Brevet FR2569846A1 — publié le 19860307

DISPOSITIF DE MESURE DE LA PRESSION REGNANT DANS DES MATIERES LIQUIDES, GAZEUSES ET/OU PULVERULENTES CONTENUES OU TRANSPORTEES DANS UNE CONDUITE La présente invention concerne les dispositifs de mesure de la pression régnant dans une conduite et a notamment pour objet les dispositifs de mesure de la pression régnant dans des matières liquides, gazeuses et/ou pulvérulentes contenues ou transportées dans une conduite. L'invention peut être appliquée directement dans les processus de production de matières liquides telles que, par exemple, de l'acide sulfurique, un monomere ou un polymère fondu, des acides, des huiles diverses, pour la mesure de la pression de lleau, des matières gazeuses, comme l'air, l'hydrogène, l'oxygène circulant dans une conduite et dans les processus de production de matières pulvérulentes, par exemple, dans la production du ciment, dans les industries chimiques, alimentaires ainsi que dans les industries légères et dans la construction mécanique. Ce dispositif peut également être utilisé pour la métrologie des corps cylindriques de relativement grande precision tels que, par exemple, les aiguilles d'injecteurs de moteur diésel, du diamètre exterieur des tubes métalliques et des tiges métalliques utilisées dans la construction mécanique. On connaît un dispositif de mesure de la pression régnant dans des matiéres contenues ou transportées dans une conduite, compose d'une membrane soumise à l'action de la pression et faisant fonction d'électrode mobile pour un convertisseur capacitif réalise en une seule pièce avec un écran, et d'une êlectrode fixe formant, avec la membrane, une capacité électrique. La variation de la pression à l'intérieur de la conduite provoque le déplacement de la membrane et, par conséquent, la variation de la capacité électrique entre l'électrode fixe et la mem brane,-variation grâce à laquelle on détermine la pression régnant dans la matière on excercée par cette matière sur les parois de la conduite (cf., par exemple, "Capteurs de contrôle et de régulation" par D.I. Ageikin, E.I. Kostina, I.N. Kuznetsova, Moscou, édition "Mashinostroenie", 1965, page 615). Ce dispositif peut être utilisé pour la mesure de la pression regnant dans les matières contenues dans une conduite. En cas d'utilisation pendant une longue periode, la température et les milieux agressifs entourant le convertisseur provoquent la corrosion de la surface des electrodes, modifiant ainsi la distance entre l'électrode fixe et la membrane ce qui provoque une variation de la capacité du convertisseur par rapport a la valeur initiale et, par conséquent, conduit à une imprécision de la mesure de la pression régnant dans les matières contenues dans la conduite. On connaît, par ailleurs, un dispositif de mesure de la pression regnant dans des matières liquides, gazeuses et/ou pulvérulentes contenues dans une conduite, comportant un convertisseur de mesure et un convertisseur de compensation, couplés selon un schéma en pont et réalisés sous la forme de gauges de contrainte collées respectivement sur la circonférence et sur la génératrice d'une conduite (cf. par exemple, "Capteurs de contrôle et de régulation par D.I. Ageikin, E.N. Kostina, N.N. Kuznetsova, Moscou, edition "Mashinostroenie", 1965, page 665). Dans ce dispositif, la variation de la température provoque des erreurs notables dans les résultats de la mesure. L'invention se propose donc de réaliser un dispositif de mesure de la pression de matières gazeuses, liquides et/ou pulvérulentes dans lequel le schema en pont serait réalisé de manière à permettre d'élever sensiblement la précision de la mesure de la pression régnant dans ces matières contenues dans une conduite. Le problème posé est résolu à l'aide d'un dispositif de mesure de la pression regnant dans des matières liquides, gazeuses et/ou pulvérulentes contenues dans une conduite, comportant un convertisseur de mesure et un convertisseur de compensation, dans lequel, selon l'invention, le convertisseur de mesure comporte un corps de blindage réalisé sous la forme d'un cylindre creux entourant la conduite, et deux