Brevet FR2690992A1 — publié le 19931112

i Détecteur de gaz paramagnétique à cuve rotative L'invention concerne un appareil servant à déterminer la teneur en substances à propriétés paramagnétiques, en particulier en oxygène, dans un mélange de susbtances, qui, dans un boîtier de l'appareil, peut être amené à traverser un dispositif à cuve, pouvant tourner au moyen d'un arbre d'entraînement, en passant le long d'un nombre pair de sources de champ magnétique, dont le champ magnétique pénètre le dispositif à cuve, et auxquelles est associé respectivement un dispositif à bobines destiné à convertir la modification du flux magnétique dûe à la substance paramagnétique en un signal de mesure électrique, la polarité de magnétisation des sources de champ magnétique étant combinée avec la polarité de magnétisation des bobines de champs de mesure associées des sources de champ magnétique respectivement adjacentes et, ce, selon une orientation en alternance. Un appareil de ce type a été décrit dans le document DE-PS 38 40 337. Dans l'appareil connu, une cuve en forme de disque tourne à 'intérieur du boîtier de l'appareil le long des faces frontales de quatre noyaux en fer, qui, quant à eux, sont entourés des bobines de champs de mesure et qui reposent sur un aimant permanent leur apportant le champ magnétique nécessaire qui pénètre dans la cuve Le disque formant cuve est pourvu de perçages par lesquels on introduit de l'oxygène, par exemple, qui, du fait du mouvement rotatif, passe le long des noyaux en fer magnétisés Dès que la cuve fait passer l'oxygène le 'long des noyaux en fer, le flux magnétique à 1 ' intérieur des noyaux est renforcé, du fait du paramagnétisme de l'oxygène, ce qui est détecté par les bobines entourant les noyaux, étant donné que la modification du flux induit une tension dans les bobines, tension -qui peut être traitée, grâce à un appareil d'évaluation branché, en tant que signal de mesure Un flux magnétique alternatif apparait dans les noyaux, du fait de la rotation de la cuve, ce qui entraine une tension alternative dans les bobines Le flux magnétique part des aimants permanents sur lesquels les noyaux en fer sont disposés, pénètre les noyaux et la cuve, se prolonge à travers les parois du boîtier et revient enfin sur les aimants permanents Du fait qu'il est nécessaire d'avoir un champ magnétique puissant pour un signal de mesure sensible, il se produit, à cause de la disposition unilatérale et de la liaison entre aimant permanent et noyaux en fer, une polarisation des noyaux d'une part, et de la paroi de boîtier qui les entoure d'autre part Entre les parois du boîtier et les composants magnétiques apparaissent donc de grandes surfaces, proches les unes des autres, de polarité magnétique opposée, de telle sorte qu'une grande partie du flux magnétique se perd à travers des champs de fuite et ne s'écoule pas à travers la cuve rotative Cette perte peur représenter jusqu'à 50 %. En conséquence, la présente invention a pour but d'améliorer un appareil de mesure du type précité, de telle sorte que la formation de champs de fuite magnétiques soit réduite et que la proportion du flux magnétique effectivement mesuré, traversant la cuve, soit augmentée. Le but de l'invention est atteint par le fait que la cuve est logée dans le boîtier de l'appareil de telle sorte que son plan de rotation divise le boîtier en deux zones dans l'une desquelles est disposée la source de champ magnétique recouvrant, du point de vue de la surface, pratiquement la totalité de la dimension de la cuve le long de son axe de rotation et dans l'autre desquelles est prévu un nombre pair de noyaux rassemblant le flux magnétique traversant la cuve, respectivement entourés d'une bobine de champs de mesure, et orientés, quant à eux, en direction de la cuve. L'avantage de l'invention réside essentiellement dans le fait que, puisqu'il y a découplage magnétique entre la source de champ magnétique et les noyaux entourés par les bobines de champs de mesure, le parcours du flux est concentré dans le dispositif à cuve, et dans le fait que les champs de fuite entre le boîtier de l'appareil d'une part, et les noyaux d'autre part, sont réduits