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APPAREIL DE MESURE ET PROCEDE POUR LA PRODUCTION D'UNE ARMATURE APPROPRIEE.
L'invention se rapporte à un appareil de mesure où la grandeur à mesurer telle que par exemple une pression, un déplacement, une différence de pression, le débit par unité de temps d'un fluide circulant dans un tube, ou une température, provoque un déplacement longitudinal d'un organe auquel est fixée une armature susceptible de se déplacer transversalement , aux lignes de force circulant entre deux pôles du circuit magnétique d'une bobine d'induction où les altérations ou variations de la self-induction peuvent être mesurées continuellement au moyen du circuit de mesure électrique de l'appareil, qui est pourvu d'un instrument de mesure.
Cet appareil de mesure qui peut, comme c'est indiqué ci-dessus, être employé à différents usages mais qui. s'applique plus particulièrement à la mesure notamment du débit d'un fluide au moyen d'un compteur venturi, fonctionne de telle manière que le déplacement de l'organe mobile provoque le déplacement d'une armature par rapport aux pôles d'électro-aimant, ce qui engendre des variations de la self-induction de la bobine d'induction. Cette altération est fonction de la longueur du déplacement de l'armature et donne par conséquent une indication de l'effet à mesurer. Il en résulte que l'appareil de mesure peut être pourvu d'une graduation dont les divisions sont en fonction directe de l'effet à mesurer.
Toutefois, en pratique, les appareils de ce genre connus jusqu'ici ne peuvent être employés que pour déterminer la valeur momentanée de l'effet à mesurer, car dans ces appareils connus l'altération très semblable de la valeur de cet effet donne lieu à des déviations différentes de l'instrument qui sont fonction de la valeur absolue de l'effet à mesurer. Il en résulte que l'enregistrement continu de la valeur de l'effet à mesurer nécessite l'emploi d'une bande indicatrice spécialement divisée, ce qui occasionne des
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dépenses supplémentaires considérables,et en outre, l'intégration des va- leurs mesurées et enregistrées devient extrêmement difficile.
D'autre part, une pareille intégration de la valeur de l'effet considéré pendant une pé- riode prédéterminée peut fréquemment présenter une grande importance, par exemple lorsqu'on doit mesurer non seulement la quantité de liquide qui s'écoule à un moment donné quelconque dans un tuyau, mais aussi la quantité de liquide qui a passé dans le tuyau pendant une période prédéterminée, par exemple 24 heures.
Le but de l'invention est de créer un appareil de mesure du genre considéré qui permette d'enregistrer et d'intégrer d'une manière très simple la valeur de l'effet à mesurer,pendant une période relativement longue. Sui- vant l'invention, on atteint ce résultat en établissant les faces en regard des pièces polaires et l'armature sous une forme telle qu'un déplacement' de l'armature et la variation de la self-induction de la bobine d'induction qui en résulte diffèrent par rapport à la longueur du déplacement de l'armature de telle manière que la déviation de l'instrument de mesure est une fonction linéaire de la valeur de l'effet à mesurero @
L'invention est basée partiellement sur le fait connu que le rap- port entre la valeur de l'effet et la déviation de l'instrument de mesure est d'une part
fonction de la relation entre le déplacement de l'organe mobile et l'effet à mesurer, -cette relation, lorsqu'elle est enregistrée graphique- ment, se présentant toutefois fréquemment sous forme d'une fonction linéaire, dans le cas de mesures de pressions simples ou de différences de pressions, de déplacements et de températures, mais dans beaucoup d'autres cas, par exemple lorsqu'il s'agit de la mesure de quantités de liquides au moyen de compteurs venturi, sous forme d'une courbe,- et d'autre part fonction de la relation, appelée ci-dessous la courbe de self-induction, entre la longueur du déplacement de l'armature et la variation ou altération de la self-induc- tion dans la bobine d'induction, ou plus exactement de l'influence de cette altération sur les déviations de l'instrument de mesure - l'enregistrement graphique de cette altération ou variation,
également au moyen de l'appareil de mesure connu, qui comporte des pièces polaires à extrémités plates et des armatures cylindriques ou polygonales, se présentant sous forme d'une courbe.,- et partiellement sur la connaissance que par une disposition des pièces po- laires et de l'armature telle que l'espace entre les pièces polaires et l'ar- mature et/ou l'amplitude du déplacement de l'armature en regard des pièces polaires transversalement par rapport aux lignes de force circulant entre ces pièces varie pendant le déplacement de l'armature, on peut adapter la courbe de self-induction à la relation entre la valeur de l'effet et le déplacement de l'armature, de telle manière que les déviations de l'instrument de mesure deviennent une fonction linéaire de la valeur de l'effet.
