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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2511767A1
Family ID 29584793
Probable Assignee Eckardt Ag
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title APPAREIL MAGNETIQUE A INDUCTION POUR LA MESURE D'UN DEBIT
D'ECOULEMENT D'UN LIQUIDE
Abstract
_________________________________________________________________
A.APPAREIL MAGNETIQUE A INDUCTION POUR LA MESURE D'UN DEBIT
D'ECOULEMENT D'UN LIQUIDE.
B.APPAREIL CARACTERISE EN CE QUE POUR LA PRODUCTION DU CHAMP
MAGNETIQUE ALTERNATIF, SONT UTILISES LA BOBINE EXCITATRICE 2 DU
CAPTEUR DE MESURE ET UN MONTAGE DE CONNEXION DE COMMANDE 6.
C.APPAREIL APPLICABLE A LA MESURE DE DEBITS DE LIQUIDE.
Description
_________________________________________________________________
L'invention concerne un appareil magnetique a induction pour la mesure
du
debit d'ecoulement d'un liquide, alimente par une source de courant
continu, comprenant un organe recepteur avec tuyau traverse par le
liquide en ecoulement, et des moyens, comportant une bobine
excitatrice pour la production d'un champ magnetique alternatif dans
le liquide, ainsi que des electrodes sur lesquelles est prelevee une
tension de mesure
dependant du debit, produite dans le liquide -
Des appareils magnetiques a induction de mesure de
debit sont connus sous des formes de realisation diverses.
Etant donne que des mesures avec des champs a courants continus
conduisent a des erreurs importantes, on utilise des champs
alternatifs, pour lesquels, dans certains modes de construction
connus, l'organe de mesure de debit est connecte au reseau a tension
alternative disponible L'inconvenient lie a ce procede residant dans
la dependance du reseau et de la frequence fournie par celui-ci, est
evite, dans certains modes de construction en prevoyant que le
dispositif de mesure de debit est alimente a partir d'une source de
tension continue Il est alors necessaire
de prevoir des moyens qui permettent de produire un champ alter-
natif a partir de la tension continue disponible.
Dans des appareils de mesure connus, ces moyens
consistent en une bobine excitatrice ainsi qu'un redresseur al-
ternatif supplementaire special, dont le signal de sortie est une
tension alternative qui alimente la bobine excitatrice du
dispositif recepteur Le champ magnetique alternatif ainsi pro-
duit traverse le courant de liquide, et une tension de mesure
dependant du debit produite dans le liquide peut etre prelevee
sur les electrodes montees dans le tuyau d'ecoulement.
Les avantages d'un fonctionnement avec champ al-
ternatif de ce genre resident en ce que la tension de mesure est
egalement produite avec des frequences relativement elevees et qu'on
dispose en permanence d'une tension d'utilisation qui
assure une dynamique satisfaisante du processus de mesure, c'est-
a-dire que, meme des variations de courte duree et d'apparition
rapide, de la grandeur de mesure, peuvent etre captees Ceci est par
exemple important dans le cas o de tres faibles quantites de liquide
doivent etre mesurees, telles que, par exemple, dans
le cas d'operations de dosage dans des installations avec dis-
positif de dosage automatique.
Des mesures avec des champs continus connectes presentent par contre
l'inconvenient qu'un signal utilisable ne peut etre exploite que
lorsqu'un etat oscillatoire du champ produit a ete stabilise En
consequence, le signal de sortie ne peut pas etre utilise en
permanence pour la mesure Les avantages du fonctionnement avec champ
alternatif sont contre-carres par l'inconvenient resultant du fait
que, pour la production des champs alternatifs, il est necessaire,
jusqu'a maintenant, de prevoir des convertisseurs alternatifs couteux
et volumineux,
ce qui exige egalement une puissance relativement importante.
