Brevet FR2011584A1 — publié le 19700306

Cette invention se rapporte aux détecteurs de niveau utilisables dans les cuves, les silos, les réservoirs et les récipients analogues contenant des matières plus ou moins fluides et concerne plus particulièrement un appareil de sondage capable de produire un signal électrique ayant une relation directe avec le niveau de la matière fluide stockée ou emmagasinée dans le récipient. Plusieurs méthodes sont employées à l'heure actuelle pour déterminer le niveau de matières solides plus ou moins fluides stockées telles que du blé ou froment, du charbon, du ciment et un grand nOmbre de produits chimiques qui, suivant la pratique usuelle sont stockés dans des cuves, des silos ou des récipients analogues. La méthode la plus simple comporte l'utilisation d'un regard ou voyant enchtasé dans la paroi latérale du récipient et qui permet à l'observateur de contrôler visullement le niveau de la matière à travers ce regard. Les limitations principales de cette méthode sont la difficulté où l'on se trouve pour maintenir l'intérieur de la fenêtre d'enchkasement du voyant exempte de saletés, de telle sorte que le niveau de la matière puisse être aperçu clairement et l'impossibilité de ménager un effet réactif continu dans un système de commande automatique.Une autre méthode pour déterminer le niveau d'une matière stockée dans ces conditions copiste à contrôler continuellement le poids des matières emmagasinées grtce à l'utilisation de Jauges de contraintes fixées au bâti du récipient à des endroits appropriés. Une limitation imposée par cette méthode est la sensibilité des Jauges qui est le fait de la température, de lsaffaissement structurel et du vent, de telle sorte que la lecture ne correspond pas directement au niveau exact de la matière qui se trouve dans la récipient. Une autre méthode également employée consiste à utiliser une étoffe flexible ou un diaphragme métallique monté dans la paroi du récipient dont un côté est en contact avec le produit plus ou moins fluide dont la pression est appelée à déplacer le diaphragme contre un dispositif d'actionnement à interrupteur limitateur. Âvec une pareille construction, il est effectivement possible de déterminer le niveau de la matière mais seulement pour des hauteurs croissantes, une lecture continue étant impossible. Un autre ddtec- teur de niveau de matière fluide très communément employé mesure la position en hauteur (haute ou basse) du produit plus ou moins fluide gracie à l'utilisation d'une palette actionnée par un moteur électrique. Quand la matière fluide atteint la palette, une augmentation du courant parcourant le moteur est engendrée. ainsi deux pareils dispositifs sont nécessaires pour indiquer le niveau (haut ou bas) de la matière emmagasinée mais on n'obtient pas ainsi un signal réactif continu. L'état de la technique de la ddtermination et du contrôle du niveau d'un liquide dans des cuves dwemmngasinage est également fortement développé. Cependant, aucun des appareils connus ne répond au degré de précision requis et ne fournit une continuité de la lecture du niveau. Un type largement applicable de détecteur de niveau de liquide comprend un système articulé commandé par un flotteur relié à un élément électrique avec une sortie visuelle de système électrique. Ce type d'indicateur convient parfaitement pour les récipients de petites dimensions. Aw contraire, pour les récipients de grandes dimensions, l'utilisation d'un ilotteur monté à l'extrémité d'une tige pour actionner un système articulé est très incommode.Un autre type d'indicateur de niveau de liquide est constitué par un manomètre placé à la partie inférieure du récipient. Ce type de dispositif ne mesure pas directement le niveau du liquide et est étroitement limité par les changements survenant dans le poids spécifique du liquide par suite des changements de température ou de composition. Un autre détecteur encore est basé sur le principe de la purge par barbotage d'air de telle façon qutun indicateur de pression détermine le niveau du liquide dans un réservoir en détectant la contre-pression de l'air soumis au barbotage au moyen d'un détecteur approprié