Brevet FR2644588A2 — publié le 19900921

FR 2644588 A2 19900921 FR 8903639 A 19890316 Capteur électromagnétique pour mesurer la vitesse d'écoulement d'un fluide conducteur de l'électricité. La présente invention a pour objet un perfectionnement à un capteur électromagnétique pour mesurer la vitesse d'écoulement d'un fluide conducteur de l'électricité. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des appareils de mesure électromagnétique. Dans une demande de brevet FR 87 01438 (Jacques André Nosley) on a décrit un capteur électromagnétique qui peut etre utilisé notamment comme loch électromagnétique pour mesurer la vitesse d'un bateau par rapport à l eau. Le capteur comporte un électro-aimant fixe qui est disposé transversalement à la direction moyenne d'écoulement du fluide. L'électro-aimant est disposé à l'intérieur d'un boîtier qui est obturé par une paroi en un matériau isolant placée au contact du fluide en mouvement. Le capteur comporte une électrode principale centrale et une ou plusieurs électrodes périphériques qui sont disposées autour du corps du capteur sur un cercle qui est centré sur ladite électrode centrale et qui sont au contact du fluide. La tension entre l'électrode centrale et les électrodes périphériques varie proportionnellement à la composante de la vitesse du fluide qui est perpendiculaire au champ magnétique créé par l'électro-aimant et cette tension permet donc de mesurer la vitesse. par exemple la vitesse longitudinale ou la composante transversale de la vitesse d'un bateau par rapport à l'eau. L'électro-aimant des capteurs décrits dans la demande principale comporte un noyau magnétique parallèle à la paroi isolante qui est prolongé à ses deux extrémités par deux pièces polaires perpendiculaires à la paroi isolante. I1 comporte en outre deux bobines d'excitation qui sont enroulées autour du noyau magnétique et qui sont symétriques par rapport au plan vertical de symétrie dudit noyau dans lequel se situe également l'électrode centrale. On a expliqué dans le brevet principale qu'un inconvénient de ce type de capteur utilisé pour mesurer la vitesse d'un bateau est que la tension entre électrodes dépend du déplacement du liquide au voisinage des électrodes et qu'il n'est pas souhaitable de munir la coque d'un bateau d'électrodes en saillie qui pénètrent dans l'eau de sorte que les électrodes se situent dans la couche limite de liquide qui glisse le long de la coque du bateau. Pour échapper à cet inconvénient il faut créer un champ magnétique qui pénètre le plus profondément possible dans l'eau ce qui pourrait être obtenu en augmentant le diamètre du capteur mais cette solution serait très onéreuse. Le brevet principal décrit une disposition particulière des électrodes comportant une électrode principale centrale et une ou plusieurs électrodes périphériques réparties sur un cercle centré sur ladite électrode centrale. Dans ce cas. les électrodes périphériques sont portées à un potentiel moyen représentatif du potentiel à l'infini et on obtient donc une différence de potentiel maxima entre l'électrode centrale et les électrodes périphériques tout en conservant des dimensions de capteur raisonnables. L'objectif du présent perfectionnement est de fabriquer des capteurs du type décrit dans la demande de brevet principal qui permettent d'obtenir une profondeur de mesure améliorée, c'est-à-dire d'obtenir un champ magnétique qui pénètre dans le fluide à une distance du capteur plus grande que celle que l'on peut obtenir avec les capteurs déjà connus de sorte que la tension entre électrodes qui mesure la vitesse de déplacement du bateau soit moins dépendante des phénomènes de couche limite d'écoulement du fluide. Cet objectif est atteint au moyen d'un capteur électromagnétique, du type connu comportant deux bobines d'excitation enroulées autour d'un noyau magnétique qui est prolongé par deux pièces polaires perpendiculaires audit noyau. dans lequel le noyau magnétique est interrompu en son milieu par un entrefer dont la largeur est déterminée pour que le champ magnétique soit sensiblement nul dans la zone de l'électrode centrale. Avantageusement, la largeur du noyau magnétique est relativement grande par rapport au diamètre et à la longueur de chacune des bobines d'excitation. L'invention a pour résultat de