FR2462710A1 - Speed measurement for molten electroconducting fluid - requires detector comprising ferromagnetic cylinder with protruding diametrically opposed conductors - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet des procédés et des dispositifs pour mesurer localement des vitesses instantanées d'un fluide électroconducteur, notamment d'un métal fondu. The present invention relates to methods and devices for locally measuring instantaneous velocities of an electroconductive fluid, in particular of a molten metal.
Le secteur technique de l'invention est celui de la mesure des vitesses et des débits d'écoulement d'un fluide électroconducteuv,et plus particulièrement d'un fluide à haute température. The technical sector of the invention is that of measuring the speeds and flow rates of an electroconductive fluid, and more particularly of a high temperature fluid.
Dans la suite de l'exposé, on se référera, plus particulièrement, à la mesure des vitesses et des débits des métaux et alliages métalliques fondus, qui constituent un domaine d'applications particulièrement avantageux des capteurs de vitesse et de débit selon l'invention. In the remainder of the description, reference will be made more particularly to the measurement of the speeds and the flow rates of molten metals and metal alloys, which constitute a particularly advantageous field of applications of the speed and flow rate sensors according to the invention. .
I1 est précisé que ce choix n'entraîne aucune limitation de l'invention et que les capteurs selon l'invention peuvent être utilisés pour mesurer des vitesses et des débits au sein de n'importe quel fluide électroconducteur, notamment au sein de fluides chauds, tels que des plasmas ou des hydrates salins fondus qui sont utilisés pour stocker de la chaleur sous forme de chaleur latente de fusion. It is specified that this choice does not entail any limitation of the invention and that the sensors according to the invention can be used to measure speeds and flow rates within any electroconductive fluid, in particular within hot fluids, such as plasmas or molten salt hydrates which are used to store heat in the form of latent heat of fusion.
Les capteurs de vitesse et de débit les plus utilisés, à ce jour, sont, soit des capteurs de pression différentielle du type tube de
Pitot, soit des anémomètres à fil chaud.The most used speed and flow sensors to date are either differential pressure sensors of the tube type.
Pitot, or hot wire anemometers.
Les tubes de Pitot ne peuvent pas être utilisés au sein d'un métal ou d'un hydrate salin fondu. En effet, il se produit une solidification du métal ou de l'hydrate salin à l'intérieur des tubes qui se bouchent. Pitot tubes cannot be used within a metal or a molten salt hydrate. Indeed, there is a solidification of the metal or of the hydrate saline inside the tubes which become blocked.
Les anémomètres à fil chaud sont basés sur une mesure de variation de résistance électrique dûe à une variation de température des fils et leur sensibilité, aux hautes températures, est très réduite. Hot wire anemometers are based on a measurement of variation in electrical resistance due to a variation in temperature of the wires and their sensitivity, at high temperatures, is very reduced.
Dans de nombreux problèmes pratiques, on cherche à mesurer localement, au sein d'un métal fondu, le module et la direction du vecteur vitesse. C'est le cas, par exemple, pour étudier les mouvements de convection à l'intérieur d'un four de fusion ou d'affinage d'un métal. C'est également le problème à résoudre pour mesurer, par exemple, les débits de coulée d'un métal fondu et, notamment, pour construire des appareils automatiques, qui permettent d'interrompre une coulée lorsqu 'une quantité de métal suffisante pour remplir un moule, s'est écoulée. In many practical problems, it is sought to measure locally, within a molten metal, the modulus and the direction of the speed vector. This is the case, for example, to study convection movements inside a metal smelting or refining furnace. This is also the problem to be solved for measuring, for example, the flow rates of a molten metal and, in particular, for constructing automatic devices, which make it possible to interrupt a casting when a quantity of metal sufficient to fill a mold, has passed.
Un objectif de la présente invention est de procurer des moyens qui permettent de mesurer localement le module et la direction des vitesses instantanées, au sein d'un fluide électroconducteur et, notamment, au sein d'un fluide à haute température, par exemple d'un métal en fusion. An objective of the present invention is to provide means which make it possible to locally measure the module and the direction of the instantaneous speeds, within an electroconductive fluid and, in particular, within a fluid at high temperature, for example of a molten metal.
Cet objectif est atteint au moyen d'un procédé suivant lequel on place au sein du fluide en mouvement un capteur de vitesse comportant un petit barreau cylindrique, en un matériau ferromagnétique, ayant un axe géométrique longitudinal et au moins un couple d'électrodes isolées, dont les deux extrémités sont disposées en deux points diamétralement opposés dudit barreau et définissent un premier axe transversal, on crée un champ magnétique, sensiblement parallèle audit axe longitudinal, et on mesure la différence de potentiel entre les deux électrodes, laquelle est proportionnelle à la valeur instantanée de la composante de la vitesse suivant un deuxième axe transversal perpendiculaire audit axe longitudinal et au premier axe transversal. This objective is achieved by means of a process according to which a speed sensor comprising a small cylindrical bar, made of a ferromagnetic material, having a longitudinal geometric axis and at least one pair of insulated electrodes is placed within the moving fluid. whose two ends are arranged at two diametrically opposite points of said bar and define a first transverse axis, a magnetic field is created, substantially parallel to said longitudinal axis, and the potential difference between the two electrodes is measured, which is proportional to the value instant of the speed component along a second transverse axis perpendicular to said longitudinal axis and to the first transverse axis.
