Brevet FR2563339A1 — publié le 19851025

La presente invention concerne les densimètres électromagne- tiques du type comportant un flotteur mobile verticalement dans une enceinte au moins partiellement remplie par un fluide, inerte ou en mouvement, dont on veut mesurer la densité , des éléments électromagnétiques répartis entre le flotteur et l'enceinte pour la commande verticale du flotteur par rapport à l'enceinte, des organes complémentaires portés par le flotteur et l'enceinte formant conjointrnt capteur de rcsiticn pour le flotteur vis-à-vis d'une position de référence, et un circuit d'asservissement relié aux parties actives des éléments electromagnétiques de commande et du capteur de position adapté à ramener et maintenir le flotteur en cette position de référence en délivrant, à la partie active des éléments de commande, un courant dont l'amplitude (intensité) est représentative de la densité du fluide considéré. L'invention concerne plus précisément ceux de ces densimètres dont le flotteur comporte une tige verticale portant un aimant permanent à aimantation verticale se déplaçant au travers d'une bobine électrique portée par l'enceinte. On connait déjà des densimètres du type precité, notamment par les brevets FR-2.266.162 et U.S. 3.766.786, et la demande européenne de brevet EU- 77.305. Ces documents, qui divulguent des densimètres dont les flotteurs sont totalement immergés et portent un aimant permanent dans leur partie basse, proposent des capteurs de position de type optique ou électromagnétique qui se révèlent encombrants et/ou complexes, ou qui admettent une précision insuffisante. Ainsi le capteur optique du brevet FR-2.266.162, dispose à la partie basse du flotteur, comporte une source de lumière et une cellule photo-électrique de part et d'autre du flotteur tandis que la bobine liée à l'enceinte est en fait disposée en dessous de l'aimant. Ce capteur, qui peut poser des problèmes d'alignement, n'est bien sûr utilisable que dans le cas de fluides transparents. Quant aux capteurs electromagnetiquesoplus précis, du brevet U.S.-3.766.786 et de la demande de brevet EU-77.305, ils sont disposés à la partie supérieure du flotteur, l'un comportant un solenoide dont le noyau est porté par le flotteur, l'autre comportant une plaque me-tallique non conductrice portée par le flotteur coopérant avec une armature en U dont chaque branche traverse un enroulement. Compte tenu de ce que l'aimant permanent est disposé dans la partie basse du flotteur, la bobine avec laquelle coopère ce dernier est toujours disposée à l'ex trieur de l'enceinte, d'ou la possibilité de parasites. Des risques de freinage par viscosité apparaissent en outre au niveau des éléments de guidage axial du flotteur. L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un densimètre dont le capteur de position, de type magnétique, est simple, précis et fiable et forme avec les éléments électromagnétiques de commande un ensemble aussi compact que possible. ---,---..-. genre comportant, dans une enceinte contenant un fluide dont la densité est à déterminer, un flotteur partiellement immergé comportant une tige munie d'un aimant permanent et adapté à se déplacer axialement vis-àvis d'une bobine électromagnétique portée par l'enceinte, et comportant des organes complémentaires portés par le flotteur et l'enceinte en sorte de former conjointement un capteur de position axiale pour le flotteur vis-à-vis d'une position de référence, ainsi qu'un circuit d'asservissement et de traitement relié à la bobine et au capteur de position pour délivrer à la bobine un courant de commande adapté à ramener le flotteur en sa position de référence et pour déduire de l'in tensité de ce courant une mesure de la densité dudit fluide, caractérisé en ce que le capteur de position est constitué par ledit aimant permanent et un capteur de proximité du type à effet Hall disposé axialement en regard dudit aimant. Du fait du caractere partiellement immergé de son flotteur, le densimètre selon l'invention permet que la bobine soit très proche radialement de l'aimant permanent porté par le flotteur, d'ou un gain de place, de matiere et d'énergie, l'ensemble des composants de commande et de détection en position étant disposés a la partie supérieure non immergée du flotteur. L'invention préconise tout particulierement qu'un signal alternatif, par exemple