La presente invention a pour but de realiser un appareil de mesure de
debit magnetique a induction, qui puisse etre mis en service
independante du reseau de distribution a
tension alternative, et qui, en meme temps, assure, la produc-
tion d'un champ alternatif, permettant des mesures avec les avantages
mentionnes plus haut, avec des moyens nettement plus
simples et moins couteux que les modes de construction actuel-
lement connus.
L'appareil de l'invention est caracterise en ce que la production du
champ magnetique alternatif est assuree au moyen de la bobine
excitatrice du dispositif recepteur et
d'un montage de circuit de commande.
L'invention part du fait qu'il est possible d'evi-
ter la prevision d'un convertisseur alternatif supplementaire
et du transformateur ou de bobines supplementaires habituelle-
ment necessaires, si la bobine excitatrice est elle-meme uti-
lisee pour la production du champ alternatif, le montage de commande
etant alors constitue de maniere differente On peut
alors realiser un appareil unique comprenant le redresseur al-
ternatif jusqu'a maintenant necessaire et le dispositif de mesure de
debit proprement dit L'ensemble d'appareil est alors
moins couteux et de manoeuvre plus facile et il peut etre cons-
titue de telle sorte qu'il necessite une tres faible puissance.
Comme montage de commande, il est possible de prevoir un montage de
mise en circuit, dans lequel est prevu un element de connexion de
commande qui est connecte avec la bobine excitatrice ou une partie de
celle-ci Cet element de connexion de commande provoque alors, a
travers la bobine excitatrice ou une partie de celle-ci, un flux de
courant periodique d'ou
resulte un champ alternatif Comme element de connexion de com-
mande de ce genre, on peut avantageusement prevoir un transistor
utilise comme contacteur, etant declenche avec une frequence desiree
pour le champ alternatif qui provoque en consequence le
flux de courant a travers la bobine avec cette meme frequence.
Avantageusement, le montage de connexion de com- mande est realise
sous la forme d'un montage a contact oppose, qui presente deux
elements de connexion de commande dont l'un d'eux est chaque fois
raccorde a une extremite de la bobine
excitatrice, cette derniere etant pourvue d'une borne avec la-
quelle elle est raccordee a un p 8 le de la source de tension
continue, tandis que les elements de connexion sont raccordes a
l'autre p 8 ie de la source de tension continue et sontcommandes en
cadence opposee De cette maniere, le flux de courant est
alternativement raccorde, a partir de la borne, vers l'une des deux
extremites de la bobine, de telle sorte que, suivant le sens
d'enroulement et la direction du courant, il se produit, lors d'un
changement des bobines excitatrices, un changement de la polarite du
champ magnetique, et ainsi un champ alternatif,
a l'aide des bobines excitatrices et du montage de commande.
Les elements de connexion realisant la commande peuvent alors
etre a nouveau des transistors.
Avantageusement, la bobine excitatrice est raccor-
dee a un plot median de branchement a la source de tension con-
tinue L'avantage reside alors en ce que c'est chaque fois des courants
identiques qui passent a travers les moities de bobines
excitatrices formees avec le meme nombre de-spires d'enroule-
ment Ainsi, le montage est symetrique Avantageusement, les deux
moities de bobines de la bobine excitatrice sont disposees sur des c 8
tes opposes se faisant face du tuyau de passage du
liquide.
Suivant un mode de realisation particulierement
avantageux du montage de connexion a sens opposes, un condensa-
teur est connecte entre les extremites de la bobine excitatrice, ce
condensateur formant, en commun avec la bobine, un circuit oscillant
LC La frequence de ce circuit oscillant, et ainsi la frequence du
champ magnetique alternatif produit, peut etre
choisie a volonte par dimensionnement approprie du condensateur.
Les pertes du circuit oscillant produites dans le iron par la
resistance ohmique de la bobine et par le courant tourbillon-
naire sont compensees par le courant alimente par la source de courant
continu Lorsque l'allure dans le temps des courants passant a travers
les deux elements de commande du montage a sens opposes correspond
chaque fois a une demi-onde sinusoidale, le courant alimente prend
egalement une forme sinusoidale, de sorte que l'allure dans le temps
du champ alternatif produit
est egalement sinusoidale.