électrodes annulaires qui sont montées dans le corps de blindage pour former un condensateur, entourant la conduite à distance de celle-ci et espacées l'une de l'autre dans la direction axiale de la conduite. Dans rebut d'àméliorer de façon importante la précision de la mesure de la pression, il est avantageux que le convertisseur de compensation comprenne un ecran annulaire, monte dans le corps de blindage du convertisseur de mesure et entourant la conduite à une certaine distance de celle-ci et une électrode annulaire1 qui est montee dans le corps de blindage du convertisseur de mesure, forme un condensateur avec l'une des électrodes de ce convertisseur de mesure, est placée à distance, dans la direction axiale de la conduite, par rapport ladite électrode et entoure l'écran annulaire avec un certain espacement radial. Le dispositif proposé pour la mesure de la pression régnant dans des matières liquides, gazeuses et/ou pulvérulentes contenues dans une conduite permet d'augmenter la precision de la mesure du fait que c'est la variation de la capacité entre les électrodes annulaires qui permet de déterminer la valeur de la pression de ces matières liquides, gazeuses et/ou pulvérulentes. Dans le cas où l'on utilise le dispositif selon l'invention pour la mesure du diamètre de corps cylindres de grande étendue, la précision de la mesure est améliorée dufait que la valeur du diamètre est alors déterminée en fonction de la variation de la capacité électrique entre les electrodes annulaires. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront mieux à la lecture de la description de différents modes de réalisation, faite à titre d'exemples non limitatifs, en référence au dessin annexédans lequel: - la figure 1 représente un schéma électrique de principe du dispositif selon l'invention de mesure de la pression régnant dans des matières liquides, gazeuses et/ou pulverulentes contenues ou vehiculées dans une conduite, - la figure 2 représente schematiquement liapplication du disposi tif selon la figure I, a une conduite vue en coupe longitudinale partielle; ; - la figure 3 montre un schéma général d'une autre variante de realisation du dispositif selon l'invention, appliqué à une conduite représentée en coupe longitudinale a plus grande échelle; - la figure 4 représente un schéma électrique de principe d'une autre variante du dispositif utilise a la figure 3. Le dispositif de mesure de la pression regnant dans des matières liquides, gazeuses et/ou pulvérulentes contenues ou transportées dans une conduite comporte, selon l'invention, un convertisseur de mesure 1 (figure 1) et un convertisseur de compensation 2, couplés selon un schéma en pont, en particulier, selon un schéma en pont à transformateur. Une branche du pont est formée par le convertisseur de mesure 1 et un enroulement secondaire 3 du transformateur 4, dont l'enroulement primaire 5 est connecté à un générateur 6. L'autre branche du pont est formée par un convertisseur de compensation 2 et l'enroulement secondaire 3 du transformateur 4.La diagonale du pont est formée par un indicateur de zero 7 dont une entrée est reliée en point commun au convertisseur de mesure 1 et au convertisseur de compensation 2 tandis que l'autre est couplée à l'enroulement secondaire 3 du transformateur 4. Le convertisseur de mesure 1 (figure 2) comporte un corps de blindage 8 exécute sous la forme d'un cylindre creux entourant, en laissant un certain espacement, la conduite 9 dans laquelle la pression de la matière liquide, gazeuse ou pulvérulente doit être mesurée. Deux électrodes annulaires 12 et 13 disposées à l'intérieur du corps 8 forment entre elles un condensateur. Les électrodes 12 et 13 entourent la conduite 9 en laissant un espacement et sont éloignées l'une de l'autre dans la direction axiale de la conduite 9. Le convertisseur de compensation 2 est constitue par deux électrodes 14 et 15, sous forme de deux segments accouplés par une vis 16 pour former un condensateur à capacité variable. L'électrode 14 est reliée électriquement à l'électrode 13 tandis que les électrodes 15 et 12 sont reliées, chacune, à un câble de sortie