sinusoidal, soit superposé au courant de commande ou de réaction délivré par le circuit d'asservissement à la bobine, en sorte d'induire pour le flotteur un léger mouvement vibratoire vertical qui évite que le flotteur n'adhère à ses paliers de maintien transversaI, (dont la surface de contact éventuelle est par ailleurs réduite voire nulle dans le cas de paliers magnétiques). Pour réduire toute incidence de ce mouvement sur la mesure de densité, ce signal alternatif est avantageusement modulé en amplitude et en fréquence en fonction de l'amplitude du courant de réaction précité. L'invention préconise en outre que le circuit d'asservissement elabore à partir du courant de réaction, en lui appliquant une correction en fonction de la température du fluide considéré, un signal représentatif de la densité dudit fluide ramenée à une température de reférence, qu'il délivre par exemple à un dispositif d'affichace numérique. Cette correction est avantageusement assurée par interpolation à partir de points dans un diagramme (densité-courant de réaction) correspondant à des températures ditférentes. Ce circuit est en effet, de façon avantageuse, principalement constitué par un microprocesseur. L'invention permet ainsi, avec des températures variant par exemple de 80 C en 80 C, une précision du dixième de degré, par exemple dans le cas de la donnee de la densité d'un fluide alcoolise par son degré GL. Un densimètre selon l'invention admet en effet un champ d'application très varié, le résultat final pouvant aisément s'exprimer dans l'unité la plus appropriée. I1 peut servir notamment d'alcoomètre, de pèse-lait, de pèse-acide ou être mis en oeuvre pour la mesure de degrés Baume, pour la caractérisation d'un alcool en puissance (vinification) ou d'une solution sucrée (titre en grammes de sucre), ou pour la mesure d'une masse volumique. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnee à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma d'un densimètre selon l'invention et, - la figure 2 est un schéma de principe d'une Correction de temperature par interpolation selon l'invention. La figure 1 illustre un densimètre comportant une enceinte 1 contenant un fluide 2 de densité inconnue dans lequel est partiellement immerge un flotteur 3. L'enceinte 1 comporte un orifice d'entrée 4,et un orifice de sortie 5, avantageusement du type trop-plein, pour maintenir la surface libre du fluide 2 à un niveau constant dans le cas d'un fluide en ecoulement. L'enceinte est fermée, au moins partiellement, à sa partie su périeure par un capot 6. Le flotteur 3 de masse connue est formé parut corps massif 3A, éventuellement leste, prolongé vers le haut par une tige cylindri que 3B émergeant du fluide 2 et comportant en son extre.ite supérieure un aimant permanent 7 à aimantation verticale. Le pèle Su e ce ier- nier est, par exemple, dirigé vers le haut. Ce flotteur est avantageusement en verre-et l'aimant est enfermé dans l'extrém.ite supérieure A.e sa tige. Ce flotteur admet une position de référence par rapport à l'enceinte, correspondant par exemple à la venue dans le plan de la surface libre du fluide d'un éventuel repère ménagé sur la tige. Lecapot 6 de l'enceinte 1 comporte une plaque horizontale 3 traversée par la tige 3B du flotteur à la faveur d'un. alesage 9. Sur cette plaque est disposée une bobine électrique 10 maintenue dans un support 11 dont la paroi verticale 11A définit avantageusement un conduit tronconique pour le passage de la tige 39 en sorte de minimiser tout contact avec cette dernière. L'aimant permanent 7 est dispose au moins partiellement dans la bobine 10. Le diamètre interne maximal de cette paroi liA est légèrement supérieur à celui de la tige. En variante non représentée, le flotteur est en outre guidé axialement par des paliers magnétiques. En regard verticalement du pèle supérieur de l'aimant 7 est disposé un capteur de proximité sans contact du type à effet Hall 12, de préference à semi-conducteur sans métal, pour éviter un "accrochage" de l'aimant, adapté à délivrer un signal representatif de l'écart du flotteur vis-à-vis de sa position de. référence. Ainsi qu'on le sait, l'effet Hall se traduit, lorsqu'une plaque de très faible épaisseur est traversée par un courant, par une déviation transversale des lignes de courant en présence d'un champ dtinduction électromagnétique perpendiculaire au plan de