Brevet FR2029487A1 — publié le 19701023

i 2029487 La présente invention concerne un détecteur par ultrâ-éons. On a déjà proposé de tels détecteurs pour indiquer une surface de séparation entre des liquides non miscibles superposés dans un récipient. connu Suivant.un. procédé/de détection par échos d'ultra-sons, un trans-5 ducteur est placé dans le fond du récipient pour diriger un faisceau d'ondes ultra-sonores vers la surface de séparation entre des liquides. Un tel dispositif est décrit et représenté dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 2 775 748 du 25 décembre 1956. La connaissance du temps écoulé entre l'émission et la réception de l'impulsion 10 d'ultra-sons et de la vitesse de propagation de l'impulsion dans le milieu parcouru permet la détermination de la distance parcourue par 1' impulsion, ainsi que du niveau de la surface de séparation par rapport au transducteur. On a aussi proposé des dispositifs à ultra-sons pour mesurer la 15 viscosité d'un liquide et le pourcentage de particules solides en suspension. Tous ces dispositifs nécessitent, eux.aussi, un contact entre le liquide de traitement et la face émettrice de sons du transducteur. Avec n'importe lequel des dispositifs connus, de nombreux pro-20 blêmes se posent, en particulier dans l'installation et dans l'entretien. L'accumulation de matière sur le transducteur, des conditions imposées d'écoulement, de corrosion, d'abrasion, de température et de pression de l'industrie de traitement général limitent sérieusement l'emploi de tels dispositifs en contact avec le liquide de trai-25 tement. Des erreurs résultent aussi de variations de la vitesse de propagation des ondes acoustiques en fonction de variations de la température et de la densité du liquide contenu dans le réservoir. Une autre erreur résulte d'une imprécision inhérente au détecteur à ultrasons quand les distances mises en jeu sont relativement petites, com-30 me dans le cas de récipients de dimensions- pratiques. L'invention a pour objet un détecteur à ultra-sons pour détecter la surface de séparation entre deux liquides, la viscosité d'un liquide, et le pourcentage de particules en suspension, dans lequel le transducteur est monté de façon à ne pas être en contact avec le 35 liquide de traitement. Le transducteur est destiné à être monté à l'extérieur d'une paroi d'un récipient et n'est donc pas influencé par les conditions de traitement. 70 02795 2 . 2029487 Le système détecteur comprend un moyen comparateur pour détecter l'affaiblissement d'une impulsion d'ultra-sons qui est transmise à travers la paroi du récipient, et à travers l'espace intérieur du récipient, suivant sa dimension transversale, et qui est 5 ensuite réfléchie par la paroi du récipient vers le transducteur. L'emploi de techniques de comparaison donne une mesure très précise permettant la détection de petites différences d'affaiblissement et l'utilisation d'une tension de référence facilement, réglable de telle sorte que le système puisse être facilement réglé de façon à s'a-10 dapter à différents liquides de traitement et/ou suspensions. . D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant, à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. 15 Sur ces dessins : La figure 1 est. un schéma de bloc-diagrammes selon l'invention; la figure 2 représente une variante du dispositif de sortie du système de l'invention et la figure 3 représente une autre variante du dispositif de 20 sortie du système selon l'invention. On va se référer maintenant à la figure 1; un transducteur 2 est monté sur un récipient 1. Le récipient 1 contient deux liquides non miscibles superposés 3A et 3B, qui ont des viscosités différentes. 25 On prévoit un dispositif de traitement de signaux 4 pour exci ter le transducteur 2 et pour traiter des signaux reçus à partir de ce transducteur. Le dispositif de traitement de signaux 4 est destiné à exciter sélectivement un dispositif de sortie 5 quand la surface de sépara— 30 tion entre les liquides 3A. et 3B est au-dessous du niveau du transducteur indiqué par la ligne A-A, dans le récipient 1. Le dispositif de sortie 5 comprend un relais 6 qui a pour fonction de faire fonctionner un élément de signalisation visuelle ou sonore 7 et/ou un élément de commande d'une opération de traitement des signaux 8.L'élé-35 ment 7 peut comporter un cornet acoustique, un vibreur, des voyants lumineux, ou tout autre dispositif d'avertissement ou d'alarme 70 02795 3 2029487 classique, à indication visuelle ou sonore, ou combinaison de tels dispositifs, l'élément 8 peut comporter une pompe, une soupape ou autre accessoire. Le transducteur 2 peut être un transducteur classique d'émis-5 sion et de réception d'impulsions d'ultra-sons et c'est, de préférence mais non pas nécessairement, un dispositif -piézoélectrique en forme d'un disque qui est fixé par un ciment, par serrage, ou maintenu ou fixé autrement, sur la surface extérieure de la paroi du récipient 1. Quand il est excité, le.transducteur 2 émet à travers le réci-10 pient, à un niveau indiqué par la ligne A-A passant à travers la paroi du récipient une impulsion d'ultra-sons qui suit le trajet indiqué par les flèches 9 suivant la direction de la diaânsion interne transversale du récipient. L'impulsion est réfléchie par la paroi opposée du récipient en 10 et renvoyée au transducteur 2. Si la paroi 15 10 est masquée par un tuyau, une paroi réfléchissante (non représentée) peut être prévue dans le récipient 1. Le dispositif de traitement de signaux 4 comprend un oscillateur puisé 11, qui peut avoir n'importe quelle structure classique, pour engendrer, sur le conducteur 12, des signaux d'une fréquence de 20 répétition appropriée. Chacun de ces signaux est appliqué par les conducteurs 12 et 13 au transducteur 2 où ces signaux sont transformés en des impulsions d'ultra-sons correspondantes. A son retour au transducteur 2, l'impulsion réfléchie est transformée en une impulsion électrique d'amplitude réduite en fonction de 25 la matière que l'impulsion a traversée dans le récipient 1. Plus la viscosité de la matière est grande, plus l'affaiblissement de l'impulsion qui la traverse est grand. Cette impulsion est appliquée par un conducteur 13 à une première entrée d'un circuit ET 14, à deux entrées, dont la seconde reçoit par le conducteur 15 un signal de con-30 trôle dont le but sera exposé ci-après avec plus de détails. Le signal de sortie du circuit ET 14.est appliqué par le conducteur 16 à un amplificateur de réception 17 de façon à produire un signal de sortie ayant une amplitude réduite en fonction de la viscosité du liquide particulier 3A ou 3B que l'impulsion d'ultra-35 sons a traversé. Le signal de sortie de l'amplificateur de réception 17 est appliqué par le conducteur 18 à la première entrée de l'amplificateur différentiel 19. L'amplificateur différentiel 19 reçoit 70 02795 4 2029487 aussi un second signal d'entrée qui est une tension de référence d'une valeur égale à l'amplitude de l'impulsion réfléchie- à travers le liquide inférieur 3A. Quand le liquide 3A est au niveau A-A du transducteur, l'ampli-5 ficateur différentiel 19 ne fournit aucun signal de sortie» Quand le liquide supérieur 3B est au niveau A-A, de sorte que les impulsions d'ultra-sons le traversent, l'impulsion réfléchie subit un affaiblissement différent, et l'amplificateur différentiel 19 fournit un signal de sortie indiquant ainsi que la surface de séparation entre les deux 10 liquides est au-dessous du niveau A-A. Ce signal de sortie est appliqué par le conducteur 20 à un relais 6 qui a pour fonction de mettre en action le dispositif indicateur 7 et/ou le dispositif 8 de commande de mise en oeuvre d'un ordre correcteur. Il est bien entendu que le système peut être étalonné de façon 15 à détecter le moment où la surface de séparation entre les deux liquides est au-dessus du niveau A-A, par réglage de la tension de référence de façon à ce qu'elle corresponde à une impulsion réfléchie traversant le liquide supérieur 3B. Dans ce cas, l'amplificateur différentiel fournit un signal de sortie quand le liquide inférieur 3A 20 est au niveau Â-A, indiquant ainsi que la surface de séparation entre les deux liquides est au-dessus du niveau A-A. La tension de référence est engendrée commodément par utilisation d'un oscillateur puisé 11. Le signal de sortie de l'oscillateur puisé 11 est appliqué, par l'intermédiaire d'un conducteur 21, à un 25 affaiblisseur variable 22. L'affaiblisseur variable 22 permet un réglage de l'amplitude de l'impulsion à une valeur de référence choisie étalonné au point d'installation de façon à correspondre à l'impulsion électrique engendrée en réponse à un aller-retour d'une impulsion d'ultra-sons à travers le liquide 3A ou 3B dans le récipient 1. Le 30 signal de sortie de 1'affaiblisseur variable 22 est appliqué, par l'intermédiaire du conducteur 23, à un organe de retard 24 et, par l'intermédiaire du conducteur 25» à l'amplificateur différentiel 19» L'organe de retard 24 assure que la tension de référence est disponible à l'instant où l'amplificateur de réception 17 produit son signal 35 de sortie. Comme exposé précédemment, un signal de contrôle est appliqué par la ligne 15 au circuit ET 14. Ce signal de contrôle est appliqué 70 02795 5 2029487 seulement après qu'il s'est écoulé un temps approximativement égal à celui qui est mis par l'impulsion électrique et par l'impulsion acoustique pour parcourir le trajet électrique allant de l'oscillateur puisé 11 au transducteur 2 en passant par les lignes 12 et 13, 5 le trajet acoustique comportant un aller-retour dans le récipient 1, et le trajet électrique passant par la ligne 13 et le circuit ET 14. le signal de contrôle est appliqué pendant un intervalle de temps suffisant pour encaisser des variations secondaires des temps de transit de ces impulsions. A tout autre moment, le circuit ET 14 est bloqué 10 par suite de l'absence du signal de contrôle. De cette manière, l'impulsion transmise au transducteur 2, ainsi que d'autres signaux parasites engendrés dans le système ne sont pas transmis à l'amplificateur différentiel 19, de façon à ne pas risquer de déclencher le dispositif 7 ou 8. 