électrique. Selon un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention, pour améliorer encore la precision de la mesure, on prévoit dans le convertisseur de compensation 2 (figure 3), un écran annulaire 17 monte dans le corps de blindage 13 du convertisseur de mesure 1 et entourant la conduite 9 en ménageant un certain espacement. Dans le corps de blindage 18 est logée une électrode annulaire 19 formant un condensateur, comme representé à la figure 4, avec l'une des électrodes annulaires 20 du convertisseur de mesure 1. L'électrode annulaire 19 (figure 3) est éloignée dans la direction axiale le long de la conduite 9 de l'électrode annulaire 20 et entoure l'écran annulaire 17 en ménageant un certain espacement. Les électrodes 19 et 20 sont montées dans le corps de blindage 18 sur des isolateurs respectifs 21 et 22 et sont reliés a des sorties électriques. Toutes les electrodes décrites ci-dessus peuvent être réalisées avec un meme diamètre d'encombrement. Les electrodes 12 et 20, le corps de blindage 18 et la conduite 9 forment un condensateur "croise". Les électrodes 20 et 19, le corps de blindage 18, l'écran annulaire 17 et la conduite 9 forment un autre condensateur croisé (par condensateur "croise" on entend un condensateur dans lequel les capacités entre les électrodes opposes sont égales). Le dispositif de mesure selon l'invention, de la pression régnant dans des matières liquides, gazeuses et/ou pulvérulentes contenues ou transportées dans la conduite fonctionne de la maniere suivante. Une tension sinusoïdale alternative est fournie par le générateur 6 figure 1) au transformateur 4 et la tension alternative est transformée dans l'enroulement 3 du transformateur 4 sur le circuit duquel est branché le convertisseur de mesure 1 et le convertisseur de compensation 2. L'electrode 13 (figure 2) du convertisseur de mesure 1 est reliée électriquement à l'électrode 14 du convertisseur de compensation 2. Les électrodes 12 et 13 sont logees dans le corps 8 et sont disposées en ménageant un certain espacement par rapport à la conduite 9 tandis que le convertisseur de compensation 2 peut être disposé à un endroit quelconque par rapport à cette conduite 9.Lorsqu'une matière circule à travers la conduite 9, les parois de celle-ci se déforment sous l'action de la pression, c'est-à-dire quelle diamètre de la conduite 9 change et, de ce fait, la capacité entre les électrodes 12 et 13 change également. Au moment initial où la matière n'est pas encore arrivée dans la conduite 9, on déplace l'électrode 14 par rapport à l'électrode 15 en se servant de la vis 16 du convertisseur de compensation 2 jusqu'à ce que le pont à transformateur soit équilibré, ce que confirme l'indicateur de zéro 7 (figure 1). Des qu'une matière circule dans la conduite 9 (figure 2) elle exerce une pression sur les parois de la conduite 9 et les déforme en changeant le diamètre de la conduite et, par conséquent, la capacité du convertisseur de mesure 1 change elle aussi entre les électrodes 12 et 13. Un signal de déséquilibre du pont est envoyé à l'indicateur de zéro 7 (figure 1). D'après la valeur affichee par cet indicateur, on determine la valeur de la pression dans la conduite 9. Le dispositif représente sur les figures 1 et 2 peut être utilisé également pour la mesure du diamètre d'un corps cylindrique car la pression régnant dans la conduite 9 correspond sensiblement a la variation du diamètre de cette conduite 9. Le principe de fonctionnement de l'autre variante du dispositif selon les figures 3 et 4 est analogue au principe de fonctionnement du dispositif représenté sur les figures 1 et 2. La différence réside dans le fait que les deux convertisseurs 1 (figure 3) et 2 sont installés sur la conduite 9. L'électrode 19 est montee sur l'écran annulaire 17 à une certaine distance de cet écran 17 qui est disposé dans le corps de blindage 18. La variation de la température du milieu compris entre les electrodes 12 et 20 et entre les électrodes 20 et 19, ainsi que la variation de la permeabilité dielectrique et de la température du milieu environnant ne peuvent influencer la précision de la mesure du fait que