Lorsque la direction de la vitesse est inconnue, on mesure les composantes de la vitesse suivant trois directions trirectangulaires et on en déduit le module et la direction du vecteur vitesse. When the direction of the speed is unknown, the components of the speed are measured in three trirectangular directions and the modulus and direction of the speed vector are deduced therefrom.
Pour mesurer les composantes de la vitesse suivant trois directions trirectangulaires, on effectue une première mesure de la composante Ux, suivant un axe ox en plaçant le capteur de telle sorte, que les extrémités des deux électrodes soient placées le long d'un axe oy perpendiculaire à Ox, et que l'axe géométrique du capteur soit disposé suivant un axe Oz, perpendiculaire aux axes Ox et Oy. To measure the components of the speed in three trirectangular directions, a first measurement of the Ux component is carried out, along an ox axis, by placing the sensor so that the ends of the two electrodes are placed along a perpendicular oy axis. to Ox, and that the geometric axis of the sensor is arranged along an axis Oz, perpendicular to the axes Ox and Oy.
On fait ensuite tourner le capteur de 90 autour de l'axe géométrique, et on mesure la composante Uy de la vitesse suivant l'axe Oy. We then rotate the sensor 90 around the geometric axis, and measure the component Uy of the speed along the axis Oy.
On fait, enfin, tourner le capteur et le champ magnétique autour de l'axe Ox et on mesure la composante Uz de la vitesse suivant l'axe Oz. Finally, rotate the sensor and the magnetic field around the Ox axis and measure the Uz component of the speed along the Oz axis.
Un dispositif selon l'invention comporte un capteur de vitesse qui est placé au sein du fluide électroconducteur en mouvement et qui comporte - un petit barreau cylindrique, en un matériau ferromagnétique, ayant un axe
géométrique longitudinal, - des moyens pour créer, dans ledit barreau, un champ magnétique sensiblement
parallèle audit axe géométrique, - etau moins un couple d'électrodes placé dans une gaine isolante, dont les
deux extrémités sont dénudées et sont disposées aux deux extrémités d'un
diamètre transversal dudit barreau où elles viennent au contact dudit fluide
en mouvement, - et ledit dispositif comporte, en outre, des moyens pour mesurer la différence
de potentiel entre les deux électrodes de chaque couple d'électrodes, laquelle
est proportionnelle à la composante de la vitesse suivant l'axe perpendicu
laire audit axe longitudinal et audit diamètre transversal.A device according to the invention comprises a speed sensor which is placed within the moving electroconductive fluid and which comprises - a small cylindrical bar, made of a ferromagnetic material, having an axis
longitudinal geometric, - means for creating, in said rod, a substantially magnetic field
parallel to said geometric axis, --and at least one pair of electrodes placed in an insulating sheath, the
two ends are stripped and are arranged at both ends of a
transverse diameter of said bar where they come into contact with said fluid
in motion, - and said device further comprises means for measuring the difference
potential between the two electrodes of each pair of electrodes, which
is proportional to the component of the speed along the perpendicular axis
the said longitudinal axis and said transverse diameter.
De préférence, le barreau cylindrique est un aimant permanent.Preferably, the cylindrical bar is a permanent magnet.
Selon un mode de réalisation préférentiel, un capteur selon l'invention comporte deux couples d'électrodes dont les extremités dénudées sont disposées respectivement aux deux extremités de deux diamètres transversaux du barreau,perpendiculaires entre eux. According to a preferred embodiment, a sensor according to the invention comprises two pairs of electrodes, the stripped ends of which are disposed respectively at the two ends of two transverse diameters of the bar, perpendicular to each other.
De préférence, un capteur selon l'invention comporte un boîtier cylindrique , coaxial avec ledit barreau, à l'intérieur duquel sont placés ledit barreau et lesdites électrodes, lesquelles traversent ledit bottier isolant en deux points diamétralement opposés pour chaque couple d'électrodes. Preferably, a sensor according to the invention comprises a cylindrical housing, coaxial with said bar, inside which are placed said bar and said electrodes, which pass through said insulating casing at two diametrically opposite points for each pair of electrodes.
L'invention a pour résultat la mesure locale des vitesses instantanées, au sein d'un fluide électroconducteug notamment dans un fluide à haute température et plus particulièrement au sein d'un métal ou d'un alliage métallique fondu. Elle a également pour objet de nouveaux capteurs de vitesse et de nouveaux dispositifs équipés de ces capteurs. The invention results in the local measurement of instantaneous speeds, within an electroconductive fluid in particular in a high temperature fluid and more particularly within a metal or a molten metal alloy. It also relates to new speed sensors and new devices equipped with these sensors.
