Brevet FR2512958A3 — publié le 19830318

FR 2512958 A3 19830318 FR 8117584 A 19810917 Cellule pour la mesure en continu de la constante diélectrique, ou permittivité d'un mélange éventuellement hété- ozène d'au moins deux produits circulant dans une conduite. La présente invention concerne une cellule pour la mesure en continu de la constante diélectrique ou permittivité d'un mélange éventuellement hétérogène d'au moins deux prodaits,par exemple deux liquides > circulant dans une conduite. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement,à la détermination de la constante diélectrique d'un pUtrole brat (contenant de l'eai), par exemple en vue de la mesure en continu de la teneur on eau du brut. D'une manière générale, on sait que la mesure en continu de la constante diélectrique d'un produit fou d'un mélange homogène de produits) peut s'effectuer au moyen d'un condensateur de Lampard, c'est-à-dire d'un condensa- teur cylindrique dont l'armature est déposée sur an cylindre diélectrique monté en série sur la conduite de circulation du produit (ou du mélange de produits) dont il forme une section. Les armatures de ce condensateur, qui s'étendent parallèlement aux génératrices du cylindre, sont reliées à un circuit de mesure de capacité tel qu'un pont dif- férentiel de mesure qui permet d'obtenir un signal proportionnel à la constante diélectrique du condensateur. Toutefois, il s'avère que dans le cas de mélanges hétérogènes de produits, une telle cellule ne permet pas d'obtenir des résultats exempts d'erreur. En effet, dans le cas ou les produits ne se trouvent pas parfaitement mélangés, le le résultat variera en fonction des positions respectives des molécules desdits produits par rapport aux armatures du condensateur. Ces variations se manifestent notamment, dans le cas d'un mélange hétérogène de deux liquides tel que par exemple un mélange pétrole + eau (brut), lorsque l'un des liquides forme des veines ou des gouttelettes dans l'autre liquide. L'invention a donc pour but de supprimer ces inconvénients. A cet effet, pour s'affranchir de l'incidence de l'hétérogénéité dans la mesure de la constante diélectrique d'un mélange hétérogène circulant dans une conduite, l'inven- tion propose une cellule de mesure consistant en un condensateur cylindrique comprenant un tronçon tubulaire en matière électriquement isolante, monté en ligne sur la conduite, et sur lequel sont disposées au moins deux armatures s'étendant obliquement par rapport aux génératrices du tronçon tubulaire et destinées à être reliées à l'entrée d'un circuit de mesure de capacité. Ainsi, grâce à une telle disposition, tout se passe comme si le champ électromagnétique engendré par les armatures tournait autour du mélange de produits passant dans le tronçon tubulaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, dans le but d'obliger le champ électromagnétique à s'établir exclusivement à l'intérieur du tronçon tubulaire, le condensateur cylindrique comprend en outre, au moins une électrode de garde, disposée sur le tronçon tubulaire dans les intervalles et aux extrémités desdites armatures et destinée à autre reliée à la masse. Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une représentation schématique, en perspective d'une cellule de mesure de la constante diélectrique d'un mélange de produits. La figure 2 est une coupe longitudinale schématique d'une cellule du type de celle représentée figure 1, spécia liement étudiée pour la mesure de la constante diélectrique d'un pétrole brut (mélange pétrole + eau) circulant dans une conduite. Avec référence à la figure 1, la cellule de mesure se compose tout d'abord d'un tronçon tubulaire 1 en matériau électriquement isolant, par exemple un mélange de fibres de verre et de résine, destiné à venir se monter en ligne sur la conduite dont il forme alors une partie. Ce tronçon 1 cotpnmd donc pour son montage sur la conduite un élément de raccord, par exemple les éléments de raccord par brides 2 représentés en traits interrompus. Sur ce tronçon tubulaire sont montées deux armatures 3, 4 se présentant sous la forme de deux bandes conductricesX par exemple en aluminiumsdisposées obliquement par rapport aux génératrices du tronçon 1, et qui s'enroulent hélico- dalement autour de celui-ci. Ces deux armatures 3, 4 se trouvent par ailleurs distantes l'une de l'autre d'un écart axial déterminé et constant. La cellule comprend en outre une électrode de garde 5 entourant les susdites armatures 3, 4 et qui comprend donc deux parties tubulaires d'extrémités 5', 5" reliées l'une à 1'autre par deux bandes s'étendant hélicoidalement dans les intervalles des deux armatures. Les armatures 3, 4 