les capacités initiales des convertisseurs 1 (figure 4) et 2 sont égales et qu'elles sont connectées à des bras contigus du pont. A la formation d'une pellicule dielectrique sur la conduite 9 (figure 3), la capacité C du convertisseur 1 sera: si l'on place la pellicule diélectrique sur l'électrode 19, la capacité du convertisseur 2 sera: où: b est l'épaisseur de la pellicule diélectrique; est la perméabilité diélectrique de la pellicule; est la capacité initiale du condensateur croisé; H est la distance entre les électrodes 12 et 20 ou 20 et 19 et le corps de blindage et la conduite 9 ou entre l'écran de blindage 17 et les électrodes du condensateur croisé; L est la longueur géométrique moyenne des électrodes 12, 20, 19. La corrosion provoque la formation de pellicules diélectriques sur les surfaces intérieures du corps de blindage 18, de l'écran annulaire 17, des électrodes 12, 20, 19 des convertisseurs 1 et 2. Ces pelli cules provoquent, dans le premier cas, la diminution de la capacite (voir la formule (I) et, dans le second cas, l'augmentation de la capacité (voir la formule (2)). a variation approximative de la capacité des convertisseurs 1 et 2 sera egale à qu'on peut négliger. Lors dru branchement du condensateur de mesure 1 (figure 4) et du convertisseur de compensation 2 sur les branches contigües du pont à transformateur, la variation de-la perméabilité diélectrique et de la température du milieu environnant n'a pas d'influence sur la précision de la mesure lorsque les longueurs-L des electrodes 12, 20, 19 des deux condensateurs sont egal-es. La variation du diamètre de-la conduite 9 (figure 3) n'a d'influence, à la suite de la variation de la pression régnant dans cette conduite, que suer les électrodes 12 et 20 alors que la variation du diamètre de la conduite 9 entre les électrodes 20 et 19 ne provoque pas de variation de Ïa- capacité entre les électrodes 20 et 19 du fait que l'électrode 19 est disposée par rapport à la conduite 9 au-delà de l'écran annulaire 17 La variation de l & capacité du convertisseur 1 (figurel4), est proportionnelle la variation de la pression dans la conduite 9 et est enregistrée par llindicateur de zéro 7. -Le dispositif selon l'invention, pour la mesure de la pression des matières liquides, gazeuses et/ou pulvérulentes contenues ou transportées dans une conduite, permet d'augmenter la- précision de cette mesure de pression. Ce dispositif peut etre utilisé egalement pour la mesure du diamètre des corps cylindriques de surface importante. La rapiditG du contrôle de l-a mesure de pression permet de mesurer, à l'aide du-dispositif selon l'invention, la pression régnant dans une conduite dans laquelle on transporte des matières dont la pression provoque la variation du diamètre de la conduite à la suite de l'action de cette pression sur les parois. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de mesure de la pression régnant dans des matières liquides, gazeuses et/ou pulvérulentes contenues ou transportées dans une conduite, comportant un convertisseur de mesure et un convertisseur de compensation couplés selon un circuit en pont de mesure, caractérisé en ce que le convertisseur de mesure (1) comporte un corps de blin dage (8, 18) réalise sous la forme d'un cylindre creux entourant la conduite (9) et deux electrodes annulaires (12, 13, 12, 20) montées dans le corps de blindage (8, 18), pour former un condensateur entourant la conduite (9) à distance de celle-ci et espacées l'une de l'autre dans la direction axiale de la conduite (9). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur de compensation (2) comporte un écran annulaire (17), monté dans le corps de blindage (18) du convertisseur de mesure (1) et entourant la conduite (9) à une certaine distance de celle-ci et en ce qu'une électrode annulaire (19) montée dans le corps de blindage (18) du convertisseur de mesure (1) et formant un condensateur avec l'une des électrodes (20) de ce convertisseur de mesure (1), est placée à distance dans la direction axiale de la conduite (9), de ladite électrode (20) et entoure l'écran annulaire (17) avec un certain espacement radial.