Brevet FR2576409A1 — publié le 19860725

Débitmètre électromagnétique L'invention concerne un débitmètre électromagnétique, dont le système magnétique est constitué par deux pôles magnétiques pouvant être appliqués de l'extérieur contre un tube de mesure, qui présentent chacun une section de noyau supportant un enroulement et une pièce polaire située sur le noyau et adaptée à la courbure du tube de mesure, et une culasse extérieure dont la forme est telle que les vis axiales qui servent à serrer le tube de mesure sont situées à l'extérieur de la culasse. Dans un débitmètre électromagnétique connu de ce type (DE-OS 32 25 226, figure 28A), le tube de mesure qui est muni à l'intérieur d'une couche isolante est constitué en un métal non magnétique qui présente une faible épaisseur de paroi. Grâce à 1:5 l'utilisation des pièces polaires, on obtient dans le tube de mesure une répartition favorable du champ. La partie prépondérante du bottier se trouve à l'intérieur du cercle normalisé formé par les vis axiales en fonction du diamètre de la conduite tubulaire. Pour mettre en place les enroulements, le bottier est élargi vers l'extérieur sur des c6tés radialement opposés et fait saillie vers l'extérieur entre deux vis axiales respectives. Il en résulte des dimensions relativement importantes. En-outre, des pertes relativement élevées apparaissent dans le circuit magnétique. L'invention a pour but de proposer. un débitmàtre électromagnétique du type décrit dans le préambule présentant des dimensions plus réduites et dont le circuit magnétique ne subisse que de plus faibles pertes. Selon l'invention, ce but est atteint du fait que la culasse est constituée par au moins une pièce façonnée en tôle, que les sections des noyaux sont des pièces de t6le recourbées en U, dont la branche centrale est adaptée à la courbure de la pièce polaire réalisée également en t8le et dont les branches à l'extrémité extérieure sont reliées d'un seul tenant à la section de culasse adjacente, et en ce que les enroulements sont constitués par des bobines plates courbes et sensiblement rectangulaires, dont les côtés décalés en direction périphérique sont disposés entre la pièce polaire associée et une section de culasse passant à l'intérieur du cercle sur lequel sont disposées les vis axiales. Grâce à l'utilisation de pièces façonnées en t8le pour constituer la culasse et les sections du noyau, on réduit la quantité de fer à celle qui est précisément nécessaire. De ce fait, les pertes par courants de Foucault sont extrêmement faibles. En outre, le parcours dans le fer est relativement court du fait que son étendue radiale dans la région des enroulements est limitée à la faible hauteur des sections du noyau. Comme l'étendue de la section de noyau en direction périphérique n'est pas limitée par les vis axiales, on obtient une surface de contact relativement importante entre la branche centrale de la pièce de tôle recourbée en U et la pièce polaire associée. Tout ceci combiné permet de réduire sensiblement le nombre de spires des enroulements. Du fait qu'ils sont sous la forme de bobines plates, les enroulements peuvent être agencés sans difficultés et de manière que l'ensemble du bottier du débitmètre puisse se disposer à l'intérieur du cercle sur lequel sont disposées les vis axiales. A ceci contribue la faible épaisseur de paroi de la pièce façonnée en t6le. On peut même utiliser des tubes de mesure en céramique présentant une telle épaisseur de paroi car ils résistent aux forces apparaissant en fonctionnement, et notamment à des forces de serrage axiales. En outre, la self-induction est faible, ce qui conduit à des temps d'amortissement plus courts lors des pointes de tension du signal de mesure qui apparaissent après les inversions habituelles du sens du courant continu dans les enroulements, ce qui fait que la partie de la durée de mesure pendant laquelle règnent des conditions quasistationnaires est plus importante. De plus et en raison de la réalisation à partir de pièces en t8le, l'appareil est moins coûteux. La