Un premier avantage des capteurs de vitesse selon l'invention, tient au fait que leur composition permet de les construire entièrement en matériaux qui résistent bien aux hautes températures.les électrodes peuvent être placées dans une gaine isolante en magnésie, ou en tout autre oxyde réfractaire, et l'extrémité des électrodes qui est en contact avec le fluide peut être construite en un métal électroconducteur, ayant une température de fusion élevée;par exemple en platine. A first advantage of the speed sensors according to the invention is due to the fact that their composition makes it possible to construct them entirely from materials which are resistant to high temperatures. The electrodes can be placed in an insulating sheath in magnesia, or in any other refractory oxide. , and the end of the electrodes which is in contact with the fluid can be constructed of an electroconductive metal, having a high melting temperature; for example platinum.
le barreau, en matériau ferromagnétique, peut être composé d'un alliage ou d'un ferritequi résiste bien à la température, sans perdre ses propriétés magnétiques. Dans le cas où l'on doit mesurer des vitesses à une température inférieure à 7000, le barreau ferromagnétique peut être composé dtinmatériau ferromagnétique, utilisé couramment pour construire les aimants permanents ou des noyaux d'électro-aimant, et, ayant généralement une température de Curie de l'ordre de B0 à 8000. Ainsi, on peut mesurer les vitesses dans des métaux fondus, tels que bismuth, cadmium, coesium, gallium, indium, potassium, Pithium, sodium, mercure, plomb, rubidium, étain, zinc.Pour des applications à température plus élevée, on peut choisir des alliages spéciaux ayant un point de Curie plus élevé. the rod, made of ferromagnetic material, can be composed of an alloy or a ferrite which resists the temperature well, without losing its magnetic properties. In the case where velocities have to be measured at a temperature below 7000, the ferromagnetic bar can be composed of ferromagnetic material, commonly used to construct permanent magnets or electromagnet cores, and, generally having a temperature of Curia of the order of B0 to 8000. Thus, the velocities can be measured in molten metals, such as bismuth, cadmium, coesium, gallium, indium, potassium, Pithium, sodium, mercury, lead, rubidium, tin, zinc. For higher temperature applications, special alloys with a higher Curie point can be chosen.
les capteurs de vitesse selon l'invention délivrent une tension électrique qui varie de façon très proportionnelle en fonction de la composante de la vitesse à mesurer et, ceci, dans une plage de vitesses allant des vitesses très faibles, de l'ordre de quelques millimètres à la seconde, à des vitesses de plusieurs mètres par seconde, c'est-à-dire sur toute la plage des vitesse que l'on rencontre dans la pratique industrielle courante. the speed sensors according to the invention deliver an electric voltage which varies in a very proportional manner as a function of the component of the speed to be measured and, this, in a range of speeds going from very low speeds, of the order of a few millimeters per second, at speeds of several meters per second, that is to say over the entire range of speeds that are encountered in current industrial practice.
Des essais systématiques, en laboratoire, ont montré, par ailleurs, que le coefficient de proportionnalité est indépendant de la température dans la plage comprise entre la température ambiante et une tempé- rature de l'ordre de 7000. Systematic laboratory tests have also shown that the proportionality coefficient is independent of the temperature in the range between ambient temperature and a temperature of the order of 7000.
Ces memes essais ont montré que le coefficient de proportionnalité est indépendant des propriétés physiques du métal fondu, telles que la viscosité ou la conductivité électrique. Il faut cependant que le fluide soit électroconducteur, mais dans la plage de conductivité des métaux et alliages métalliques, le coefficient de proportionnalité est indépendant de la valeur de la conductivité électrique. il en résulte que l'étalonnage d'un capteur de vitesse selon l'invention est valable pour tous les cas d'utilisation courants et qu'il peut être facilement réalisé en laboratoire par exemple dans un bain de mercure. These same tests have shown that the proportionality coefficient is independent of the physical properties of the molten metal, such as viscosity or electrical conductivity. However, the fluid must be electrically conductive, but in the conductivity range of metals and metal alloys, the proportionality coefficient is independent of the value of the electrical conductivity. it follows that the calibration of a speed sensor according to the invention is valid for all common use cases and that it can be easily carried out in the laboratory, for example in a mercury bath.
Des essais, en laboratoire, ont également montré que les pro priétés dynamiques d'un capteur de vitesse selon l'invention, sont très bonnes et que le signal électrique suivait très fidèlement les variations de vitesse pour des fréquences allant jusqu'a 100 Hz. Toutes ces propriétés font que les capteurs de vitesse selon l'invention sont très bien adaptés à de très nombreux cas pratiques où se posent des problèmes de mesure de vitesse et de débit, dans un métal fondu ou dans un fluide électroconducteur. Tests in the laboratory have also shown that the dynamic properties of a speed sensor according to the invention are very good and that the electrical signal very faithfully follows the variations in speed for frequencies up to 100 Hz. All these properties mean that the speed sensors according to the invention are very well suited to very many practical cases where problems of speed and flow measurement arise, in a molten metal or in an electroconductive fluid.
