 sont munies de transducteurs ultrasoniques 23 qui sont excités par intermittence au moyen d'un générateur d'ultrasons 25. Ces éléments peu- vent également être de conception classique. Suivant la forme de réalisation préférée de la présente invention, un commutateur semi-conducteur 27 est raccordé entre l'amplificateur différentiel 11 et le sys- tème de traitement de signaux 21. Comme indiqué en b, ce commutateur 27 est commandé par un contrôleur de séquence 29 qui commande également les éléments du système de trai- tement de signaux 21. De plus, suivant la forme de réali- sation préférée de l'invention, le générateur d'ultrasons est conçu pour émettre une impulsion de signal à une entrée a du contrôleur de séquence 29 avant d'émettre un signal ultrasonique aux transducteurs 23 comme indiqué en c. La logique de rythme du système préféré sera le mieux comprise en se référant à la figure 2. L'impulsion de signal indiquée en a est émise à un moment t, précédant l'émission d'un signal ultrasonique en c. Dès réception de l'impulsion de signal, le contrôleur de séquence 29 in- 2467391i cite le système de traitement de signaux 21 à achever le traitement de tout signal dépendant du débit que renferme ce dernier et, lors de la réception du signal pulsé suivant dépendant du débit, ce contrôleur de séquence 29 arrête la séquence alors que le signal de sortie est dans un état de maintien et il ouvre le commutateur 27. Le temps (désigné par t0) requis pour achever la séquence de trai- tement sera variable si le rythme du générateur d'ultra- sons 25 est indépendant de celui du contrôleur de séquen- ce 29, comme indiqué par la flèche horizontale et les lignes en traits discontinus b en figure 2. Le généra- teur d'ultrasons 25 applique un signal ultrasonique aux transducteurs 23 pendant une période t2, après quoi l'émis- sion de l'impulsion de signal en a cesse et le contrôleur de séquence 29 reprend le traitement des signaux pulsés dé- pendant du débit en fermant le commutateur 27 et en ame- nant le système de traitement de signaux à quitter son état de maintien. La durée d'émission totale de l'impul- sion de signal en a est désignée par t3. On comprendra que t1 ne doit pas être inférieur à t0 et que t3 ne doit pas être inférieur à la somme de t1 et t2. En se référant à présent à la figure 3, la deu- xième forme de réalisation du système de débitmètre magné- tique de la présente invention qui y est illustrée, diffè- re de la première forme de réalisation en ce sens que le commutateur 27 est commandé, comme indiqué en e, par un contrôleur de séquence 29' qui commande également les élé- ments du système de traitement de signaux 21. De plus, suivant cette deuxième forme de réalisation de l'inven- tion, le contrôleur de séquence 29' est équipé d'un cir- cuit de comptage qui dénombre les impulsions de signaux dépendant du débit mises en séquence par ce contrôleur et, après un nombre prédéterminé de séquences, ce circuit transmet un signal au générateur d'ultrasons 25' (comme indiqué en d) pour amener ce dernier à appliquer un si- gnal ultrasonique aux transducteurs 23 comme indiqué en f. 2467391 i La logique de rythme de ce deuxième système est illustrée en figure 4. Après le comptage du nombre prédéterminé de séquences de traitement de signaux dépen- dant du débit, le contrôleur de séquence 29' ouvre le com- mutateur 27 et place le système de traitement de signaux 21 dans un état de maintien comme indiqué en e en figu- re 3, à un moment t0 avant qu'il n'émette un signal en d, amenant ainsi le générateur d'ultrasons 25' à appliquer un signal ultrasonique aux transducteurs 23 pendant une pé- riode t1 déterminée par ce générateur d'ultrasons 25'. En conséquence, la longueur de l'impulsion de signal doit être réglée uniquement dans la mesure o elle est plus courte que la durée t1 du signal ultrasonique. Après un temps prédéterminé t2, le contrôleur de séquence 29' re- prend le traitement des signaux pulsésdépendant du débit en fermant le commutateur 27 et en amenant le système de traitement de signaux en dehors de son état de maintien. On comprendra que t2 ne doit pas être inférieur à la som- me de t0 et t, pour assurer un fonctionnement correct de ce système. En se référant à présent à la figure 5, la troi- sième forme de réalisation du système de débitmètre magné- tique de la présente invention qui y est illustrée, diffè- re de la première forme de réalisation en ce sens que le contrôleur de séquence 29" renvoie un signal "feu vert" au générateur d'ultrasons 25" lorsqu'il a achevé une sé- quence de traitement de signaux, plutôt que sur la base d'un retard prédéterminé. Le commutateur 27 est commandé (comme indiqué en h) par le contrôleur de séquence 29" qui commande également les éléments du système de traite- ment de signaux 21. Deux circuits g et i sont établis entre le contrôleur de séquence 29" et le générateur d'ul- trasons 25". Le raccordement entre le générateur d'ultra- sons 25" et les transducteurs ultrasoniques 23 est désigné par la lettre i. 2467391 a La logique de rythme de ce troisième système est illustrée en figure 6. Tout comme dans la première forme de réalisation, lorsque le rythme du générateur d'ultrasons 25" indique que les transducteurs 23 doivent être excités, ce générateur d'ultrasons 25" transmet un signal avertisseur au contrôleur de séquence 29", comme indiqué en g en