FR2590668A1 - Circuit de protection pour la bobine d'induction d'un debitmetre a induction magnetique - Google Patents
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Abstract
Un circuit de protection pour une bobine d'induction 1 d'un débitmètre à induction magnétique permet de disposer cette bobine dans une région menacée d'explosions. La bobine d'induction 1 est reliée de façon fixe à un circuit d'absorption de courant 21, 121 qui la shunte et qui comprend deux intégrateurs Miller. Dans les conducteurs d'amenée 3, 4 est monté un circuit limiteur de courant en deux parties 7, 107. En fonction du sens du courant, des parties du circuit d'absorption de courant et du circuit limiteur de courant sont rendues respectivement inactives par des diodes de dérivation 10, 11, 24, 25, 110, 111, 124, 125. (CF DESSIN DANS BOPI)
Description
Circuit de protection pour la bobine d'induction d'un débitmètre à
induction magnétique.
L'invention concerne un circuit de protection pour la bobine d'induction alimentée en impulsions de courant alternatives d'un
débitmètre à induction magnétique.
Les débitmètres à induction magnétique, tels qu'ils sont connus par exemple par le DE-OS 34 01 377, fonctionnent selon le principe selon lequel est produit un champ magnétique d'importance définie et la tension induite dans le fluide qui s'écoule est mesurée
transversalement au champ magnétique.
Dans ce but, les impulsions positives et négatives de courant alternatif sont appliquées à la bobine d'induction avec une valeur prédéterminée. Les impulsions peuvent être séparées les unes des autres par un passage par zéro et/ou présenter une pause entre elles. La mesure a lieu chaque fois à la fin de l'impulsion, après que tous les phénomènes de transfert ont été amortis. A titre d'exemple, la polarité du courant s'inverse de huit à dix fois par seconde. La bobine d'induction présente une inductance de par exemple 100 à 600 mHy. Le courant d'excitation est de l'ordre de grandeur de + 0,1 à 0,2 A. Si pendant le fonctionnement d'un tel débitmètre le conducteur d'amenée est interrompu, par exemple par déconnexion d'une prise mâle, il en résulte à la position d'interruption, du fait de l'inductance de la bobine, une tension élevée qui peut provoquer un jaillissement d'étincelles. Ceci a lieu notamment quand les conducteurs d'amenée forment d'abord un court-circuit puis sont à nouveau séparés, ainsi que cela est le cas quand les conducteurs sont sectionnés par mégarde par une tenaille. Dans ce cas, et en raison de la faible distance séparant les conducteurs d'amenée, de petites surtensions suffisent pour provoquer la formation d'une étincelle. De ce fait, il n'était pas possible de disposer un débitmètre à induction magnétique dans une
région menacée par des explosions.
L'invention a pour but de proposer un circuit de protection du type décrit dans le préambule et permettant d'utiliser un débitmètre à
induction magnétique également dans des espaces menacés d'explosions.
Selon l'invention, ce but est atteint du fait que la bobine d'induction est reliée de façon fixe à un circuit d'absorption de courant qui la shunte, comprenant deux intégrateurs Miller dont, en fonction du sens du courant, l'un est actif et l'autre est rendu inactif par une diode de dérivation, et du fait qu'un circuit limiteur de courant à deux parties est monté dans les conducteurs d'amenée dans la région qui n'est pas menacée par des explosions, dont, en fonction du sens du courant, une partie est active et l'autre partie est rendue
inactive par une diode de dérivation.