Le signal électrique délivré par un capteur de vitesse selon l'invention reproduit analogiquement,de façon très fidèle, les variations de vitesse du fluide au point où il est placé, et les dispositifs selon l'invention constituent destraisducteursde vitesse ou de débit en un signal électrique. De plus, les dimensions d'un capteur selon l'invention sont très réduites, de l'ordre de 5 mm de diamètre et de 1 cm de longueur, de sorte que leur présence, au sein du liquide, ne perturbe pas sensiblement l'écoulement et que l'on peut déplacer le capteur en divers points d'une veine fluide pour obtenir des mesures de vitesses locales et explorer un champ de vitesses. The electrical signal delivered by a speed sensor according to the invention reproduces analogically, very faithfully, the variations in speed of the fluid at the point where it is placed, and the devices according to the invention constitute speed or flow rate reducers in a signal electric. In addition, the dimensions of a sensor according to the invention are very small, of the order of 5 mm in diameter and 1 cm in length, so that their presence, within the liquid, does not substantially disturb the flow and that the sensor can be moved to various points in a fluid stream to obtain local velocity measurements and explore a velocity field.
Lorsque la direction de la vitesse est inconnue, il est possible, avec un capteur selon l'invention, de mesurer les composantes de la vitesse Ux, Uy et Uz selon trois axes trirectangulaires et d'en deduire la direction et le module de la vitesse. Toutes ces propriétés permettent d'utiliser les capteurs selon l'invention pour contrôler des écoulements de métaux fondus, en utilisant les signaux délivrés par les capteurs, soit pour actionner des appareils indicateurs, soit des alarmes, soit même des automatismes ou des asservissements. On peut, également, utiliser des capteurs de vitesse selon l'invention pour étudier des mouvements ou des écoulements de métaux fondus, dans diverses applications pratiques et industrielles encore mal connues.A titre d'exemple, les capteurs selon l'invention peuvent servir à étudier les mouvements de eonseetiondans le sodium liquide qui circule dans les échangeurs de chaleur, utilisés dans certains réacteurs nucléaires, ou bien les phénomènes de remous et de brassage électromagnétique qui se produisent dans les fours de fusion à arc ou à induction. When the direction of the speed is unknown, it is possible, with a sensor according to the invention, to measure the components of the speed Ux, Uy and Uz according to three trirectangular axes and to deduce therefrom the direction and the modulus of the speed . All these properties make it possible to use the sensors according to the invention to control flows of molten metals, by using the signals delivered by the sensors, either to actuate indicating devices, or alarms, or even automatic devices or slaves. It is also possible to use speed sensors according to the invention to study movements or flows of molten metals, in various practical and industrial applications which are still poorly known. For example, the sensors according to the invention can be used to to study the movements of response in the liquid sodium which circulates in the heat exchangers, used in certain nuclear reactors, or the phenomena of backwash and electromagnetic stirring which occur in arc or induction melting furnaces.
La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif des exemples de réalisation et de mise en ceuvrede dispositifs selon l'invention. The following description refers to the accompanying drawings which show, without any limitation being examples of embodiment and implementation of devices according to the invention.
La figure 1 est une figure géométrique. Figure 1 is a geometric figure.
les figures 2 à 4 sont des coupesaxialeset transversales d'un capteur de vitesse selon l'invention. Figures 2 to 4 are axial and transverse sections of a speed sensor according to the invention.
La figure 5 est une coupe axiale d'une variante de réalisation d'un capteur de vitesse selon l'invention. Figure 5 is an axial section of an alternative embodiment of a speed sensor according to the invention.
la figure 6 est une figure géométrique. Figure 6 is a geometric figure.
Les figures 7, 8 et 9 illustrent trois étapes de la mesure de la direction et du module de la vitesse en un point. Figures 7, 8 and 9 illustrate three steps of measuring the direction and the modulus of the speed at a point.
La figure 10 est une coupe axiale d'une variante de réalisation d'un capteur de vitesse selon l'invention. Figure 10 is an axial section of an alternative embodiment of a speed sensor according to the invention.
La figure 1 est une figure géométrique qui permet d'expliquer les notations utilisées, les fondements théoriques de l'invention et de décrire les étapes d'un procédé selon l'invention. FIG. 1 is a geometric figure which makes it possible to explain the notations used, the theoretical foundations of the invention and to describe the steps of a method according to the invention.
Le problème à résoudre est de mesurer localement la vitesse U en un point 0, situé au sein d'un fluide électroconducteur en mouvement . On suppose, pour l'instant, que l'on connaît la direction du vecteur vitesse U et que la mesure recherchée est celle du module |U|, lui, qui qui est un cas fré- quent, en pratique, dans tous les cas, où l'on désire connaître la grandeur de la vitesse d'un écoulement, le long d'un conduit, la direction de la vitesse étant alors parallèle aux génératrices de ce conduit. The problem to be solved is to locally measure the speed U at a point 0, located within a moving electroconductive fluid. We assume, for the moment, that we know the direction of the speed vector U and that the measurement sought is that of the module | U |, which is a frequent case, in practice, in all cases , where one wishes to know the magnitude of the speed of a flow, along a pipe, the direction of the speed then being parallel to the generatrices of this pipe.
Le fluide électroconducteur est par exemple un métal fondu ayant une température de fusion inférieur à 700" C. The electroconductive fluid is for example a molten metal having a melting temperature below 700 "C.
