FR2639713A1 - Appareil pour determiner les proprietes paramagnetiques de substances - Google Patents
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Abstract
Appareil pour déterminer la proportion de substances ayant des propriétés paramagnétiques, et notamment d'oxygène, dans un mélange de substances que l'on peut faire passer dans le boîtier de l'appareil, grâce à un ensemble de cuvette rotatif, devant un nombre pair égal ou supérieur à quatre de sources de champ magnétique. Selon l'invention, l'ensemble de sources de champ magnétique est disposé dans le boîtier 1 de l'appareil uniquement d'un côté, en vis-à-vis de la face de rotation de l'ensemble de cuvette 15 qui est éloignée de l'arbre d'entraînement 17, et il présente une plaque de support 2 sur laquelle sont reçues les sources de champ magnétique 3, 5, qui portent les bobines de mesure 7, 9, et qui sont tournées par leur face frontale 12 vers l'ensemble de cuvette 15.
Description
I Appareil pour déterminer les propriétés paramagnétiques de substances La
présente invention concerne un appareil pour déterminer la proportion de substances ayant des propriétés paramagnétiques, et notamment d'oxygène, dans un mélange de substances que l'on peut faire passer dans le boîtier de l'appareil, grâce à un ensemble de cuvette rotatif, devant un nombre pair égal ou supérieur à quatre de sources de champ magnétique, une bobine étant associée à chaque source de champ magnétique pour transformer la modification de flux causée en elle par la substance paramagnétique en un signal de mesure électrique, et les polarités d'aimantation des sources de champ magnétique et les polarités d'aimantation de leurs bobines de mesure
étant combinées entre elles en un alignement alternant.
On connaît un appareil de ce type par la demande de brevet allemand
DE-A 35 44 967.
L'ensemble connu de sources de champ magnétique est constitué d'un nombre pair égal ou supérieur à quatre d'aimants ou de bobines de champ magnétique, qui sont reçus dans un boîtier de part et d'autre de la face
frontale de rotation d'un ensemble de cuvette rotatif.
Chacune des sources de champ magnétique est entourée par une bobine qui peut recevoir la modification du champ magnétique produit par la substance paramagnétique, et la transmettre à un dispositif évaluateur. Les directions des champs magnétiques des sources de champ magnétique et des bobines de mesure sont harmonisées de manière alternée, de sorte que les perturbations dues à des champs de fuite ou à l'effet microphonique sont compensées. Comme le résultat de mesure dépend essentiellement de la traversée de la cuvette de mesure par les lignes de force magnétiques, on a besoin d'un alignement particulièrement précis des sources de champ magnétique et des bobines de mesure qui se font mutuellement face. Les écarts les plus infimes se font resssentir par une densité de flux différente, qui engendre des fluctuations indésirables des valeurs de mesure. De plus, la rotation de la cuvette de mesure doit être prévue tellement exempte de vibrations, qu'il faut pour cela un montage précisément ajusté et coûlteux de l'arbre d'entraînement. Pendant la rotation de la cuvette, les lignes de champ des sources de champ magnétique traversent dans des mesures diverses les différentes parties de la cuvette. Pendant une révolution, les sources de champ magnétique de flux constant traversent donc les différentes parties de mesure de l'ensemble de cuvette avec un flux magnétique (tension) différent(e). La conséquence en est que le signal de mesure à l'entrée de la cuvette de mesure dans le champ magnétique augmente d'une valeur faible à une valeur maximale dès que le flux magnétique maximal est atteint, et rediminue en conséquence à la sortie du champ magnétique. Ces fluctuations du signal nécessitent une dépense supplémentaire pour le traitement des valeurs mesurées, dans la mesure o les fluctuations des valeurs mesurées doivent être éliminées. Du fait que l'arbre d'entratnement est guidé à travers l'ensemble de sources de champ magnétique, il apparaît des champs de fuite, dûs à l'arbre d'entraînement qui est en général métallique; ces champs de fuite tournent avec la cuvette, et ils faussent également le résultat de la
mesure.
