Débitmètre gyroscopique
La présente invention a pour objet un débitmètre gyroscopique comprenant un conduit courbe parcouru par le fluide dont le débit doit être mesuré, des sections d'entrée et de sortie reliées audit conduit courbe, un mécanisme d'entraînement pour faire osciller ledit conduit courbe autour d'un axe d'entraînement en vue de produire un couple gyroscopique autour d'un axe de couple et un dispositif transducteur sensible audit couple gyroscopique, dont le signal de sortie alternatif présente une amplitude proportionnelle au produit de deux facteurs dont l'un dépend du débit et l'autre de la fréquence d'oscillation autour dudit axe d'entraînement.
Dans les débitmètres de masse connus de ce type, le couple gyroscopique varie avec la vitesse d'écou- lement de masse du fluide et le dispositif transducteur sensible à ce couple produit un signal de sortie variant avec l'écoulement de fluide. Le conduit courbe peut être entraîné en rotation de façon continue autour de son axe d'entraînement ou peut osciller autour de celui-ci.
Dans ce dernier cas, le signal de sortie est un signal alternatif dont l'amplitude varie avec le débit.
Les débitmètres de masse gyroscopiques oscillants sont capables de fonctionner avec un degré d'exactitude élevé lorsqu'ils sont correctement étudiés et construits. Cependant, des variations dans la fréquence d'oscillation autour de l'axe d'entraînement peuvent avoir pour résultat des erreurs de mesure et en outre des signaux étrangers peuvent apparaître et également donner lieu à des erreurs.
Un but principal de la présente invention est de fournir un débitmètre gyroscopique du type oscillant dans lequel des erreurs dues à des variations dans la fréquence d'entraînement sont en grande partie éliminées. Des moyens pour éliminer les signaux précités peuvent également être prévus, rendant par là l'instrument de haute précision. capable de travailler dans des conditions de milieu défavorables.
Bien que la fréquence du réseau de courant alternatif soit maintenue presque constante et qu'un moteur d'entraînement synchrone convienne pour maintenir la fréquence d'oscillation suffisamment constante, ceci n'est pas toujours le cas, en particulier où une précision élevée est demandée.
Dans bien des cas il n'est pas possible d'avoir facilement une source de fréquence constante, par exemple dans des endroits éloignés où l'on utilise des générateurs locaux, en aviation, etc. On peut également avoir recours à des moteurs à induction ou à d'autres types d'entraînement non synchrones.
Dans de tels cas, des variations de fréquence d'oscillation peuvent donner naissance à des erreurs con sidérables.
Etant donné qu'un débitmètre doit habituellement être considéré comme tout à fait précis pour justifier, son usage par rapport à un indicateur de volume, on comprendra qu'il est très important que son signal de sortie soit indépendant de la fréquence d'entrainement.
Le débitmètre selon la présente invention sert à donner une solution à ce problème et est caracté- risé en ce qu'il comprend des moyens pour modifier ledit signal de sortie, de façon à réduire au moins en partie le facteur qui dépend de ladite fréquence d'oscillation. Dans certaines formes d'exécution où un signal de référence est utilisé, lesdits moyens sont agencés pour modifier également ce signal et le combiner avec ledit signal de sortie pour obtenir finalement l'indication désirée.
On préfère actuellement intégrer le signal de sortie du transducteur un nombre de fois suffisant pour éliminer pratiquement le facteur dépendant de la fré- quence. Pour un entraînement à amplitude cons tante, et un transducteur dans lequel le facteur dé- pendant de la fréquence est un terme au carré, en intégrant le signal de sortie deux fois on élimine le facteur dépendant de la fréquence. Pour d'autres types de transducteurs ou d'entraînements dans lesquels le facteur dépendant de la fréquence du signal de sortie présente un autre exposant, le nombre d'étages d'intégration peut être modifié en conséquence.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation d'une pre mière forme d'exécution d'un débitmètre gyroscopique.
La fig. 2 est une vue en élévation, depuis la gauche de la fig. 1, montrant la boucle et le transducteur de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue de détail de la fig. 1.
La fig. 4 est une vue en coupe d'une variante de détail de la fig. 1.
La fig. 5 illustre une seconde forme d'exécution.
La fig. 6 illustre une troisième forme d'exécution.
La fig. 7 est un diagramme-bloc d'une quatrième forme d'exécution.
La fig. 8 illustre un redresseur synchrone du type électronique.
La fig. 9 est un diagramme-bloc illustrant une variante.