tel qu'un manomètre à mercure. Une limitation grave de ce dispositif, c'est qu'il exige un compresseur d'air pour fournir continuellement l'air nécessaire au réservoir. I1 est évident que les dispositifs de détection de niveau connus appartenant à la technique antérieure sont insensibles aux 1é- gers changements de niveau de la matière solide fluide ou liquide accumulés, dans la cuve ou le réservoir ou sont beaucoup trop sensibles et affectés par des changements survenant dans la température, la pression et d'autres variables externes. De plus, un grand nombre de dispositifs antérieurement imaginés sont extrômement com plexes et de fonctionnement compliqué et par conséquent sujets à des pannes qui exigent l'intervention de techniciens avertis en vue de leur réparation. Le but principal de l'invention est de créer un appareil per mottant de détecter continuellement le niveau de la matière plus ou moins fluide stockée dans une cuve, un silo, un réservoir ou un récipient analogue. Un autre but de l'invention est de créer un élément détecteur primaire de type nouveau utiliiable dans une cuve, un silo, un ré réservoir ou un récipient dtaccnmulation ou d'emmagasinage analogue et capable de transmettre continuellement et avec la précision re quise un signal électrique linéaire correspondant au niveau de la matière fluide ainsi emmagasinée. Un autre but encore de l'invention est de créer un appareil de sondage par détection de niveau à action continue comprenant une gaine déformable constituée par une matière élastomère résistante supportant des tronçons de conducteurs électriques sur ses parois espacées qui sont normalement séparées par la force interne élastique antagoniste de la matière constitutive de la gaine et capables d'être rapprochées par l'application de forces externes sur la gaine mais seulement dans la zone d'application de ces forces, les conducteurs électriques en question étant dosés dans la partie longitudinale de la gaine la plus sensible à l'affaisse- ment, la partie longitudinale restante de la gaine résistant à l'affaissement et engendrant la force interne élastique antagoniste pour séparer les parois lors de la suppression des forces externes. Un autre but encore de l'invention est de fournir à l'industrie intéressée une sonde détectrice de niveau flexible et simple capable d'être fabriquée en toute longueur convenable en vue de son utilisation dans une cuve, un silo ou un réservoir pouvant avoir ntimporte quelles dimensions, qui soit aisément transportable jusque sur le chantier d'utilisation, qui ae prote à un montage facile on vue de son usage et qui constitue un ensemble étanche assurant une protection complète par rapport à l'environnement, afin de mettré les éléments détecteurs à 11 abri de toute avarie. En vue des buts visés par l'invention et suivant une réalisation possible de celle-ci, il est prévu un appareil de sondage par détection de niveau comprenant une gaine ou un fourreau en élastomère flexible allongée électriquement non conductrice comportant une première paroi et une seconde parois allongées espacées entre elles, cette gaine comprenant une première portion allongée sensi ble à l'affaissement et une seconde portion allongée résistant à l'affaissement. Un premier et un second éléments de résistance électrique espacés et parallèles entre eut sont montés Sur les parois à l'intérieur de la première portion allongée de la gain et des conducteurs électriques sont fixés aux éléments de résistan- ce et disposés de manière à Outre branches dans un circuit électri- que afin de mesurer les variations survenant dans la résistance et causées par les changements intéressant le niveau de la natière fluide emmagasinée. D'autres buts et détails ou particularités constructive de l'appareil, objet de l'invention, sont décrits dans la suite de cette description qui se lit en regard des dessins schématiques annexés qui en représentent, simplement à titre d'exemple d'ail- leurs, une réalisation intéressante et dans lesquels s- La fig. I est une vue schématique de l'appareil de mesure de niveau tel que le prévoit l'invention utilisable en vue de détecter continuellement le niveau dtun produit