Brevet FR2563011A1 — publié le 19851018

L'invention a pour objet un dispositif qui sert à mesurer directement la vitesse linéaire de défilement d'un câble métallique toronné. Dans de nombreuses installations industrielles, et principalement dans les mines, on utilise des machines compre- nant des organes mobiles lourds déplacés à des vitesses de plusieurs dizaines de kilomètres à l'heure, sur des distances importantes, à l'aide de câbles métalliques. Ces derniers ont de gros diamètres, par exemple de 40 à 80mm et plus, et sont réalisés par la réunion de plusieurs torons de fils individuels enroulés ensemble hélicoidalement avec un pas déterminé constant. Il est essentiel, surtout au point de vue de la sécurité, que la vitesse réelle de défilement de ces cables soit contrôlée avec une précision suffisante. A cet égard, la mesure classique de la vitesse de rotation des organes d'entraînement du câble n'offre pas une garantie suffisante parce que, l'en- trainement se faisant uniquement par adhérence, elle est fata- lement entachée de l'erreur due au glissement du cable. Ce mode de mesure ne permet pas de détecter les variations rapides du glissement, ni même le patinage total du câble qui sont pourtant des phénomènes annonciateurs d'une situation susceptible de devenir rapidement dangereuse. L'invention a pour but principal d'apporter un dis- positif de mesure capable de faire connaître directement la vitesse linéaire d'un câble métallique à torons mesurée direc- tement sur ce câble avec une précision suffisante à faire apparaître toute variation pouvant mettre en cause la sécurité du personnel et du matériel. Un dispositif de mesure conforme à l'invention comprend un générateur de champ magnétique disposé à proximité du câble métallique, sans contact matériel avec lui, pour que les lignes de force du champ magnétique empruntent au moins en partie le câble métallique,et au moins un enroulement de mesure disposé à proximité du câble, sans contact matériel avec lui, pour être influencé par les fluctuations du champ magnétique dues au déplacement linéaire de ce câble. De préférence, le générateur de champ magnétique est un enroulement d'excitation alimenté en courant continu, bien que tout autre type de générateur de champ magnétique puisse être employé. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'en- roulement d'excitation et l'enroulement de mesure sont montés l'un à la suite de l'autre dans le sens longitudinal du câble; avantageusement les deux enroulements sont réalisés sur un noyau commun perméable magnétiquement ayant des dents proches du câble métallique pour que celui-ci serve à la fermeture du circuit magnétique entre ces dents. Cependant, on pourrait prévoir de réaliser l'enroulement de mesure indépendamment du générateur de champ magnétique et de le monter dans une zone o il serait influencé par les fluctuations du champ magnétique dues au déplacement du câble. Dans un exemple préféré de réalisation de l'inven- tion, le noyau commun présente une dent à chacune de ses extré- mités et une dent intermédiaire séparant l'enroulement d'exci- tation et l'enroulement de mesure; en outre, il existe de préférence deux enroulements de mesure disposés de part et d'autre de l'enroulement d'excitation dans le sens longitudinal du câble métallique, chacun des enroulements de mesure étant séparé de l'enroulement d'excitation par une dent du noyau magnétique. La bobine de mesure,ou les deux bobines quand il en existe deux, sont réunies à un circuit sensible à la force électromotrice induite suivi d'un circuit mesureur de la fré- quence à laquelle varie l'amplitude de cette force électromo- trice; ensuite se trouve un calculateur qui affiche directe- ment la vitesse correspondante du câble en fonction de cette fréquence et du pas des torons dans le câble métallique. Il a été constaté qu'il existe aussi un rapport entre le pas P des torons dans un câble métallique et la dis- tance L séparant le milieu de chaque dent contenant entre elles un