Brevet FR2104926A1 — publié le 19720428

La présente invention est relative à la détermination des caractéristiques massiques et/ou volumétriques d'un liquide quelconque placé dans une cuve de section donnée et vise plus spécialement à obtenir un centrale rigoureux et précis de ces caractéristiques en réalisant une mesure basée sur la conversion d'une pression et à agctuer tous les contrtles vaulus de façon entièrement automatique avec une rapidité et une précision encore inégalées. Un intértt particulier de l'invention réside dans le fait que les contrôles peuvent être effectués à tous moments sans aucune manipulation du liquide mesuré, qu'on peut analyser des liquides contenus dans autant de récipients qu'on le désire avec une précision égale et qu'en outre, les résultats desdits centrales sont délivrés simultanément et automatiquement par une machine imprimante. La présente invention concerne un procédé pour mesurer avec précision les caractéristiques massiques et/ou volumétriques des liquides placés dans une cuve de section donnée caractérisé par le fait qu'il consiste à établir une pression de gaz équilibrant celle d'une quantité de liquide donnée dans la cuve et à appliquer cette pression à un dispositif manométrique de référence dont le débattementest fonction directe de la mesure à effectuer à un coefficient constant près. Les dispositifs pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus comportent un circuit de gaz comprimé reliant no taxent la cuve de liquide à un dispositif manométrique enregistreur de haute précision et un système de codification, d'enregistrement automatique et de transmission des informations de mesure. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé, un mode d'exécution du procédé selon l'invention. La figure 1 représente un dispositif conforme à l'invention destiné à mesurer le poids d'une certaine quantité de liquide contenu dans la cuve. La figure 2 représente un dispositif conforme à l'invention destiné à mesurer la densité de liquide contenu dans la cuve. La figure 3 représente le schéma général de l'ensemble des dispositifs des figures l et 2 et du système de codification, d'enregistrement automatique et de transmission des mesures conformes à l'invention. La figure 4 représente un amplificateur générateur d'impulsions d'un suiveur de niveau du dispositif manométrique conforme à l'invention. Le dispositif de la figure 1 comprend une cuvez de section S remplie de liquide de densité jusqu'à une hauteur Hi mesurée au-dessus d'un niveau proche du fond de la cuve. Celle-ci est de préférence cylindrique ou a une forme générale régulière et sa fabrication doit être particulièrement soignée. Sur la partie verticale de la cuve et à proximité du fond de cette dernière, un tube t de piquage met en communication la cuve et un tube T dont le diamètre est inférieur à celui de la cuve dans un rapport élevé. Uh tuyau 4, dénommé "bulleur" pénètre dans ce tube T et plonge presque jusqu'au fond de ce dernier. Ce tuyau 4 est relié à une canalisation 3 de gaz comprimé par l'intermédiaire d'une vanne 5.Le gaz comprimé 13 est amené successivement à un détendeur 10 et à un débitmètre 9 avec une sécurité 11 interdisant le déroulement du cycle de contrôle si le débit de ce gaz est incorrect par rapport au règlage établi. Une dérivation 6, sur laquelle sont prévus un dispositif de sécurité 7 évitant toute montée de pression excessive et un amortisseur 8 destiné à absorber les variations instantanées de pression, relie le manomètre 2 à la canalisation 3. Le principe de fonctionnement est le suivant le liquide est préalablement versé dans la cuve 1, dont le fond comporte une canalisation de vidange comportant un dispositif de sécurité 12. Puis on établit progressivement dans la canalisation3 la dérivation 6 et le tuyau bulleur 4 une pression croissante jus qu'à ce qu'elle égale celle de la quantité de liquide contenue dans 1 cuve au-dessus de l'extrémité inférieure du tuyau bulleur 4.Dans ce but, le gaz comprim6 repousse progressivement le liquide contenu dans le tuyau bulleur 4 jusqu'à sortir en bulles à l'extrémité inférieure de ce dernier.A ce moment on maintient la pression de gaz atteinte; des bulles s'échappent régulièrement du tuyau bulleur 4 et le mercure, qui a progressivement monté dans la colonne du manomètre, reste à la hauteur alors constante hl. On suppose que le liquide contenu dans la cuve cylindrique de section constante S jusqu'à une hauteur H1 a pour densité s . Une fois l'équilibre rigoureux des pressions réalisé, le mercure de densité "connue et maintenue constante s'élève jusqutà une hauteur hl dans la colonne du manomètre 2. On sait que la pression vaut : H1 X h1 n pression du gaz, or le poids P du liquide contenu dans la cuve a pour valeur : P = S.H1. 