La présente invention a donc pour but d'améliorer un appareil pour déterminer les propriétés paramagnétiques de substances du type mentionné en introduction, de façon que l'influence de perturbations externes sur la traversée du champ magnétique par la cuvette soit réduite, et que les caractéristiques de mesure soient indépendantes de la position de la multiplicité de dispositifs générateurs de champ magnétique les uns par rapport aux autres, la structure de l'ensemble de l'appareil de mesure devant être plus simple, et l'appareil devant être plus facile à monter. En outre, on doit obtenir une traversée qui reste la plus constante possible de l'ensemble
de cuvette par les champs magnétiques pendant la rotation de la cuvette.
Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que l'ensemble de sources de champ magnétique est disposé dans le boîtier de l'appareil uniquement d'un côté, en vis-à-vis de la face de rotation de l'ensemble de cuvette qui est éloignée de l'arbre d'entraînement, et il présente une plaque de support sur laquelle sont reçues les sources de champ magnétique, qui portent les bobines de mesure, et qui sont tournées par leur face frontale
vers l'ensemble de cuvette.
Le fait de disposer d'un seul côté les sources de champ magnétique supprime le montage et l'alignement complexes des différentes sources et bobines de mesure les unes par rapport aux autres. Comme l'arbre d'entraînement ne traverse pas les champs magnétiques, il n'y a plus de perturbation par des champs de fuite rotatifs. La structure d'un tel appareil peut être simple, un bloc d'entraînement séparé, qui contient le moteur d'entraînement avec l'arbre et l'ensemble de cuvette monté fixement sur ce dernier, étant combiné avec une partie séparé de champ magnétique, ces deux éléments séparés pouvant être indépendamment optimisés par rapport aux fonctions qu'ils ont à remplir. Les fluctuations du signal au cours de la mesure sont ainsi réduites, et on obtient une stabilité mécanique supérieure
pendant les fréquences de rotation qui sont vraiment élevées.
Un ensemble de cuvette particulièrement avantageux consiste en un disque circulaire qui présente des découpures symétriques par rapport à l'axe de rotation qui sont configurées de telle sorte que, lorsqu'une des découpures est à une position qui dégage totalement la face frontale d'une des sources de champ magnétique, la face frontale voisine respective de la source de champ magnétique associée reste en dehors du contour de la découpure, la somme des sections des faces frontales qui ne sont que partiellement dégagées par les contours des découpures restant sensiblement constante. Une telle configuration de l'ensemble de cuvette permet d'obtenir, à chaque instant du mouvement de rotation, un flux de courant magnétique à travers la cuvette de mesure qui reste approximativement toujours le même. Lorsqu'une des sources de champ magnétique apparaît totalement dans la découpure, la source respectivement voisine est encore totalement cachée; dès que, tandis que le mouvement de rotation de la cuvette se poursuit, la face frontale de la source de champ magnétique observée est partiellement recouverte, une partie correspondante de la source de champ magnétique voisine est dégagée par la découpure qui avance. Les sources de champ magnétique agissent ainsi comme des sources magnétiques de tension magnétique constante, ce qui est une condition nécessaire pour l'obtention d'un signal de mesure le plus grand possible. Les sources de champ magnétique peuvent opportunément être des noyaux en matériau magnétisable, qui sont fixés sur la plaque de support réalisée sous la forme d'une plaque magnétique en forme de disque. Les bobines de mesure qui sont associées aux noyaux sont ensuite enroulées autour de ces derniers. Une autre forme de réalisation des sources de champ magnétique peut consister en des bobines de courant qui sont montées sur la
plaque de support, et qui sont entourées par les bobines de mesure.
Une forme particulièrement avantageuse du contour des découpures est fournie par des segments d'un anneau de cercle s'étendant concentriquement par rapport à l'axe de rotation, qui sont dimensionnés de telle sorte qu'ils dégagent entièrement les faces frontales des sources de champ magnétique lorsqu'ils balayent ces dernières pendant le mouvement de rotation de la
cuvette.
Un contour tout aussi avantageux s'obtient par des découpures
réniformes s'étendant concentriquement par rapport à l'axe de rotation.
Lorsqu'on utilise comme sources de champ magnétique des noyaux magnétisables montés sur un aimant permanent en forme de disque, on peut obtenir une amélioration des propriété équipotentielles si les noyaux sont assemblés les uns aux autres par l'intermédiaire d'une plaque en matériau de bonne conductibilité magnétique qui sert de disque équipotentiel. Un alliage de cobalt et de fer très perméable s'est avéré constituer un
matériau adéquat pour le disque équipotentiel.
