FR2792405A1

FR2792405A1 - Debimetre electromagnetique

Info

Publication number: FR2792405A1
Application number: FR0004565A
Authority: FR
Inventors: Steen M Matzen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2000-10-20
Anticipated expiration: 2020-04-10
Also published as: DE19917261C2; US6644127B1; DE19917261C5; GB0009348D0; FR2792405B1; NL1014697A1; NL1014697C2; DE19917261A1; GB2348963A; GB2348963B; CH694997A5

Abstract

L'invention concerne un débitmètre électromagnétique.Dans ce dispositif comportant un tube de mesure (2), un dispositif à bobines (3, 4) produisant un champ magnétique perpendiculaire à la direction de circulation dans le tube et un dispositif d'électrodes (5, 6) essentiellement perpendiculaire à la direction de circulation et au champ magnétique, un dispositif d'exploitation et un dispositif de contrôle, le dispositif de contrôle comporte des premiers moyens (10-13) chargeant par une tension le dispositif de bobines sans produire un champ magnétique, et des seconds moyens pour déterminer un couplage ohmique et/ ou inductif et/ ou capacitif entre le dispositif de bobines et le dispositif d'exploitation.Application notamment à la mesure de quantités de liquide consommées.

Description

DEBITMETRE ELECTROMAGNETIQUE

L'invention concerne un débitmètre électromagné- tique comportant un tube de mesure, un dispositif à bobines

pour produire un champ magnétique essentiellement perpendi-

culairement à la direction de circulation dans le tube de

mesure, un dispositif d'électrodes essentiellement perpen-

diculaire à la direction de circulation et au champ magné-

tique, un dispositif d'exploitation et un dispositif de contrôle. Un tel dispositif est connu d'après le document GB 2 309 308 A. Ici pour contrôler ou tester le tube de

mesure à l'aide d'un dispositif d'exploitation, on inter-

rompt la liaison normale entre le tube de mesure et son dispositif d'exploitation. On raccorde un circuit de mesure

externe au dispositif d'exploitation et au tube de mesure.

La valeur mesurée en dernier lieu est conservée par le dis-

positif d'exploitation. Le circuit de mesure détermine tout d'abord la résistance ohmique du dispositif à bobines en

chargeant ce dernier avec une tension. Dès que la résis-

tance ohmique a été déterminée par formation du rapport, la tension appliquée au moyen de la bobine est réglée à zéro et le courant de bobine, qui chute de façon exponentielle, est contrôlé. Par conséquent on peut déterminer l'inductance de la bobine. La comparaison entre la valeur de consigne et la valeur réelle de la résistance ohmique et de l'inductance fournit une indication concernant des variations possibles dans le débitmètre, qui requièrent un

réétalonnage. L'étalonnage peut être réalisé alors en uti-

lisant de nouvelles valeurs de calcul.

La dépense pour un contrôle est relativement éle-

vée. Par conséquent on peut craindre qu'un contrôle soit réalisé uniquement à des intervalles de temps relativement étendus. De même il existe le risque que le débranchement et la reconnexion de lignes introduisent des erreurs, qui

se manifestent de façon nuisible lors de la mesure propre-

ment dite, par exemple sur la base de valeurs de mesure imprécises ou fausses. Ceci peut être problématique notam- ment lorsque le débitmètre est utilisé pour le paiement

d'une consommation.

L'invention a pour but de réaliser un contrôle du

débitmètre d'une manière simple.

Ce problème est résolu dans un débitmètre élec-

tromagnétique du type indiqué plus haut grâce au fait que le dispositif de contrôle comporte des premiers moyens pour

charger avec une tension le dispositif à bobines sans pro-

duction d'un champ magnétique, et des seconds moyens pour

déterminer un couplage ohmique et/ou inductif et/ou capaci-

tif entre le dispositif à bobines et le dispositif d'exploitation. Lors du contrôle (désigné ci-après également sous le terme "test"), on crée par conséquent des conditions

électriques, qui sont relativement proches de celles pré-

sentes lors du fonctionnement. En effet la bobine est char-

gée par une tension et on peut prélever des signaux au

niveau du dispositif d'électrodes. Contrairement à l'opéra-

tion normale de mesure, ces signaux peuvent ne pas être

produits par le champ magnétique et par le fluide circu-

lant, étant donné que l'on prévoit à cet effet qu'aucun champ magnétique n'est produit. Dans le cas o des signaux

apparaissent, ces signaux ne peuvent provenir que d'un cou-

plage électrique entre le dispositif à bobines et le dispo-

sitif d'exploitation. Lorsque ce couplage varie, c'est le signe que le débitmètre a varié dans son ensemble, de sorte qu'un étalonnage est éventuellement nécessaire. Dans le cas o ce couplage n'est pas modifié, on part du fait qu'un