La fig. 10 est une vue en élévation d'une variante de la fig. 1.
La fig. 11 est une vue en élévation latérale depuis la gauche de la fig. 10.
En se référant aux fig. 1 et 2, un indicateur de débit gyroscopique est illustré. Le conduit courbe du fluide est représenté sous la forme d'une boucle 10 recourbée vers l'intérieur en 11 et 12 pour former des sections de conduit d'entrée et de sortie de fluide s'étendant vers le centre de la boucle et reliés ensuite par des moyens flexibles tels que des soufflets 13, 13'aux sections de conduits 14, 14'par l'intermé- diaire desquels l'écoulement de fluide doit être mesuré. Un élément d'axe 15 tubulaire est disposé entre les extrémités 16, 16'qui sont fixées à la, boucle.
Des sections 17, 17'de diamètre réduit servent de ressorts de torsion pour fournir une force de rappel sollicitant la boucle 10 dans la position neutre repré- sentée. L'élément 15 constitue l'axe de couple et il est supposé être horizontal dans le cas présent.
L'élément d'axe 15 est fixé à des éléments verticaux 18, 18'et des transducteurs de sortie ou pick-up 19, 19'sont fixés aux extrémités des éléments 18, 18'respectivement. Un arbre 21 est fixé à la partie inférieure du transducteur 19 et est monté à rotation dans des paliers 22, 22'logés dans une enveloppe 23 pour effectuer un mouvement d'oscillation et de rotation. L'axe de l'arbre 21 est l'axe d'entraînement. La boucle est soumise à une oscillation autour de l'axe d'entraînement par un moteur 24 par l'intermédiaire d'une came excentrique 25 s'appuyant contre une tige 26 fixée à l'arbre 21 par un collier 27. Un ressort 28 est fixé à une extrémité à la tige 26 et à l'autre extrémité à, un support fixe 29 de manière à maintenir la tige en prise avec la came.
Pour la clarté du dessin, le point auquel le ressort 28 est fixé au support 29 est représenté audessus de la tige mais en pratique il est ordinairement aligné sur celle-ci.
Un générateur de signal de référence ou commutateur 30 est représenté fixé à l'arbre du moteur 24 par un collier 31. Lorsqu'un signal de courant alternatif est désiré, pour éliminer le facteur dépendant de la fréquence d'entraînement ou pour redressage synchrone, l'élément 30 peut être un générateur.
Si un détecteur synchrone est du type représenté à la fig. 8 utilisant un signal électrique pour des buts de synchronisation, la source du signal de référence peut être un générateur de courant alternatif. Dans ce cas le bloc 30 de la fig. 1 serait un générateur. Puisqu'il est accouplé directement au moteur 24 et que celui-ci fait osciller la boucle 10 autour de l'axe 21, la fréquence et la phase du courant de sortie du générateur sont fixées par rapport à l'oscillation de boucle autour de l'axe d'entraînement. Cependant si un détecteur snychrone du type utilisant un commutateur est utilisé comme à la fig. 5, l'élément 30 de la fig. 1 est un commutateur entraîné par le moteur 24.
Dans ce cas la fréquence de rotation et la phase de commutation seront fixées par rapport à l'oscillation de boucle autour de l'axe d'entraînement.
La fig. 3 montre un détail d'un transducteur, au capteur approprié. Comme représenté, le transducteur comporte une enveloppe 19 fixée à l'arbre d'entraînement 21 et un noyau 32 en une matière magnétique telle que du fer est monté dans celui-ci.
Un aimant permanent est utilisé pour établir un champ magnétique et peut être le pôle central 32'.
Un enroulement 33 est monté sur une bobine 34 qui est fixée au conduit 10 de la boucle. On comprendra que bien que l'enveloppe 19 oscille autour de l'axe d'entraînement, elle est fixe par rapport à l'axe de couple. Par conséquent, un mouvement de la boucle 10 autour de l'axe de couple produit un mouvement correspondant de l'enroulement 33 dans le champ magnétique et une tension de sortie correspondante est engendrée. L'amplitude d'oscillation autour de l'axe d'entraînement est ordinairement très petite et dans quelques cas il peut être satisfaisant de monter les enveloppes 19, 19'des transducteurs de telle manière qu'elles soient fixes par rapport à l'enveloppe 23.