Afin d'obtenir un désaccouplement en matière de vibrations encore plus important avec l'unité d'entraînement pour l'ensemble de cuvette, qui utilise un moteur d'entraînement, il est prévu de munir le boîtier d'entraînement d'éléments de paroi en labyrinthe, dont le désaccouplement en matière de vibrations évitera la transmission sur les sources de champ magnétique des
bruits de structure.
L'exposé qui suit décrit,plus en détail,un exemple de réalisation de l'invention à l'aide du dessin schématique annexé, dans lequel: Figure I est une vue en coupe d'un appareil de mesure paramagnétique Figure 2 est une vue sur l'ensemble de cuvette, l'unité d'entraînement ayant été déposée; Figure 3 est une représentation schématique des directions d'enroulement des bobins de mesure par rapport aux sources de champ magnétique; et Figure 4 est un diagramme de représentation par rapport au temps des
signaux de mesure produits.
La figure I représente un boîtier d'appareil I dans lequel une plaque magnétique 2 sert de support pour des noyaux de fer 3, 5 qui sont assemblés les uns aux autres par l'intermédiaire d'une plaque équipotentielle 11. La polarité de la plaque magnétique 2 est identifiée par les symboles N et S. Les noyaux 3, 5 sont entourés par des bobines de mesure 7, 9 qui leur sont associées. Les faces frontales 12 des noyaux 3, 5 sont tournées en direction des découpures 13, 14 d'un ensemble de cuvette 15 en forme de disque. La cuvette est reçue sur un tourillon d'arbre 16 qui est fixé sur l'arbre 17 d'un C moteur d'entraînement 18 et qui est guidé sur un palierd'arbre 19. Le moteur 18 et le support de moteur 20 sont fixés l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un élément de paroi 21 configuré en labyrinthe. L'apport du gaz à contrôler s'effectue par l'intermédiaire de la conduite d'amenée de gaz 23, qui débouche dans la chambre de mesure 24, laquelle s'étend jusque dans la zone de rotation de la cuvette 15 et mène de là à l'environnement par
l'intermédiaire de la sortie 25.
La figure 2 est une vue en projection sur l'ensemble de cuvette 15, l'unité d'entraînement, constituée du moteur 18 et du support de moteur 20 avec la paroi en labyrinthe 21, ayant été déposée. La cuvette 15 est disposée, par l'intermédiaire de l'arbre 17, rotative dans le boîtier 1 dans la direction de la flèche de sens de rotation 26. La cuvette 15, configurée en disque, possède deux découpures 13, 14, approximativement réniformes et axialement en vis-à-vis, qui, à la position représentée, dégagent totalement les faces frontales 12 des noyaux 3, 5. Les noyaux voisins correspondants 4, 6 sont alors juste touchés par le contour des découpures respectives 13, 14, mais ces dernières ne les dégagent pas encore. En faisant tourner la cuvette 15 dans le sens de la flèche 26, les découpures, progressivement, cachent les noyaux 3, , tandis que les faces frontales des noyaux 4, 6 sont dégagées dans une mesure correspondante par les découpures 13, 14, de sorte que la diminution du flux de courant magnétique des champs magnétiques qui est due au recouvrement progressif des noyaux 3, 5 est largement compensée par
l'augmentation du dégagement des champs magnétiques des noyaux 4, 6.
Attendu que, comme le montre schématiquement la figure 3, les sens d'enroulement des bobines de mesure 3, 5 d'une part et 4, 6 d'autre part sont alternés, les baisses de flux produites dans les bobines 7, 9 du fait de la pénétration évanouissante des champs magnétiques, produisent une tension positive dans la substance paramagnétique, tandis que, du fait du sens d'enroulement inverse dans les bobines 8, 10, l'augmentation de flux qui y est produite du fait de l'augmentation du flux à travers les découpures 13, 14 apporte également une tension positive. De cette manière, on obtient par les signaux de mesure des quatre bobines individuelles 7, 8, 9, 10, attendu que le flux de courant magnétique reste uniforme, un signal total constant qui reste
sensiblement toujours le même.