Si la tension de la source de tension continue est relativement
faible, comme cela est par exemple le cas lors d'emploi de batteries
d'accumulateurs, il est necessaire de
prevoir des condensateurs de tres haute capacite avec des fre-
quences utilisables En consequence, il est avantageux de pour-
voir chaque moitie de la bobine excitatrice d'un plot de prise
intermediaire auquel est raccorde un element de commande du
montage de connexion de commande Les plats de prise interme-
diaires sont alors disposes symetriquement par rapport au plot median
La tension a ces plots intermediaires peut etre choisie a une valeur
telle, qu'elle ne depasse pas ou pas notamment
la tension de la source de tension continue La tension a l'en-
semble de bobine excitatrice et au condensateur peut etre choisie par
un nombre approprie de spires d'enroulement aussi grand
qu'on le desire Mais avec un nombre croissant de spires, l'in-
ductivite croit, de sorte que, pour une meme frequence, la capacite du
condensateur est plus faible De tels condensateurs sont peu couteux et
disponibles dans le commerce La frequence du champ alternatif produit
par le condensateur et la bobine excitatrice est largement constant Un
autre avantage reside en ce que de l'energie exterieure doit etre
fournie simplement
pour compenser les pertes du circuit oscillant.
Le montage de commande peut etre realise comme un montage a
oscillateur, par exemple comme multivibrateur, de
telle sorte que la frequence du courant dans la bobine excita-
trice est dependante de la frequence du montage oscillant Mais il est
avantageux que le circuit oscillant forme par la bobine
excitatrice et le condensateur determine la frequence Le mon-
tage de commande est alors constitue, en commun avec la bobine
et le condensateur, comme un montage auto-oscillant.
Etant donne que la tension de mesure dependante
du debit circulant dans le tuyau possede des valeurs differen-
tes pour les memes quantites de debit, lorsque l'amplitude du champ
magnetique alternatif produit dans les bobines excitatrices subit des
variations, il est judicieux de prendre des mesures pour le maintien
d'un champ magnetique alternatif constant Cela peut etre realise en
prevoyant un montage a courant constant, avec lequel le courant a
travers le montage de commande et la bobine excitatrice sera maintenu
constant Il est cependant
egalement avantageux de constituer le montage de commande lui-
meme de telle sorte, qu'il maintienne constant le courant deli-
vre par la source de tension continue, couvrant les pertes du
circuit oscillant forme par la bobine excitatrice et le conden-
sateur Si les pertes sont constantes, on obtient, avec un cou-
rant constant, un champ d'amplitude constante.
L'invention est expliquee ci-apres a l'aide d'exemples avec reference
aux schemas de principe indiques dans les dessins annexes, dans
lesquels la figure 1 est un schema de principe d'un mesureur de debit
magnetique a induction conforme a l'invention,
qui fonctionne a cadence unique.
la figure 2 est un schema analogue d'un mesureur
de debit fonctionnant a contre-cadence.
la figure 3 montre un autre exemple d'un mesu-
reur de debit magnetique a induction conforme a l'invention.
la figure 3 a montre un exemple de realisation
d'un montage de commande auto-oscillant.
la figure 4 represente le principe du mesureur
de debit de la figure 3.
Dans la figure 1, est representee une source de tension continue 1 a
l'aide de laquelle est alimente le mesureur de debit magnetique a
induction qui comprend un organe recepteur avec un tuyau 3 parcouru
par un liquide, ainsi qu'une bobine excitatrice 2 En dependance d'un
champ alternatif, produit d'une maniere decrite dans la suite, regnant
sur la bobine 2 et sur la quantite de liquide traversant le tuyau 3,
on obtient, aux electrodes 14 a et 14 b, une tension de mesure UM qui
est
dependante du debit.