plus ou soins fluide contenu dans une cuve ou un récipient analogue. La fig. 2 est une vue en coupe par la ligne 2-2 en iig.l, mais dessinée à plus grande échelle. La fig. 3 est une vue en coupe par la ligne 3-3 en iig.l mais dessinée de mêne à plus grande échelle. La fig. 4 est une vue en perspective montrant un mode de fixation du fil de résistance électrique à la paroi de la sonde. La fig. 5 est une vue en élévation latérale partielle dtune variante de cette sonde détectrice montrant une construction possible de son système de montage. La fig. 6 est une vue en coupe par la ligne 6-6 en fig.5, mais dessinée ici encore à plus grande échelle. La fig. 7 est une vue en coupe semblable à la fig.6, montrant de façon également grossie une variante de réalisation de l'inven- tion. Comme le montre la fig. 1, il est prévu une cuve de stockage ou d'emmagasinage 10 dans laquelle le volume de la matière emmagasinée 12 varie avec le temps au fur et à mesure que des quantités successives de matière en sont évacuées ou y sont ajoutées. Cette cuve 10 est montée sur des pieds de support convenables 14 et comprend à son extrémité inférieure une trémie 16 à travers laquelle la matière plus ou moins fluide peut être distribuée sélecti vement. La sonde détectrice 18 est suspendue dans la cuve 10 de façon que la matière fluide l'entoure comme le montre la fig0 5. Â titre de variante, la sonde détectrice 18 telle que la prévoit l'invention peut longer un côté de la cuve comme représenté dans les fig. 2 et 3. Deux conducteurs électriques 20 et 22 s'étendant vers l'extérieur à partir de la sonde détectrice 18 sont connectés à un panneau électrique 24 auquel sont reliés un dis positifdé lecture 26 et la source de force comme représente schématiquement dans la fig. 1. Le dispositif de lecture 26 peut être un voltmètre ou un autre compteur muni d'une échelle graduée permettant une lecture de la hauteur de la matière qui se trouve dans la cuve 10. Les conducteurs peuvent aussi ttre connectés à un circuit de commande, afin d ' agir sur un appareil automatique auxiliaire.Le circuit électrique et le panneau 24 sont d'un type bien connu dans la technique des équipements de ce genre. La sonde détectrice 18 comprend suivant sa réalisation préférée (comme le montrent les fig. 2 et 3) une feuille rectangulaire repliée d'une matière élastomère dont les bords latéraux 28,30 sont Jonctionnés de façon appropriée, notamment à l'aide d'une matière Adhis~ve ou par vralcanisation pour former un joint étanche à l'eau s'étendant sur toute la longueur de la sonde le long d'un de ses bords. Cette matière élastomère est choisie de manière à être compatible avec la matière plus ou moins fluide dont elle est environnée. C'est ainsi, par exemple, que du caoutchouc à lé- tat de gomme a une mauvaise résistance aux effets des hydrocarbures tandis que le "Néoprène constitue ici une matière excellente.Des considérations supplémentaires sont la résistance maximale, la flefibilité et le prix de revient. L'extrémité inférieure 31 de la sonde détectrice 18 peut être Jonctionnée hermétiquement de toute manière appropriée. Ainsi, une gaine en élastomère ayant une section droite à profil aérodynamique ou en forme d'aile est ménagée. L'ouverture supérieure de cette gaine peut être fermée par insertion dedans d'un filtre convenable qui peut permettre l'entrée d'air dans la cavité intérieure mais s'oppose à la pénétration de matières étrangères.La partie longitudinale de la gaine voisine des bords latéraux de jonction 28,30 est la plus sensible à l'af- faissement, et la partie longitudinale de la gaine comprenant la zone courbe est soumise à une contrainte et engendre une caractéristique semblable à celle produite par un ressort qui impose aux pa rois latérales 32234 une sollicitation en vue d'une séparation quand aucune charge ne se manifeste (voir la fig.2). Ces parois s'affaissent partiellement quand une charge s'exerce (voir la fig.3). La gaine en question est suffisamment flexible pour ne s'affaisser que quand elle est chargée et pour que la partie qui n'est pas en contact avec la matière, telle que celle qui se trouve au voisinage d'un vide interne de la