FR3090119A1

FR3090119A1 - Dispositif de mesure de l’état de fonctionnement d’au moins un matériel générant un champ magnétique

Info

Publication number: FR3090119A1
Application number: FR1873132A
Authority: FR
Inventors: Christophe Merieux
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2038-12-18
Also published as: FR3090119B1

Abstract

La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure de l'état de fonctionnement d'au moins un matériel générant un champ magnétique, tel qu'une électrovanne ou un électroaimant , caractérisé par le fait qu'il comporte une pluralité de capteurs (4) choisis parmi les capteurs à effet Hall et les capteurs magnéto-résistifs, lesquels sont configurés pour être positionnés soit en autant de positions différentes sur un même matériel, soit chacun sur un matériel différent, lesdits capteurs étant tous reliés à un boitier sur lequel est affichée, pour chaque capteur, une information indicative de la force du champ magnétique mesuré par le capteur (4) associé. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Titre de l'invention : Dispositif de mesure de l’état de fonctionnement d’au moins un matériel générant un champ magnétique Domaine technique

[0001] L’invention se situe dans le domaine d’analyse non intrusive des électrovannes. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de mesure de l'état de fonctionnement d'au moins un matériel générant un champ magnétique, tel qu’une électrovanne.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION

[0002] De nombreuses électrovannes (en abrégé EV) sont utilisées dans bon nombre d'industries notamment pour commander des robinets pneumatiques. Ces électrovannes comprennent une bobine magnétique qui fait se déplacer un dispositif mécanique.

[0003] Une électrovanne (ou un électrodistributeur) comprend une bobine. Sous l’influence d’une tension aux bornes de cette dernière, un champ magnétique est créé en son sein.

[0004] Le champ magnétique permet alors le déplacement d’un noyau (ou équipage) mobile permettant ainsi de fermer ou ouvrir le changement d’état de la vanne en déplaçant une tige avec compression d'un ressort (pour laisser ainsi passer le fluide ou l'empêcher de circuler).

[0005] Ce phénomène mis en jeu est visible lors de mesures intrusives en examinant la forme du courant qui traverse la bobine. Cette mesure spécifique est très utilisée pour le diagnostic des électrovannes.

[0006] Cependant, pour des matériels dont on ne peut pas déterminer le bon fonctionnement en mode sans mesures intrusives et, par conséquent, uniquement de l’extérieur, on a alors recours à une mesure du champ magnétique externe de la bobine et à son traitement.

[0007] La variation de champ magnétique aux bornes de la bobine est une indication de la puissance magnétique disponible. Une indication visuelle du champ permet donc de savoir si l’électro-aimant est efficace. Dans la mesure où on mesure ici le champ en partie externe de la bobine, les valeurs ainsi mesurées sont donc aussi dépendantes de l’épaisseur du corps et de la position du capteur. Cependant, ce champ magnétique disponible peut être une source d’indication pour le bon fonctionnement de l’EV.

[0008] Dans l'environnement des centrales nucléaires, on fait usage de stylos testeurs de champs magnétiques, afin de vérifier si une bobine est sous tension ou non.

[0009] Le diagnostic des électrovannes est souvent réalisé à l’aide d’une mesure de courant ou de tension (méthode intrusive), via une mesure magnétique (mesure de Eddy Current) et de choc (accéléromètre). Les acquisitions et le traitement des données nécessite l’utilisation d’un dispositif élaboré et onéreux.

[0010] On décrit dans le document US877194 une méthode de diagnostic d’électrovannes par détection de bruit, notamment lors des impacts d’ouverture et fermeture du clapet sur son siège.

[0011] Dans le document US5524484 est décrit un dispositif multi capteurs de diagnostic d’électrovannes avec mesure du courant, de la tension, faisant appel à un capteur ultrasonore, ou à des champs magnétiques, etc. accordés à un système d’acquisition de données. Il s'agit donc d'un système de diagnostic et d’enregistrement des mesures de capteurs et non d’affichage de mesures traitées.