D'un point de vue magnétique, les composants du boîtier et les noyaux ont la même polarité, ce qui empêche l'apparition d'un champ de fuite entre eux De par la simple disposition, selon l'invention, de la source de champ magnétique d'une part, et des bobines de champs de mesure et de leurs noyaux d'autre part, on obtient une augmentation du signal atteignant jusqu'à 30 % Du fait qu'il n'y a plus de champ de fuite, il est maintenant possible d'agrandir les noyaux et leurs bobines de champs de mesure autant que nécessaire pour augmenter la sensibilité du signal Ceci n'était pas possible dans l'appareil connu, car l'agrandissement des bobines de champs de mesure et des noyaux entraînait une augmentation des perturbations indésirables causées par les champs de fuite Grâce à la bonne suppression des champs de fuite, il est maintenant possible, contrairement à l'appareil connu, de n'avoir que deux bobines de champs de mesure, avec leurs noyaux associés Pour des raisons de symétrie et d'utilisation optimale de l'espace disponible, il est cependant avantageux de prévoir quatre bobines de champs de mesure, avec leurs noyaux associés, ou un chiffre pair plus élevé Un autre avantage apporté par l'invention réside dans le fait qu'il n'y a plus besoin de tenir compte des propriétés magnétiques des autres composants vis-à-vis de la cuve rotative Ainsi, le palier destiné à la cuve rotative peut être mis en place, malgré sa magnétisation propre, sans autre mesure de protection, sans que le champ magnétique rotatif ne perturbe les bobines de champs de mesure. Comme source de champ magnétique, il faut avantageusement prévoir un matériau ferromagnétique à haute perméabilité qui, au moyen d'une bobine électrique, est exposé à un champ magnétique, ce qui fait que les lignes de champ magnétiques sortent de la source de champ magnétique pour pénétrer dans les noyaux ferromagnétiques se trouvant au- delà de la cuve La dimension de la source de champ magnétique correspond en outre à celle de la cuve, de telle sorte que les lignes de champ pénètrent toutes les bobines électriques et les noyaux simultanément Si, au cours de la rotation de la cuve, un signal alternatif est produit au niveau de l'un des noyaux, du fait du flux magnétique, une modification correspondante de la ligne de champ peut également être enregistrée dans tous les autres noyaux, à cause de la propagation uniforme des lignes de champ Par contre, si l'on choisit un aimant permanent comme source de champ magnétique, une plaque en matériau de bonne conductibilité magnétique sera posée sur sa surface orientée en direction de la cuve, pour servir de surface équipotentielle Un alliage fer-cobalt hautement perméable peut être considéré comme un matériau adapté à cet usage. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux d'un dispositif à cuve, celui-ci comprend un disque circulaire présentant des découpes symétriques à l'axe de rotation, pouvant être traversées par le mélange de substances, comme par exemple l'oxygène gazeux, et conformées de telle sorte que lorsque l'une des découpes laisse totalement à découvert la face frontale de l'un;des noyaux, la face frontale respectivement adjacente du noyau associé est recouverte par le contour de la découpe, la somme des sections transversales des faces frontales laissées à découvert seulement partiellement -par les contours des découpes au cours de la rotation restant sensiblement constante Le fait que le dispositif à cuve serve ainsi d'obturateur pour la régulation du flux magnétique permet d'obtenir, à chaque moment de la rotation, un écoulement pratiquement constant dans la cuve de mesure Lorsque l'une des faces frontales des noyaux apparait complètement dans la découpe, la face respectivement adjacente est encore complètement recouverte Ensuite, lorsque la rotation de la cuve se poursuit, dès qu'une partie de la face frontale du noyau observé est recouverte, une partie correspondante de la face frontale du noyau adjacent est mise à découvert par la découpe en progression De cette manière, la plaque à aimants, en liaison avec la plaque équipotentielle, sert de source de tension magnétique constante, ce qui représente