étalonnage exécuté à l'origine est encore valable. Le cou-

plage peut être exprimé par des grandeurs physiques diffé-

rentes. On peut contrôler le couplage ohmique, inductif et capacitif ou bien seulement un type ou deux types de ce couplage. La détermination de ce couplage ne nécessite en général pas une durée très longue. Le test peut être par conséquent réalisé également pendant l'opération normale de

mesure, qui à cet effet ne doit être interrompue que pen-

dant un très bref intervalle de temps.

De préférence, les seconds moyens sont formés par

le dispositif d'exploitation ou sont intégrés dans ce der-

nier. Par conséquent on peut détecter, à l'aide du disposi-

tif d'exploitation, les signaux provenant du dispositif d'électrodes, et poursuivre le traitement de ces signaux de la même manière que dans le cas de signaux déterminés lors de la mesure. Il suffit que le fait qu'ici aucun signal de mesure n'est présent, mais que des signaux de test sont présents, soit communiqué au dispositif d'exploitation. Le

traitement ultérieur peut être exécuté en fonction de cela.

Avantageusement le dispositif de contrôle possède une minuterie, qui déclenche un contrôle au plus tard après l'écoulement d'intervalles de temps prédéterminés. Par conséquent il n'est pas nécessaire que le contrôle soit exécuté en soi de temps à autres ou bien par un personnel de maintenance. Le contrôle s'effectue au contraire automatiquement au plus tard dans des intervalles de temps présélectionnés. Naturellement on peut également réduire la

durée de ces intervalles de test.

De préférence la tension est formée en tant que tension alternative commandée. Par conséquent le dispositif à bobines est chargée par différents potentiels de tension et on peut étudier les couplages correspondants, pour les potentiels de tension différents. Le risque qu'une erreur ne soit pas détectée parce qu'elle apparaît uniquement pour un état de fonctionnement déterminé de la tension, est relativement faible étant donné que la tension passe par

tous les niveaux de tension se présentant lors du fonction-

nement. Il est particulièrement préférable que la tension soit formée par une tension alternative. Une telle tension dite tension "boost", c'est-à-dire une tension amplifiée, est une tension amplifiée qui est présente dans de nombreux débitmètres de manière à accélérer l'établissement du champ magnétique. Cette tension accrue permet d'identifier encore

plus facilement un couplage éventuellement présent.

Il est particulièrement préférable que la tension possède les mêmes paramètres lors du contrôle que lors de la mesure. En d'autres termes, on peut utiliser la tension "boost" possède la même amplitude et la même fréquence lors

de la mesure et lors du test.

De préférence la tension est produite au moyen d'un pont en H, qui comporte, dans chaque branche, un interrupteur commandé, le pont en H étant actif d'une

manière croisée lors de la mesure et d'une manière unilaté-

rale lors du contrôle. Lors de la mesure les branches qui sont situées au-dessus du croisement, du H au centre duquel est raccordé le dispositif à bobines, sont actionnées d'une manière connue en soi de sorte qu'un courant peut circuler

dans le dispositif à bobines dans un sens ou dans l'autre.

De cette manière, un champ alternatif est produit dans le dispositif à bobines. Lors du test, on peut alors utiliser le même pont en H, auquel cas la différence réside uniquement dans le fait que le pont ne fonctionne plus en mode croisé, mais que des moitiés respectives des branches du pont, à savoir les branches qui sont reliées au même potentiel de tension, sont fermées. Par conséquent il est possible de façon simple de charger le dispositif à bobines

avec une tension, sans la production d'un champ magnétique.

En effet le passage d'un flux de courant est empêché.

De préférence les bobines du dispositif à bobines sont court-circuitées lors du contrôle. De ce fait les mêmes conditions règnent dans les bobines du dispositif à

bobines et le contrôle est simplifié.

