Brevet FR2705450A1 — publié le 19941125

Dispositif de mesure d'un écoulement L'invention concerne un dispositif de mesure d'un écoulement servant à détecter, sans contact, les vitesses de milieux liquides électriquement conducteurs. On utilise l'interaction entre au moins un champ magnétique primaire et des composantes d'écoulement hétérogènes ou instationnaires. Ces composantes d'écoulement sont détectées par au moins deux composants de mesure du champ magnétique de sorte qu'à partir de là, on peut déterminer la vitesse d'écoulement et/ou la direction d'écoulement. Indépendamment de dispositifs connus d'une manière générale pour mesurer les vitesses locales d'écoulement à l'aide de sondes de mesure devant être introduites dans le milieu en écoulement, on connaît d'après DE 33 47 190 Al, un système inductif de mesure de débit à sondes, qui permet une détermination sans contact des vitesses de milieux liquides électriquement conducteurs. Un couplage par transformateur de trois bobines cylindriques d'induction y est modifié par le fluide en écoulement et, à partir de là,20 on obtient un signal qui dépend de la vitesse d'écoulement. Bien que, dans le sytème inductif connu de mesure de débit à sondes, le couplage par transformateur des bobines est amplifié par des noyaux de bobines ferromagnétiques et que ceci permet également une mesure à travers des tubes enveloppes plus épais, ce système présente un inconvénient essentiel. Ce dernier consiste en ce que le couplage par 2 2705450 transformateur est influencé non seulement par la vitesse d'écoulement du milieu, mais également par exemple par la conductivité et la température respectives de l'environnement, ce qui fait apparaître obligatoirement des erreurs de mesure. En outre, d'après DE 33 26 476 Ai on connaît un dispositif qui sert notamment à déterminer la grandeur de déplacement d'un objet, qui peut, par son action, modifier un champ magnétique alternatif. Des capteurs de champ magnétique positionnés différemment sont prévus dans la zone d'influence du champ magnétique alternatif. Des signaux de sortie des capteurs du champ magnétique permettent d'identifier une influence appliquée par l'objet à déterminer au champ magnétique alternatif. Dans ce dispositif connu, on obtiendrait comme avantage essentiel le fait que les signaux délivrés par les capteurs de champ magnétique sont indépendants de la vitesse de l'objet à déterminer. Cet avantage est contrebalancé par l'inconvénient considérable selon lequel, dans le cas de l'utilisation exclusive de champs alternatifs, aucun élément de construction, comme par exemple des parois, en un matériau électriquement conducteur ne doit être disposé, d'une part, entre ces champs et, d'autre part, le corps à mesurer, de manière à permettre d'effectuer une mesure suffisamment précise. Enfin, dans le document "EUR 6296 DE I" de la commission des communautés européennes "technische forschung stahl - Messen und Analysen - Messen des Durchsatzes von fl ssigem und festem Metall", on décrit un système de mesure (page 22 et suivantes), qui est représenté schématiquement (page 55 et suivantes) et selon lequel, pour mesurer la vitesse d'un métal liquide, on utilise comme champ primaire un champ alternatif homogène. L'interaction du champ primaire ne peut cependant être utilisé avec l'écoulement que dans certaines conditions et d'une manière peu précise dans 3 2705450 l'espace. L'invention a pour but de développer un dispositif de mesure d'un écoulement du type décrit plus haut de manière que les vitesses et/ou les directions de milieux liquides électriquement conducteurs eux- mêmes puissent être détectées de façon précise lorsqu'entre le dispositif de mesure d'écoulement et les milieux sont disposés des composants, notamment des parois, qui sont réalisés en un matériau électriquement conducteur ou contiennent un tel matériau électriquement conducteur. Pour y parvenir, on part d'un dispositif de mesure d'un écoulement pour la détection, sans contact, des vitesses de milieux liquides électriquement conducteurs, moyennant l'utilisation de l'interaction entre au moins un champ magnétique primaire et des composantes d'écoulement hétérogènes ou instationnaires, qui sont détectées par au moins deux composants mesurant le champ magnétique, et dans lequel la vitesse et/ou la direction d'écoulement sont déterminées à partir de là, qui est caractérisé selon l'invention par le fait que le champ primaire est un champ continu qui est produit par au moins un composant de production du champ, la direction d'action du champ primaire et de composants qui mesurent le champ magnétique étant sensiblement perpendiculaire à la composante à mesurer de la vitesse d'écoulement, et les composants mesurant le champ magnétique étant disposés l'un derrière l'autre dans la direction de la composante d'écoulement à mesurer, et que le champ primaire possède au moins un gradient dans la direction de déplacement à mesurer.30 Grâce au champ primaire choisi conformément à l'invention en tant que champ continu, ce composant électriquement conducteur peut être traversé sans pertes. En injectant le champ produit, les composants de mesure du champ magnétique peuvent être situés à l'emplacement d'interaction maximale du champ primaire avec les composantes d'écoulement 4 2705450 hétérogènes ou instationnaires et, par conséquent, dans la zone de variations maximales du champ magnétique. L'évaluation simultanée de plusieurs composants mesurant le champ magnétique permet d'éliminer efficacement des composantes de signaux, ne se rapportant pas à un déplacement, lors de l'évaluation, par exemple par corrélation. Le dispositif de mesure d'un écoulement selon l'invention permet donc non seulement de mesurer la vitesse et la direction de déplacement du milieu au travers de composants électriquement conducteurs, mais également de disposer le dispositif de mesure à une distance plus importante du milieu en écoulement, sans que ceci n'affecte la précision des résultats de mesure. L'évaluation simultanée de plusieurs composants mesurant