enroulement de mesure. Cette distance L doit être supérieure à 0,5 P environ et inférieure à 1,5 P environ. Ainsi, un dis- positif selon l'invention dans lequel L a une valeur de 30 mm pourra servir à mesurer la vitesse linéaire de câbles métalli- ques présentant de 16 à 50 torons par mètre de longueur, quel que soit le diamètre de ces câbles. De préférence aussi chaque dent du noyau magnétique doit avoir dans un sens perpendiculai- re au sens de défilement du câble métallique une épaisseur de l'ordre du quart du diamètre de ce dernier. On donnera maintenant, sans intention limitative et sans exclure aucune variante, une description d'un exemple préféré de réalisation. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un disposi- tif conforme à l'invention installé à proximité d'un câble métallique toronné, - les figures 2, 3, 4 sont des graphiques montrant la fréquence du signal fourni par l'enroulement de mesure respectivement à trois vitesses différentes de défilement du câble métalli- que de la figure 1. Sur la figure 1 on peut voir un câble métallique 1 composé de plusieurs torons enroulés hélicoidalement de sorte que la surface de ce câble n'est pas lisse mais présente une structure irrégulière répétitive. Sur une même génératrice du câble métallique 1 on observe en un point A le début d'un toron 2A puis en un point B la fin de ce toron et le début du toron suivant 2B, et ainsi de suite de sorte qu'il existe un pàs P, égal à la distance des points A et B, des torons qui apparais- sent successivement sur cette génératrice. Le dispositif de l'invention comprend un enroulement d'excitation 3 réalisé sur un noyau feuilleté, en tôles pour transformateur par exemple, désigné par la référence générale 4, ayant un profil général en U qui fait apparaitre deux dents , 6 entre lesquelles est contenu l'enroulement d'excitation 3. Le noyau 4 est prolongé au-delà des dents 5, 6 pour recevoir un premier enroulement de mesure 7 au-delà de la dent 5 et un second enroulement de mesure 8 au-delà de la dent 6, Après les enroulements de mesure 7, 8 le noyau 4 se termine par une dent extrême 9, 10 identique aux dents 5, 6, Ces dernières sont communes à la partie du noyau qui porte l'enroulement d'excitation 3 et aux parties extrêmes qui portent les enrou- lements de mesure 7, 8. Entre les milieux des dents 6 et 10 qui contien- nent entre elles l'enroulement de mesure 8, il existe une distance L de même qu'entre les milieux des dents 5 et 9 qui contiennent entre elles l'enroulement de mesure 7. Une dis- tance identique pourrait être prévue entre les milieux des dents 5 et 6 qui contiennent entre elles l'enroulement d'exci- tation 3 mais il est préférable, comme dans le présent exemple, de prévoir une longueur 2 L entre ces dents 5 et 6, ce qui correspond à une longueur double,au moins, de l'enroulement d'excitation 3 en comparaison de chacun des enroulements de mesure 7, 8. Si l'on veut obtenir un fonctionnement satisfaisant du dispositif de l'invention, il est préférable de choisir la distance L en fonction du pas P des torons de telle sorte que cette distance L soit supérieure à 0, 5 P et inférieure à 1,5 P. Dans un sens perpendiculaire au plan de la figure 1, qui est aussi le plan dans lequel le cable 1 est supposé être entraîné en défilement dans les deux sens opposés comme indiqué par une flèche double F, le noyau 4 a une épaisseur qui est en rapport avec le diamètre du cable 1. Ce rapport n'est pas véritablement critique mais il est préférable que cette épaisseur soit sensiblement égale environ au quart du diamètre du cable métallique 1. Dans le présent exemple, pour un câble métallique 1 de 45 mm de diamètre, le noyau 4 était composé de tôles d'une épaisseur de 0,8 mm lui donnant une épaisseur de 12 mm. L'enroulement d'excitation 3 est alimenté en courant continu par une source 11; par exemple on peut réaliser un enroulement de 250 spires à l'aide d'un fil de 1,50 mm de dia- mètre pour un courant d'alimentation de 3A. Le noyau 4 devient donc un