Conformement a l'invention, il est prevu, pour la production du champ
alternatif, la bobine excitatrice 2 du
recepteur et un montage de commande 6 Dans le mode de realisa-
tion represente dans la figure 1, la bobine excitatrice 2 est
raccordee, a la source de tension continue 1, en serie avec la
jonction collecteuremetteur d'un transistor 15 qui represente, dans ce
cas, l'element de connexion de commande, le transistor etant commande
par un donneur de cadence 16 producteur d'une frequence, de telle
sorte qu'un champ alternatif est produit
lors d'un fonctionnement a une cadence.
Dans l'exemple de realisation represente a la figure 2, sont egalement
prevus, pour la production du champ alternatif, la bobine excitatrice
2 et un montage de commande
6 Cependant, ce montage fonctionne a contre-cadence, en pre-
sentant deux elements de connexion de commande, a savoir les
transistors 15 a et 15 b, raccordes respectivement a l'une et l'autre
des extremites de l'enroulement excitateur La bobine excitatrice
presente un plot de prise median M, avec lequel elle est raccordee a
un p 8 le de la source de tension continue, dont l'autre p Ble est
applique a l'emetteur de chacun des transistors
15 a et 15 b Ainsi, a travers les transistors 15 a et 15 b respec-
tivement, une moitie 2 a ou 2 b de la bobine excitatrice est par-
courue par un courant, de sorte qu'est produit un champ alter-
natif La cadence est determinee par les donneurs de cadence 16 a et 16
b qui agissent, en fonctionnement de contre-cadences, sur
les bases B des deux transistors.
La figure 3 represente un mode de realisation avantageux Dans ce cas,
on dispose egalement d'une source de tension continue 1 avec laquelle
doit etre produit un champ alternatif Pour cela on utilise a nouveau
la bobine excitatrice 2 et un montage de commande 6, de sorte que les
redresseurs
alternatifs necessaires jusqu'a ce jour, deviennent inutiles.
La bobine 2 est raccordee a la source de tension continue par son plot
median M, la bobine etant partagee en deux moities 2 a et 2 b se
faisant face sur le tuyau 3 Les deux extremites 7 a et
7 b de la bobine excitatrice 2 sont reliees entre elles a tra-
vers un condensateur, de sorte qu'est forme un circuit oscillant LC
Sur chaque moitie de bobine 2 a et 2 b est prevu un plot de prise
intermediaire 4 a et 4 b respectivement qui relie la moitie
de bobine en question au montage de commande 6 Par l'interme-
diaire de ce montage, l'appareil est alimente avec un courant
correspondant aux pertes (de resistance ohmique de la bobine et
de courants tourbillonnaires dans le fer) du circuit oscillant.
La source de courant continu ne doit ainsi fournir une puis-
sance correspondant seulement a une faible partie de la puis-
sance apparente de la bobine excitatrice.
251 1767
Pour la realisation d'un dimensionnement approprie du circuit
oscillant, avec la frequence predeterminee qui depend de la capacite
du condensateur 5 et de l'inductivite de la bobine excitatrice, on se
heurte a la difficulte residant en ce que, dans le cas d'une tension
de bobine et de condensateur analogue a la tension d'alimentation, par
exemple egale a 24
volts, un condensateur 5 serait necessaire possedant une capa-
cite trop grande et trop couteuse Si cependant le nombre de spires
d'enroulement est accru, comme cela est le cas dans l'exemple
represente, l'inductivite croit et ainsi la valeur de
capacite du condensateur tombe en-dessous des valeurs habituel-
les d'emploi, de sorte qu'il est possible de prevoir des conden-
sateurs relativement plus petits et peu couteux La tension aux plots
de prise intermediaires 4 a et 4 b est maintenant identique a la
tension d'alimentation, par exemple 24 volts, et la tension
aux deux extremites de la bobine, et par consequent au conden-
sateur 5, est nettement plus elevee.
