Dispositif indicateur d'une grandeur relative à un fluide,
notamment du niveau de ce fluide dans un récipient
La présente invention a pour objet un dispositif indicateur d'une grandeur relative à un fluide, notamment du niveau de ce fluide dans un récipient, dispo- sitif dans lequel un tube en une matière non magnétique contient un organe magnétique déplaçable axialement le long de L'axe de oe tube et dans lequel le flux magnétique dudit organe, en se déplaçant avec ce dernier, entraîne la rotation d'un élément indicateur autour d'un axe parallèle au tube.
I1 a déjà été proposé de déterminer la condition d'un fluide à l'intérieur d'un récipient scellé et de transmettre cette information à l'extérieur de celui-ci en utilisant des aimants et des éléments magnétiques entraînés, un élément étant placé à l'intérieur du récipient et changeant de position avec les variations dans le fluide, l'autre étant situé à l'extérieur et étant accouplé magnétiquement au premier pour suivre et indiquer ces mouvements.
Dans un tel accouplement, il est habituellement essentiel que l'organe entraîné maintienne toujours un engagement positif avec l'organe entraîneur et atteigne de façon précise et aisée une position coïncidant avec l'organe entraîneur malgré des variations rapides dans la position de cet organe. I1 est également désirable que les organes entraîneur et entraîné restent accouplés de façon active sur un grand écart de déplacement.
De plus, dans tout dispositif de mesure de fluide, le mécanisme doit tre robuste pour un fonctionnement sûr, et facilement démontable pour l'entretien et le nettoyage, sans qu'il nécessite néanmoins une surveil- lance constante et un entretien comme cela serait le cas si le mécanisme était de telle nature qu'il soit fréquemment encrassé ou bouché par du tartre ou autre dépôt comme cela est fréquemment le cas pour différents fluides.
Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients et est caractérisé en ce que l'organe dans le tube est un aimant permanent de forme cylindrique dont la longueur est plus grande que le diamètre, de façon à engendrer des lignes de force s'étendant en majeure partie axialement, et en ce que l'élément indicateur a une longueur égale à plusieurs fois celle de l'aimant et comprend une bande de matière magnétique présentant une surface hélicoïdale, ou un ensemble de fils en matière magnétique enroulés en hélice, la position angulaire de l'élément indicateur autour de son axe variant selon la position axiale de l'aimant du fait que ladite surface en matière magnétique, ou ledit ensemble de fils, tend à présenter au flux extérieur de l'aimant un chemin à réluctance magnétique minimum,
ledit chemin étant constitué par la portion d'hélice de ladite surface magnétique, ou dudit ensemble de fils, d'une longueur axiale sensiblement égale à la longueur de l'aimant, qui vient se placer en regard de ce dernier, le tout de façon que la position angulaire de l'élément indicateur constitue une indication précise de la position axiale de l'aimant.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif faisant l'objet de la présente invention.
La fig. 1 est une vue en élévation latérale, partiellement en coupe, de cette forme d'exécution.
La fig. la est une vue en plan d'un détail de la fig. 1.
La fig. 2 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la fig. 1 montrant le dessin du champ magnétique.
Les fig. 3 et 4 sont des vues en élévation latérale partiellement en coupe de variantes d'éléments entraînés.
En se référant à la fig. 1, la forme d'exécution représentée comprend une enveloppe 10 destinée à contenir les divers éléments et agencée de manière à tre supportée par un tube d'appareil de mesure ou analogue 11 contenant un fluide (non représenté) dont le niveau ou autre condition doit tre déterminé de façon continue et indiqué par la position angulaire d'une aiguille 12 mobile sur un cadran horizontal 13, en forme d'arc de cercle.
A l'intérieur de l'enveloppe 10 est monté un récipient cylindrique vertical 14 allongé et de construction étanche présentant une embouchure à sa base s'ouvrant dans le tube 1 1 mais scellé par des moyens appropriés par rapport au reste de l'enve- loppe 10. Une tige 15 s'étend dans le récipient 14 et porte à son extrémité supérieure un barreau aimanté cylindrique 16, son extrémité inférieure passant dans le tube 11 et étant reliée à un flotteur ou autre dispositif (non représenté) qui peut se déplacer vers le haut et vers le bas avec les changements de niveau ou autres conditions du fluide à contrôler.