Le transducteur de la fig. 3 est un transducteur de vitesse. La tension de sortie est proportionnelle à la vitesse du déplacement de l'enroulement 33 par rapport au champ magnétique. Ce type de transducteur est préféré car des déplacements peu importants de l'enroulement et de l'aimant résultant d'une distorsion du cadre dû à des efforts mécaniques, des changements de température, etc., n'affectent pas de façon appréciable le signal de sortie. Avec un trans ducteur de déplacement de telles distorsions donneraient naissance à une erreur importante. Le transducteur de vitesse produit également un signal de sortie maximum lorsque la boucle passe par sa position neutre, de sorte qu'il n'est pas sensible aux valeurs non linéaires dans le déplacement de la boucle comme un transducteur de déplacement.
D'autres formes de transducteurs de vitesse sont connues et peuvent être utilisées si on le désire.
On remarquera que les transducteurs 19 et 19' sont espacés l'un de l'autre dans la direction de l'axe d'entraînement (axe de l'arbre 21) et sur les côtés opposés de l'axe de couple (axe de l'organe 15). En conséquence, si l'enroulement du transducteur 19' se déplace vers la droite vu à la fig. 2, l'enroulement de l'autre transducteur 19 se déplace vers la gauche.
Dans les fig. 1 et 2 les stators des transducteurs sont montés sur les mêmes côtés de boucle 10, de sorte que les enroulements se déplacent de façon opposée par rapport à leur stator, Si le transducteur 19'était placé sur le côté droit de la boucle 10 (fig. 2) les enroulements des deux transducteurs se déplaceraient dans le même sens par rapport à leur stator pour un mouvement donné de la boucle 10.
Ainsi, lorsque les transducteurs sont reliés en série il est nécessaire d'inverser les conducteurs du transducteur 19'pour que les tensions résultantes s'ajoutent plutôt qu'elles ne se soustraient.
Si, du fait des conditions ambiantes des forces sont appliquées qui tendent à déplacer la boucle en translation, soit vers l'intérieur par rapport aux deux transducteurs vus à la fig. 2, les tensions engendrées résultantes s'opposeront l'une à l'autre dans le circuit en série et ainsi seront supprimées partiellement ou complètement. Ceci est avantageux en bien des cas. On notera que cette suppression peut être obtenue alors même que la fréquence de translation de la boucle. (ou les stators de transducteurs) est à la fréquence d'actionnement ou au voisinage de celle-ci.
De tels signaux étrangers peuvent être difficiles à éliminer, même impossibles, par un filtrage sérieux ou à l'aide d'un redresseur synchrone, à moins que pour ce dernier le signal étranger n'ait exactement la même fréquence que le signal désiré et ne soit dé- phase de. 90o par rapport à celui-ci.
La fig. 4 montre une variante de la fig. 1 dans laquelle l'arbre d'entraînement 21 est relié à une section de base fixe 35 par un tronçon 36 de section réduite qui agit comme un ressort de torsion.
Le moment d'inertie de la boucle autour de l'axe d'entraînement peut être choisi en vue de donner une résonance mécanique à la fréquence d'entrainement ou voisine. de celle-ci réduisant ainsi la puissance requise des moyens d'entraînement. On notera qu'avec le moteur et la disposition de came de la fig. 1, l'oscillation d'entraînement de la boucle est encore sous la commande du moteur et que la boucle continue à osciller autour de l'axe d'entraînement avec une amplitude fixe déterminée par la came.
La théorie du fonctionnement des indicateurs de débit du type représenté à la fig. 1 conduit à l'équa- tion (1) suivante pour le signal de sortie d'un transducteur de vitesse.
EMI3.1
où
V = tension de sortie du transducteur,
k = constante de proportionnalité entre la tension
de sortie du transducteur et la vitesse de la
boucle,
g = l'accélération due à la pesanteur,
W = poids de la matière s'écoulant à travers n'im
porte quelle section de la boucle,
t = temps en secondes,
R = rayon de la boucle,
$ = déplacement angulaire maximum de la boucle
autour de l'axe d'entraînement pour une
source d'entraînement d'amplitude constante,
m = 2nf où f est la fréquence d'oscillation autour
de l'axe d'entraînement,
k, = constante de ressort de la contrainte autour
de l'axe de couple,
(Dj = 2xfz où fz est la fréquence de résonance natu
relle du conduit de boucle autour de son axe
de couple.