Pour effectuer cette mesure, on plonge dans le métal fondu un capteur de vitesse 1 placé à l'extrémité d'une canne 2. Ce capteur de vitesse comporte un petit barreau cylindrique 3, qui a un axe géométrique A et par exemple une longueur de 5 mm et un diamètre de 2mm. Le barreau 3 est en un matériau ferromagnétique. Le capteur 1 comporte au moins un couple d'électrodes 4a et 4b qui sont isolées. Les extrémités A-et A' des deux électrodes sont disposées en deux points diamétralement opposés au barreau 3 et elles définissent un premier axe transversal Ox qui est perpendiculaire à l'axe A. To carry out this measurement, a speed sensor 1 placed at the end of a rod 2 is immersed in the molten metal. This speed sensor comprises a small cylindrical bar 3, which has a geometric axis A and for example a length of 5 mm and a diameter of 2mm. The bar 3 is made of a ferromagnetic material. The sensor 1 comprises at least a pair of electrodes 4a and 4b which are isolated. The ends A - and A 'of the two electrodes are arranged at two points diametrically opposite the bar 3 and they define a first transverse axis Ox which is perpendicular to the axis A.
Les extrémités A et A' des électrodes sont dénudées et en contact électrique avec le fluide en mouvement. On crée, dans le barreau 3, un champ magnétique
H qui est sensiblement parallèle à l'axe A du barreau. Selon un mode de réalisation préférentiel, le barreau 3 est un aimant permanent ayant un axe de polarisation magnétique confondu avec l'axe géométrique A. Selon un autre mode de réalisation, le barreau 3 est un noyau en fer doux d'un électroaimant.The ends A and A 'of the electrodes are stripped and in electrical contact with the moving fluid. We create, in the bar 3, a magnetic field
H which is substantially parallel to the axis A of the bar. According to a preferred embodiment, the bar 3 is a permanent magnet having an axis of magnetic polarization coinciding with the geometric axis A. According to another embodiment, the bar 3 is a soft iron core of an electromagnet.
il apparait entre les électrodes 4a et 4b une différence de po tentiel ou tension V qui est proportionnelle au module |U|de ulve la vitesse U. there appears between the electrodes 4a and 4b a potential difference or voltage V which is proportional to the module | U | of ulve the speed U.
Si U n'est pas dirigée suivant l'axe transversal Oy perpendiculaire à l'axe Ox, la tension V est proportionnelle à la composante uyi de la vitesse suivant l'axe Oy. La tension V représente analogiquement la vitesse instantanée au point 0. En déplaçant le capteur au sein du liquide, on peut mesurer les vitesses locales en différents points d'un fluide en mouvement. If U is not directed along the transverse axis Oy perpendicular to the axis Ox, the voltage V is proportional to the component uyi of the speed along the axis Oy. The voltage V analogically represents the instantaneous speed at point 0. By moving the sensor within the liquid, one can measure the local velocities at different points of a moving fluid.
L'interprétation théorique simplifiée de ce résultat, est la suivante
La vitesse U étant parallèle à un axe, par exemple à l'axe Oy, on relève la tension VAA' qui apparaît entre deux points AA' disposés suivant un axe Ox perpendiculaire à l'axe Oy.The simplified theoretical interpretation of this result is as follows
The speed U being parallel to an axis, for example to the axis Oy, the voltage VAA 'is noted which appears between two points AA' arranged along an axis Ox perpendicular to the axis Oy.
La tension AA' est proportionnelle à la composante Ex suivant l'axe Ox d'un champ induit, dérivant d'un potentiel, qui est lié par une relation linéaire à la composante suivant l'axe Ox du champ électromoteur U t. La tension VAA' est donc en conséquence proportionnelle à la composante Ux de-la vitesse suivant l'axe Oy. Ce résultat s1 explique par un effet magnéto-hydrodynamique dû à la création d'une couche limite sur la paroi extérieure du capteur qui se comporte comme un obstacle cylindrique. The voltage AA 'is proportional to the component Ex along the axis Ox of an induced field, deriving from a potential, which is linked by a linear relationship to the component along the axis Ox of the electromotive field U t. The voltage VAA ′ is therefore consequently proportional to the component Ux of the speed along the axis Oy. This result s1 is explained by a magneto-hydrodynamic effect due to the creation of a boundary layer on the external wall of the sensor which behaves like a cylindrical obstacle.
Le barreau 3 peut être électroconducteur, et dans ce cas, une partie du courant induit traverse le barreau. il peut également entre isolant et, dans ce cas, le courant circule autour barreau dans le fluide électroconducteur. The bar 3 can be electrically conductive, and in this case, part of the induced current passes through the bar. it can also between insulator and, in this case, the current circulates around the rod in the electroconductive fluid.
La figure 2 représente une coupe partielle axiale d'un capteur de vitesse selon l'invention. La figure 3 est une coupe transversale décrochée selon II II de la figure 1. FIG. 2 represents a partial axial section of a speed sensor according to the invention. FIG. 3 is a notched cross section along II II of FIG. 1.
Les parties homologues à celles de la figure 1, sont représentées par les mêmes repères. The parts homologous to those of FIG. 1, are represented by the same references.