la plaque, ce qui provoque, perpendiculairement aux lignes de courant et au champ d'induction, une différence de potentiel représentative de l'amplitude du champ d'induction. En fait, il y a deux types principaux de capteurs à effet Hall correspondant aux deux sens possibles d'induction magnétique : pèle Sud ou pèle Nord. Un capteur de température 13 est en outre disposé dans le fluide 2, par exemple contre la paroi interne de l'enceinte 1. La bobine 10, le capteur à effet Hall 12 et le capteur de température 13 sont connectés a un circuit d'asservissement et de traitement 14, dont le principal constituant est un microprocesseur 15. Ce dernier reçoit du capteur à effet Hall 12 (alimenté par ailleurs) un signal de réponse à partir duquel il génère un courant de commande qu'il fournit à la bobine 10 en lui superposant avantageusement un signal alternatif de vibration Ce signal de vibration est avantageusement modulé en fréquence et/ou en amplitude en fonction de l'intensité du courant de commande à un instant donné. L'élaboration de ce signal par Le microprocesseur 15 se fait avantageusement sous forme numérique et ce signal est fourni à la bobine après conversion par un convertisseur digital analogique 16. Ce signal de commande vise à ramener le flotteur en sa position de référence. Le signal de vibration est destiné à éviter l'adhérence du flotteur à ses paliers de maintien transversal (le bord de l'alésage et/ou la partie interne du support de la bobine le cas échéant) en induisant des vibrations au sein dudit flotteur. Selon une caractéristi- que avantageuse de l'invention, l'aimant 7 est enfermé avec jeu dans la tige du flotteur, gracie à quoi il peut réagir, de façon quasiinstantanée, au signal de vibration sans avoir à entrainer l'inertie du flotteur. Une éventuelle adhérence du flotteur à l'un de ses paliers est évitée par les coups transversaux répétés que donne l'aimant contre la paroi de sa cavité en réponse au signal de vibration qui tend, ou non, selon ses alternances, à faire basculer l'aimant en sorte d'inverser les pèles de ce dernier. Le capteur à effet Hall 12 est avantageusement utilisé en tout ou rien, en fonction de la position de l'aimant 7 vis-à-vis d'une position axiale de reférence. Un circuit de mise en forme 12A, par exemple incorporé au boitier du capteur, est inséré à cet effet entre le capteur et le microprocesseur en vue de comparer le signal de mesure du capteur à une valeur de consigne, à en déduire le niveau 0 ou 1 d'un signal logique et à transmettre ce dernier, sous une forme compatible, au microprocesseur. Ce dernier effectue une succession continue de cycles de mesure, en laissant par exemple, lors de chaque cycle, descendre le flotteur pour ensuite tendre à le. faire remonter de façon progressive vers le capteur jusqu'au changement du niveau du signal logique délivré par le circuit 12A, et ainsi de suite.La valeur du courant de commande correspondant à ce changement est ensuite traitée en vue d'un affichage numérique de la densité. Le microprocesseur 15 prend également en compte le signal de mesure provenant du capteur de température 13 après conversion par un convertisseur analogique-digital 17. La figure 2 illustre le principe d'une compensation en tem- perature par interpolation en vue d'élaborer une valeur corrige en temperature de la densité (sous la forme de degrés GL par exemple dans le cas d'un fluide contenant de l'alcool) a partir de l'amplitude du courant de commande transmis à la bobine 1S à l'équilibre du flotteur et du signal de température transmis par le capteur de température 13. Un nombre limité de points a été préalablement rentré en mémoire dans le microprocesseur, qui correspondent, pour des valeurs -de courant prédéterminées, à quelques courbes (densité-courant de commande), dé- finies pour des températures de 0, 8, 16, 24, 32 et 400C par exemple pour une compensation de température entre 0 et 400C. La valeur du courant de commande I est comparée aux abscisses des points stockés et on relève les deux valeurs d'abscisses qui encadrent cette valeur de I. On definit pour chacune de ces valeurs d'abscisses par interpolation, les valeurs de densité correspondant à la température du fluide, puis on définit la valeur de la densité par interpolation linéaire entre ces deux valeurs en fonction de la position de I entre les deux valeurs d'abscisses