Dans l'équation ci-dessus, on remarquera que le facteur de fréquence tB2 apparaît dans le numérateur de sorte que le signal de sortie du transducteur variera comme le carré de la fréquence d'oscillation autour de l'axe d'entraînement. Le terme apparaît également dans le dénominateur dans l'expression :
EMI3.2
Normalement, l'appareil est construit de manière que la fréquence de résonance naturelle autour de l'axe de couple soit élevée comparée à la fréquence d'entraînement. Par exemple, dans une forme d'exécu- tion la fréquence de résonance naturelle est d'environ 100 cycles par seconde et la fréquence d'entraînement de 10 cycles par seconde. On remarquera ainsi que les effets des variations de la fréquence d'entraînement dans le dénominateur sont très petits et peuvent être négligés.
Cependant, le facteur de foré- quence c92 dans le numérateur peut être la cause d'erreurs sensibles dans bien des cas.
Dans un instrument particulier, certains des facteurs dans l'équation (1) sont constants ou pratiquement constants. En conséquence l'équation peut être modifiée comme suit :
V = K d (02 coscot (2)
Ici la fonction exponentielle indiquant-une quantité alternative est donnée par une fonction de cosinus.
La fig. 5 représente un circuit d'intégration utilisé pour éliminer le facteur dans l'équation (2).
Ici les sorties des transducteurs 19, 19'sont fournies à un intégrateur 41 dont la sortie peut être exprimée comme suit, en considérant d'abord le cas où --peut être considère comme constant. dt V' = +KdW/dt @sin@t (3)
On remarquera que le facteur d'amplitude de fré- quence a maintenant été réduit à la première puissance de fréquence. Cette sortie est ensuite fournie à un second intégrateur 42 dont la sortie peut être exprimée comme suit :
V"=-K d cossot (4)
On remarquera que le facteur d'amplitude de fré- quence a maintenant été éliminé. Autrement l'équa- tion est la même que (2) excepté pour le signequi indique un décalage de phase de 180 .
Bien des formes d'intégrateurs sont connues en électronique, en particulier dans le domaine des calculateurs. Un simple circuit d'intégration est une résistance en série et un condensateur shunt. L'inté- gration produite ainsi est quelque peu imparfaite et une amplification considérable est nécessaire. On préfère utiliser un amplificateur dans lequel l'intégration est produite par réaction à travers un condensateur, ce qui aboutit ainsi à une intégration plus parfaite.
Un tel intégrateur est représenté dans le bloc 41 comme une résistance 43 et un amplificateur 44 en série avec réaction négative par l'intermédiaire d'un condensateur 45. Puisqu'il suffit d'intégrer dans le domaine de variation de la fréquence d'entraînement à laquelle on peut s'attendre, une résistance 46 est branchée en dérivation sur le condensateur 45 pour absorber des fréquences bien au-dessous de la fré- quence d'entraînement et l'amplificateur 44 peut être alimenté en courant alternatif avec une fréquence de coupure bien au-dessous de la fréquence d'entraînement.
Lors de l'intégration pour l'obtention des équations 3 et 4, le facteur de vitesse d'écoulement --est traite comme une constante. Ceci est juste < M lorsque des changements dans l'écoulement sont lents comparativement à la fréquence de fonctionnement.
L'écoulement peut être traité comme étant constant au début, donnant une tension de sortie sinusoïdale et une composante de courant alternatif qui module l'amplitude de la tension de sortie. Avec la fréquence d'entraînement plus élevée que les composantes de fréquence dans la modulation, on peut obtenir une réponse précise. Si la fréquence de modulation s'approche de la fréquence d'entraînement, il peut apparaître comme une erreur d'indication de la vitesse instantanée de l'écoulement de masse mais pas dans s l'indication de la vitesse d'écoulement moyenne.
Ainsi, il est désirable de sélectionner une fréquence d'actionnement considérablement plus élevée que les fluctuations attendues dans l'écoulement ou une réponse rapide et des vitesses instantanées précises sont requises.
Un intégrateur comprend une caractéristique inclinée qui atténue des signaux de fréquence élevés au taux de 6 db par octave. Par conséquent, la double intégration représentée à la fig. 5 a pour effet une atténuation totale de 12 db par octave qui discrimine ou élimine des signaux étrangers gênants de fréquence plus élevée que la fréquence d'entraînement. Par exemple, dans une forme d'exécution spé- cifique, la fréquence d'entraînement est de 10 c/s et la fréquence de résonance naturelle de la boucle autour de l'axe de couple où les signaux étrangers d'amplitude la plus élevée sont pour la plupart faciles à déterminer est d'environ 100 c/s. Des fréquen- ces dans le voisinage de 100 c/s sont grandement atténuées à la sortie de 1'intégrateur 42.