Quand il y a interruption des conducteurs d'amenée et en raison de celui des intégrateurs Miller qui est actif, le circuit d'absorption de courant se comporte d'abord comme un parcours de court-circuit pour la bobine d'induction puis, en fonction de la charge du condensateur appartenant à l'intégrateur Miller, condensateur qui commande de façon progressive l'agencement à transistor associé pour l'amener à l'état non conducteur, passe à une valeur ohmique élevée. La dépendance de ces dispositifs vis-àvis du temps peut être établie sans difficultés de manière qu'il n'y ait pas de surtension perturbatrice apparaissant à la position de la coupure. De toute manière, le circuit d'absorption de courant constitué pour les deux sens du courant agit également comme un court-circuit quand la polarité des impulsions de courant change. C'est pour cette raison qu'est prévu le circuit limiteur de courant qui permet d'être certain que le générateur de courant n'est pas surchargé par ce court-circuit. Comme ces phénomènes apparaissent au début de l'impulsion de courant, aucune influence n'est exercée sur la mesure proprement dite qui a lieu à la fin de l'impulsion. Les diodes de dérivation ont pour fonction de rendre les circuits actifs de la même
manière pour les deux polarités des impulsions de courant.
Il est particulièrement avantageux que les deux intégrateurs Miller comprennent un condensateur commun. Ceci ne constitue pas seulement une économie de matériel. En fait, avec un condensateur relativement petit, on peut obtenir désormais une durée de court-circuit qui suffit à l'amortissement du courant de la bobine, car ce condensateur, en cas de rupture de conducteur d'amenée, commence par se décharger puis doit se charger en sens inverse pour commander
l'agencement à transistor associé.
Selon un mode de réalisation avantageux, il est fait en sorte que les parcours collecteur-émetteur de deux agencements à transistor du circuit d'absorption de courant forment un premier circuit série, présentent un sens de parcours inverse l'un par rapport à l'autre, et soient respectivement shuntés par une diode de dérivation conductrice en sens contraire, et que les bases des agencements à transistor soient appliquées aux prises d'un second circuit série constitué par une première résistance, une seconde résistance en série avec un condensateur et une troisième résistance, et qui shunte la bobine d'induction de la même manière que le premier circuit série. Ceci permet d'obtenir un dispositif symétrique très simple. Grâce à l'association des diode de dérivation aux agencements à transistor respectifs, on peut facilement obtenir que le circuit d'absorption de
courant soit actif dans les deux sens.
En outre, il est avantageux de monter en parallèle deux circuits d'absorption de courant. Cette double sécurité permet de classer le circuit de protection dans une catégorie de qualité élevée qui garantit que même lorsqu'un composant de circuit est défaillant, sa capacité de
fonctionnement n'est pas mise en cause.
Il est avantageux que dans le circuit limiteur de courant les parcours collecteur-émetteur de deux agencements à transistor soient montés en série l'un par rapport à l'autre et avec au moins une résistance de mesure de courant, dont les sens de passage sont inverses l'un par rapport à l'autre et qui sont respectivement shuntés par une diode de dérivation qui est passante en sens inverse, et que la chute de tension de la résistance de mesure de courant commande l'agencement à transistor qui est respectivement actif. Dans ce cas également et grâce à l'association de la diode de dérivation à l'agencement à transistor respectif, on obtient également facilement que le circuit limiteur de courant soit actif pour des impulsions de courant positives
et négatives.
Les deux parties du circuit limiteur de courant peuvent comprendre une résistance de mesure de courant commune. Ceci permet de réduire le
nombre des résistances.
Il est particulièrement avantageux que le circuit limiteur de courant comprenne également un limiteur de montée du courant. Ceci peut être obtenu par exemple à l'aide d'un condensateur se chargeant au début de l'impulsion, qui commande de façon croissante un agencement à transistor pour l'amener à l'état conducteur quand il y a montée de la tension. Si au début de l'impulsion de courant le circuit d'absorption de courant agit comme un court-circuit, le courant ne peut augmenter que selon une fonction montante prédéterminée. Quand la valeur finale du limiteur de courant est atteinte, le circuit d'absorption de courant est aussi déjà arrivé approximativement à sa valeur ohmique finale élevée. On obtient un mode -de réalisation particulièrement simple quand chaque agencement à transistor est associé à un transistor de commande dont le parcours baseémetteur est parallèle à la résistance de mesure de courant, dont le parcours collecteur-émetteur est shunté par un condensateur et dont le collecteur est relié à la base de l'agencement
à transistor et par l'intermédiaire d'une résistance à son collecteur.
Le condensateur a pour fonction de réaliser la montée progressive du
courant qui est désirée.