[0012] US5477149 se rapporte à une méthode et à un outillage non intrusif pour les électrovannes. On décrit une procédure de tests avec un capteur double (capteur acoustique et magnétique) pour l’enregistrement de signaux provenant du capteur double avec des manœuvres d’EV.

[0013] L’idée est ici de déterminer le temps de manœuvre avec une comparaison des temps entre l’apparition du champ magnétique et l’impact.

[0014] En définitive, de nombreuses électrovannes (ou électrodistributeurs) sont des matériels sensibles et ne peuvent être diagnostiqués autrement que de manière externe et non intrusive.

[0015] Même si l’on sait depuis de nombreuses années que le comportement magnétique des électrovannes est représentatif de sa sollicitation électrique, il n'est pas possible à ce jour de suivre de façon continue le fonctionnement d'une électrovanne avec plusieurs capteurs. De même, plusieurs électrovannes peuvent être utilisées sur un matériel unique et il n’existe pas à ce jour de dispositif centralisé de suivi de plusieurs électrovannes.

Résumé de l’invention

[0016] La présente invention comble cette lacune et propose ainsi un dispositif de mesure de l'état de fonctionnement d'au moins un matériel générant un champ magnétique, tel qu’une électrovanne ou un électroaimant, caractérisé par le fait qu'il comporte une pluralité de capteurs choisis parmi les capteurs à effet Hall et les capteurs magnétorésistifs, lesquels sont configurés pour être positionnés soit en autant de positions différentes sur un même matériel, soit chacun sur un matériel différent, lesdits capteurs étant tous reliés à un boîtier sur lequel est affiché, pour chaque capteur, une information indicative de la force du champ magnétique mesuré par le capteur associé.

[0017] Selon d'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de l'invention : - ladite information indicative est fournie sous forme lumineuse ;

- il comporte, pour chaque capteur, un ensemble de diodes électroluminescentes (LED), ladite information indicative de la force du champ magnétique mesuré par le capteur associé étant proportionnelle au nombre de diodes allumées ;

- il comporte des moyens d'alimentation en électricité par batterie ou sur secteur

- il intègre un circuit électronique de traitement des variations de tensions de la sortie desdits capteurs ;

- il comporte plusieurs jeux de capteurs interchangeables ;

- il comporte des moyens de modification du gain de chaque capteur ;

- il comporte des sorties analogiques pour des enregistrements sur des systèmes d'acquisition de données.

[0018] Ainsi qu'on le verra plus loin dans la description, le dispositif selon l'invention comprend plusieurs capteurs reliés à un boîtier autonome permettant d’afficher visuellement le niveau du champ magnétique autour de la bobine de l’électro-aimant d'une électrovanne.

[0019] Les capteurs peuvent être disposés de part et d’autre de la bobine ou sur une partie éloignée de cette dernière.

[0020] Le principal avantage de la présente invention est de permettre d’obtenir une indication rapide de l’état d’alimentation d’une électrovanne ou d’un électroaimant. Dans le cas d'un dispositif magnétique externe passif, tel qu'un aimant permanent, l’invention permet d’avoir une indication de l’efficacité des aimants au court du temps et cela pour plusieurs matériels suivis en parallèle. L’invention peut, dans certains cas, permettre de détecter des perturbations électromagnétiques externes pouvant affecter des composants (sensibilité et gain du capteur à adapter).

[0021] Pour chaque voie d’affichage, la variation de champ magnétique est vue par une variation de tension de sortie lue par l'élément sensible du capteur. Une alimentation commune à tous les capteurs permet une stabilité et une inter-comparaison aisée sur la base commune d’une tension d’alimentation identique. Cette tension est régulée en sortie d’une batterie/pile ou en sortie d’un dispositif de redressage de tension secteur ou d’alimentation externe.

[0022] L’affichage par niveau lumineux du champ magnétique externe peut être réalisé avec d'autres matériels que des diodes électroluminescentes.

[0023] De fait, la variation de tension aux bornes de l’élément sensible est traitée afin de mettre sous tension un nombre plus ou moins important de diodes électroluminescentes, lequel est représentatif de la totalité de la tension de sortie.