15 le signal d'ordre est engendré par application du signal de sor tie de l'oscillateur 11, par l'intermédiaire des lignes 12 et 26, à l'entrée d'un ensemble à basculaurs de retard 27. les basculeurs de retard 27 retardent leur réponse au signal d'entrée d'un temps correspondant au temps mis par les impulsions respectivement électrique 20 et acoustique pour parcourir les trajets décrits précédemment. la figuré 2, à laquelle on va se référer maintenant, représente un dispositif de sortie 5' constituant une variante du dispositif de sortie 5 de la figure 1. Dans ce mode d'exécution, le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 19 peut être appliqué, par le conduc-25 teur 20', à un voltmètre 28 ayant une aiguille indicatrice 29. Dans ce cas, 1'affaiblisseur variable 22 est réglé de telle sorte que les signaux d'entrée de l'amplificateur différentiel 19 sont égaux ou é-quilibrés quand la surface de séparation entre les liquides 3A et 3B est au niveau A-A. Dans ces conditions, l'aiguille indicatrice 29 in-30 dique zéro, comme sur la figure. Quand le liquide plus visqueux est au niveau A-A, l'impulsion réfléchie est affaiblie davantage, de sorte que l'instrument indicateur 28 indique une valeur de mesure négative, l'aiguille 29 se déplaçant dans le sens opposé aux aiguilles d'une montre devant l'échel-35 le graduée. Quand la surface de séparation entre les deux liquides est dans la zone du transducteur 2, l'écart de cette surface de séparation vis-à-vis du niveau A-A est indiqué par la valeur lue. 70 02795 6 2029487 Quand le liquide moins visqueux est au niveau A-A, l'impulsion réfléchie est moins affaiblie, de sorte que l'instrument de mesure 28 indique une valeur positive, l'aiguille 29 se déplaçant dans le sens des aiguilles d'une montre. L'écart vis-à-vis du niveau du trans-5 ducteur est à nouveau indiqué par la valeur positive lue. Si des matières différentes des matières 3A et 3B sont dans le récipient 1, l'impulsion réfléchie subit un affaiblissement différent. Toutefois, l'appareil peut être facilement adapté à cette variation par réglage de 1'affaiblisseur variable 22. 10 Le s3rstème selon l'invention peut aussi être utilisé pour in diquer la viscosité d'un liquide et/ou le pourcentage de particules solides en suspension (non représentées) dans un récipient. Plus la viscosité et/ou le pourcentage de particules solides en suspension sont grands, plus l'affaiblissement de l'impulsion réfléchie est 15 grand. JLe système de traitement de signaux 4 de la figure 1 peut être utilisé dans la détermination du pourcentage de particules solides en suspension sauf que, dans ce cas, la tension de référence choisie appliquée à une entrée de l'amplificateur différentiel 19 est réglée de façon à correspondre à une indication zéro ou à un 20 pourcentage de référence de particules solides. La tension choisie est rendue équivalente à une impulsion engendrée en réponse au passage d'une impulsion d'ultra-sons à travers un liquide dépourvu de particules solides en suspension ou contenant un pourcentage connu de particules solides en suspension. L'amplitude du signal de sortie 25 de l'amplificateur différentiel 19 varie lorsque le pourcentage de particules solides en suspension varie» Dans la détermination du pourcentage de particules solides en suspension, le signal de sortie du dispositif de traitement de signaux 4 est appliqué à un dispositif indicateur modifié 5", représen-30 té sur la figure 3- Le dispositif indicateur 5" comprend un instrument de mesure 28' ayant une aiguille indicatrice 29'. En supposant que la tension de référence choisie est réglée de façon à correspondre à un pourcentage nul de particules solides en suspension, le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 19 est nul, et 35 l'aiguille 29' indique un pourcentage nul, comme représenté. Lorsque le pourcentage de particules de solide en suspension augmente, les signaux appliqués aux entrées de l'amplificateur différentiel deviennent de plus en plus déséquilibrés au fur et à mesure que 70 02795 7 2029487 l'affaiblissement des impulsions transmises à travers le récipient augmente par suite de cette augmentation de pourcentage. Ceci, à son tour, provoque une augmentation de l'amplitude du