La figure 3 est une vue en coupe schématique tirée de la représentation de la figure 1, qui représente uniquement la plaque de champ magnétique 2 sur laquelle est appliquée la plaque équipotentielle 11, sur laquelle sont représentés les noyaux 3, 4, 5, 6 avec les bobines de mesure 7, 8, 9, 10 qui leur sont associées. Le sens de flux dans les noyaux 3, 4, 5, 6 est à chaque fois représenté par la flèche large et blanche 27. Le sens d'enroulement des bobines de mesure 7, 8, 9, 10 est représenté par le point noir dessiné à côté du corps de la bobine, le sens de flux du champ de mesure produit dans la bobine de mesure 7, 8, 9, 10 étant représenté par les flèches noires 28. Le prélèvement du signal s'effectue sur les conduites de signaux 29, les différentes bobines de mesure 7, 8, 9, 10 étant assemblées les unes aux
autres par l'intermédiaire de lignes de jonction 30.
La figure 4 représente schématiquement la modification dans le temps du flux magnétique, phi3 à phi6, sur les différents noyaux 3, 4, 5, 6, avec les signaux de tension indivudels correspondants U7 à U1O produits dans les bobines de mesure 7, 8, 9, 10, ainsi que l'allure dans le temps du flux total
phi, et la tension totale U qui peut être prélevée sur les lignes de signaux 29.
Le temps t caractérise le déroulement du mouvement de rotation de la
cuvette 15.
Claims (8)
1. Appareil pour déterminer la proportion de substances ayant des propriétés paramagnétiques, et notamment d'oxygène, dans un mélange de substances que l'on peut faire passer dans le bottier de l'appareil, grâce à un ensemble de cuvette rotatif, devant un nombre pair égal ou supérieur à quatre de sources de champ magnétique, une bobine étant associée à chaque source de champ magnétique pour transformer la modification de flux causée en elle par la substance paramagnétique en un signal de mesure électrique, et les polarités d'aimantation des sources de champ magnétique et les polarités d'aimantation de leurs bobines de mesure étant combinées entre elles en un alignement alternant, caractérisé en ce que l'ensemble de sources de champ magnétique est disposé dans le boîtier (1) de l'appareil uniquement d'un côté, en vis-à- vis de la face de rotation de l'ensemble de cuvette (15) qui est éloignée de l'arbre d'entraînement (17), et il présente une plaque de support (2) sur laquelle sont reçues les sources de champ magnétique (3, 4, 5, 6), qui portent les bobines de mesure (7, 8, 9, 10), et qui sont tournées par leur face
frontale (12) vers l'ensemble de cuvette (15).
2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de cuvette consiste en un disque circulaire (15) qui présente des découpures (13, 14) symétriques par rapport à l'axe de rotation qui sont configurées de telle sorte que, lorsqu'une des découpures (13, 14) est à une position qui dégage totalement la face frontale (12) d'une des sources de champ magnétique (3, ), la face frontale voisine (12) respective de la source de champ magnétique associée (4, 6) reste en dehors du contour de la découpure (13, 14), la somme des sections des faces frontales (12) qui ne sont que partiellement dégagées par les contours des découpures (13, 14) au cours du mouvement de rotation
restant sensiblement constante.
3. Appareil selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que la plaque de support est réalisé sous la forme d'une plaque magnétique (2), sur laquelles sont fixés les sources de champ magnétique réalisées sous la forme de noyaux de fer (3, 4, 5, 6), autour desquels sont enroulées les bobines de
mesure (7, 8, 9, 10).
4. Appareil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les découpures sont des segments (13, 14) d'un anneau de cercle s'étendant
concentriquement par rapport à l'axe de rotation.
5. Appareil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les découpures présentent un contour (13, 14) s'étendant de manière réniforme
concentriquement par rapport à l'axe de rotation.
6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé
en ce que les noyaux (3, 4, 5, 6) sont assemblés les uns aux autres par l'intermédiaire d'une plaque (11) en matériau de bonne conductibilité magnétique qui sert de disque équipotentiel, et contre laquelle est appliquée
la plaque magnétique (2).
7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le disque
équipotentiel (11) est réalisé en un alliage de cobalt et de fer très perméable.
8. Appareil selon l'une quelconque des revendications I à 7, caractérisé
en ce que l'entraînement de l'ensemble de cuvette (15) s'effectue par un moteur (18) qui est fixé sur le boîtier (1) à l'aide d'un support de moteur (20)
presentant des éléments de paroi (21) en labyrinthe.
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