d'encadrement précitées. Cette valeur de densité comparée est alors transmise à un contrôleur d'affichage 18 associé à un dispositif d'affichage numérique 19, ainsi qu'à un éventuel dispositif 20 destiné à piloter un élément électrique ou électromécanique en fonction de cette densité. La valeur de la densité peut bien sûr être exprimée dans des unités appropriees, compte tenu de l'utilisation considérée. Il va de soi que la description qui précède n'a été proposée qu'à titre indicatif et que de nombreuses variantes peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, la constitution du circuit d'asservissement peut comporter des circuits electroniques classiques, sans circuit de mise en forme 12A, le microprocesseur de traitement n'intervenant que pour l'élaboration d'un signal de mesure corrige à partir du signal de commande de la bobine, après conversion sous forme digitale. L'enceinte peut contenir des charges successives de fluide ou être le siège d'un écoulement permanent selon des dispositions quelconques, du moment que le flotteur conserve toujours, en sa position de référence, le même volume immergé. Les éventuelles caractéristiques de modulation en fréquence et/ou en amplitude du signal de vibrations sont choisies en fonction des conditions de travail ; elles correspondent, par exemple, à des niveaux différents de fréquence et/ou d'amplitude en fonction de la position de l'intensité du courant de commande par rapport à des valeurs de référence. REVENDICATIONS 1. Densimètre electronagntEtique du genre comportant, dans une enceinte contenant un fluide dont la densité est à déterminer, un flotteur partiellement immerge comportant une tige munie d'un aimant permanent et adapté à se deplacer axialement vis-à-vis d'une bobine electro magnetique portee par l'enceinte, et comportant des organes complémentaires portés par le flotteur et l'enceinte en sorte de former conjointement un capteur de position axiale pour le flotteur vis-à-vis d'une position de référence, ainsi qu'un circuit d'asservissement et de traitement relié à la bobine et au capteur de position pour délivrer à la bobine un courant de commande adapté à ramener le flotteur en sa position de référence, et pour déduire de l'intensité de ce courant une mesure de la densité dudit fluide, caractérisé en ce que le capteur de position est constitue par ledit aimant permanent (7) et un capteur de proximité du type à effet Hall (12) disposé axialement en regard dudit aimant. 2. Densimètre selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit capteur à effet Hall est un capteur à semi-conducteur. 3. Densimètre selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que le flotteur (3) est une masse de verre dans laquelle est enfermé l'aimant permanent (7), de préférence avec jeu. 4. Densimètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la bobine (10) est enroulée autour d'une paroi (llA) définissant un conduit tronconique pour le passage de la tige (3B). 5. Densimètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le flotteur (3) est guidé axialement au moyen de paliers magnétiques. 6. Densimètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le circuit d'asservissement et de traitement (14) est adapte à superposer au courant de commande fourni à la bobine un courant alternatif de vibration. 7. Densimètre selon la revendication 6 caractérisé en ce que le circuit d'asservissement et dé traitement est adapté à moduler en amplitude et en fréquence le courant alternatif de vibration en fonction de l'intensité du courant de commande. 8. Densimètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérise en ce que le circuit d'asservissement et de traitement (14) est couplé à un capteur de température (13) et assure une compensation en température de la densité par interpolation à partir de couples de valeurs ensité-courant de commande) de référence pour diverses températures, ces couples correspondant à une pluralité de valeurs d'intensite prédéterminées. 9. Densimètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le circuit d'asservissement et de traitement (14) est un microprocesseur (15) connecté entre le capteur de position (12) et la bobine (10). 10. Densimètre selon l'une quelconque des revendications t à 9 caractérisé en ce qu'un dispositif d'affichage nunériqu (19) est associé au circuit d'asservissement et de traitement.