Grace au montage de commande 6, on obtient pour le courant alimente,
une allure de variation sinusoidale Ce courant peut etre amene avec
une frequence independante de la frequence du circuit oscillant LC
Cependant il est avantageux que la frequence soit determinee par le
circuit oscillant forme par la bobine excitatrice 2 et le condensateur
5 Le montage de commande est alors constitue, en commun avec la bobine
et le condensateur, comme un montage auto-oscillant, comme le montre
la figure 3 a Dans ce montage interviennent deux transistors
8 et 9 qui sont relies chacun respectivement, par leur collec-
teur, aux plots de prise intermediaires 4 a et 4 b, ainsi que, a
travers la resistance respective 10 ou 11 a la base de l'autre
transistor Le montage oscillant ainsi constitue oscille avec la
frequence du circuit oscillant LC et sert a l'amenee d'un courant
compensant les pertes du circuit oscillant, a partir
de la source de tension continue 1.
Le meme principe de construction de l'exemple de la figure 3 est
visible pour l'exemple represente dans la figure 4 On voit clairement
que la bobine excitatrice 2 forme, en commun avec le condensateur 5,
un circuit oscillant, qui est auto-oscillant, auquel cas le champ
magnetique est produit en majeure partie par le courant du circuit
oscillant Les pettes du circuit oscillant sont compensees par
l'enroulement 18 cqui est relie, en cadence, par le montage de
commande 6, avec la source de tension continue 5 Dans l'exemple
represente dans la figure 3, l'enroulement 18 est forme par la bobine
excitatrice
2, entre le plot de prise median M et le plot de prise inter-
mediaire 4 a ou 4 b respectivement.
A l'aide du montage a courant constant 12 repre-
sente dans la figure 3, le courant a travers le montage de com-
mande 6 est regle pour etre constant, ce qui est une condition
permanente pour la production du champ alternatif, de telle
sorte que la tension de mesure UM n'a plus besoin d'etre corri-
gee en fonction de variations eventuelles du champ alternatif, ce qui
a pour resultat une simplification de l'ensemble Le montage de
commande 6 lui-meme peut cependant etre constitue de telle maniere
qu'il maintienne constant le courant preleve sur la source de tension
continue Si les pertes du circuit oscillant sont constantes, on
obtient, avec un courant constant, egalement
un champ alternatif d'amplitude constante.
Dans le cas o le montage a courant constant ci-
dessus 12 ne serait pas prevu, il serait necessaire de capter les
variations du champ alternatif, par un signal de reference UR, obtenu
par une bobine supplementaire 17 dependante du champ alternatif
produit, dans les bobines excitatrices 2 Dans un convertisseur 13 la
tension de mesure UM pourrait alors etre corrigee en correspondance
avec cette tension de reference U Rt
de maniere a obtenir le signal utile UN.
La constitution conforme a l'invention d'un appa-
reil de mesure de debit magnetique a induction presente l'avan-
tage de ne necessiter aucun redresseur alternatif supplementaire,
car le champ alternatif est obtenu seulement par la bobine exci-
tatrice 2 et le montage de commande 6, de telle sorte que peu-
vent etre obtenues des frequences desirees Avec le mode de realisation
suivant la figure 3, on obtient en outre l'avantage d'une tres faible
consommation de puissance dans le dispositif recepteur Grace a une
regulation de courant, on peut egalement obtehir un champ alternatif
constant de forme sinusoidale, de
sorte que d'autres domaines d'independance de la tension d'ali-
mentation effective sont atteints On dispose egalement d'un signal
utile permanent, de sorte que sont conserves tous les
avantages des mesures par champ alternatif connues, sans cepen-
dant supporter l'inconvenient de la necessite de redresseurs
alternatifs supplementaires.