[0024] Compte tenu des différents modèles d’électroaimants et d’électrovannes, il est réalisé un dispositif de gain fixe applicable à l’intégralité du système. La valeur de gain ainsi que la possibilité de changer de capteur (plus sensible) permet des mesures de niveaux de champ magnétique avec plusieurs sensibilités pour la même gamme d’affichage.

[0025] La commutation du système permet d’obtenir un affichage lumineux direct de la force électromagnétique dissipée par la bobine ou de la sortie de l’élément sensible du capteur dans le but d’enregistrements de données.

[0026] Le dispositif peut être complété par des capteurs de mesures d’autres phénomènes physiques dans le but de permettre une meilleure analyse du comportement de l’électrovanne (par exemple utilisation d’une des voies pour une mesure de température).

Brève description des dessins

[0027] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation préféré de l’invention. Cette description est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :

[0028] [fig.l] est un schéma structurel d'un dispositif selon l'invention.

[0029] [fig-2] représente trois groupes de courbes, le groupe de courbe supérieur représentant, en fonction du temps, une mesure externe du courant circulant dans la bobine d'une électrovanne, le groupe de courbes intermédiaire représentant, en fonction du temps, le signal émis par un capteur avant traitement, la courbe inférieure traduisant, en fonction du temps, le signal avant afficheur avec alimentation secteur. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

[0030] La présente description est faite en référence à une électrovanne. Toutefois, elle s'applique également à un électroaimant.

[0031] Ainsi que cela a été représenté à la figure 1 annexée, le dispositif 1 selon l'invention fonctionne préférentiellement à l’aide d’une alimentation externe AE (ou de laboratoire) ou à l’aide d’une batterie B (9 Volt / Courant continu).

[0032] Un sélecteur 100 permet de déterminer le choix de l’alimentation (alimentation externe ou batterie) du dispositif. Un interrupteur 101 est avantageusement prévu pour couper l’alimentation électrique afin de maintenir l’autonomie de la batterie.

[0033] Un module de protection 102 est préférentiellement prévu. Il permet de limiter la tension maximum au niveau des capteurs décrits ci-après, afin de ne pas les endommager et bénéficier ainsi d'une tension constante quelle que soit l’alimentation sélectionnée.

[0034] Un dispositif 103 de réglage de tension additionnel permet de moduler la valeur de la tension d’alimentation. Des bornes externes 2 peuvent permettre de réaliser une mesure de la tension réglée.

[0035] Un dispositif 104 de présence de tension permet, via l’utilisation d’une diode électroluminescente 3 (LED), de renseigner l'utilisateur sur la présence/l'absence de tension.

[0036] Pour faciliter la lecture de la figure 1, un seul capteur 4 est représenté ici. En pratique, il en existe plusieurs, par exemple cinq. Chaque capteur 4 est relié au dispositif 1 via un câble 40 et un connecteur mâle 41, lequel est branché sur un connecteur femelle 105.

[0037] Un module de gestion du gain d’amplification 106 permet de gérer la sortie du signal du capteur 4 dans le but de le rendre plus sensible. Un amplificateur non inverseur 107 permet de linéariser la tension de sortie du capteur 4.

[0038] Un pont diviseur de tension 108 permet de discrétiser la tension linéarisée en autant de seuils que de LED 111 présentes sur un afficheur 109. Le bloc 110 représente une connexion du retour de mesure du capteur 4, sans traitement du signal, dans le but d’une analyse complémentaire.

[0039] Lors de la mise sous tension de la bobine de l'électrovanne, le courant qui parcourt cette dernière, ainsi qu'il est représenté sur la courbe Cl de la figure 2, augmente avec un rebond qui est l’indication de la manœuvre de l’électrovanne lors de la coupure de la veine fluide qui la traverse.

[0040] En effet, le champ magnétique de la charge de la bobine est perturbé par le déplacement du noyau mobile, et ce dernier modifie le courant interne.