circuit magnétique qui se ferme en empruntant les dents 5, 6 et 9, 10 dirigées vers le câble métallique 1 de sorte que le flux magnétique emprunte aussi au moins en partie le câble 1; il existe entre le noyau 4 et le câble 1 un entrefer 12 d'une largeur e qu'il est souhaitable de réduire le plus possible. Mais il faut tenir compte que le câble métallique 1 est l'objet de batte- ments pendant ses mouvements; il est préférable de placer le noyau 4 dans une zone o le câble métallique 1 est retenu contre les battements, ce qui se rencontre, par exemple, sur les poulies, notamment sur les poulies d'entraînement. En effet, comme l'entraînement se fait par adhérence, ces poulies sont souvent couvertes d'une garniture en élastomère qui s'oppose à ce que le flux magnétique passe préférentiellement à travers la masse métallique de la poulie. En outre, comme ces poulies ont un grand diamètre, de l'ordre de 1,50 m, l'in- curvation du câble métallique 1 qui passe autour d'une telle poulie devient négligeable sur une longueur égale à celle du noyau 4 qui est de l'ordre de 120 mm. On peut admettre que l'entrefer 12 a une largeur e pratiquement constante. De toute façon, si l'entrefer 12 a une largeur en regard des dents intermédiaires 5 et 6 différente de celle qu'il a en regard des dents extrêmes 9, 10, la différence n'est pas critique à condition qu'elle reste substantiellement constante, ce qui s'obtient quand le câble métallique 1 est plaqué contre la poulie. Il a été constaté en pratique qu'un entrefer 12 d'une largeur e sensiblement égale au quart du diamètre du câble métallique 1 est une valeur satisfaisante; l'entrefer 12 pourrait être égal à la moitié du diamètre du câble métal- lique 1 cependant il est préférable qu'il ne dépasse pas 25mm. Le circuit magnétique réalisé par le noyau 4, le câble métallique 1 et l'entrefer 12 est un circuit à réluctan- ce variable en raison des variations périodiques qu'y apportent les torons 2 qui se succèdent avec un pas P en face des dents , 6, 9, 10. Les variations correspondantes du flux magnétique induisent dans les enroulements de mesure 7 et 8 une force électromotrice variable à une fréquence qui est directement en rapport avec le pas P et avec la vitesse réelle de défilement du câble métallique 1 devant le noyau 4. Dans le présent exemple, le câble métallique 1, d'un diamètre de 48 mm comme on l'a dit, présentait 24 torons sur une longueur de 1 m d'une génératrice. Les enroulements de mesure 7, 8 sont réunis aux bornes d'entrée d'un appareil 13 comprenant un circuit sensible à la force électromotrice induite dans ces enroulements et un circuit mesureur de la fréquence à laquelle varie l'amplitude de cette force électromotrice; l'appareil 13 est suivi d'un appareil 14 comprenant un calculateur et un moyen d'affichage indiquant directement la vitesse de défilement du câble métal- lique 1, en m/s par exemple. La figure 2 montre l'enregistrement de la force électromotrice induite dans les enroulements de mesure 7, 8 par le câble métallique 1, le temps t étant porté en abscisses en secondes avec indication par des traits parallèles des tranches successives de 1/10 s; l'amplitude E est portée en ordonnées en mV. Sur ce graphique on voit qu'il se produit 7 alternances en 1/10 s soit une fréquence de 70 Hz due à 24 torons par mètre de longueur du câble, soit une vitesse linéaire réelle de 70:24 = 2, 91 m/s pour une vitesse théorique de 3 m/s. Sur les figures 3 et 4, analogues à la figure 2 avec la différence que les traits parallèles indiquent des tranches successives de 1/100 s, on relève respectivement 2,8 alternan- ces et 4 alternances, soit 280 Hz et 400 Hz, c'est-à-dire 11,66 m/s et 16, 66 m/s pour des vitesses théoriques de 12 m/s et 17 m/s. Il n'est pas obligatoire que le noyau 4 porte deux enroulements de mesure 7, 8; un seul enroulement de mesure 7 pourrait suffire, le noyau n'ayant alors que les trois dents 10, 6 et 5. Il est préférable d'utiliser deux enroulements de 6301'1 mesure extrêmes 7, 8, qui ont des