constitution de l'appareil convient à une gamme étendue de diamètres différents du tube de mesure pour lesquels ont peut utiliser des bobines plates présentant les mêmes données électriques et de ce fait le mame circuit évaluateur. Avantageusement, la section du noyau s'étend sur un angle compris entre environ 40 et 50 . Ceci permet d'obtenir les surfaces de contact que l'on recherche entre la pièce polaire et la section de noyau, ce qui fait que l'entrefer qui y subsiste n'a pas d'influence importante sur le circuit magnétique. La pièce polaire de son c6té doit s'étendre sur un angle d'environ . Cette dimension concorde à peu près avec celle de l'enroulement, ce qui fait que ce dernier peut être maintenu avec sécurité entre la pièce polaire et la culasse. En outre, une pièce polaire ainsi dimensionnée fournit un allure de champ favorable à la mesure à l'intérieur du tube de mesure. La tôle a de préférence une épaisseur d'environ 1 mm. Tout en tenant compte de la largeur du matériau en tôle, cette épaisseur suffit pour faire passer le flux magnétique; les pertes dues à des courants de Foucault sont cependant extrêmement faibles. En outre, il convient que les branches de la pièce de tôle recourbée en U ne présentent une hauteur que de 6 à 12 mm. L'étendue radiale de la culasse qui fait saillie au-dessus du tube de mesure est réduite en conséquence et la longueur du parcours magnétique est également réduite de façon correspondante. De préférence, la culasse est constituée par deux pièces façonnées en tile sensiblement égales, qui supportent en leur centre la section de noyau et qui sont reliées l'une à l'autre au moins par l'une de leurs extrémités qui se chevauchent. On dispose d'une surface importante à l'emplacement du chevauchement, ce qui fait que l'entrefer du circuit magnétique qui est inévitable en cet endroit n'est pas fortement influencé. En particulier, les extrémités des deux pièces façonnées en tale sont planes et parallèles l'une à l'autre. Selon une autre caractéristique, la pièce façonnée en t8le a une largeur plus importante que la pièce de t8le recourbée en U. Les régions de bord servent alors de blindage magnétique. En particulier, la pièce façonnée en t8le peut comprendre sur ses deux cotés de la pièce de tôle recourbée en U des pattes recouvrant par l'extérieur les côtés de la bobine plate qui sont décalés en direction axiale. Le blindage s'étend de ce fait largement sur la totalité de la largeur de l'enroulement. Ces pattes peuvent être réalisées très facilement par estampage et pliage de la pièce façonnée en t6le. La branche centrale de la pièce de t6le recourbée en U présente avantageusement une surface sensiblement carrée. Ceci a pour conséquence une longueur périphérique plus faible de l'enroulement en vue d'obtenir une surface de contact plus importante avec la pièce polaire. Il est avantageux que la bobine plate comprenne environ 1000 spires et présente une résistance ohmique d'environ 50 ohms. On peut ainsi normaliser les bobines pour des tubes de mesure de dimensions diverses, ce qui fait qu'un circuit évaluateur unitaire peut convenir à des diamètres conducteurs variés. Selon un autre mode de réalisation, la t8le de la pièce polaire peut supporter un blindage en un matériau électriquement conducteur et magnétiquement non conducteur recouvrant la bobine plate par l'intérieur. L'enroulement est ainsi entouré tout autour par des éléments mis à la terre. Notamment, le blindage peut être constitué par une feuille de cuivre. La fixation les unes aux autres des parties en tôle est avantageusement réalisée par rivetage. Ceci permet d'obtenir un montage très peu coûteux. L'invention va maintenant être expliquée plus en détail à l'aide de modes de réalisation préférés, avec référence aux dessins dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un débitmètre selon l'invention, la figure 2 est une vue frontale de l'une des deux pièces façonnées en t8le, la figure 3 est une vue en plan de la pièce façonnée en t8le supérieure et la figure 4 représente l'allure du courant