le champ magnétique permet en outre de déterminer la direction de l'écoulement. - Conformément à des formes de réalisation de l'invention, les composants produisant le champ magnétique peuvent être constitués de bobines ou d'aimants permanents et être disposés sur une face, tournée vers le milieu liquide électriquement conducteur, d'un support réalisé en un matériau magnétiquement conducteur. Le support réalisé en un matériau magnétiquement conducteur peut être par exemple une culasse, qui définit des zones de l'espace, dans lesquelles s'étend le champ primaire. Conformément à une autre forme de réalisation de l'invention, plusieurs composants produisant et mesurant le champ magnétique forment des combinaisons de composants, qui sont disposés de manière à permettre une mesure simultanée de la composante de vitesse dans différentes directions de l'espace. Enfin, il est en outre prévu, selon une forme de réalisation de l'invention, qu'une ou plusieurs unités électroniques de lecture et/ou d'évaluation et/ou d'amplification soient logées, conjointement avec un ou 2705450 plusieurs composants mesurant le champ magnétique, dans un boîtier commun. Il peut être également avantageux d'installer les composants produisant et mesurant le champ magnétique dans ou sur une paroi ou aussi à une distance de cette paroi, la paroi pouvant faire partie d'un récipient ou d'un canal. Il est également évident, dans le cadre de l'invention, d'isoler le cas échéant vis-à-vis d'effets thermiques et/ou de refroidir les composants produisant et mesurant le champ magnétique et/ou l'unité électronique de lecture ou d'évaluation. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente le dispositif de mesure associé à un canal allongé; et - la figure 2 représente le dispositif de mesure associé à un répartiteur de canaux. La partie représentée de façon partielle d'un canal 1 sert au passage d'un milieu liquide électriquement conducteur, dont les vitesses doivent être mesurées. Le milieu traverse un champ magnétique qui est produit par des composants 2, qui sont disposés sur le côté extérieur du canal 1 et qui possède plusieurs gradients25 spatiaux. Au moyen des lignes en trait mixte 3, qui sont perpendiculaires à l'axe longitudinal du canal 1 et ce respectivement entre des composants voisins 2 produisant le champ magnétique, on a indiqué les plans, dans lesquels les gradients possèdent leur maximum. Dans ces plans, des30 composants 4 mesurant le champ magnétique sont disposés sur le côté extérieur du canal 1, qui est situé à l'opposé du côté du canal 1 comportant les composants 2 produisant le champ magnétique. Des signaux des composants 4 sont envoyés à une unité d'évaluation 5. G 2705450 L'interaction d'une hétérogénéité du milieu en écoulement avec le champ magnétique produit apparaît successivement dans tous les composants 4 mesurant le champ magnétique, de sorte qu'on peut déterminer directement la vitesse à partir de leur distance l'un à l'autre et du retard entre des signaux successifs. Le dispositif de la figure 2 permet la mesure des composantes de vitesse dans différentes directions de l'espace. Si, conformément à cet exemple de disposition, un milieu est envoyé, par l'intermédiaire d'un canal d'amenée 6, à un répartiteur de canaux 7 et est évacué par l'intermédiaire de canaux d'évacuation 8 et 9 qui sont raccordés à ce répartiteur et sont installés perpendiculairement désaxés entre eux, on peut déterminer la composante de vitesse X dans le répartiteur de canaux 7 au moyen d'une combinaison de composants 10 et la composante de vitesse Y au moyen d'une autre combinaison de composants 11. La disposition des combinaisons de composants 10 et 11 est choisie de manière que quelques composants agissent20 simultanément aussi bien pour déterminer la vitesse dans la direction X que pour déterminer la vitesse dans la direction Y. 7 2705450 REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure d'un écoulement pour la détection, sans contact, des vitesses de milieux liquides électriquement conducteurs, moyennant l'utilisation de l'interaction entre au moins un champ magnétique primaire et des composantes d'écoulement hétérogènes ou instationnaires, qui sont détectées par au moins deux composants mesurant le champ magnétique, et dans lequel la vitesse et/ou la direction d'écoulement sont déterminées à partir de là, caractérisé par le fait que le champ primaire est un champ continu qui est produit par au moins un composant (2) de production du champ, la direction d'action du champ primaire et de composants (4) qui mesurent le champ magnétique étant sensiblement perpendiculaire à la composante à mesurer de la vitesse d'écoulement, et les composants (4) mesurant le champ magnétique étant disposés l'un derrière l'autre dans la direction de la composante d'écoulement à mesurer, et que le champ primaire possède au moins un gradient dans la direction de déplacement à mesurer. 2. Dispositif de mesure d'écoulement suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que des composants (2) produisant le champ magnétique sont constitués par des bobines ou des aimants permanents. 3. Dispositif de mesure d'écoulement suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les composants (2) produisant le champ magnétique sont disposés 8 2705450 sur une face, tournée vers le milieu liquide électriquement conducteur, d'un support réalisé en un matériau magnétiquement conducteur. 4. Dispositif de mesure d'écoulement suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par plusieurs combinaisons de composants (10 ou 11) qui produisent et mesurent les champs magnétiques et qui sont disposés de manière à permettre une mesure simultanée des composantes de vitesse dans différentes directions de l'espace. 5. Dispositif de mesure d'écoulement suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'une ou plusieurs unités (5) électroniques de lecture et/ou d'évaluation et/ou d'amplification sont logées, conjointement avec un ou plusieurs des composants (4) mesurant le champ magnétique, dans un bottier commun.