nouveaux capteurs électromagnétiques. notamment des lochs électromagnétiques destinés à mesurer la vitesse d'un bateau. qui comportent des électrodes placées au contact de l'eau, au niveau de la surface externe de la coque par rapport à laquelle la saillie est nulle ou très faible. Cependant les capteurs selon l'invention émettent un champ magnétique dont les lignes de champ s'éloignent de la coque de sorte que la tension recueillie entre les électrodes est représentative de la vitesse relative du bateau par rapport à des couches de liquide situées à une centaine distance de la coque ce qui évite que la mesure de vitesse ne risque d'être perturbée par des phénomènes dûs à l'existence de couches limites. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent sans aucun caractère limitatif un exemple de réalisation d'un capteur selon l'invention. La figure 1 est une coupe verticale d'un capteur selon l'invention. La figure 2 est une vue de dessous de la figure 1. La figure 3 est une vue de dessus à plus grande échelle de l'électro-aimant équipant un capteur selon les figures 1 et 2. La figure 4 est une vue en élévation de l'électro-aimant de la figure 2. La figure 1. représente un capteur selon l'invention utilisé comme loch électromagnétique monté sur un bateau pour mesurer la composante longitudinale de la vitesse de déplacement du bateau par rapport à l'eau. Le repère 3 représente une portion de fond de la coque du bateau qui comporte une ouverture en face de laquelle est disposé un boîtier cylindrique 1 qui est situé à l'intérieur de la coque et qui contient le capteur. L'extrémité frontale du boîtier 1 est obturée. de façon étanche par une plaque plane 2 en un matériau amagnétique. isolant électrique. par exemple une plaque 2 en matière plastique. Le boîtier 1 contient un électro-aimant comportant un noyau en fer doux 6. qui est disposé parallèlement à la plaque 2 et transversalement à la coque c'est-à-dire perpendiculaire à la direction de déplacement relatif de l'eau par rapport au bateau. L'électro-aimant comporte deux bobines inductrices coaxiales 8. 8'. enroulées autour du noyau 6 et montées en série. Ces bobines sont séparées par un espace libre. Elles sont excitées par un courant alternatif à basse fréquence. par exemple 10 Hz. Les deux bobines 8. 8' sont symétriques par rapport à un plan vertical PP' qui est perpendiculaire au noyau 6 et qui constitue un plan de symétrie du capteur. Le noyau 6 est prolongé à ses deux extrémités par deux pièces polaires 7, 7' en fer doux qui sont perpendiculaires au noyau. Les extrémités libres des pièces polaires sont placées au contact de la face interne de la plaque 2 ou à proximité de celle-ci. Lorsqu'on excite les bobines 8. 8'. l'électro-aimant produit un champ magnétique résultant dont les lignes de champ relient les deux extrémités des pièces polaires et pénètrent dans l'eau à une certaine distance de la paroi externe de la coque. La figure I représente en traits plein les lignes de champ. La plaque 2 comporte une électrode principale centrale 5. Le capteur comporte, en outre. une ou plusieurs électrodes périphériques qui sont disposées sur un cercle centré sur l'électrode centrale 5. Les figures 1 et 2 représentent un mode de réalisation comportant une seule électrode périphérique 4 constituée par une collerette annulaire 4. en métal conducteur qui est fixée autour de l'extrémité inférieure du boîtier 1 à l'extérieur de celui-ci. L'électrode centrale 5 est connectée sur deux conducteurs 9. 9' symétriques par rapport au plan PP'. Ces deux conducteurs sont connectés sur les deux extrémités d'un potentiomètre 13. La tension qui mesure la vitesse est prélevée entre le curseur de potentiomètre 13 et un conducteur qui est connecté au boîtier conducteur 1. Tout ce qui précède est déjà connu par- la demande de breyet antérieure FR 87 01438. Les figures 1 et 2 représentent un capteur qui comporte un perfectionnement faisant l'objet de la présente demande de certificat d'addition. Selon ce perfectionnement le noyau magnétique 6 est interrompu en son milieu par un petit entrefer 14. I1 en résulte que les extrémités du noyau magnétique situées de part et d'autre de l'entrefer 14 constituent les pôles opposés de deux électro-aimants géométriquement symétriques par rapport au plan PP'. Au