figure 6. Dès réception de l'impulsion de signal, le contrôleur de séquence 29" incite le systè- me de traitement de signaux 21 à achever le traitement de tout signal dépendant du débit que renferme ce dernier et, lors de la réception du signal pulsé suivant dépendant du débit, ce contrôleur de séquence 29" arrête la séquence alors que le signal de sortie est dans un état de main- tien et il ouvre le commutateur 27. Le temps io requis pour achever la séquence de traitement est pratiquement indépendant du fonctionnement du système. A un moment t après l'ouverture du commutateur 27, le contrôleur de sé- quence 29" transmet un signal "feu vert" au générateur d'ultrasons 25". Ce générateur d'ultrasons 25" applique un signal ultrasonique aux transducteurs 23 pendant une période t2. Après un temps t3, l'émission de l'impulsion de signal en g cesse et le contrôleur de séquence 29" re- prend le traitement des signaux pulsés dépendant du débit en fermant le commutateur 27 et en amenant le système de traitement de signaux à quitter son état de maintien. La durée d'émission totale de l'impulsion de signal en & est désignée par t3. On comprendra que la longueur du signal "feu vert" émis en i est sans conséquence pour autant qu'elle soit inférieure à t2. On comprendra également que, dans cette forme de réalisation, la fréquence de répéti- tion et la durée des signaux émis par le générateur d'ul- trasons 25" peuvent être toutes deux modifiées sans influ- encer le fonctionnement du système de suppression de l'in- vention. A la lumière de la description ci-dessus, l'hom- me de métier comprendra que de nombreuses modifications 2467391- peuvent être apportées au système de débitmètre magnéti- que de la présente invention, sans se départir du cadre des revendications ci-après. 2467391. 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 montées dans ce dernier pour engendrer une tension dépendant du champ électrique créé dans le fluide s'écou- lant à travers le champ magnétique, des éléments de trai- tement de signaux destinés à convertir la tension de sor- tie en un signal de sortie, des transducteurs ultrasoni- ques associés aux électrodes pour nettoyer les faces de ces dernières lorsqu'ils sont excités, ainsi qu'un gé- nérateur d'ultrasons destiné à exciter périodiquement ces transducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend également un séquenceur prévu pour placer au moins une partie du système de traitement de signaux indicateurs de débit dans un état de maintien au cours de l'excitation des transducteurs afin de maintenir le signal de sortie à un niveau instantané, supprimant ainsi toute interférence en- tre ce signal de sortie et le générateur d'ultrasons. 2. Débitmètre magnétique suivant la revendica- tion 1, caractérisé en ce que ses bobinages sont excités par des impulsions de courant qui engendrent des tensions pulsées périodiques aux bornes des électrodes, tandis que les éléments de traitement de signaux agissent sur ces im- pulsions de tension de manière séquentielle pour engendrer le signal de sortie. 3. Débitmètre magnétique suivant la revendica- tion 2, caractérisé en ce que le séquenceur comprend un élément destiné à établir un raccordement entre les élé- ments de traitement de signaux et le générateur d'ultra- sons. 4. Débitmètre magnétique suivant la revendica- tion 3, caractérisé en ce qu'il comprend également un com- mutateur intégré aux éléments de traitement de signaux en 2467391 i il vue de déconnecter au moins une partie de ces derniers vis-à-vis des électrodes, ce commutateur étant déclenché par le séquenceur pour protéger les éléments de traite- ment de signaux alors que ces derniers se trouvent dans leur état de maintien. 5. Débitmètre magnétique suivant la revendica- tion 4, caractérisé en ce que les éléments de traitement de signaux comprennent un amplificateur différentiel qui reçoit les signaux provenant de chaque électrode et émet un signal dépendant du débit, tandis que le commutateur est raccordé aux éléments de traitement de signaux pra- tiquement directement à la suite de cet amplificateur dif- férentiel. 6. Débitmètre magnétique suivant la revendica- tion 4, caractérisé en ce que le générateur d'ultrasons comprend un élément destiné à amorcer de manière inter- mittente l'excitation des transducteurs, ainsi qu'un élé- ment transmettant, au séquenceur, un signal avertisseur indiquant que le générateur d'ultrasons a été excité avant les transducteurs. 7. Débitmètre magnétique suivant la revendica- tion 6, caractérisé en ce que le séquenceur réagit à ce signal avertisseur en détectant la fin d'une séquence de traitement d'impulsions, pour ouvrir ensuite le commuta- teur jusqu'à la suppression du signal avertisseur. 8. Débitmètre magnétique suivant la revendica- tion 6, caractérisé en ce que le séquenceur réagit à ce signal avertisseur en détectant la fin d'une séquence de traitement d'impulsions, après quoi il ouvre le commuta- teur et transmet ensuite un signal "feu vert" au généra- teur d'ultrasons. 9. Débitmètre magnétique suivant la revendica- tion 4, caractérisé en ce que le séquenceur bloque pério- diquement les éléments de traitement de signaux dans un état de maintien au terme d'une séquence de traitement d'impulsions, tandis qu'il transmet, au générateur d'ul- 2467391-. trasons, un signal ordonnant, à ce dernier, d'exciter les transducteurs.