sont destinées à être respectivement reliées aux deux entrées d'un circuit de mesure 6 éventuel- lement à microprocesseur, de la constante diélectrique du produit passant dans le tronçon 1, tandis que l'électrode de garde 5 est destinée à etre reliée à la masse. Dans l'exemple représenté, la cellule de mesure comprend en outre un manchon isolant calorifuge 7, par exemple en polystyrène > maintenu par une tôle 7' servant de blindages qui protège l'ensemble formé par le manchon tubulaire, les armatures et l'électrode de garde. Comme précédemment mentionné, la cellule de mesure représentée figure 2 est d'un type analogue à celle représentée figure 1. En conséquence, les éléments analogues représentés sur ces deux figures portent des références identiques. Cette cellule de mesure a été spécialement conçue et mise au point pour la détermination en continu de la constante diélectrique de pétroles bruts (mélange pétrole + eau) dans une installation expérimentale destinée à l'étude de la mesure en continu de la teneur en eau du brut à partir de la mesure de la constante diélectrique du brut et de la constante diélectrique du pétrole sec. Sur ce dessin, D représente le diamètre extérieur du tronçon tubulaire 1 a représente la longueur des extrémités 5', 5" de l'électrode de garde 5; b représente la distance entre chaque extrémité de l'électrode de garde 5; c représente la largeur d'une armature de mesure 3, 4; d représente la largeur de l'électrode de garde 5; e représente la distance entre chaque électrode (écart entre les armatures 3, 4 et l'électrode de garde 5); f représente la distance entre le blindage 7' et les électrodes 3, 4, 3; g représente l'épaisseur de la paroi du tronçon tubulaire 1; est l'angle compris entre une génératrice du tronçon tubulaire 1 et une armature 3, 4. D'excellents résultats ont été obtenus en utilisant les valeurs et relations suivantes a=D c=2dà7d d=5g f= e = 2 mm 30 # d # 45 b minimum = # D tg &alpha; Bien entendu l'invention ne se limite pas à llappli- cation de la cellule précéderent décrite à la détermination de la constante diélectrique de produits ou de mélanges de produits en phase liquide. Elle pourrait s'appliquer également à des produits en phase solide par exemple des produits pulvérulents ou des granulats on des mélanges solide/liquide. REVENDICATIONS 1.- Cellule pour la mesure en continu de la constante diélectrique (ou permittivité) d'un mélange éventuellement hétérogène d'au moins deux produits, par exemple deux li quides circulant dans une conduite, caractérisée en ce qutel- le consiste en un condensateur cylindrique comprenant un tronçon tubulaire (1) en matière électriquement isolante, pouvant être monté en ligne sur la conduite, et sur lequel sont disposées au moins deux armatures (3, 4)s'étendant obliquement par rapport aux génératrices du tronçon tubulaire (1) et destinéesà être relides aux entrées d'un circuit de mesure de capacité (6). 2.- Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins une électrode de garde (3) disposée sur le tronçon tubulaire (1) dans les intervalles et aux extrémités desdites armatures (3,4), cette électrode de garde étant destinée à entre reliée à la masse. 3.- Cellule selon l'une des revendications précdden- tes, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un manchon calorifuge (7) maintenu par une tôle (7') servant de blindage qui protbge l'ensemble formé par le manchon tu- bulaire (l),les armatures (3, 4) et l'électrode de garde (5). 4.- Cellule selon l'une des revendications précédent tes, caractérisée en ce que le susdit manchon tubulaire (1) comprend des éléments de raccord (2) à la conduite. 5.- Cellule selon l'une des revendications précé dentes,caractérisée en ce que l'électrode de garde (5) comprend deux parties tubulaires d'extrdmits(5', 5"), reliées l'une à l'autre par deux bandes s'étendant hélicot- dalement dans les intervalles des deux armatures (3, 4). 6.- Cellule selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la longueur des parties tubulaires (3', 5t) de l'électrode de garde (3) est sensiblement égale au diamètre extérieur du tronçon tubulaire (1). 7.- Cellule selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la largeur de l'électrode de garde (3) est sensiblement égale à cinq fois l'épaisseur do la paroi du tronçon tubulaire (1). 8.- Cellule selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la largeur des armatures (3, 4) est égale à 2 à 7 fois la largeur de l'électrode de garde (5). 9.- Cellule selon l'une des revendications précédentes, caractériséeen ce que l'angle formé par une génératrice du tronçon tubulaire (1) et une armature (3, 4) est con- pris entre 30 et 45 .