niveau de l'électrode centrale 5 le champ magnétique résultant est la somme de deux champs magnétiques de sens opposé crees par les deux électro-aimants. On détermine la largeur de l'entrefer 14 pour que le champ magnétique résultant soit sensiblement nul dans la zone de l'électrode centrale. La présence de l'entrefer a pour effet que les lignes de force du champ magnétique résultant qui restent symétrique par rapport au plan PP'. sont plus incurvées et pénètrent plus profondément dans le liquide. Ainsi pour une même dimension un capteur perfectionné effectue une mesure de la vitesse relative du bateau par rapport à des couches de liquide plus éloignées de la surface de la coque et la mesure est donc moins sujette à des erreurs dus aux perturbations ou aux fluctuation de vitesse dues à la proximité de la paroi externe de la coque. La figure 3 est une vue de dessus à plus grande échelle des deux électro-aimant équipant un capteur selon l'invention. La figure 4 est une vue en élévation des deux électro-aimants de la figure 3. On retrouve sur ces deux figures les circuits magnétiques 6 et 6' des deux électro-aimants qui sont alignés et séparés par un entrefer étroit 14 et qui sont prolongés respectivement par deux pièces polaires 7 et 7' et les deux bobines 8 et 8' qui sont enroulées respectivement sur les noyaux 6 et 6'. Le plan vertical PP' est un plan de symetrie. Les bobines 8 et 8' sont alimentées en série. Les figures 3 et 4 représentent un mode de réalisation préférentiel dans lequel les noyaux magnétiques 6 et 6' sont constitués par des plaques ou des empilements de plaques horizontales de sorte que l'épaisseur des noyaux est faible comparativement à leur largeur transversale. L'entrefer 14 représenté sur la figure 3 comporte en son centre un orifice 15 permettant le passage de conducteurs électriques. On voit sur les figures 3 et 4 que la longueur totale de l'électro-aimant c'est-à-dire les longueurs additionnées des deux noyaux magnétiques 6 et 6' placés bout à bout est relativement plus grande que la largeur et que la longueur de chaque bobine. La demande de brevet FR 87 01438 a fait l'objet du dépôt d'un premier certificat d'addition ER 87 05892 en date du 23 avril 1987 I1 est précisé que les perfectionnements faisant l'objet du présent certificat d'addition peuvent également s'appliquer aux capteurs électro-magnétiques décrits dans le premier certificat d'addition qui comportent au moins un noyau en fer doux rectiligne ou en croix lequel peut être séparé en deux parties par un entrefer central. REVENDICATIONS 1. Dispositif selon la revendication 1 du brevet principal du type comportant un capteur électromagnétique pour mesurer la vitesse d'un fluide conducteur comportant au moins un électro-aimant fixe (6) disposé transversalement à la direction moyenne d'écoulement dudit fluide qui est disposé d'un côté d'une paroi (2) en un matériau isolant dont l'autre côté est baigné par ledit fluide et qui comporte. en outre, une électrode centrale (5) qui est placée sensiblement au milieu de l'entrefer dudit électro-aimant (6) et une ou plusieurs électrodes périphériques (4) qui sont disposees autour du corps du capteur sur un cercle qui est centré sur ladite électrode principale et qui sont au contact dudit fluide. lequel éiectro-aimant comporte un noyau magnétique qui est prolongé à ses deux extrémités par deux pièces polaires (7. 7') perpendiculaires à ladite paroi en matériau isolant et comporte en outre deux bobines (8. 8') enroulées autour dudit noyau magnétique et symétriques par rapport à un plan (PP') perpendiculaire audit noyau (6) caractérisé en ce que ledit noyau (6) est interrompu en son milieu par un entrefer étroit (14) dont la largeur est déterminée pour que le champ magnétique sont sensiblement nul dans la zone de l'électrode centrale (5). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la longueur totale du noyau magnétique (6. 6') de l'électro-aimant est relativement grande par rapport à la largeur et la longueur de chacune des dites bobines (8. 8'). 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit électro-aimant est composé de deux electro-aimants élémentaires dont les noyaux magnétiques (6. 6') sont alignés et séparés par un entrefer etroit (14) et dont les bobines (8. 8') sont, alimentées en série.