Il est évident que la tige 15, en se déplaçant d'un mouvement de va-et-vient dans ou hors du cylindre 14 suivant les variations du fluide, déplace l'organe entraîneur 16 constitué par un aimant permanent, vers le haut et vers le bas suivant un mouvement rectiligne à l'intérieur du cylindre 14. Une butée 17 est portée par la partie inférieure de la tige 15 dans le tube 11 pour limiter son déplacement vers le haut dans le cylindre 14.
Un élément rotatif 18 en forme d'hélice est placé à l'extérieur du cylindre 14 mais à proximité de celui-ci, cet élément étant monté dans des paliers 19 et 20 pour tourner librement autour d'un arbre 24 dont l'axe 21 est parallèle à l'axe du cylindre 14 comme représenté. L'hélice 18 est formée par une bande mince de matière magnétique telle que du fer doux ou autre, et peut tre portée par un cylindre 22 en une matière non magnétique qui porte l'aiguille indicatrice 12 entraînée avec celui-ci à l'aide d'un bras de support radial 23 fixé sur l'extrémité supé rieure de l'arbre 24. La rotation de l'hélice 18 autour de son axe 21 déplace de façon correspondante l'aiguille 12 sur le cadran 13 indiquant ainsi le degré de rotation.
Comme l'aimant entraîneur 16 est déplacé d'un mouvement de va-et-vient dans le cylindre étanche 14 en réponse à des variations apparaissant dans le fluide, l'attraction magnétique entre l'aimant et l'hélice 18 magnétiquement sensible fait tourner cette hélice de telle sorte que son bord 25 dans une position longitudinale correspondant à celle de l'aimant soit le plus rapproché dudit aimant. Puisque le bord 25 de l'hélice est tordu de façon continue et régulière autour de son axe longitudinal 21, l'hélice ne peut prendre qu'une seule position de rotation différente pour chaque position verticale différente de l'aimant 16. Par conséquent, lorsque l'aimant 16 est soulevé ou abaissé, l'hélice 18 se place dans une position angulaire différente pour chaque position verticale de l'aimant comme si les deux organes étaient entraînés par un mécanisme à pignon et à crémaillère.
La fig. 2 montre les lignes de force magnétique 26 de l'aimant 16 pénétrant dans l'hélice 18 et se déplaçant à travers celle-ci dans une direction sensiblement parallèle à l'axe de l'hélice 21 sur la majeure partie de leur longueur. Lorsque l'aimant 16 est déplacé d'un mouvement de va-et-vient le long de l'hélice, le mouvement de ces lignes se fait également dans la direction de leur longueur. Ceci présente des avantages importants en ce qui concerne l'entraînement magnétique direct et sûr ainsi que la gamme étendue des déplacements de l'aimant entraîneur pouvant tre suivi par l'hélice. De plus, il est évident que les éléments sont simples et économiques à fabriquer et à assembler, l'entretien ultérieur ainsi que le nettoyage étant également facilités.
Si l'on ne considère pas d'une façon rigoureuse la nature de l'accouplement magnétique destiné à réaliser ces avantages, les lignes de flux magnétique 26 peuvent tre comparées à une série de bandes de caoutchouc qui peuvent tre tendues, tordues ou déformées d'une autre manière mais qui ont toujours tendance à reprendre leur forme initiale. Ces lignes de flux obéissent également à la règle bien connue du magnétisme, de toujours chercher à suivre le trajet de réluctance magnétique la plus faible, et dans le dispositif décrit ces lignes se déplacent avec leur longueur maximum traversant l'hélice.
Par conséquent, si l'hélice n'était pas dans la position de rotation correcte pour une position verticale donnée de l'aimant, son bord 25 n'étant pas directement en face de l'aimant, les lignes de flux passant à travers l'hélice seraient déformées et exerceraient une force tendant à faire tourner l'hélice dans sa position correcte pour éliminer cette déformation. En outre, malgré la valeur de la déviation de position entre l'organe entraîneur et l'organe entraîné, la disposition parallèle des éléments permet d'assurer de façon permanente que les lignes de flux passent à travers une longueur importante de l'hélice de sorte que celle-ci est toujours entraînée en rotation vers sa position corrigée et que ces éléments ne peuvent pas perdre le contact magnétique.