Un autre avantage réside dans le fait que les étages suivant les intégrateurs tels qu'un amplificateur 47 n'ont pas besoin d'avoir une grande gamme dynamique du fait de la réduction en amplitude de signaux gênants de fréquence plus élevée.
Le signal de sortie intégré est amené à un redresseur approprié pour obtenir une sortie de courant continu variant avec l'écoulement de fluide. Bien que divers types de redresseurs puissent être employés, on préfère utiliser un redresseur synchrone synchronisé à la fréquence d'oscillation autour de l'axe d'en- traînement pour supprimer n'importe quels signaux étrangers et également pour indiquer un renversement de l'écoulement de fluide.
Dans la fig. 5, le redresseur synchrone a la forme d'un commutateur rotatif de construction connue entraîné par un moteur 24. La sortie de l'amplificateur 47 est fournie à des balais venant en contact avec les deux segments de commutateurs 48, 48' dans des régions extérieures respectives où chaque segment est continu circonférentiellement. Une paire de balais 49, 49'vient en prise avec le commutateur dans la région de recouvrement des segments 48, 48'de manière à maintenir une sortie qui inverse la phase pour chaque demi-rotation du commutateur. En conséquence, le signal est redressé et le signal redressé est appliqué à un filtre 50 qui produit une sortie de courant continu variant avec la vitesse d'écoulement de masse. Le fonctionnement d'un tel redresseur synchrone est bien connu et ne sera pas décrit plus en détail.
Le signal de sortie est utilisé pour actionner un indicateur de la vitesse d'écoulement, par exemple un compteur, et peut être également fourni à un totalisateur tel qu'un wattmètre, etc., pour obtenir l'écoulement de fluide total.
Puisque le commutateur de la fig. 5 est entraîné directement par le moteur 24, la phase des segments 48, 48'est fixe par rapport au moteur et par rapport à l'oscillation de la boucle autour de l'arbre d'en- traînement. La sortie de l'amplificateur 47 est un signal sinusoïdal, dont la fréquence est celle de l'oscillation de boucle et dont l'amplitude varie avec la vitesse d'écoulement du fluide. Pour un sens donné de l'écoulement dans la boucle 10, il y aura une relation de phase particulièrement entre le signal de sortie de l'amplificateur 47 et l'oscillation de la boucle 10 autour de l'arbre d'entraînement 21.
Si l'écou- lement de fluide dans la boucle 10 change dans le sens opposé il y aura un changement de 180 dans la phase de l'oscillation de la boucle autour de l'axe de couple 15 et de là dans le signal de sortie du transducteur. Ainsi la sortie de l'amplificateur 47 à la fig. 5 changera de 180 .
La fig. 6 montre une autre forme d'exécution dans laquelle un signal de référence est utilisé pour l'élimination du facteur d'amplitude de fréquence.
Ici, un générateur monophasé de signal de référence 51 est entraîné par un moteur 24 et rend une tension de sortie qui peut être exprimée par :
E = K'cl) sinsot (5)
La tension de référence E est de la même fré- quence que la fréquence d'entraînement dans l'équa- tion 2, et a un facteur d'amplitude w directement proportionnel à la fréquence. Elle est exprimée comme une fonction de sinus plutôt que de cosinus pour indiquer qu'elle est déphasée de 90"avec,la sortie de signal provenant des transducteurs 19, 19'.
Cette phase relative peut être obtenue par une orientation correcte de l'arbre de générateur par rapport à l'arbre moteur.
La tension de référence est différentiée par des moyens appropriés représentés ici par un circuit comprenant des capacités 52, 52'et un potentiomètre 53, une prise médiane sur. le potentiomètre étant mise à la terre. La tension sur le potentiomètre peut être exprimée comme suit :
E'= dE/dt = K'o) coswt (6)
On remarquera que le facteur m est maintenant au carré et en conséquence est élevé au même exposant que celui de la tension de signal donné par l'équation 2.
Le curseur 53'du potentiomètre est relié au primaire d'un transformateur 54 et les transducteurs sont également reliés à celui-ci. Les connexions sont telles que la tension résultante appliquée sur le primaire est égale à la différence entre les deux tensions, c'est-à-dire à V-K"E'. Ici K"représente la partie de la tension à travers le potentiomètre qui est prise par le curseur 53'. Puisque le potentiomètre est mis à la terre à sa prise médiane, un mouvement du curseur 53'd'un côté à l'autre de cette prise médiane, inverse la phase de la tension relevée par rapport au sol.