Avantageusement, les bobines court-circuitées sont reliées alternativement, lors du contrôle, à une

source de tension et à la masse. Par conséquent des cou-

rants de fuite peuvent être déterminés par le dispositif à bobines et être transmis au dispositif d'exploitation et inversement. De même il est avantageux que le dispositif de contrôle comporte un dispositif de mémoire, dans lequel des valeurs déterminées lors du contrôle et/ou des valeurs de consigne sont mémorisées. Les valeurs de consigne peuvent provenir par exemple du premier étalonnage ou du dernier étalonnage valable. Les valeurs déterminées lors du test peuvent être alors comparées aux valeurs mémorisées. Des écarts peuvent être utilisés pour évaluer si le débitmètre

fonctionne encore d'une manière suffisamment fiable ou non.

On peut cependant également utiliser le dispositif de mémoire pour mémoriser successivement un certain nombre de valeurs de test et enregistrer pour ainsi dire "l'historique" du débitmètre. Naturellement on peut également comprimer des valeurs de test antérieures et par exemple mémoriser leur valeur moyenne et leur largeur de dispersion, ces grandeurs étant actualisées et à nouveau

mémorisées lors de chaque test.

De préférence, le dispositif de contrôle déter-

mine un coefficient de fiabilité à partir de la dispersion de valeurs déterminées lors du contrôle et répète les contrôles en fonction du coefficient de fiabilité. On part

du fait que le contrôle devrait être exécuté plus fréquem-

ment lorsqu'il s'avère que les différentes valeurs présen-

tent une forte dispersion. Si au contraire aucun écart assez important n'est identifiable, alors on peut attendre plus longtemps pour effectuer le contrôle suivant. Une limite supérieure est imposée ici par les intervalles de

temps prédéterminés, qui ont été mentionnés plus haut.

D'autres caractéristiques et avantages de la pré-

sente invention ressortiront de la description donnée ci-

après prise en référence au dessin annexé, dont la figure unique montre une représentation schématique d'un circuit d'un débitmètre électromagnétique.

Un débitmètre comporte un tube de mesure électri-

quement isolé 2, qui peut être parcouru perpendiculairement au plan du dessin par un liquide ou un gaz. Des électrodes de mesure 5 et 6 sont disposées perpendiculairement à la direction de circulation. Des bobines 3, 4 d'un dispositif à bobines, qui sont branchées en série entre elles, sont disposées perpendiculairement à la direction de circulation et perpendiculairement à l'agencement des électrodes de mesure 5, 6. Les bobines 3, 4 produisent par conséquent, lorsqu'elles sont parcourues par un courant, un champ

magnétique qui est dirigé perpendiculairement à la direc-

tion de circulation et perpendiculairement à la liaison

entre les électrodes de mesure 5, 6.

Un tel débitmètre est connu en soi. Lorsqu'un fluide circule dans le tube de mesure 2, il apparait entre les électrodes de mesure 5, 6 une tension, qui dépend de la

vitesse du fluide et de l'intensité du champ magnétique.

En outre, des électrodes 7, 8 de mise à la masse

sont disposées dans le tube de mesure. Toutes les élec-

trodes 5-8 sont isolées électriquement par rapport au tube

de mesure.

Un régulateur de courant 18 règle un courant

constant I. Un circuit en pont en H comporte quatre inter-

rupteurs 10-13 qui sont protégés chacun par une diode à effet unidirectionnel 14-17. Les interrupteurs 10-13 sont disposés entre une source de tension 9 et un régulateur de courant 18. La diagonale de ce circuit en pont est reliée

aux bobines 3, 4 du dispositif à bobines. Lorsque l'inter-

rupteur 10 et l'interrupteur 13 sont fermés, un courant (rapporté à la figure) circule en sens inverse des aiguilles d'une montre dans les bobines 3, 4. Lorsque les

interrupteurs 11 et 12 sont fermés, mais que les interrup-

teurs 10, 13 sont ouverts, le courant circule dans le sens opposé. La mesure du débit dans le tube de mesure 2 est réalisée à l'aide des électrodes de mesure 5, 6, qui sont reliées à un amplificateur différentiel 19. Le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 19 est envoyé à un convertisseur analogique / numérique 21 qui, sur la base d'une tension de référence Vref présente à une entrée 20,

convertit le signal d'entrée analogique en un signal numé-

rique, qui est envoyé par l'intermédiaire d'une borne 22 à un circuit d'exploitation numérique qui, sur la base des

mesures, détermine des valeurs de débit. Les valeurs chif-

frées sont disponibles, par exemple sous forme codée, au niveau de la borne 22. Le circuit d'exploitation numérique

est formé de façon appropriée par un microprocesseur.