matière stockée 12, se maintienne d'elle mOme dans la position déchargée que montre la fig.2. Dans la longueur de la sonde 18 s'étendent deux conducteurs fixés aux parois 32 et 34 à proximité des bords latéraux de gonc- tion 28 et 30, ce qui constitue la région de la sonde la plus sensible à l'affaissement. Un premier conducteur constitué par un large ruban métallique 36 possédant une faible résistance électrique par unité de longueur, notamment par un ruban en cuivre ou en aluminium est monté sur la paroi 32. Le conducteur 20 est fixé à lui. Un second conducteur est constitué par un fil métalli- que 38 de faible diamètre possédant une résistance électrique relativement élevée par unité de longueur comme le 'nichrome".Ce fil 38 est monté sur la paroi 34 dans les conditions décrites ci aprbR et le conducteur 22 est fixé à liA Un courant électrique passe à travers les conducteurs 20 et 22 vers les conducteurs 36 et 38. bu fur et à mesure que la sonde 18 formant détecteur est progressivement affaissée sous la charge, il est évident que le circuit de résistance est progressivement et uniformément réduit et que le changement de résistance exprimé sous forme de chute de tension indique le niveau de la matière fluide 12 qui se trouve dans le récipient 10. Pour plus de simplicité dans la fabrication, les conducteurs 36 et 38 peuvent être fixés aux parois respectives 32 et 34, tandis que la matière élastomère se trouve encore sous la forme d'une feuille, c'est-8-dire avant son repliement. I1 est évident que bien que le ruban 36 puisse adhérer aisément à l'intérieur de la paroi 32, la fixation du fil grêle 38 ayant un diamètre approximativement égal à 0,0875 mi à la paroi 34 est plus difficiz le. Dans la fig. 4 est représenté le mode de fixation préféré du fil métallique 38 à la paroi 34. Plusieurs pattelettes métalliques de fixation 39, par exemple en aluminium, en laiton ou en cuivre ne contenant pas de plomb adhèrent à la paroi élastomère à des intervalles régulier. La partie verticale de chaque pattelette 39 (représentée n traita mixtes) est plissée avec un certain apla tigeement Sur le fil métallique pour maintenir celui-ci et assurer une connexion électrique satisfaisante entre le fil 38 et les pattelettes 39.D'autres modes de fixation comprennent le cras- ponnage du fil métallique directement sur la fenille en élastomère ou son collage direct, puis l'enlèvement de la matière adhésive de la face du fil pour assurer une surface conductrice0 La sonde 18 formant détecteur emprunte sa sensibilité à l'affaissement dans la partie longitudinale voisine des bords la téraux 28,30 de sa configuration à profil aérodynamique. Ainsi, au fur et à mesure que la matière plus ou moins fluide 12 monte et descend dans le récipient 10, les parois roulent doucement pour venir en contact mutuel ou cesser autre en contact mutuel. Le contact roulant progressif sans obstacle que les conducteurs 36 et 38 subissent entre eux donne la certitude qu'il n'y a aucun danger de jalllisso ent d'étincelles entre eux. ainsi, il est évi- dent que cette nouvelle sonde 18 constitue un élément détecteur praire tout à iait original qui assure une relation physique bien définie entre deux rangées différentes de conducteurs électriques 36 et 38, de telle sorte que l'application de forces exter nsar obligeant les conducteurs à venir en contact mutuel peut se traduire par des lectures directes du niveau de la matière.La matière constitutive de la sonde a été choisie et sa configuration étudiée de façon à lui assurer une sensibilité à l'affaissement, mais seulement dans la zone d'application des forces externes et en réponse à l'application de ces forces externes, une force élasti- que antagoniste interne est engendrée dans les parois de la gaine pour séparer les conducteurs quand les forces externes sont tombées au-degrous d'un certain niveau. La sonde étanche assure une protection complète par rapport à l'environnement d'emmagasinage des conducteurs et peut donc trouver son emploi dans un environnement où règnent des conditions génératrices d'explosion. De nombreuses configurations poasibles peuvent être données à cet appareil de sondage ou de