Avantageusement, on prévoit dans chacun des deux conducteurs
d'amenée un circuit limiteur de courant en deux parties respectif.-
Lorsque l'un est défaillant, l'autre reste actif.
Il est en outre avantageux que la tension entre les conducteurs d'amenée dans la région qui n'est pas menacée d'explosions soit limitée par un circuit limiteur de courant actif dans les deux sens. Le circuit limiteur de courant peut être constitué par exemple par des diodes Zener. Avantageusement, les agencements à transistor comprennent chacun deux transistors formant un circuit Darlington et constituant ensemble et avec la diode de dérivation associée un circuit intégré. De tels circuits intégrés sont disponibles dans le commerce et donc faciles à incorporer dans le circuit. En particulier, le circuit intégré peut également comprendre les résistances entre base et émetteur des deux transistors, et celles-ci peuvent former la première et la troisième
résistances du second circuit série.
L'invention va maintenant être expliquée plus en détail à l'aide d'un mode de réalisation préféré et représenté sur le dessin annexé dans lequel: la figure 1 est un schéma par blocs du circuit de protection selon l'invention, la figure 2 est un diagramme montrant l'impulsion de courant appliquée à la bobine d'induction, la figure 3 est un diagramme montrant une impulsion de courant transformée, la figure 4 représente un mode de réalisation du circuit limiteur de courant, la figure 5 représente un mode de réalisation du circuit d'absorption de courant, et la figure 6 représente un circuit intégré pouvant être utilisé
selon l'invention.
Selon la figure 1, une bobine d'induction 1 d'un débitmètre à induction magnétique est alimentée alternativement par des impulsions de courant positives et négatives. Les impulsions peuvent se suivre directement les unes les autres (figure 2) ou former une pause lorsqu'elles passent par zéro (figure 3). Les impulsions individuelles ont par exemple une durée de 60 ms et une amplitude de 125 mA; la pause peut également être de 60 ms. La liaison d'un circuit d'alimentation de courant 2 a lieu au moyen de deux conducteurs d'amenée 3 et 4. La bobine d'induction 1 est montée dans une région 5 menacée d'explosions, alors que le circuit d'alimentation de courant 2 est disposé dans une
région 6 qui n'est pas menacée d'explosions.
Dans le conducteur d'amenée 3 est monté un circuit limiteur de courant 7 constitué par deux parties 8 et 9, qui peuvent être rendues respectivement inactives en fonction du sens du courant par une diode de dérivation 10 ou 11. Un circuit limiteur de courant correspondant 107 comprenant les parties 108 et 109, chacune étant shuntée par une diode de dérivation 110 ou 111, est monté dans le conducteur d'amenée 4. Entre les conducteurs d'amenée 3 et 4 sont montés deux dispositifs limiteurs de tension 12 et 112. Ceux-ci sont situés, comme les circuits limiteurs de courant 7 et 107 dans la région non menacée d'explosions 6. Le conducteur d'amenée 3 s'étend donc de ce fait entre les bornes 13 et 14, et le conducteur d'amenée 4 entre les bornes 15 et 16. Les bornes 17 et 18 de la bobine 1 sont reliées de façon amovible par des câbles 19 et 20 aux bornes 14 et 16 et de façon fixe à deux circuits d'absorption de courant 21 et 121. Chaque circuit d'absorption de courant est constitué par deux intégrateurs Miller 22, 23 ou 122, 123 qui peuvent être chacun rendus inactifs par une diode de dérivation 24
et 25 ou 124 et 125, en fonction du sens du courant.