On retrouve la sonde 1 placée à l'extrémité d'une canne creuse 2, dans laquelle passent les électrodes 4a et 4b. On retrouve également, le petit barreau cylindrique 3, d'axe A, qui est, dans ce cas, un aimant permanent dont l'axe magnétique est l'axe A. We find the probe 1 placed at the end of a hollow rod 2, through which the electrodes 4a and 4b pass. We also find the small cylindrical bar 3, of axis A, which is, in this case, a permanent magnet whose magnetic axis is axis A.
L'aimant 3 est enfermé à l'intérieur d'un boîtier cylindrique 5, en un matériau amagnétique, qui est coaxial avec le barreau 3. The magnet 3 is enclosed inside a cylindrical case 5, made of a non-magnetic material, which is coaxial with the bar 3.
Par exemple, le boîtier 5 est en acier inoxydable, ou en acier réfractaire, pour des capteurs destinés à etre plongés dans un métal fondu, ayant une température inférieure à 7000C. For example, the housing 5 is made of stainless steel, or of refractory steel, for sensors intended to be immersed in a molten metal, having a temperature below 7000C.
Chaque électrode comporte par exemple un fil conducteur 4a, 4b qui est enfermé à l'intérieur d'une gaine 6a, 6b, par exemple une gaine en acier inoxydable, avec un garnissage isolant, en magnésie compactée, 7a 7b, qui sépare le fil de la gaine. Each electrode comprises for example a conductive wire 4a, 4b which is enclosed inside a sheath 6a, 6b, for example a stainless steel sheath, with an insulating lining, in compacted magnesia, 7a 7b, which separates the wire sheath.
Les électrodes sont placées à l r intérieur de la canne creuse 2 et à l'intérieur du boîtier 5 dans l'espace intermédiaire entre le boîtier et le barreau 3. The electrodes are placed inside the hollow rod 2 and inside the housing 5 in the intermediate space between the housing and the bar 3.
L'extrémité inférieure de chaque électrode traverse le boîtier 5 en deux points diamétralement opposés, de sorte que les extrémités dénudées A et A' des deux conducteurs 4a et 4b affleurent à la surface extérieure du boîtier et sont placées au contact du fluide électroconducteur, dans lequel le capteur est plongé Le boîtier 5 a par exemple une longueur extérieure de 6mm et un diamètre extérieur de 2,5 mm. The lower end of each electrode crosses the housing 5 at two diametrically opposite points, so that the stripped ends A and A 'of the two conductors 4a and 4b are flush with the exterior surface of the housing and are placed in contact with the electroconductive fluid, in which the sensor is immersed The housing 5 has for example an outside length of 6mm and an outside diameter of 2.5mm.
La figure 4 est une coupe décrochée selon II II d'une variante de réalisation d'un capteur selon l'invention qui comporte deux couples d'électrodes, un premier couple 4a, 4b, dont les extrémités dénudées A et
A' sont disposées aux extrémités d'un premier diamètre transversal D1, et un deuxième couple 8a, 8b dont les extrémités B B' sont disposées aux deux extrémités d'un deuxième diamètre transversal D2 perpendiculaire au diamètre D1. FIG. 4 is a cutaway taken along II II of an alternative embodiment of a sensor according to the invention which comprises two pairs of electrodes, a first pair 4a, 4b, the stripped ends A and
A 'are arranged at the ends of a first transverse diameter D1, and a second pair 8a, 8b, the ends BB' of which are arranged at the two ends of a second transverse diameter D2 perpendicular to the diameter D1.
La présence d'un boîtier 5, qui enveloppe les électrodes et le barreau 3, est un mode de réalisation préférentiel. The presence of a housing 5, which envelops the electrodes and the bar 3, is a preferred embodiment.
Ce boîtier présente l'avantage de protéger le barreau aimanté ou l'électro-aimant d'une éventuelle corrosion par le fluide électroconducteur.Le choix du matériau composant le boîtier peut être guidé dans certain cas spécifiques par la nature chimique du fluide. il est précisé que la présence d'un boîtier n' est pas indispensable. This housing has the advantage of protecting the magnetic bar or the electromagnet from possible corrosion by the electroconductive fluid. The choice of the material making up the housing can be guided in certain specific cases by the chemical nature of the fluid. it is specified that the presence of a box is not essential.
La figure 5 est une coupe axiale d'une variante de réalisation d'un capteur de vitesse selon l'invention. Dans cet exemple, le barreau cylindrique 3 est un aimant permanent d'axe A. Figure 5 is an axial section of an alternative embodiment of a speed sensor according to the invention. In this example, the cylindrical bar 3 is a permanent magnet of axis A.
il est traversé sur une partie de sa longueur par un perçage borgne 9 et de plus, par un perçage transversal 10, qui recoupe le perçage 9. it is crossed over a part of its length by a blind bore 9 and moreover, by a transverse bore 10, which intersects the bore 9.