[0041] Le capteur 4 situé à l’extérieur de l'électrovanne voit aussi l’évolution du champ magnétique. En effet, le signal du capteur, tel que figurant sur la courbe C2, montre en effet une diminution de la charge magnétique de la bobine.

[0042] Une fois traité par les différents modules internes au dispositif 1, le signal est linéarisé et la sortie au niveau de l’afficheur 109 permet par conséquent d’obtenir une valeur linéaire pour l’affichage lumineux en fonction du niveau de champ magnétique.

[0043] Le traitement réalisé pour linéariser le signal, ainsi que les différents composants électronique utilisés au sein du dispositif 1 ont pour vocation de permettre un affichage du niveau de champ. Cependant, le signal traité correspond pour partie à une copie du signal détecté par le capteur 4, comme le montre la figure C2.

[0044] La courbe C3 est la représentation du niveau de tension alimentant les LED. Toutefois, le gain utilisé par le capteur est trop élevé et la réponse sature. A l’apparition de la mise sous tension de la bobine, le champ apparaît même faiblement et il est rapidement détecté par le système comme on peut le voir sur la figure.

[0045] L’idée ici est de montrer le temps de réponse du dispositif. L’indicateur 7 correspond au point d’alimentation de la bobine.

[0046] Avec ce dispositif, la charge magnétique de la bobine de l'électrovanne est visible dès le début de la mise sous tension de cette dernière qui commence alors à se charger.

[0047] Le courant commence à augmenter jusqu’au début de la manœuvre (cf. la référence 5 sur la figure 2) et ainsi qu’à la fin du déplacement du noyau de l'électrovanne (cf. la référence 6 de la figure 2). Le dispositif permet donc un affichage du niveau de champ externe dès le début de la manœuvre.

[0048] Si l’électrovanne est bloquée, le courant dans la bobine, tel que le représente la courbe Cl', augmente sans rebond caractéristique. Et cela est aussi visible sur le champ magnétique externe, ainsi que le montre la courbe C2'.

[0049] Le dispositif permet donc d’afficher à l’aide d’un indicateur visuel lumineux le niveau de champ magnétique externe de l’électroaimant même lors de phases de transitoires.

[0050] L’invention fonctionne aussi pour des matériels à aimant permanent et cela quel que soit le sens de mesure.

[0051] Dans un mode de réalisation, le dispositif comporte des jeux de capteurs interchangeables, de sensibilité différente.

[0052] Bien entendu, le nombre de LED de l’afficheur 109 n’est pas figé. Il est ici égal à 12 mais peut être bien entendu supérieur ou inférieur.

Claims

Revendications [Revendication 1] Dispositif (1) de mesure de l'état de fonctionnement d'au moins un matériel générant un champ magnétique, tel qu'une électrovanne ou un électroaimant, caractérisé par le fait qu'il comporte une pluralité de capteurs (4) choisis parmi les capteurs à effet Hall et les capteurs magnéto-résistifs, lesquels sont configurés pour être positionnés soit en autant de positions différentes sur un même matériel, soit chacun sur un matériel différent, lesdits capteurs étant tous reliés à un boîtier sur lequel est affichée, pour chaque capteur, une information indicative de la force du champ magnétique mesuré par le capteur (4) associé. [Revendication 2] Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite information indicative est fournie sous forme lumineuse. [Revendication 3] Dispositif (1) selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte, pour chaque capteur (4), un ensemble de diodes électroluminescentes (LED)(109), ladite information indicative de la force du champ magnétique mesuré par le capteur associé (4) étant proportionnelle au nombre de diodes (109) allumées. [Revendication 4] Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens d'alimentation en électricité par batterie (B) ou sur secteur (AE). [Revendication 5] Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il intègre un circuit électronique de traitement des variations de tensions de la sortie desdits capteurs. [Revendication 6] Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte plusieurs jeux de capteurs interchangeables (4). [Revendication 7] Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de modification du gain de chaque capteur. [Revendication 8] Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 et 4 à 7, caractérisé par le fait qu'il comporte des sorties analogiques pour des enregistrements sur des systèmes d'acquisition de données.

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