Le secondaire du transformateur 54 est connecté par l'intermédiaire d'un amplificateur 55 à un enrou-- lement 56 d'un moteur biphasé. La tension de référence provenant du générateur 51 est fournie au second enroulement 57 qui est en quadrature avec le premier. Comme il est bien connu, un moteur biphasé produit un couple constant seulement lorsque l'excitation des deux enroulements a la même fréquence. Le couple est proportionnel au produit des amplitudes des deux excitations et du sinus de l'angle de phase entre celle-ci. Ainsi, pour des amplitudes données d'excitation le couple est maximum lorsque l'angle de phase est de 900. Le sens de rotation de l'arbre dépend de l'excitation qui est en avance sur l'autre.
Dans cette forme d'exécution, l'excitation de l'enroulement 57 est une fonction sinusoïdale et celle de l'enroulement 56 une fonction cosinusoïdale de la même fréquence pour la composante de signal fondamental. En conséquence, les excitations ont un angle de phase de 90 entre elles. L'excitation de l'enroulement 56 avance sur celle de 57 pour un sens de l'écoulement de fluide et retarde pour le sens opposé produisant des sens correspondants de rotation d'arbre.
L'arbre est relié en vue d'entraîner le curseur 53'dans la direction de réduction de la différence entre les deux tensions appliquées au primaire du transformateur. Ainsi, le curseur se déplace jusqu'à ce que la tension appliquée au primaire du transformateur 54 soit sensiblement nulle. Ceci réduit l'excitation dans l'enroulement 56 à zéro et le moteur s'arrête. Pour cette équation V = K"E'. En conséquence :
"VKdW
E'K'dt
On remarque ainsi que le déplacement du curseur 53', ou le déplacement angulaire correspondant de l'arbre 58, est égal à la tension de sortie du transducteur divisé par la tension de référence différentiée et est proportionnel à la vitesse d'écoulement de masse.
Par conséquent, lorsque le moteur a atteint sa position zéro, le déplacement angulaire de l'arbre 58 correspond à la vitesse d'écoulement de masse et est indépendant du facteur de fréquence dans la tension du transducteur.
L'arbre peut être utilisé pour entraîner un indicateur 59 de toute manière désirée. Il convient souvent de convertir la position de l'arbre en un signal électrique pour des buts d'indication. Ceci peut être facilement réalisé par des moyens connus, tels qu'en reliant l'arbre au curseur d'un potentiomètre auxiliaire pour alimenter par une tension continue constante. La tension au curseur représentera alors la vitesse d'écoulement de masse. Le déplacement de l'arbre changera comme la vitesse d'écoulement de masse change. Un totalisateur peut également être disposé de manière à répondre à la sortie de l'arbre.
Pour autant que le moteur biphasé ne produit pas un couple constant pour des composantes de fréquences dans la bobine 56 qui sont différentes de la fréquence dans la bobine 57, bien des signaux étrangers peuvent être éliminés. En conséquence, le dispositif de la fig. 6 fournit une sortie (déplacement de l'arbre 58 ou un signal dérivé de celui-ci) représentant la vitesse d'écoulement de masse indé pendante du facteur dépendant de la fréquence et exempte de composantes de signaux étrangers dans la sortie du transducteur.
En se référant maintenant à la fig. 7, une autre forme d'exécution est représentée sous forme de blocs. Ici le signal de sortie capté et le signal de référence sont fournis à un redresseur synchrone 61 qui est supposé être du type donnant un courant continu de sortie proportionnel à l'amplitude de la composante du signal capté qui a la même fréquence que celle du signal de référence. Un exemple d'un tel redresseur est représenté à la fig. 8.
Les signaux captés et de référence sont supposés avoir des facteurs d'amplitude de fréquence comme indiqué par les équations 2 et 5 respectivement. La phase relative des signaux est déterminée pour s'adapter au redresseur synchrone particulier utilisé. Le signal de référence est également fourni à un différentiateur 62 pour produire un signal cor respondant dans lequel le facteur w est au carré.
Ce signal est ensuite redressé en 63 pour obtenir un signal de courant continu correspondant qui est fourni à un diviseur 64 à la sortie de courant continu du redresseur synchrone. En conséquence, le signal de courant continu, représentant la vitesse d'écoulement de masse, est divisé par le signal différentié et redressé, produisant une sortie dont la grandeur dépend de variations dans la fréquence d'oscillation autour de l'arbre d'entraînement. Grâce au redresseur synchrone, il est également sensiblement indépendant des signaux étrangers de fréquence différente. La sortie du diviseur est ensuite fournie à un indicateur 65.