Le perçage 9 comporte à son extrémité supérieure un contre perçage 11, dans lequel pénètre la canne creuse 2. Les électrodes 4a et 4b sont enveloppées dans un garnissage isolant et réfractaire 7a, 7b, comme dans le cas de la figure 2, et elles sont logées à I'intérieur des perçages 9 et 10 Les extrémités dénudées A et A' débouchent aux deux extrémités opposées du perçage transversal 10. Bien entendu, le barreau 3 peut comporter deux perçages transversaux 10, perpendiculaires l'un à l'autre, et le capteur selon la figure 5 peut alors comporter deux couples d'électrodes 4a, 4b et 8a, 8b comme dans le cas de la figure 4.The bore 9 comprises at its upper end a counter bore 11, into which the hollow rod 2 penetrates. The electrodes 4a and 4b are wrapped in an insulating and refractory lining 7a, 7b, as in the case of FIG. 2, and they are housed inside the holes 9 and 10 The stripped ends A and A 'open at the two opposite ends of the transverse hole 10. Of course, the bar 3 may have two transverse holes 10, perpendicular to one another, and the sensor according to FIG. 5 can then comprise two pairs of electrodes 4a, 4b and 8a, 8b as in the case of FIG. 4.
La figure 6 est une figure géométrique destinée à expliquer comment on peut mesurer, à la fois, le module et la direction de la vitesse U, lorsque la direction de celle-ci est inconnue. Soit le vecteur vitesse U en un point 0, et soit un système de coordonnées trirectangulaires fixes Ox,
Oy et Oz f est l'angle du vecteur vitesse avec l'axe Oz.FIG. 6 is a geometric figure intended to explain how it is possible to measure, at the same time, the modulus and the direction of the speed U, when the direction of the latter is unknown. Let be the velocity vector U at a point 0, and be a system of fixed trirectangular coordinates Ox,
Oy and Oz f is the angle of the velocity vector with the axis Oz.
U est la projection du vecteur U sur le plan xoy et e est l'angle du vecteur U', avec l'axe Oy. Ux, Uy et Uz sont les projections respectives du vecteur U sur les trois axes Ox, Oy et Oz. On rappelle que la connaissance des valeurs de Ux, Uy et Uz suffit à déterminer à la fois le module |U|, lui, qui est égal à
et les angles f et e, d'après les équations
Ux = U sin f sin e
Uy = U sin f cos e
et Uz = U cos f
Les figures 7, 8 et 9 montrent les étapes successives du procédé qui permet de mesurer successivement les composantes Ux, Uy et Uz, avec un capteur selon l'invention comportant un seul couple d'électrodes AA'.On expliquera ensuite les étapes d'un procédé simplifié, dans le cas où la sonde comporte deux couples d'électrodes AA' et BB'.U is the projection of the vector U on the xoy plane and e is the angle of the vector U ', with the axis Oy. Ux, Uy and Uz are the respective projections of the vector U on the three axes Ox, Oy and Oz. Recall that knowing the values of Ux, Uy and Uz is sufficient to determine both the module | U |, which is equal to
and the angles f and e, from the equations
Ux = U sin f sin e
Uy = U sin f cos e
and Uz = U cos f
FIGS. 7, 8 and 9 show the successive stages of the method which makes it possible to successively measure the components Ux, Uy and Uz, with a sensor according to the invention comprising a single pair of electrodes AA ′. We will then explain the stages of a simplified method, in the case where the probe comprises two pairs of electrodes AA 'and BB'.
On suppose donc, d'abord, qu'on utilise une sonde 1, selon les figures 2 ou 5, comportant un seul couple d'électrodes AA'. It is therefore assumed, first, that a probe 1 is used, according to Figures 2 or 5, comprising a single pair of electrodes AA '.
On place d'abord la sonde au point 0, qui est le point où l'on veut déterminer la vitesse locale. L'axe A de la sonde est parallèle à l'axe vertical Oz et on choisit comme axe fixe Oy, l'axe parallèle à la droite AA' c? est cette position qui est représentée par la figure 7. First place the probe at point 0, which is the point where you want to determine the local speed. The axis A of the probe is parallel to the vertical axis Oz and the axis parallel to the line AA ′ c is chosen as the fixed axis Oy. is this position which is represented by FIG. 7.
On mesure la tension V1 entre les électrodes A et A'. Cette tension V1 est proportionnelle à la composante de la vitesse qui est perpendiculaire à la fois à l'axe A, qui est parallèle au champ H et à l'axe AA'. The voltage V1 is measured between the electrodes A and A '. This voltage V1 is proportional to the component of the speed which is perpendicular both to the axis A, which is parallel to the field H and to the axis AA '.
V1 est donc proportionnel à la composante Ux. V1 is therefore proportional to the component Ux.
On fait ensuite pivoter la sonde 1 d'un quart de tour autour de l'axe A, pour l'amener dans la position de la figure 8, où la droite AA' est parallèle à l'axe Ox. On mesure la tension V2, qui apparaît entre les électrodes AA',et V2 est proportionnel à la composante Uy. On fait alors
pivoter la sonde 1 d'un quart de tour autour de la droite AA', pour l'amener
dans la position de la figure 9. Le champ H est alors parallèle à l'axe Oy
et la tension V3 entre les électrodes A et A' est proportionnelle à la
composante Uz.Then probe 1 is rotated a quarter turn around the axis A, to bring it into the position of Figure 8, where the line AA 'is parallel to the axis Ox. The voltage V2, which appears between the electrodes AA ′, is measured and V2 is proportional to the component Uy. We do then
rotate probe 1 a quarter of a turn around line AA ', to bring it
in the position of figure 9. The field H is then parallel to the axis Oy
and the voltage V3 between the electrodes A and A 'is proportional to the
Uz component.