Les circuits limiteurs de courant 7 et 107 ainsi que les circuits limiteurs de tension 12 et 112 peuvent avoir la forme présentée à la figure 4. Entre les bornes 13 et 14 sont montés en série une résistance de mesure de courant R1 et l'espace collecteur-émetteur de deux agencements à transistor Tl et T2. Ces parcours collecteur-émetteur présentent un sens de parcours en sens contraire l'un par rapport à l'autre et sont shuntés par les diode de dérivation 10 ou 11 qui sont conductrices en sens inverse. Un transistor de commande T3 est monté par son parcours base-émetteur parallèlement à la résistance de mesure de courant R1. Son espace collecteur-émetteur est shunté par un condensateur C1. Son collecteur est relié à la base de l'agencement à transistor T1, et à son collecteur par l'intermédiaire-d'une résistance R2. De manière analogue, on prévoit un transistor de commande T4 dont l'espace base- émetteur est parallèle à la résistance de mesure de courant Rl, dont l'espace collecteur-émetteur est shunté par un condensateur C2 et dont le collecteur est relié à la base de l'agencement à transistor T2 et à son collecteur par l'intermédiaire d'une résistance R3. Le circuit limiteur de courant 108 a la même constitution. Dans son cas, les références utilisées sont augmentées de 100. Le circuit limiteur de tension 12 est constitué par deux diodes
Zener Zl et Z2 montées en série, qui sont conductrices en sens inverse.
De manière analogue, le circuit limiteur de tension 112 est constitué
par deux diodes Zener Z101 et Z102.
A la figure 5 est représenté un mode de réalisation de la tête de mesure disposée dans la région 5 menacée d'explosions, comprenant la bobine d'induction 1 qui est constituée dans ce cas par deux bobines individuelles montées en série la et lb, figure sur laquelle on peut voir également les deux circuits d'absorption de courant 21 et 121. Le circuit d'absorption de courant 21 comprend deux transistors T5 et T6, dont les espaces collecteur-émetteur forment un circuit série, présentent un sens de parcours en sens inverse et qui sont chacun shuntés par une diode de dérivation 24 ou 25. Les bases des agencements à transistor sont reliées aux prises 26 et 27 formées par un second circuit série constitué par une première résistance R4, une seconde résistance R5 en série avec un condensateur C3 et une troisième résistance R6. Le circuit d'absorption de courant 121 est de même constitution. Ainsi, deux intégrateurs Miller fonctionnant en sens inverse sont constitués dans chaque circuit d'absorption de courant, et ils comprennent un condensateur d'intégration commun C3. Si par exemple une tension positive est appliquée à la borne 17, un court-circuit se forme pratiquement par l'intermédiaire de ladiode de dérivation 24 et de l'espace collecteur-émetteur d'un agencement à transistor T6. Mais dans le même temps, le condensateur C3 se charge par l'intermédiaire du second circuit série et la baisse de tension diminue par l'intermédiaire de la résistance R6, ce qui fait que l'agencement à transistor T6 se bloque après une courte durée et l'ensemble du circuit d'absorption de courant passe à une valeur ohmique élevée. Le principe de Miller repose sur le fait qu'avec un condensateur d'intégration relativement petit C3, on commande un courant d'intégration sensiblement plus important. Lorsqu'une tension agit en sens inverse, le premier courant de dérivation passe par la diode de dérivation 25 et
le parcours collecteur-émetteur de l'agencement à transistor T5.
A la figure 6 est montré un circuit intégré 28 disponible dans le commerce, qui comprend deux transistors T7 et T8 montés en formant un circuit Darlington, une diode D et deux résistances entre base et émetteur R7 et R8. Ce circuit 28 peut être utilisé à la place des combinaisons indiquées par des tiretés aux figures 4 et 5 et qui sont constituées par un agencement à transistor et une diode associée. Par un choix approprié des données du circuit, on peut même éliminer les première et troisième résistances R4 et R6 du second circuit série, du fait qu'elles sont remplacées respectivement par les résistances R7, R8. On supposera que le câble 19 est interrompu en fonctionnement normal et pendant une impulsion de courant positive. Le courant passant dans la bobine d'induction 1 a alors tendance à continuer de passer en utilisant le parcours de dérivation passant par la diode de dérivation et le parcours collecteur-émetteur de l'agencement à transistor T5 (ceci valant également pour le second circuit d'absorption de courant 121). Le condensateur C3 qui était précédemment chargé positivement se décharge par la bobine 1 et se charge ensuite en sens contraire. La chute de tension baisse alors dans la résistance R4 jusqu'à ce que finalement l'agencement à transistor T5 se bloque. Tout ceci a lieu sans montée sensible de la tension entre les bornes 17 et 18, ce qui fait qu'aucune surtension provoquant la formation d'étincelles n'apparalt dans la position de l'interruption. Si l'interruption a lieu pendant une impulsion de courant négative, le circuit d'absorption de courant fonctionne de la même manière. Ce qui est différent est que dans ce cas le parcours du court-circuit passe par la diode de
dérivation 24 et l'agencement à transistor T6.