Dans une certaine mesure le circuit correspond à un débitmètre usuel. Les couples d'interrupteurs 10, 13, 11, 12, qui sont disposés selon une connexion croisée dans le pont en H, sont ouverts et fermés alternativement de sorte qu'on obtient un courant alternatif circulant dans les bobines 3, 4 et par conséquent un champ magnétique alternatif dans le tube de mesure 2. Le signal, qui est obtenu au niveau des électrodes 5, 6, dépend de la densité

du champ magnétique et de la vitesse du fluide circulant.

Dans le fonctionnement normal, le pont en H est

alimenté par la tension Vnom. On peut alors également pré-

voir qu'un système 44 d'alimentation en tension addition-

nelle délivre une tension additionnelle Vboost. Cette ten-

sion additionnelle est supérieure à la tension Vnom. Elle est utilisée par exemple pendant l'intervalle de temps qui succède à la commutation des couples d'interrupteurs, et ce jusqu'à ce que le courant I ait à nouveau atteint une valeur prédéterminée. La durée, pendant laquelle le champ

électrique s'établit et pendant laquelle aucune mesure pré-

cise n'est possible, est par conséquent raccourcie. Pour la

commutation il est prévu un commutateur 36.

Le régulateur de courant 18 est réglé par une tension de référence Vref, qui est appliquée à une borne 37 d'un diviseur de tension 40. Cette tension est utilisée

comme référence.

En outre la tension, qui est utilisée comme réfé-

rence également pour le régulateur de tension 18, est envoyée à un amplificateur opérationnel 43, dont la sortie

est reliée au dispositif 44 d'alimentation en tension addi-

tionnelle. L'autre entrée de l'amplificateur opérationnel 43 est reliée à la prise médiane d'un diviseur de tension formé de résistances 41, 42 et qui est disposé entre la

sortie 45 du dispositif 44 d'alimentation en tension addi-

tionnelle et la masse. De ce fait la sortie de l'amplifica-

teur opérationnel 43 règle le dispositif 44 d'alimentation en tension additionnelle, que l'on peut désigner également

comme étant un générateur "boost".

La tension additionnelle ou tension boost possède la même fréquence que la tension d'alimentation normale

Vnom. Seule son amplitude est supérieure.

Pour le contrôle, on fait fonctionner le pont en H différemment. La source de tension 9 délivre de toutes façons la tension nominale Vnom. Sinon, pour effectuer le test, on utilise également la tension amplifiée (tension dite boost). De même le régulateur de courant 18 fonctionne comme décrit précédemment. Alors le pont en H ne peut

cependant plus fonctionner de telle sorte que les interrup-

teurs soient actionnés simultanément selon un mode croisé, et au contraire les interrupteurs situés dans une moitié du pont, qui est reliée au même potentiel, sont actionnés simultanément, c'est-à-dire que soit les interrupteurs 10 et 11 sont fermés, soit les interrupteurs 12 et 13 sont fermés. Lorsqu'alors par exemple les interrupteurs 10, 11 sont fermés, les bobines 3, 4 sont court-circuitées et sont alimentées par la tension Vnom ou Vboost. La tension est de ce fait appliquée aux bornes des bobines 3, 4 sans qu'un

champ magnétique soit produit dans le tube de mesure.

Lorsque les interrupteurs 10, 11 sont ouverts et que les interrupteurs 12, 13 sont fermés, les bobines 3, 4 sont

connectées à la masse.

Dans les deux cas, des signaux, qui sont prélevés sur les électrodes de mesure 5, 6, seraient imputables à un couplage qui est présent entre le circuit d'alimentation pour les bobines 3, 4 et les électrodes de mesure ou leur circuit d'exploitation. Ce couplage peut être ohmique,

capacitif ou inductif. Dans une forme de réalisation préfé-

rée, les trois possibilités de couplage sont exploitées.

Mais dans de nombreux cas il suffit de prendre en compte

seulement une ou deux de ces possibilités.

De même le couplage produit une valeur chiffrée

éventuellement codée au niveau de la sortie 22 du conver-

tisseur analogique/numérique 21. Le microprocesseur, qui est connecté à la sortie 22, peut alors utiliser cette

valeur chiffrée pour le contrôle.

Une erreur n'est pas déjà absolument présente lorsqu'un potentiel ou une différence de potentiel apparaît

au niveau des électrodes 5, 6 lors du contrôle ou du test.