La fig. 8 montre une forme de redresseur syn chrone électronique bien connu. Ici le signal d'entrée est amené par l'intermédiaire d'un transformateur 66 à une paire de diodes 67, 67'. Le secondaire du transformateur 66 comporte une prise médiane et un signal de référence est fourni à cette prise par l'inter- médiaire d'un transformateur 68. Le circuit de sortie comprend des résistances 69, 69'shuntées par des condensateurs 71, 71'. Avec un signal de référence d'amplitude suffisante (plus grand que la moitié du signal d'entrée apparaissant sur le secondaire du transformateur 66) la sortie dans la ligne 72, 72' sera un courant continu variant avec l'amplitude de la composante du signal d'entrée qui a la même fréquence que le signal de référence.
Des relations de phase correctes entre les signaux d'entrée et de référence sont maintenues.
Avec le redresseur de la fig. 8 utilisé dans la disposition de la fig. 7 le signal de référence est avantageusement exactement en phase avec le signal capté pour une direction d'écoulement de fluide produisant un courant continu de sortie d'une polarité donnée. Si le courant de fluide s'inverse, la phase du signal capté s'inversera, produisant un courant continu de sortie de polarité opposée. Le diviseur 64 peut être agencé pour répondre aux polarités opposées du signal à partir du redresseur 61 de façon que sa sortie indique une direction d'écoulement ou l'autre, suivant le cas.
Dans la disposition de la fig. 5, les opérations de calculs sont effectuées sur le signal capté et aucun signal de référence n'intervient en éliminant le facteur d'amplitude de fréquence. D'autre part, dans les fig. 6 et 7, on utilise un signal de référence pour l'élimination du facteur d'amplitude de fréquence et l'opération de calcul, pour ce qui concerne ledit facteur, est effectuée seulement sur le signal de référence. A la fig. 9, on a illustré sous forme de diagramme-bloc la manière selon laquelle un signal de référence peut être utilisé et des opérations de calculs effectuÚes sur les deux signaux captÚs et de rÚfÚrence.
En se référant à la fig. 9, le signal de sortie du transducteur est fourni à des moyens pour effectuer une opération de calcul représentés par le bloc 75. Ordinairement l'opération est une intégration mais dans certaines circonstances elle peut être une différentiation. Le signal de référence est également fourni à des moyens pour effectuer une opération de calcul désignée par le bloc 76. L'intégration ou la différentiation peut être effectuée dans le bloc 76.
Les sorties des deux blocs 75 et 76 sont amenées à des moyens pour effectuer une opération algébri- que représentée par le bloc 77. L'opération algé- brique peut être une division ou une multiplication selon les opérations précédentes.
Les signaux captés et de référence sont avantageusement modifiés jusqu'à ce que les exposants des facteurs amplitude de fréquence respectifs aient la même valeur arithmétique. Si dans ce cas les exposants ont le même signe (par exemple les deux facteurs dans le numérateur), une division d'un signal par l'autre élimine le facteur d'amplitude de fré- quence. Si les exposants apparaissent avec des signes opposés (par exemple un facteur dans le numérateur et l'autre dans le dénominateur) une multiplication peut être utilisée pour éliminer le facteur d'amplitude de fréquence.
Il est également possible de choisir le nombre et le type d'opérations de calculs effectués sur chaque signal de sorte que la différence arithmétique entre les exposants des facteurs s d'amplitude de fréquence respectifs soit réduite mais non égale à zéro. Dans un tel cas, la division ou la multiplication subséquente produit une sortie résul- tante dans laquelle la fréquence est réduite mais non éliminée. Ensuite, une intégration ou une dif férentiation ultérieure peut être effectuée pour éli- miner le facteur.
Comme exemples, si le signal de sortie a un facteur mS et le signal de référence un facteur w, le premier peut être intégré une fois et le dernier différentié une fois pour obtenir dans les deux signaux les facteurs 0) 2. Ensuite le premier peut être divisé par le dernier pour éliminer le facteur. Si le signal de sortie a un facteur (o2 et le signal de référence un facteur o), le premier peut être intégré une fois pour avoir un facteur m et le dernier intégré deux fois pour obtenir un facteur dans quel cas o) les deux signaux peuvent être multipliés pour éli- miner le facteur d'amplitude de fréquence.
Si dans cet exemple le signal de référence est intégré une fois au lieu de deux fois, le signal de sortie résultant contiendra encore un facteur w à la première puissance qui peut être éliminé par une intégration ulté- rieure.