I de l'enroulement et de la tension de mesure U. m Le débitmutre électromagnétique représenté à la figure 1 sert à déterminer le débit dans la section interne d'un tube de mesure 2 constitué ici en un matériau céramique. Pour ce faire, un champ magnétique est créé dans le tube de mesure 2 à l'aide de deux pièces polaires 3 et 4. On peut prélever à deux électrodes de mesure 5 et 6 disposées diamétralement à l'opposé l'une de l'autre dans le plan de symétrie une tension de mesure I qui est proportionnelle au débit. Le m tube de mesure 2 est disposé par ses côtés frontaux entre les flasques d'un second tube conducteur. Ces-flasques sont serrés les uns contre les autres à l'aide de vis axiales 7 disposées sur un cercle 8. Le diamètre de ce cercle et le nombre de vis prévues sur lui sont normalisés en fonction du diamètre nominal. Le logement 10 du débitmètre est situé totalement à l'intérieur de l'espace maintenu libre par les vis 7. Il est constitué par deux pièces façonnées en t8le 11 et 12 qui sont fixées le long de leurs extrémités parallèles 13 à 16 qui se chevauchent mutuellement sur une large surface au moyen de rivets 17, 18. Au centre de chaque pièce façonnée en tl81e est prévue une pièce de t8le 19 constituant une section de noyau, qui présente une branche centrale s'étendant sensiblement sur 40 à 50 et deux branches recourbées 21 et 22 et ayant une hauteur de 6 à 12 mm. Ces dernières sont d'un seul tenant avec les sections de culasse 23 ou 24 repliées et adjacentes de la pièce façonnée en t8le 11 correspondante. La branche centrale 20 a la même courbure que la pièce polaire associée 3, qui s'étend de son côté sur environ 90 et qui est adaptée à la périphérie extérieure du tube de mesure 2. La fixation entre pièce polaire 3 et branche centrale 20 est réalisée au moyen de rivets 25. On obtient ainsi un appui de grande surface au moyen d'une surface sensiblement carrée. Entre les sections de culasse 23 et 24 ainsi qu'entre les parties recourbées de la pièce polaire 3 est chaque fois disposé un enroulement se présentant sous la forme d'une bobine plate 26 ou 27. Les bobines plates comprennent environ 1000 spires et présentent une résistance ohmique d'environ 50 ohms. Leurs côtés décalés en direction axiale sont recouverts par des pattes 28 à 31. La pièce façonnée en t8le 11 présente de ce fait une plus grande largeur axiale que la pièce de t6le recourbée en U 19. La pièce façonnée en t8le 11 est d'abord estampée et ensuite repliée selon la forme désirée. Sur le c8té extérieur de chaque pièce polaire 3 est fixé un blindage 32 se présentant sous la forme d'une feuille de cuivre. La fixation est réalisée par la soudure par points représentée. Une feuille de cuivre correspondante 34 est associée à l'autre bobine 27. Les bobines plates sont de ce fait entourées tout autour d'éléments mis à la terre. Les raccords des électrodes 5 et 6 peuvent être passés vers l'extérieur par des ouvertures latérales 35 et 36 constituées dans le bottier 10. Une autre partie découpée détermine une borne de raccord à la terre 37. Comme le montre la figure 4, les enroulements reçoivent en fonctionnement un courant I qui subit une inversion à des intervalles de temps prédéterminés de par exemple 120 ms. La tension de mesure U m présente au début et après chaque inversion une pointe qui diminue régulièrement, ce qui fait que la mesure proprement dite ne peut avoir lieu qu'après un certain retard à la suite de l'inversion, c'est-à-dire au cours de la durée a. La durée d'amortissement b située à l'avant est relativement faible avec le débitmètre expliqué ici, et on dispose donc pour une période de commutation prédéterminée d'une durée de mesure relativement longue. On obtient ce résultat du fait que la self-induction des bobines plates 26 et 27 est maintenue à un faible niveau en raison du nombre réduit de leurs spires. Le nombre réduit des spires est possible pour la raison que le parcours de retour magnétique ne comprend que le fer qui est absolument nécessaire et qu'il n'y à donc que peu de pertes dues à des