signal de sortie de l'amplificateur différentiel 19, et, par suite, l'aiguille 5 29' se déplace vers la droite, de façon à fournir une indication visuelle du pourcentage de particules solides contenues dans le récipient. Des graduations appropriées en pourcentages sont prévues sur l'indicateur de mesure 28'. Dans la détermination de la viscosité, le système de traitement 10 de signaux 4 de la figure 1 peut être utilisé également, sauf que, dans ce cas, la tension de référence choisie appliquée à l'entrée de l'amplificateur différentiel 19 est réglée de façon à correspondre à une valeur de référence de la viscosité. La tension choisie est rendue équivalente à une impulsion engendrée en réponse au passage 15 d'une impulsion d'ultra-sons à travers un liquide de viscosité connue choisi à titre de référence. Le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 19 varie alors en amplitude lorsque" la valeur de la viscosité varie. Dans la détermination de la viscosité, le signal de sortie du 20 dispositif de traitement de signaux 4 est appliqué à un indicateur de mesure du type illustré par les figures 2 et 3, sauf que les graduations indiquent des valeurs de la viscosité et que l'aiguille est réglée de façon à indiquer la viscosité de référence quand le signal de sortie de l'amplificateur différentiel est nul. 25 Bien que l'appareil selon l'invention soit appliqué en parti culier à la détection de la surface de séparation entre deux liquides et à la détermination de viscosités et de pourcentages de particules solides en suspension, il peut aussi indiquer la présence ou l'absence d'un liquide à un niveau choisi dans un récipient dans le cas où il 30 11 fy a pas de surface de séparation entre deux liquides et où il y a seulement une surface de séparation entre un liquide et l'air. Dans ce cas, l'impulsion d'ultra-sons est transmise soit à travers l'air soit à travers le liquide. Quand elle traverse l'air, l'impulsion d'ultra-sons est affaiblie à peu près complètement. Ce 35 n'est que quand cette impulsion est transmise par le liquide qu'une impulsion réfléchie produit un signal à la sortie du dispositif de traitement 4. 70 02795 8 2029487 1'affaiblisseur variable 22 et l'organe de retard 24 peuvent être éliminés lors d'une telle utilisation du système parce que les grandes différences entre les affaiblissements dans le liquide et dans l'air ne nécessitent pas l'emploi de techniques de comparaison. 5 Par conséquent, quand un signal est transmis par l'amplificateur'différentiel 19 de façon à actionner un relais 6 et l'indicateur 7, il est indiqué que le liquide a été détecté au-dessus du niveau A-A. Il va de soi que la présente invention a été décrite ci-dessus à titre d'exemple préférentiel indicatif mais nullement limitatif 10 et que l'on pourra introduire toute équivalence dans ses éléments constitutifs, sans sortir de son cadre défini par les revendications annexées. 70 02795 9 2029487 EEWDICATIONS 1 - Appareil de mesure, caractérisé en ce qu'il comprend un transducteur émettant une impulsion ultrasonore à travers une première partie de paroi d'une enceinte et d'au moins une partie du 5 volume interne de celle-ci, un réflecteur renvoyant cette impulsion vers le transducteur de manière que celui-ci émette un signal de sortie fonction de l'affaiblissement de l'impulsion ayant suivi un parcours aller retour dans ledit volume interne de l'enceinte et un comparateur de l'intensité de l'impulsion réfléchie à une 10 tension de référence choisie. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un indicateur qui réagit au signal de sortie du comparateur et qui établit une certaine condition quand une matière placée dans l'enceinte atteint un niveau supérieur à un niveau choisi et une 15 autre condition quand cette matière atteint un niveau inférieur à ce nivëau choisi,, 3 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le comparateur émet un signal de sortie ayant une amplitude et un signe qui varient selon que la matière arrive au-dessus ou au-dessous 20 d'un niveau choisi et en fonction de la distance à laquelle la matière se trouve au-dessus ou au-dessous de ce niveau choisi. 4 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le comparateur fournit un signal de sortie ayant une amplitude qui est fonction de la différence de la teneur en particules solides 25 d'une suspension placée dans l'enceinte par rapport à une teneur de référence choisie» 5 -Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif ne permettant au comparateur d'opérer qu'aux instants auxquels l'impulsion est capable de suivre son parcours*- 30 6 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'indicateur émet un signal de sortie dont l'amplitude est fonction de la différence entre la viscosité de la.matière et une viscosité de référence.