rôles symétriques, parce qu'on peut les brancher en série afin d'augmenter la tension recueillie; avec certains câbles, il peut être possible aussi, en comparant les signaux fournis par l'un et l'autre enroule- ment 7, 8 de détecter le sens de défilement du cable métalli- que 1. Outre que le dispositif de l'invention permet de détecter tout glissement ou tout patinage du câble par rapport à la poulie motrice, il a aussi l'avantage de détec- ter la rupture de l'âme du câble. Une telle rupture se traduit par une augmentation brusque et localisée du pas des torons, donc par une diminution correspondante également localisée et brutale de la fréquence du signal. Un circuit comparateur incorporé à l'un des appareils 13, 14 est capable de signaler dès qu'elle survient une variation de ce genre annonciatrice de danger. REVENDICATIONS 1 / Dispositif pour la mesure de la vitesse liné- aire de défilement d'un cable métallique (1) à torons (2) se succédant le long d'une génératrice avec un pas (P) caracté- risé en ce qu'il comprend un générateur (3) de champ magnéti- que disposé à proximité de la surface du cable (1) sans contact avec lui, créant un champ magnétique qui emprunte en partie le câble métallique (1) et au moins un enroulement de mesure (7) disposé à proximité dudit câble (1) dans une zone o il est influencé par les fluctuations du champ magnétique dues au déplacement linéaire du câble métallique (1), l'enroulement de mesure (7) étant relié à un appareil (13) mesurant la fréquence des fluctuations et affichant la vitesse du câble métallique (1). 2 / Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le générateur de champ magnétique est un enroulement d'excitation (3) réalisé autour d'un noyau (4) perméable magné- tiquement ayant deux dents extrêmes (5, 6) au moins dirigées vers le cable métallique (1) et séparées de ce dernier par un entrefer (12) de largeur (e). 3 / Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enroulement de mesure est constitué par un enroule- ment (7) réalisé autour d'un noyau (4) permeable magnétiquement ayant deux dents extrêmes (9, 5) dirigées vers le cable métalli- que (1) et séparées de ce dernier par un entrefer (12) de lar- geur (e). 4 / Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le générateur de champ magnétique est un enroulement d'excitation (3) et l'enroulement de mesure (7) comprend deux enroulements (7, 8), ces trois enroulements (3, 7, 8) étant réalisés autour d'un noyau magnétique commun (4) perméable magnétiquement ayant au moins quatre dents (5, 6, 9, 10) diri- gées vers le cable et séparées de ce dernier par un entrefer (12) de largeur (e). / Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que deux dents (5, 6) se trouvent entre l'enroulement d'excitation (3) et un enroulement de mesure (7, 8) respectif et deux dents (9, 10) se trouvent aux extrémités opposées du noyau (4) au-delà d'un enroulement de mesure (7, 8) respectif. 6 / Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que les deux enroulements de mesure (7, 8) sont reliés en série à l'appareil (13). 7 / Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le noyau a une épaisseur approximativement égale au quart du diamètre du câble métallique (1). 8 / Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 2 à 4 caractérisé en ce que l'entrefer (12) a une largeur comprise entre le quart et la moitié du diamètre du câble métallique (1), sans dépasser 25 mm environ. 9 / Dispcsitif selon la revendication 4 caractérisé en ce que la distance (L) séparant le milieu de chaque dent (9, 5) contenant entre elles un enroulement de mesure (7) est supérieure à la moitié du pas (P) des torons et inférieure à une fois et demie le pas (P) des torons. / Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que la distance (L) séparant le milieu de chaque dent (9, 5) contenant entre elles un enroulement de mesure (7) a une valeur de 30 mm pour la mesure de la vitesse de câbles métalli- ques (1) ayant de 15 à 50 torons par mètre de longueur.