une condition nécessaire pour obtenir un signal de mesure aussi important et aussi régulier que possible. Une forme d'exécution particulièrement avantageuse du contour des découpes est obtenue par des segments d'anneau de cercle concentriques par rapport à l'axe de rotation, dont les dimensions sont telles que, lorsque la cuve tourne et qu'ils passent sur les faces frontales des noyaux, ils les laissent totalement à découvert, au moins temporairement. Un contour de découpe tout aussi avantageux est obtenu par une découpe en forme de rognon concentrique par rapport à l'axe de rotation. Un exemple d'exécution de l'invention va être décrit plus en détail dans ce qui suit, à l'aide du dessin schématique. La figure 1 est une vue en coupe d'un appareil de mesure paramagnétique. La figure 2 est une vue de dessus du dispositif à cuve, l'unité d'entraînement ayant été retirée. La figure 1 représente un boîtier d'appareil ( 1), dans lequel est logé un dispositif à cuve ( 2) se présentant sous la forme d'un disque, constitué d'un matériau le plus magnétiquement inerte possible, monté tournant sur un arbre ( 13) La cuve ( 2) divise l'intérieur du boîtier de l'appareil ( 1) en deux zones (A, B), dont l'une (A) renferme une plaque à aimants permanents ( 3) qui est recouverte par une plaque équipotentielle ( 4) A l'intérieur du boîtier ( 1), les dimensions de la plaque à aimants ( 3) et de la plaque équipotentielle ( 4) ont la même-direction et la même importance que celles de la cuve ( 2) Dans la zone (B) du boîtier ( 1), quatre noyaux ( 5), dont deux seulement sont représentés, sont liés à la paroi intérieure du boîtier ( 1) de telle sorte que leurs faces frontales ( 6) sont orientées en direction de la cuve ( 2) et lui sont aussi proches que possible Chaque noyau ( 5) est entouré d'une bobine de champs de mesure ( 7) dont un circuit d'acheminement des signaux mène respectivement à un appareil d'évaluation non représenté La cuve ( 2) possède des découpes ( 8) symétriques à l'axe de rotation, qui, à l'état représenté sur la figure, laissent à découvert les faces frontales ( 6) des noyaux ( 5). L'intérieur des découpes ( 8) est rempli d'une substance à mesurer ayant des propriétés paramagnétiques, comme par exemple l'oxygène; cette substance est introduite à l'intérieur du boîtier ( 1) par l'intermédiaire d'une alimentation en gaz ( 9), remplit celui-ci, et pénètre jusqu'aux abords des découpes ( 8) et de la cuve ( 2), que l'on doit considérer comme chambre de mesure ( 10), se dégageant ensuite dans l'atmosphère par l'intermédiaire d'un échappement ( 11) La cuve ( 2) est fixée sur un tourillon ( 12), fixé sur l'arbre ( 13) d'un moteur d'entraînement ( 14) et guidé sur un palier de l'arbre ( 15) Le moteur ( 14) et le support de moteur ( 16) entourant celui-ci sont liés à la paroi supérieure du boîtier ( 18) La paroi supérieure ( 18) du boîtier porte la plaque à aimants ( 3) d'une part, et présente, d'autre part, un perçage ( 19) destiné à l'arbre ( 13) et au tourillon ( 12) La polarité de magnétisation de la plaque à aimants ( 3) est représentée par les lettres majuscules N (Nord) et S (Sud); du fait de la disposition particulière de la plaque à aimants ( 3), de la paroi supérieure ( 18) et du boîtier ( 1), on constate que la polarité magnétique S par l'intermédiaire du boîtier ( 1) demeure constante dans les noyaux ( 5) jusqu'à la face frontale ( 6) de ceux-ci. Ainsi, les bobines de champs ( 7) et les noyaux ( 5) sont entourés d'un boîtier ( 1) de même polarité magnétique S, comme le prouvent les noyaux ( 5). La figure 2 représente une vue de dessus de la cuve ( 2), l'unité d'entraînement, composée du moteur ( 14) et du support de moteur ( 16), étant omise, et la paroi supérieure du boîtier ( 18), ainsi que la plaque à aimant ( 3) fixée sur lui et la plaque équipotentielle ( 4), étant enlevées Par l'intermédiaire de l'arbre ( 13), la cuve ( 2) est montée tournante dans le boîtier ( 1), dans le sens de la flèche ( 21) La cuve ( 2) conformée en disque présente deux découpes ( 8), sensiblement en forme de reins, se faisant face radialement, qui, dans la position représentée sur la figure, laissent totalement à découvert