Dans la fig. 1, le générateur de signal de référence est représenté couplé directement au moteur d'entraînement puisque le mécanisme de came permet d'assurer que l'oscillation autour de l'axe d'entraînement (axe de l'arbre 21) est constante en fré- quence et en phase par rapport au moteur et constante en amplitude. Avec d'autres types d'entraînements, dans lesquels l'accouplement entre la source motrice et l'axe moteur n'est pas fixe, il peut être désirable de monter un générateur approprié sur l'arbre moteur 21 lui-même. Même de cette façon il est possible que dans certains cas le mouvement de la boucle 10 autour de l'axe d'entraînement ne corresponde pas rigoureusement au mouvement de l'arbre d'entraînement du fait par exemple de la flexibilité des organes 17, 17', etc.
Des changements d'amplitude et de phase de l'oscillation de la boucle autour de l'axe d'entraînement par rapport à l'arbre 21 sont par conséquent possibles.
De tels changements de phase produisent des changements correspondants dans la phase du signal de sortie et si la phase du signal de référence ne change pas de la même quantité, des effets contraires peuvent résulter comme on le comprendra de la discussion qui précède. Des changements d'amplitude de l'oscillation de boucle autour de l'axe d'entraînement produisent également des changements correspondants dans le signal de sortie comme on le reconnaîtra en partant du facteur (D dans l'équa- tion 1. Ainsi K dans l'équation 2 n'est pas constant.
Lorsqu'un signal de référence est utilisé pour éli- miner le facteur d'amplitude de fréquence comme dans les fig. 6 et 7, il est désirable d'avoir le changement d'amplitude de signal de référence avec l'am- plitude de l'oscillation de boucle autour de l'axe d'entraînement de la même manière que le signal de sortie. Ensuite, une opération de division élimine le changement du signal de sortie. Ceci est illustré par exemple dans l'équation 7. Si K et K'changent de la mÛme mani¯re, la quantitÚ K/K' reste constante.
On peut utiliser la disposition reprÚsentÚe aux fig. 10 et 11 lorsque les effets contraires précédents sont importants.
En se référant aux fig. 10 et 11, on a représenté un indicateur de débit semblable aux fig. 1 et 2.
Cependant, le signal de référence de courant alternatif est engendré par des transducteurs qui répondent au mouvement de la boucle elle-même autour de l'axe d'entraînement. A cet effet, un montant 81 comporte un élément transversal 82 aux extrémités duquel sont montés des transducteurs 83 et 84.
Ceux-ci peuvent avoir la forme représentée à la fig. 3. Les enroulements coopérants sont fixés à la boucle en 83'et 84'. Ainsi, ils sont espacés l'un de l'autre en direction de l'axe de couple et sur les côtés opposés de l'axe d'entraînement. Lorsque la boucle oscille autour de l'axe d'entraînement, des tensions correspondantes de courant alternatif sont engendrées par les transducteurs 83, 84. Pour autant que les transducteurs sont montés au-delà des trongons flexibles 17, 17', la flexibilité de ces derniers n'empêche pas la tension de référence de représenter de façon précise le mouvement de boucle en amplitude en fréquence et en phase.
Bien qu'un seul transducteur pourrait être utilisé dans ce but, il est avantageux d'utiliser deux transducteurs avec les sorties connectées en série de telle manière que les signaux provenant des deux transducteurs s'ajoutent pour l'oscillation de boucle autour de l'axe d'entraînement du fait que la translation de la boucle par rapport au capteur dans le plan horizontal produit des tensions correspondantes dans s les transducteurs qui s'annulent partiellement ou complètement l'une l'autre.
On notera que les enroulements de captage 83', 84'oscillent également autour de l'axe de couple.
L'amplitude des oscillations est ordinairement très petite. L'entrefer dans le stator du capteur (fig. 3) peut être réalisé suffisamment grand pour permettre un tel déplacement angulaire de l'enroulement dans cet entrefer, et avec un champ magnétique axialement uniforme on obtient une petite sortie ou aucune à partir du mouvement angulaire. En outre, avec les transducteurs connectés en série la suppression de toute sortie résiduelle due à la rotation des enroulements autour de l'axe de couple est obtenue.
Il ressort des considérations ci-dessus qu'il est possible dans quelques cas de monter des transducteurs de captage 19, 19'de telle manière que leur stator soit fixe par rapport à la base de l'indicateur de débit plutôt que fixe par rapport à l'axe d'entraî- nement comme représenté.