détection. Dans les fig. 6 et 7 sont représentées deux réalisations concevables. Dans chaque réalisation le dessin de la sonde est basé sur le principe consistant à supporter parallèlement de grandes longueurs de conducteurs électriques sur les parois opposées d'une gaine fermée constituée par une matière flexible qui, sons l'action de la déformation due à une charge externe, amène les conducteurs en contact lisse l'un avec l'antre et qui, lorsque cesse de s'exercer cette charge externe, sépare les conducteurs. Pour la commodité de la mesure, les conducteurs sont sélectés de manière à produire une forte chute de résistance par unité e longueur. Dans les fig. 5 et 6 est représentée l'utilisation d'un câble métallique flexible 40 qui a été intégré à l'élastomère par l'un quelconque de divers procédés de telle sorte que pour de grandes longueurs de la sonde détectrice 18', le poids de la sonde ainsi que les forces longitudinales externes soient transférées au cible soumis à un cisaillement et ne risque pas de déformer les parois de la sonde. S'il est essentiel que la sonde détectrice tombe dans un plan exactement vertical (pour assurer des mesures d'extrême précision) des wasselottee peuvent Autre suspendues au cible 40. En outre, le cible 40 sépare positivement les parois 32' et 3+' supportant respectivement le ruban 36' et le fil métallique 38' et augmente la flexibilité de la sonde. Dans la figes est représenté un mode de support de la sonde détectrice 18' dans la cuve ou le silo 10. Ce mode de support comporte ltutilisation d'une barre de support supérieure 42 comportant un orifice tronconique 44 à travers lequel passe le câble 40 pour etre noyé dans un bouchon 46 constitué par un métal à point de fusion bas. Les conducteurs électriques 20 et 22 peuvent passer à travers un orifice 48 de la barre de support supérieure 42 comme représenté.Cette réalisation comporte également un filtre poreux 50 protégeant l'orifice supérieur de la sonde qui y permet le libre accès de l'air et son échappement hors de la sonde tout en empêchant ibntrée des matières solides. Un filtre de ce type peut être utilisé avec l'une quelconque des sondes présentant les diverses constructions en question. Bien entendu, l'élastomère peut autre extrudé pour prendre une grande variété de formes et n'a pas besoin d'être originellement sous la forme d'une feuille plane à partir de laquelle les réalisations que montrent les fig. 2 et 5 sont façonnées. Dans la fig.7 est représentée une section de sonde détectrice 52 obtenue par extrusion dont la queue 54 délimite une gorge 56 de réception de l'extrémité 58, la t8te 60 étant plus lourde et renforcée par des fils métalliques 62 pour posséder une plus grande résistance mécanique. Ces fils 62 peuvent s'étendre vers l'extérieur de la tette 60 afin de supporter la sonde d'une façon analogue au cible 40 prévu dans la réalisation que montre la fig. 5.Des conducteurs 64 et 66 sont montés sur les parois 68 et 70 comme dans les constructions décrites ci-avant. La tête renflée 60 contribue à engendrer la force élastique antagoniste interne au sein de l'élastomère en maintenant les parois 68 et 70 positivement espacées l'une de l'autre. Ayant décrit l'invention permettant une lecture continue ex- bramement sensible par cette sonde détectrice de niveau pour maté riaux fluides aussi bien solides que liquides, on voit que cette sonde présente une construction simple et est d'un prix de revient très faible tout en assurant un fonctionnement très str. L'extrême flexibilité de cette sonde détectrice facilite son transport, étant donné que de grandes longueurs de la sonde peuvent être enroulées et empaquetées pour correspondre à des cuves, silos ou autres récipients ayant différentes dimensions0 La construction qui vient d'être décrite est simplement exemplaire et de nombreux détails de réalisation peuvent être modifiés, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques. R3YENDICÂTI0J 1 ppaiXil formant sonde (18) de détection de niveau utilisable dans une cuve, un réservoir, un silo ou un autre récipient (10) renfermant une matière plus ou moins fluide (12) caractérisé en ce qu'il comprend une gaine en