En outre, étant donné que le trajet de l'aimant se fait le long de l'organe entraîné et toujours à la mme distance de l'axe 21 de cet organe entraîné, l'écart de déplacement de l'aimant n'est limité que par la longueur du cylindre 14 et de celle de l'hélice 18, les deux pouvant tre modifiées à volonté pour répondre aux exigences du dispositif à fluide.
Les proportions des diverses parties du dispositif sont choisies de préférence de telle manière que le tronçon de l'hélice qui produit de l'effet soit tordu d'un peu moins de 90o, par exemple 850. Ceci peut tre réalisé en réglant la position de la butée 17 de manière que l'écart de mouvement de t'aimant 16 soit limité à une distance selon laquelle l'hélice 18 décrit moins de 900 de torsion. Avec cette disposition, il est impossible que l'aimant et l'organe entraîné soient décalés de 1800 ou 3600.
Les fig. 3 et 4 montrent des variantes d'hélices entraînées du dispositif décrit. Dans la fig. 3, l'organe entraîné comprend un tambour 27 en une matière non magnétique contenant une bande plate 28 en fer, acier ou autre matière sensible magnétiquement, enroulée autour de la surface extérieure du tambour 27 pour former une hélice autour de son axe longitudinal 29 comme représenté. Dans la fig. 4, l'organe entraîné est également un tambour ou autre organe cylindrique 30 d'axe 33 mais l'hélice est formée à l'aide de deux ou trois fils métalliques 31 et 32 en une matière magnétique autour de sa surface extérieure. Dans ces deux variantes les éléments restants de l'accouplement magnétique sont les mmes qu'à la fig. 1 et portent les mmes chiffres de référence.
Le fonctionnement est également le mme puisque l'aimant et l'organe entraîné sont déplacés le long de leurs axes parallèles, les lignes de force sont engendrées dans une direction sensiblement parallèle à ces axes et ces lignes sont déplacées dans la direction de leur longueur avec le mouvement de l'aimant entraîneur 16 comme à la fig. 1.
Pour incorporer le dispositif décrit dans un appareil de commande automatique réglant le fluide dans le tube 11, il suffit de convertir la position de rotation de l'élément entraîné en forme d'hélice 18 en un signal pneumatique ou électrique suffisant pour actionner une soupape de commande ou autre mécanisme. Ceci peut tre aisément réalisé en fixant une came ou un levier 34 à l'arbre 24 de l'hélice pour qu'il tourne avec celui-ci comme représenté à la fig. 1. Des moyens (non représentés) de transmission pneumatique ou électrique peuvent alors fournir le signal de sortie nécessaire en repérant la position de la came de la manière connue de l'homme du métier.
Dans le dispositif décrit, la disposition particulière des éléments et de leur fonctionnement offre bien des avantages du point de vue constructif sans compter les avantages relatifs au fonctionnement magnétique de l'accouplement. Par exemple, seul l'aimant 16 est enfermé dans un cylindre étanche 14 tandis que l'hélice entraînée conjointement avec l'aiguille 12 et le cadran indicateur 13 sont à la pression atmosphérique. Cette disposition élimine la nécessité de faire intervenir un joint étanche pouvant s'abîmer entre un organe entraîné et un organe indicateur comme cela serait nécessaire si l'hélice entraînée était enfermée dans un cylindre étanche.
De plus, l'aimant entraîneur 16 est d'une construo tion extrmement simple, de préférence un simple barreau aimanté comme représenté, qui se déplace d'un mouvement de va-et-vient dans un cylindre creux 14 à la manière d'un piston. Ceci se distingue en particulier des dispositifs utilisant des chambres étanches de forme spéciale pour loger des aimants en forme de fer à cheval ou autres aimants asymétriques de mme que la difficulté de placer et d'équilibrer de tels éléments magnétiques asymétriques pendant leur mouvement alors que l'on maintient la distance entre l'aimant et l'organe entraîné constante pendant ce mouvement.