Claims
_________________________________________________________________
R E V E N D I C A T I O N S
) Appareil magnetique a induction pour la
mesure de debits d'ecoulement, alimente par une source de ten-
sion continue ( 1), avec un dispositif capteur comprenant un tuyau (
3) traverse par un courant de liquide, et des moyens, comportant une
bobine excitatrice ( 2), pour la production d'un champ magnetique
alternatif dans le liquide, ainsi que des electrodes ( 14 a, 14 b) sur
lesquelles est prise une tension de mesure, dependant du debit,
produite dans le liquide, appareil caracterise en ce que pour la
production du champ magnetique alternatif, sont utilises la bobine
excitatrice ( 2) du capteur
de mesure et un montage de connexion de commande ( 6).
2 ) Appareil suivant la revendication 1, caracte-
rise en ce que le montage de commande ( 6) comprend un element de
connexion ( 15) assurant la commande, qui est monte en serie
avec la bobine excitatrice ( 2) ou une partie de celle-ci.
) Appareil suivant la revendication 1, caracte-
rise en ce que le montage de commande ( 6) comprend deux elements de
connexion ( 15 a, 15 b) dont chacun est raccorde a une extremite de la
bobine excitatrice ( 2), laquelle est pourvue d'un plot de prise (M),
avec lequel elle est raccordee a un pole de la source de tension
continue ( 1), les elements de connexion ( 15 a, 15 b)
etant relies a l'autre p 8 le de la source ( 1).
4 ) Appareil suivant la revendication 3, caracte-
rise en ce que la bobine excitatrice ( 2) est raccordee par un
plot de prise median (M) a la source de tension alternative ( 1).
) Appareil suivant l'une quelconque des reven-
dications 1 a 4, caracterise en ce que les elements de connexion
assurant la commande sont constitues par des transistors ( 15,
15 a, 15 b).
6 ) Appareil suivant l'une quelconque des reven-
dications 1 a 5, caracterise en ce que le montage de commande
comprend des moyens ( 16) pour la production d'une frequence.
7 ) Appareil suivant l'une quelconque des reven-
dications 1 a 6, caracterise en ce que la bobine excitatrice ( 2)
comprend deux moities de bobine ( 2 a, 2 b) qui sont disposees
sur des cotes diametralement opposes du tuyau ( 3).
) Appareil suivant l'une quelconque des reven-
dications 1 a 7, caracterise en ce que le nombre de spires est
identique dans les deux moities de bobine ( 2 a, 2 b).
9 ) Appareil suivant l'une quelconque cations 1 a 8, caracterise en ce
qu'un condensateur connecte entre les extremites ( 7 a, 7 b) de la
bobine ( 2). cations 1
des revendi-
( 5) est excitatrice
) Appareil suivant l'une quelconque des revendi-
a 9, caracterise en ce que chaque moitie ( 2 a, 2 b) de la bobine
excitatrice ( 2) est pourvue mediaire ( 4 a, 4 b) auquel est raccorde
de connexion de commande d'un circuit
a cadences opposees.
11 ) Appareil suivant la rise en ce que le montage de commande tage
oscillant commande par puissance 12 ) Appareil suivant la rise en ce
que le montage de commande oscillant.
d'un plot de prise inter-
chaque fois un element de commande fonctionnant
revendication 10, caracte-
est constitue par un mon-
exterieure.
revendication 10, caracte-
est un montage auto-
13 ) Appareil suivant la revendication 12, caracte-
rise en ce que le montage oscillant comprend deux transistors ( 8, 9)
dont chacun des collecteurs est raccorde a un plot de prise
intermediaire ( 4 a, 4 b) et, a travers une resistance ( 10,
11) a la base de l'autre transistor.
14 ) Appareil suivant l'une quelconque des revendi-
cations 1 a 13, caracterise par un montage a courant constant ( 12)
avec lequel le courant passant a travers le montage de
commande ( 6) et la bobine excitatrice ( 2) est maintenu constant.
) Appareil suivant l'une quelconque des revendi-
cations 1 a 14, caracterise en ce que le montage de commande
( 6) constitue lui-meme le moyen de maintien constant du courant.
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