Il est vrai que le circuit d'absorption de courant 21 ou 121 forme un court-circuit quand il y a inversion de la polarité du courant. Ce courtcircuit chargerait de façon inadmissible le circuit de commande de courant 2, ce que l'on évite au moyen des circuits limiteurs de courant 7 et 107. Quand une impulsion de courant positive doit être appliquée, elle passe par le parcours collecteur-émetteur de l'agencement à transistor T1, la résistance de mesure de courant R1 et la diode de dérivation 11 pour parvenir à la bobine d'induction 1 et par le parcours collecteur-émetteur de l'agencement à transistor T102, la résistance de mesure de courant R101 et la diode de dérivation 110 en retour vers le circuit de commande de courant 2. Le condensateur C1 qui se charge d'abord progressivement limite la montée du courant. Le courant passant par l'agencement à transistor T1 n'atteint donc pas sa valeur finale immédiatement, mais seulement après un certain temps. Ce dernier est déterminé de manière qu'entre temps le condensateur C3 du circuit d'absorption de courant 21 se charge et que ce circuit passe à une valeur ohmique élevée. Pendant la poursuite du fonctionnement, l'agencement à transistor T1 est amené par l'intermédiaire du transistor de commande T3 et par la chute de tension au niveau de la résistance de mesure de courant R1 à une valeur d'amplitude désirée qui est par exemple de 125 mA. Cette valeur limite du courant est également maintenue en cas de court-circuit. Dans de nombreux cas, le dispositif de limitation suffit pour que le courant de court- circuit soit maintenu à un faible niveau lors de la charge de l'intégrateur Miller. La même fonction est remplie par l'agencement à transistor T102 du second circuit limiteur de courant 107. Quand il y a une impulsion de courant négative, le courant passe par le parcours collecteur-émetteur de l'agencement à transistor T101, la résistance de mesure de courant R101, la diode de dérivation 111, la bobine d'induction 1, le parcours collecteur-émetteur de l'agencement à transistor T2, la résistance de
mesure de courant 21 et la diode de dérivation 10.
Les fonctions du dispositif de régulation et de limitation du courant et du dispositif de régulation et de limitation de la montée du courant peuvent être également séparées l'une de l'autre. Par exemple, un régulateur de courant disponible dans le commerce peut être monté en série dans chaque partie 8, 9, 108, 109 du circuit limiteur de courant 7, 107 avec un autre transistor dont le parcours base-émetteur est
shunté par le condensateur qui se charge au début de l'impulsion.
Les diodes Zener Z1, Z2 peuvent être également montées de manière à être respectivement reliées par l'intermédiaire d'une diode dont le sens de passage est en sens contraire, à l'un des conducteurs d'amenée et d'autre part à la base d'un agencement à transistor dans l'autre
conducteur d'amenée.
Un tel circuit de protection permet d'utiliser la tête de mesure d'un débitmètre à induction magnétique même dans des espaces menacés
d'explosions.
Claims (13)
1. Circuit de protection pour la bobine d'induction alimentée en impulsions de courant alternatives d'un débitmètre à induction magnétique, caractérisé en ce que la bobine d'induction (1) est reliée de façon fixe à un circuit d'absorption de courant (21, 121) qui la shunte, et qui comprend deux intégrateurs Miller (22, 23; 122, 123), dont, en fonction du sens du courant, l'un est actif et l'autre est rendu inactif par une diode de dérivation (24, 25; 124, 125), et en ce que dans les conducteurs d'amenée (34) est disposé, dans la région qui n'est pas menacée d'explosions, un circuit limiteur de courant à deux parties (7, 107), dont, en fonction du sens du courant, une partie est active et l'autre partie est rendue inactive par une diode de
dérivation (10, 11; 110, 111).