Ainsi que cela ressort de ce qui précède, on*peut arriver à ce ré- sultat suivant la.présente invention en donnant aux surfaces d'extrémité des pièces polaires, ou à l'une d'elles au moins, une forme recourbée dans la di- rection du déplacement de l'armature. Toutefois, une pareille disposition n'est en tout cas applicable habituellement que lorsque la distance.entre les positions extrêmes de l'armature est faible et ordinairement égale tout au plus à l'étendue des surfaces d'extrémité des pièces polaires dans la direc- tion du déplacement de l'armature. Il est à noter qu'en vue de la densité du flux des lignes de force il est d'usage d'employer de la manière connue des pièces polaires allant en s'amincissant de façon que l'étendue mentionnée soit très faible.
Il est par conséquent préférable de former, suivant l'invention, l'armature de telle manière qu'au moins l'une des surfaces de l'armature tournées vers les pièces polaires soit courbée dans la direction du dépla- cement de l'armature de façon à permettre un déplacement d'amplitude consi- dérablement accrue de l'armature. Ceci est également le cas si, suivant l'in- vention, l'armature est établie sous une forme telle qu'une coupe longitudina- le à travers l'armature transversalement au flux des lignes de force entre
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les pièces polaires, le long d'un côté au moins, soit limitée par une ligne courbe.
Suivant l'invention, on a toutefois trouvé qu'il était avantageux d'employer simultanément les deux dispositions mentionnées en dernier lieu, et ceci peut se faire conformément à l'invention en donnant à l'armature la forme d'un corps de révolution non cylindrique, ce qui offre en outre l'avan- tage que l'armature peut être appropriée d'une manière plus simple.
On comprendra que dans beaucoup de: cas on pourra, évidemment uti- liser une armature établie sous forme d'un corps de révolution en combinai- son avec des pièces polaires présentant des surfaces d'extrémité courbes, particulièrement lorsqu'il s'agit d'un appareil de mesure suivant l'invention, dans lequel, spécialement au commencement de l'introduction de l'armature en- tre les pièces polaires, une variation ou altération considérable de la self- induction pour un déplacement relativement faible de l'armature est nécessai- re en vue d'obtenir une fonction linéaire pour la relation entre la valeur de la quantité ou grandeur considérée et les déviations de l'instrument de mesure.
Dans chaque cas, il est évidemment possible d'établir la forme exacte de l'armature et/ou des pièces polaires en vue d'obtenir les déviations de caractère linéaire désiré dans l'instrument de mesure, mais dans la plupart des cas ces déterminations sont très compliquées. En pratique, il est par conséquent préférable de déterminer la forme exacte de l'armature et/ou des pièces polaires au moyen d'essais pratiques qui, comme cela ressortira d'une manière évidente de ce qui suit, sont faciles à exécuter.
Lorsqu'il s'agit d'un appareil destiné à un usage déterminé il n'est habituellement nécessaire de construire par des essais qu'un seul mo- dèle ou prototype de l'armature ou de la pièce polaire, et ce prototype peut alors être employé pour construire l'armature et/ou les pièces polaires pour des appareils du genre considéré à employer pour des mesures à effectuer dans la région envisagée.
Pour la fabrication de ces armatures et/ou ces pièces polaires, la construction est en outre simplifiée par le fait que c'est seule- ment la forme et non les dimensions exactes qui présente de l'importance, par- ce que les variations de la self-induction ayant une importance pratique dans la région mentionnée sont indépendantes des dimensions, par exemple de l'en- trefer entre les pièces polaires et l'armature, et ne dépendent que des varia- tions qui s'y produisent.
Un appareil de mesure suivant l'invention sera décrit et exposé d'une manière plus détaillée ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels
Fige 1 représente schématiquement en coupe verticale le mécanisme de déplacement d'une armature pour une bobine d'induction d'un appareil de me- sure suivant l'invention, destiné à mesurer le débit d'un fluide.,
Fig. 2 est un schéma montrant un mode d'exécution d'un circuit de mesure pour mesurer les variations ou altérations de l'induction dans la bo- bine d'induction.