les faces frontales ( 6) des noyaux ( 5) Les noyaux ( 22) adjacents correspondants ne sont qu'effleurés par le contour des découpes respectives ( 8), mais ne sont pas encore mis à découvert Lorsque la cuve ( 2) tourne dans le sens de la flèche ( 21), les noyaux ( 6) sont recouverts par les ouvertures des découpes ( 8), les faces frontales des noyaux adjacents ( 22) pénétrant de façon correspondante dans les découpes ( 8), la diminution de l'écoulement dans les champs magnétiques, due au recouvrement progressif des noyaux ( 6) étant compensée largement par la libération progressive des champs magnétiques des noyaux ( 22) Du fait du sens d'enroulement alternatif des bobines de champs de mesure ( 7) et/ou ( 27), les réductions d'écoulement constatées dans les bobines ( 7), causées par l'absence de pénétration des champs magnétiques dans la substance paramagnétique, vont causer une tension positive ; à cause du sens d'enroulement inverse sur les bobines ( 27), l'augmentation d'écoulement qui y est constatée, du fait de l'augmentation de la pénétration de l'écoulement à travers les découpes ( 8) entraîne également une tension positive Ainsi, par les signaux de mesure des quatre bobines ( 7, 27), et du fait que l'écoulement reste5 constant, on obtient un signal global sensiblement constant. Revendications 1 Appareil servant à déterminer la teneur en substances à propriétés paramagnétiques, en particulier en oxygène, dans un mélange de susbtances, qui, dans un bottier de l'appareil, peut être amené à traverser un dispositif à cuve, pouvant tourner au moyen d'un arbre d'entraînement, en passant le long d'un nombre pair de sources de champ magnétique, dont le champ magnétique pénètre le dispositif à cuve, et auxquelles est associé10 respectivement un dispositif à bobines destiné à convertir la modification du flux magnétique dûe à la substance paramagnétique en un signal de mesure électrique, la polarité de magnétisation des noyaux de champ magnétique étant combinée avec la polarité de magnétisation des bobines de champs de mesure associées des noyaux de champ magnétique respectivement adjacentes et, ce, selon une orientation en alternance, caractérisé en ce que la cuve ( 2) est logée dans le boîtier ( 1) de l'appareil de telle sorte que son plan de rotation divise le bottier ( 1) en deux zones (A, B), la source de champ magnétique ( 3) recouvrant, du point de vue de la surface, pratiquement la totalité de la dimension de la cuve le long de son axe de rotation, étant disposée dans l'une ( 1) d'elles et un nombre pair de noyaux ( 5) rassemblant le flux magnétique traversant la cuve ( 2), respectivement entourés d'une bobine de champs de mesure ( 7), et orientés, quant à eux, en direction de la cuve ( 2), étant prévu dans l'autre zone (B). 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de la source de champ magnétique ( 3) orientée en direction de la cuve ( 2) est recouverte d'une plaque ( 4) en matériau de bonne conductibilité magnétique, qui sert de surface équipotentielle. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la plaque équipotentielle ( 4) est constituée d'un alliage fer-cobalt hautement perméable. 4 Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif à cuve comprend un disque circulaire ( 2) présentant des découpes ( 8) symétriques à l'axe de rotation, pouvant être traversées par le mélange de substances à analyser, et conformées de telle sorte que, lorsque l'une des découpes ( 8) laisse totalement à découvert la face frontale ( 6) de l'un des noyaux ( 5)-, la face frontale ( 22) respectivement adjacente du noyau associé ( 5) est recouverte par le contour de la10 découpe ( 8), la somme des sections transversales des faces frontales ( 6, 22) laissées à découvert seulement partiellement par les contours des découpes ( 8) au cours de la rotation ( 21) restant sensiblement constante. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les découpes sont des -segments d'anneau de cercle ( 8) concentriques par rapport à l'axe de rotation. 6 Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les découpes présentent un contour ( 8) en forme de rein concentrique par rapport à l'axe de rotation.