élastomère allongée flefi- ble électriquement non conductrice comportant une première paroi et une seconde parois allongées espacées entre elles, une première portion allongée sensible à l'affaissement et une seconde portion allongée résistant à l'affaissement, un premier et un second éléments espacés électriquement résistants fixés à cette première et à cette seconde parois dans cette première portion allongée, et un dispositif assurant le branchement de ce premier et de ce second éléments résistants dans le circuit électrique afin de mesurer les changements survenant dans le niveau de la matière fluide emmagasinée, de telle sorte que la force exercée par cette matière fluide emmagasinée provoque l'affaissement de la première portion allongée, afin d'obliger l'élément de résistance à s'engager tout en engendrant simultanément des forces internes élastiques antagonistes dans ladite seconde portion allongée afin de séparer la première et la seconde parois dans cette première portion allongée pour séparer l'élément résiatant quand la force cesse de s'exercer. 2.- Appareil détecteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément résistant est constitué par une matière ayant une faible résistance par unité de longueur, et en ce que le second élément résistant est constitué par une matière ayant une résistance élevée par unité de longueur. 3.- Appareil détecteur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le premier élément résistant est constitué par un ruban métallique et en ce que le second élément résistant est formé par un fil métallique à faible diamètre. 4.- Appareil détecteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le second élément résistant est constitué par un fil métal- lique à faible diamètre ayant une grande résistance par unité de longueur et par plusieurs pattelettes espacées qui assurent la fixation de ce fil à ladite iseconde paroi. 5.- Appareil détecteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine en élastomère est constituée par une feuille rectangulaire repliée jonctiounde de façon étanche le long de ses bords longitudinaux libres à profil aérodoynamique, la première portion allongée étant la section de cette ce isine des bords longitudinaux étanches, la seconde portion allongée étant étant la section de cette gaine voisine de la pliure longftudinale. 6.- Appareil détecteur suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'un filtre poreux est monté dans l'extrémité supérieure ouverte de la gaine pour permettre à 1' air de pénétrer dans celleci tout en empochant l'entrée de la matière fluide. 7.- Appareil détecteur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le premier élément résistant est constitué par un ruban métallique ayant une faible résistance par unité de longueur et en ce que le second élément résistant est formé d'un fil métallique à faible diamètre ayant une résistance élevée par unité de longueur. 8.- Appareil détecteur suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'un cible (40) supportant une charge flexible est monté dans la seconde partie allongée contre la pliure longitudinale pour supporter le poids de la sonde. 9.- Appareil détecteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine en élastomère a une section droite à profil aérodynamique pourvue d'une titre lourde (60) le long de son bord longitudinal courbe et comporte un organe de verrouillage reliant la première et la seconde parois disposées le long du bord longitudinal opposé, cette première portion allongée étant représentée par la section de la gaine voisine de cet organe de verrouillage, la seconde portion allongée étant représentée par la section de la gaine à proximité de ladite titre lourde. 10.- Appareil détecteur suivant la revendication 9, caractérisé en ce que l'organe de verrouillage comprend une queue rainurée (54) formée le long du bord libre d'une des parois qui reçoit le bord libre de 11 autre paroi pour assurer la fixation longitudinale des deux parois l'une à l'autre. 11.- appareil détecteur suivant la revendication 9, caractéri sé en ce que la tête lourde (60) comprend des fils métalliques de rbnforcement disposés longitudinalement.