Fig. 3 est une courbe venturi, c'est-à-dire la fonction entre le déplacement de l'armature et la quantité de fluide circulant dans un tuyau pendant une unité de temps donnée.
Fig. 4 est une courbe montrant la fonction linéaire désiré entre la déviation de l'instrument de mesure et la valeur de l'effet considéré, et
Fig. 5 est la courbe de self-induction correspondante.
L'appareil suivant l'invention sera décrit ci-dessous en combinai-
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son avec un appareil pour mesurer la quantité de fluide circulant dans un tuyau, au moyen d'un compteur venturi (non représenté) intercalé dans le tuyau. L'appareil représenté peut toutefois être employé aussi pour d'au- tres mesures où la quantité mesurée est fonction d'une pression différen- tielle.
L'appareil représenté comprend un cylindre 1 dont l'extrémité inférieure est hermétiquement fermée par un tampon 2 et l'extrémité supé- rieure par un chapeau 3 qui s'ajuste étroitement sur la surface interne de la paroi du cylindre 1. Au-dessus de ce dernier se trouve un autre cy- lindre 4 dont l'extrémité .inférieure est fixée fermement au cylindre 1, l'extrémité supérieure du cylindre 4 étant fermée au moyen d'un couvercle 5.
Du chapeau 3 un soufflet 6, par exemple un soufflet en tombac, descend à l'intérieur du cylindre 1. Pour des raisons pratiques ce souf- flet est divisé au milieu et les deux parties sont assemblées entre elles au moyen d'une bague 7. L'extrémité inférieure du soufflet est fermée au moyen d'un disque 8. A l'intérieur du soufflet 6 se trouve un tube 9 vissé dans le chapeau 3 auquel il est fixé au moyen d'un contre-écrou 10.
Une bague 11 est fixée ou vissée à ce tube 9 et un ressort de compression 12 est intercalé entre cette bague et le disque 8. Un ressort de compression semblable 13 est intercalé entre le disque 8 et une bague 14 disposée au- dessous du disque et vissée sur une vis de réglage 15 qui est montée de façon à pouvoir tourner mais sans pouvoir se déplacer longitudinalement dans le tampon 2 et est pourvue à l'extérieur de ce dernier d'une têtede réglage 16. Le soufflet 6 est fermement maintenu au moyen des ressorts 12 et 13 dans une certaine position initiale, d'où il peut être déplacé, avec la friction la plus légère possible, par suite d'une différence de pression entre la face intérieure et la face extérieure du soufflet.
On peut modifier la tension du ressort 13 et par conséquent la position initia- le du soufflet au moyen de la vis 15, dont l'extrémité supérieure sert en même temps à limiter l'expansion du soufflet 6 vers le bas. Pendant la ro- tation de la vis 15, la bague 14 est empêchée de tourner au moyen d'une bro- che 17 fixée au tampon 2 et s'étendant de bas en haut à travers un trou 18 de la bague 14.
L'extrémité supérieure du cylindre 1 est pourvue d'une part d'un passage 19 au moyen duquel l'intérieur du cylindre à l'extérieur du soufflet 6 peut être mis en communication avec le côté sous pression du compteur venturi, et d'autre part, d'un passage 20 au moyen duquel l'intérieur du cylindre 4 peut être mis en communication avec le côté basse pression du compteur'venturi. L'intérieur du cylindre 4 est en outre mis en communica- tion avec l'intérieur du soufflet 6 par des ouvertures 21 ménagées dans le chapeau 3.
Le cylindre 1, le cylindre 4, le soufflet 6 et les passages rac- cordés au cylindre 1, sont remplis, d'une manière connue, d'un liquide, par exemple de l'huile, qui est actionné, au moyen d'un dispositif compensateur, par les pressions régnant dans le compteur venturi, de telle sorte que le fluide à mesurer ne pénètre pas dans l'appareil.
Au disque 8 est fixée une tige verticale 22 qui s'étend sur toute la longueur du tube 9 jusqu'au cylindre 4 où elle porte une armature d'élec- tro-aimant 23. Lorsque le disque 8 et la tige 22 se déplacent, l'armature 23 se déplace d'une quantité plus ou moins ande entre les pièces polaires 24 d'une culasse d'électro-aimant 25 pour une bobine d'induction 26 disposée au-dessus du couvercle 5, par l'intermédiaire duquel la culasse 25 est por- tée d'une manière étanche aux liquides.