Si l'on utilise une sonde 1 comportant deux couples d'électro
des AA' et BB', les opérations sont plus simples.If you use a probe 1 with two couples of electro
AA 'and BB', operations are simpler.
On place la sonde, d'abord, dans la position selon la figure
8 et l'on mesure, d'une part, la tension entre les électrodes AA' qui est
proportionnelle à Uy et d'autre part, la tension entre les électrodes BB', qui est proportionnelle à Ux. On fait alors pivoter la sonde d'un quart de tour autour de AA' ou de BB', par exemple autour de AA' pour passer à la position de la figure 8 et la tension mesurée entre A et A' est alors proportionnelle à la composante Ux.Place the probe, first, in the position according to the figure
8 and on the one hand, the voltage between the electrodes AA ′ which is
proportional to Uy and on the other hand, the voltage between the electrodes BB ', which is proportional to Ux. We then rotate the probe a quarter turn around AA 'or BB', for example around AA 'to move to the position of Figure 8 and the voltage measured between A and A' is then proportional to the Ux component.
Dans le cas d'un liquide incompressible, la relation div.U = O permet de connaître la troisième composante Uz de la vitesse, en mesurant seulement deux composantes Ux et Uy et donc avec une seule position d'une sonde comportant deux couples d'électrodes AA' et BB', d'où l'intéret particulier des sondes équipées de deux couples d'électrodes, qui constituent un mode de réalisation préférentiel d'un capteur selon l'invention. In the case of an incompressible liquid, the relation div.U = O makes it possible to know the third component Uz of the speed, by measuring only two components Ux and Uy and therefore with a single position of a probe comprising two couples of electrodes AA 'and BB', hence the particular interest of the probes equipped with two pairs of electrodes, which constitute a preferred embodiment of a sensor according to the invention.
la figure 10 est une coupe axiale d'une variante de réalisation d'un capteur selon l'invention. Dans cette variante, le barreau 3 est placé à l'intérieur d'une bobine 13, qui est connectée sur deux conducteurs 12a et 12b, qui permettent de l'exciter et de créer, dans le barreau 3, un champ magnétique H parallèle à l'axe géométrique A du barreau et de la bobine. Un des conducteurs 12b traverse par exemple la bobine 3 par un alésage axial. Le noyau 3 et la bobine 13 sont disposés à l'intérieur d'un boîtier 5 et le capteur comporte, soit un couple d'électrodes 4a, 4b qui traversent le boîtier et qui débouchent en deux points A et A' diamétralement opposés, soit deux couples d'électrodes dont les extrémités AA' et
BB' sont disposées aux extrémités de deux diamètres perpendiculaires, comme dans l'exemple de la figure 4.Figure 10 is an axial section of an alternative embodiment of a sensor according to the invention. In this variant, the bar 3 is placed inside a coil 13, which is connected to two conductors 12a and 12b, which make it possible to excite it and create, in the bar 3, a magnetic field H parallel to the geometric axis A of the bar and the coil. One of the conductors 12b crosses, for example, the coil 3 by an axial bore. The core 3 and the coil 13 are arranged inside a housing 5 and the sensor comprises either a pair of electrodes 4a, 4b which pass through the housing and which open at two diametrically opposite points A and A ', or two pairs of electrodes, the ends AA 'and
BB 'are arranged at the ends of two perpendicular diameters, as in the example in Figure 4.
Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les divers éléments constitutifs des capteurs qui viennent d'etre décrits à titre d'exemple, pourront être remplacés par des éléments équivalents remplissant les memes fonctions. Of course, without departing from the scope of the invention, the various constituent elements of the sensors which have just been described by way of example, may be replaced by equivalent elements fulfilling the same functions.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR7919818A FR2462710A1 (en) | 1979-07-27 | 1979-07-27 | Speed measurement for molten electroconducting fluid - requires detector comprising ferromagnetic cylinder with protruding diametrically opposed conductors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR7919818A FR2462710A1 (en) | 1979-07-27 | 1979-07-27 | Speed measurement for molten electroconducting fluid - requires detector comprising ferromagnetic cylinder with protruding diametrically opposed conductors |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2462710A1 true FR2462710A1 (en) | 1981-02-13 |
| FR2462710B1 FR2462710B1 (en) | 1982-11-12 |
Family
ID=9228537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR7919818A Granted FR2462710A1 (en) | 1979-07-27 | 1979-07-27 | Speed measurement for molten electroconducting fluid - requires detector comprising ferromagnetic cylinder with protruding diametrically opposed conductors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2462710A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0445441A1 (en) * | 1990-01-23 | 1991-09-11 | Datawell B.V. | Angular rate sensor |
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| US4089218A (en) * | 1976-12-29 | 1978-05-16 | Cushing Vincent J | Electromagnetic water current meter with staggered stick out electrodes |
-
1979
- 1979-07-27 FR FR7919818A patent/FR2462710A1/en active Granted
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| US5237872A (en) * | 1990-01-23 | 1993-08-24 | Datawell B.V. | Angular velocity sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2462710B1 (en) | 1982-11-12 |
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