2. Circuit de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux intégrateurs Miller (22, 23; 122, 123) comprennent un
condensateur commun (C3; C103).
3. Circuit de protection selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans le circuit d'absorption de courant (21; 121), les espaces collecteurémetteur de deux agencements à transistor (T5, T6; T105, T106) forment un premier circuit série, présentent un sens de parcours inverse l'un par rapport à l'autre et sont respectivement shuntés par une diode de dérivation (24, 25; 124, 125) qui est conductrice en sens inverse, et les bases des agencements à transistor sont appliquées aux prises (26, 27; 126, 127) d'un second circuit série constitué par une première résistance (R4; R104), une seconde résistance (R5; R105) en série avec un condensateur (C3; C103) et une troisième résistance (R6; R106), et qui shunte la bobine d'induction (1) de la même manière que
le premier circuit série.
4. Circuit de protection selon l'une quelconque des revendications
1 à 3, caractérisé en ce que deux circuits d'absorption de courant (21; 121) sont montés de façon fixe et en parallèle l'un par rapport à l'autre.
5. Circuit de protection selon l'une quelconque des revendications
1 à 4, caractérisé en ce que dans le circuit limiteur de courant (7; 107), les espaces collecteur-émetteur de deux agencements à transistor (T1, T2; T101, T102) sont montés en série l'un par rapport à l'autre avec au moins une résistance de mesure de courant (R1; R101), présentent un sens de passage en sens inverse l'un par rapport à l'autre et sont respectivement shuntés par une diode de dérivation (10, 11; 110, 111) qui est passante en sens inverse, et la chute de tension dans la résistance de mesure de courant commande celui des agencements
à transistor qui est actif.
6. Circuit de protection selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux parties (8, 9; 108, 109) du circuit limiteur de courant
(7; 107) ont une résistance de mesure de courant commune (R1; R101).
7. Circuit de protection selon l'une quelconque des revendications
ou 6, caractérisé en ce que le circuit limiteur de courant (7; 107)
comprend également un dispositif limiteur de montée du courant.
8. Circuit de protection selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est prévu un condensateur (C1, C2; C101, C102) qui se charge au début de l'impulsion et commande, lorsque la tension augmente, un agencement à transistor (T1, T2; T101, T102) de façon croissante pour
l'amener à l'état conducteur.
9. Circuit de protection selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque agencement à transistor (T1, T2; T101, T102) est associé à un transistor de commande (T3, T4; T103, T104) dont l'espace base-émetteur est parallèle à la résistance de mesure de courant (R1; R101), dont l'espace collecteur-émetteur est shunté par un condensateur (C1, C2; C10IO, C102) et dont le collecteur est relié à la base de l'agencement à transistor, et par l'intermédiaire d'une résistance (R2,
R3; R102, R103) à son collecteur.
10. Circuit de protection selon l'une quelconque des
revendications 1 à 9, caractérisé en ce que dans chacun des deux
conducteurs d'amenée (3, 4) est respectivement prévu un circuit
limiteur de courant en deux parties (7; 107).
11. Circuit de protection selon l'une quelconque des
revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la tension entre les
conducteurs d'amenée (3; 4) est limitée dans la région qui n'est pas menacée d'explosions par un circuit limiteur de courant (12; 112) qui
est actif dans les deux sens.
12. Circuit de protection selon l'une quelconque des
revendications 2 à 11, caractérisé en ce que les agencements à
transistor comprennent respectivement deux transistors (T7, T8) formant un circuit Darlington et formant ensemble, avec la diode de dérivation associée (D), un circuit intégré (28).
13. Circuit de protection selon l'une quelconque des
revendications 3 et 12, caractérisé en ce que le circuit intégré
comprend également les résistances entre base et émetteur (R7, R8) des deux transistors (T7, T8) et en ce que celles-ci forment la première et
la troisième résistances du second circuit série.
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