courants de Foucault, alors que les parties s'étendant radialement de ce parcours de retour sont courtes et que toutes Ies surfaces o peut apparaître un entrefer sont constituées par des chevauchements de grande surface. Comme le bottier 10 est monté en totalité à l'intérieur du cercle 8 formé par les vis axiales, il est inutile de prendre en compte l'espace séparant les vis axiales voisines. On obtient ainsi un appareil de petites dimensions et maniable, qui peut 8tre fabriqué pour un faible prix. REVENDICATIONS 1. Débitmètre électromagnétique, dont le système magnétique est constitué par deux pôles magnétiques pouvant être appliqués de l'extérieur contre un tube de mesure, qui présentent chacun une section de noyau supportant un enroulement et une pièce polaire située sur le noyau et adaptée à la courbure du tube de mesure, et une culasse extérieure dont la forme est telle que les vis axiales qui servent à serrer le tube de mesure sont situées à l'extérieur de la culasse, caractérisé en ce que la culasse est constituée par au moins une pièce façonnée en t8le (11, 12), les sections des noyaux sont des pièces de t8le recourbées en U (19), dont la branche centrale (20) est adaptée à la courbure de la pièce polaire (3, 4) réalisée également en tole et dont les branches à l'extrémité extérieure sont reliées d'un seul tenant à la section de culasse adjacente (23, 24), et les enroulements sont constitués par des bobines plates (26, 27) courbes et sensiblement rectangulaires, dont les cotés décalés en direction périphérique sont disposés entre la pièce polaire associée et une section de culasse (23, 24) passant à l'intérieur du cercle (8) sur lequel sont disposées les vis axiales. 2. Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section de noyau (19) s'étend sur un angle d'environ 40 à 50 . - 3. Débitmètre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce polaire (3, 4) s'étend sur un angle d'environ 90 . 4. Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la t8le a une épaisseur d'environ 1 mnm. 5. Débitmètre selon l'une quelconque des revendications i à 4, caractérisé en ce que les branches (21, 22) de la pièce de t8le recourbée en U (19) ont une hauteur d'environ 6 à 12 mm. 6. Débitmitre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la culasse est constituée par deux pièces façonnées en tôle sensiblement égales (11, 12), qui supportent en leur centre la section de noyau (19) et sont-reliées l'une à l'autre au moins à l'une de leurs extrémités (13 à 16) qui se chevauchent mutuellement. 7. Débitmètre selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'extrémité (13 à 16) des deux pièces façonnées en t8le (19, 13) sont planes et parallèles l'une à l'autre. 8. Débitmêtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la pièce façonnée en t8le (11, 12) a une largeur plus importante que celle de la pièce de tôle recourbée en U (19). 9. Débitmutre selon la revendication 8, caractérisé en ce que la pièce façonnée en t8le (11, 12) comprend, en direction des deux c6tés de la pièce de t8le recourbée en U (19) des pattes (28 à 31) qui recouvrent par l'extérieur les côtés décalés en direction axiale de la bobine plate (25, 27). 10. Débitmètre selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la branche centrale (20) de la pièce de t$le recourbée en U (19) a une forme sensiblement carrée. 11. Débitmàtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les bobines plates (26, 27) comprennent environ 1000 spires et présentent une résistance ohmique d'environ 50 ohms. 12. Débitmutre selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la tôle des pièces polaires supporte un matériau électriquement conducteur et magnêtiquement non conducteur qui recouvre par l'intérieur la bobine plate (26, 27). 13. Débitmètre selon la revendication 12, caractérisé en ce que le blindage (32, 34) est en feuille de cuivre. - 14. Débitaàtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la fixation des éléments en t$le les uns par rapport aux autres est réalisée par des rivets (17, 18, 25).