Lorsque l'armature 23 se déplace d'une amplitude plus ou moins grande par rapport aux pièces polaires 24, le flux de lignes de force modifie le circuit magnétique à travers la culasse d'électro-aimant 25,et modifie par conséquent aussi la self-induction de la bobine d'induction 26. Cette mo- dification ou altération de la self-induction, qui constitue une mesure de la
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longueur du déplacement, peut être mesurée au moyen d'un pont électrique, comme c'est représenté par exemple sur la Fig. 2.
Le pont représenté sur la Fig. 2 comporte un transformateur 27, 28, dont l'enroulement primaire 27 est alimenté en courant alternatif,tandis que les extrémités de l'enroulement secondaire 28 sont reliées d'une part à une extrémité de la bobine d'induction 26 et d'autre part à une extrémité d'une bobine d'induction de compensation similaire 29. Les autres extrémi- tés de cas deux bobines d'induction 26 et-29 sont reliées entre elles et au milieu de l'enroulement secondaire 28, et dans le conducteur qui établit cette dernière connexion est intercalé un instrument de mesure 30 constitué par un milliampèremètre.
Cet instrument de mesure 30 restera au zéro de l'échelle aussi longtemps que les self-inductions et les résistances dans les deux bobines d'induction 26 et 29 sont égales, mais toute altération ou variation de la self-induction dans la bobine d'induction 26 par suite d'un déplacement de l'armature 23 aura pour effet de provoquer une déviation qui sera fonction de la valeur de l'altération ou amplitude de variation de la self-induction. Toutefois, il est à noter que la position zéro de l'instru- ment de mesure 30 ne correspond pas nécessairement à un courant d'intensité nulle en absence de courant dans le conducteur de raccordement, et elle peut être réglée par un ajustement de la self-induction dans la bobine d'induction de compensation 29.
Lorsque l'appareil est en service le courant de fluide dont on doit mesurer le débit provoque une différence de pression à l'intérieur du compteur venturi, ce qui a pour effet de comprimer plus ou moins le soufflet 6 de telle sorte que l'armature 23 se déplace plus ou moins entre les pièces polaires 24 et que par conséquent il se produit une altération ou variation correspondante de la self-induction dans la bobine d'induction 26, qui provo- que une déviation correspondante de l'instrument de mesure 30.
On constatera en examinant la Fig. 1 que l'armature 23 présente la forme d'un corps de révolution à contour courbe, c'est-à-dire non linéaire, dont la configuration est telle qu'une modification ou altération de la self-in- duction dans la bobine 26 lors d'un déplacement de l'armature se produit de telle façon que la déviation de l'instrument de mesure est une fonction li- néaire de la quantité de liquide à mesurer.
La forme exacte de l'armature 23 est déterminée de la manière sui- vante :
En premier lieu, on détermine la relation entre la quantité de li- quide en circulation et le déplacement de l'armature occasionné par le compteur venturi et le soufflet 6 et qui est une fonction de cette circulation de li-. quide. Cette relation - la courbe venturi - est représentée sur la Fig. 3.
La fonction linéaire désirée entre la quantité de liquide en circulation et la déviation de l'instrument de mesure est représentée sur la Fige 4.
Ensuite, l'armature, ou de préférence un stéréotype de celle-ci, qui peut être cylindrique ou présenter toute forme approximativement exacte, est appliquée à un arbre susceptible d'être déplacé de telle manière que.son déplacement peut être enregistré, et est amenée par rapport à la pièce polai- re 24 de la bobine d'induction 26, ou par rapport aux pièces polaires d'un appareil exactement correspondant, dans une position qui correspond à sa posi- tion dans l'appareil lorsqu'elle est en service.
On déplace ensuite l'armature d'une amplitude correspondant à une altération ou variation prédéterminée de la quantité de fluide, cette amplitu- de pouvant être déterminée par la courbe représentée sur la Fig. 3, et si l'instrument de mesure 30 produit une déviation inexacte par rapport à la courbe de la Fig. 4, on rode la partie de l'armature 23 en regard des pièces polaires 24 soit au moyen de meules qui peuvent être fixes ou rotatives et
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être établies de manière à méfier l'armature qui est alors maintenue en pla- ce, ou bien on peut d'abord enlever l'armature pour la meuler, jusqu'à ce que l'instrument de mesure montre une déviation approximativement exacte.