Cependant on peut supposer la présence d'une erreur lorsque, lors de contrôles répétés qui peuvent être exécutés à des intervalles de temps prédéterminés, il apparaît des variations dans le comportement des électrodes de mesure 5, 6. On peut par conséquent déterminer par exemple lors du premier étalonnage ou dans le cas de la mise en service du débitmètre, les valeurs de test correspondantes et les enregistrer ou les mémoriser, puis les comparer ensuite à des valeurs qui sont déterminées

lors d'un nouveau test.

Pour déterminer les valeurs de test, on peut uti-

liser le même circuit que celui utilisé pour la détermina-

tion des valeurs de mesure. On peut alors mémoriser dans une mémoire les valeurs de test déterminées lors de contrôles répétés et, lors de chaque test, déterminer la largeur de dispersion des valeurs déterminées. Lorsque la largeur de dispersion est trop importante, c'est un signe

du fait que dans le débitmètre sont apparues des modifica-

tions qui requièrent un nouvel étalonnage ou rendent néces-

saires une réparation.

On peut également utiliser, d'une manière non représentée de façon détaillée, la largeur de dispersion

des valeurs de test pour calculer un coefficient de fiabi-

lité. Lorsque seule une faible dispersion est présente, ceci est l'indication du fait que l'étalonnage initial ou exécuté en dernier lieu "est encore valable". Dans ce cas,

les contrôles sont effectuées d'une manière plus espacée.

Au contraire lorsque l'on obtient une largeur de dispersion plus grande, il est judicieux de réaliser les contrôles

plus souvent.

Pour le contrôle, il n'est pas nécessaire de modifier la configuration du circuit. Il suffit d'utiliser le pont en H équipé des interrupteurs 10-13 de la technique

décrite précédemment.

Avec les contrôles on est certain que toute transmission indésirable de signaux, que ce soit dans le capteur, dans les lignes d'alimentation ou sur une platine portant les circuits, conduit à l'apparition d'un signal de tension qui peut être mesurée avec un voltmètre sélectif de

la partie électronique.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif formant débitmètre électromagné-

tique comportant un tube de mesure, un dispositif à bobines

pour produire un champ magnétique essentiellement perpendi-

culairement à la direction de circulation dans le tube de

mesure, un dispositif d'électrodes essentiellement perpen-

diculaire à la direction de circulation et au champ magné-

tique, un dispositif d'exploitation et un dispositif de contrôle, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle comporte des premiers moyens (10-13) pour charger avec une tension le dispositif à bobines (3, 4) sans production d'un champ magnétique, et des seconds moyens pour déterminer un couplage ohmique et/ou inductif et/ou capacitif entre le

dispositif à bobines (3,4) et le dispositif d'exploitation.

2. Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que les seconds moyens sont formés par le dispo-

sitif d'exploitation ou sont intégrés dans ce dispositif.

3. Dispositif selon l'une ou l'autre des

revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif

de contrôle comporte une minuterie, qui déclenche un contrôle au plus tard après l'écoulement d'intervalles de

temps prédéterminés.

4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à

3, caractérisé en ce que la tension est présente sous la

forme d'une tension alternative commandée.

5. Dispositif selon la revendication 4, caracté-

risé en ce que la tension est formée par une tension addi-

tionnelle.

6. Dispositif selon la revendication 5, caracté-

risé en ce que lors du contrôle, la tension possède les

mêmes paramètres que lors de la mesure.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 6, caractérisé en ce que la tension est pro-

duite par un pont en H (10-13), qui comporte, dans chaque branche, un interrupteur commandé (10-13), le pont en H étant actif d'une manière croisée (10,13;11,12) lors de la mesure et d'une manière unilatérale (10, 11;12,13) lors du contrôle.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 7, caractérisé en ce que les bobines (3,4) du dispositif à bobines sont court-circuitées lors du contrôle.

9. Dispositif selon la revendication 8, caracté-

risé en ce que lors du contrôle les bobines court-

circuitées (3,4) sont reliées alternativement à une source

de tension (9) et à la masse.

10. Dispositif selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 9, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle comporte un dispositif de mémoire, dans lequel sont mémorisées des valeurs déterminées lors du contrôle

et/ou des valeurs de consigne.

11. Dispositif selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 10, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle détermine un coefficient de fiabilité à partir des dispersions de valeurs déterminées lors du contrôle et que les contrôles sont répétés en fonction du coefficient de fiabilité.