On ré- pète cette opération après que l'armature a exécuté un déplacement plus grand qui correspond à une plus grande quantité de liquide et on traite l'armature de cette manière jusqu'à ce qu'elle soit meulée sur toute sa longueur active.
Si l'armature ne présentait pas précédemment une conformation ap- proximativement exacte, on constatera fréquemment que les opérations de meu- lage exécutées le long d'une certaine partie de l'armature auront provoqué des altérations ou modification de l'effet produit par la partie considérée sur l'altération ou la variation de la self-induction, et par conséquent aus- si sur l'ajustement de l'instrument de mesure lorsque la partie en question de l'armature se trouve en regard des pièces polaires. C'est la raison pour laquelle une déviation approximativement exacte doit avoir lieu à la première opération de meulage.
Lorsque ce premier meulage a éfé effectué, on exécute un nouveau meulage de la même manière, et ce meulage, à condition que la fonc- tion entre la quantité de fluide et la déviation de l'instrument de mesure ne s'écarte que légèrement de la forme désirée indiquée par la courbe de la Fig. 4, peut être poursuivi jusqu'à ce qu'onobtienne la configuration exacte, mais si les déviations sont considérables, on doit répéter le meulage une ou plusieurs fois, peut être bien seulement le long d'une certaine partie de l'armature.
Lorsque l'armature a été meulée de manière à présenter la forme correcte, la bobine d'induction 26 acquiert une self-induction dont le courbe correspond à celle représentée en trait plein sur la Fig. 6, et diffère es- sentiellement de la courbe en pointillés qui représente la courbe de self-in- duction de la bobine d'induction correspondant à une armature cilindrique.
Si l'appareil de mesure avait été établi pour mesurer la valeur d'un effet qui pourrait être amené à produire un déplacement de l'armature 23 qui serait une fonction linéaire de la valeur de cette action, il faudrait donner à cette armature une. forme telle que la courbe de self-induction de la bobine d'induction 26 devienne rectiligne.
Au moyen d'un stéréotype produit de la manière décrite ci-dessus, on est à même d'exécuter pratiquement des armatures d'une manière très simple, par exemple en employant des instruments de mesure optiques, une machine à singer, ou mieux encore en employant un mandrin à meuler conforme au prototy- pe.. On peu 5 employer un pareil mandrin à meuler parce que le diamètre de l'armature est sans importance au point de vue de la forme de la courbe de self-induction et on peut d'une manière fort simple compenser l'augmentation ou la diminution de l'effet du circuit magnétique dans la bobine d'induction, par exemple par l'introduction ou la suppression de résistances (non repré- sentées) dans le circuit de mesure de l'appareil.
L'invention n'est pas limitée au mode d'exécution de l'appareil représenté ou à l'emploi de ce dernier de la manière décrite. Ainsi, par exemple, le circuit de mesure électrique peut être établi de différentes fa- gons. La bobine d'induction compensatrice 29 peut par exemple être supprimée si la bobine d'induction 26 est pourvue d'un enroulement bifilaire dont le point milieu est relié au point milieu de l'enroulement secondaire 28. En outre, on peut employer par exemple des circuits de mesure où la 'bobine d'in- duction 26 est enroulée soit normalement soit sous forme d'enroulement bifi- laire pour agir comme enroulement secondaire dans un transformateur dont l'enroulement primaire est également placé sur l'étrier 25. De même, le transformateur 27, 28 peut être remplacé par une résistance avec prise de courant en son milieu.
Il y a lieu de faire remarquer, en outre, qu'il n'est pas néces- saire pour l'exécution de l'armature ou de son stéréotype de calculer d'abord
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la courbe représentée sur la Fig. 3, parce que pendant le meulage le dépla- cement peut être provoqué soit directement, soit indirectement dans l'appa- reil même au moyen de l'effet que l'appareil est destiné à mesurer et qui est mesuré au cours du meulage au moyen d'un instrument de mesure de con- trôle. Toutefois, dans la plupart des cas une telle manière de procéder serait moins appropriée.