8 Par conséquent : P n S.hl.br Kl.hl ou K1 Z S. s Comme S et'lsont parfaitement connues et constantes. K1 est une constante et P est fonction de la mesure lue hl à ce facteur K1 près. On notera que le tuyau bulleur 4 qui est monté fixe dans le tube T, comporte à sa partie inférieure un embout à règlage micrométrique (non représenté) et que l'embout et le tuyau bulleur 4 lui-même sont avantageusement inclinés par rapport à l'horizontale dans une forme de réalisation préférée de l'invention ce qui permet une précision accrue et une plus grande finesse du règlage. En outre, l'amortisseur 8 prévu sur la dérivation 6 est composé d'un gicleur règlable au travers duquel la pression de gaz doit passer, et d'un vase d'expansion dont le volume est lié à celui de toute la canalisation.On notera également que, sur la canalisation de vidange située à la partie inférieure de la cuve 1 on a prévu une sécurité 12 comportant un voyant situé juste avant le système de fermeture de la cuve, pour pouvoir vérifierq u'entre deux contrôles le récipient a été vidé entièrement, et un palpeur interdisant tout remplissage de la cuve tant que cette dernière n'est pas entièrement vidée. Le dispositif de la figure 1 peut être complété par une cuve 1' supplémentaire par exemple dont on pourrait tester également le liquide qui y serait conteu. A cet effet, a canalisation 3 se prolonge en 3' et amène le gaz sous pression dans le tuyau bulleur 4' au moyen d'une vanne 5'. On comprend que l'on prs rait avoir ainsi un nombre quelconque de cuves telles que 1 et 1'. Pour mesurer les caractéristiques du liquide d'une cuve telle que 1, on ferme simplement les vannes telle que 5' de toutes les autres cuves en laissant ouverte la vanne 5 et on opère comme il a été dit. Le dispositif représenté sur la figure 2 est analogue à celui de la figure 1, mais il est double en quelque sorte. Une cuve 1 de section indifférente et de forme quelconque, cylindrique ici, contient un liquide de densité, (cette cuve peut étre la cuve 1 de la figure 1). A l'intérieur de la masse liquide plongent deux tuayux verticaux 14 et 15, dont les extrémités inférieures sont distantes de la hauteur H2 constante et fixée de fa çon rigoureuse. Ces tuyaux 14 et 15 vont jouer le roule de Nbulleurf comme le tuyau 4 du dispositif de la figure 1. En effet, on envoie le gaz comprimé 26 dans des canalisations 18 et 19 aboutissant respectivement à la partie supérieure desdits tuyaux.Des vannes 16 et 17 sont placées respectivement entre la canalisation 18 et le tuyau 15, et entre la canalisation 19 et le tuyau 14. Comme dans le cas du dispositif de la figure 1, la canalisation 18 (oulX comporte un détendeur 10, un débitmètre 25 et une sécurité 27. De plus des dérivations 20 et 22 relient respectivement les canalisations 18 et 19 au manomètre de précision 24 qui, on va le voir, fonctionne '.en différentielle". Sur la dérivation 20 est placé un amortisseur 21 et sur la dérivation 22 est placé un amortisseur 2 & 28 désigne une sécurité identique à la sécurité 12 du dispositif de la figure 1. Le principe de fonctionnement est le suivant.On établit progressivement et respectivement dans les canalisations 18 et 19, les dérivations 20 et 22 et les tuyaux bulleurs 14 et 15 des pressions croissantes jusqu 'lace qu'elles égalent les pressions des quantités de liquide situées respectivement au-dessus des extrémités inférieures des tuyaux 14 et 15. Le gaz comprimé repousse donc progressivement le liquide contenu dans les tuyaux bulleurs 14 et 15 jusqu'à sortir en bulles aux extrémités inférieures de ces derniers. A ce moment on maintient les pressions atteintes par le gaz dans les circuits 18-16-15 et 19-17-14 et des bulles sortent régulièrement des tuyaux 14 et 15 et le mercure, qui a progressivement monté dans la colonne du manomètre, reste à la hauteur alors constante h2. Dans le cas présent (figure 2) où les extrémités de deux tubes 14 et 15 plongeant dans le liquide sont séparés par une hauteur H2 fixe connue, la pression de la quantité du même liquide que précédemment située dans la cuve entre les niveaux desdites extrémités est appliquée au manomètre 24 dans la colonne duquel le mercure monte à une hauteur h2 et on salit que ladite pression vaut : H26' h2 w" Par conséquent Comme H2 et 6 sont parfaitement connues et constantes, K2 est une constante et 6Xest fonction de la mesure lue h2 au facteur K2 près. De plus le volume V de l'ensemble du liquide introduit dans la cuve a pour valeur : V = P/ 6'- Il peut donc être aisément calculé, P etcs'étant connus. Toutes ces lectures et calculs peuvent être effectués de façon automatique et les résul tats concernant le poids P, la densité 6' et le volume V du liquide de la cuve peuvent ainsi être délivrés simultanément sur un appareil enregistreur imprimant. On notera que les tuyaux bulleurs 14 et 15 ont leurs extrémités inférieures placées à une distance déterminée et règlée une fois pour toutes. Dans une autre forme de réalisation, les tuyaux bulleurs 4, 14 et 15 peuvent etre placés dans une mEme cuve, sans rien changer au principe de l'invention, ce qui permet d'effectuer simultanément deux mesures respectivement sur les manomètres 2 et 24. Des précisions supplémentaires concernant les divers appareils et dispositifs pour la mise en oeuvre du procédé seront données plus loin. La figure 3 représente l'ensemble des dispositifs des figures 1 et 2 et du système de transmission et d'enregistrement des mesure s. Sur cette figure, les hauteurs manomètriques des manomètres de précision 2 et 24 sont repérées par des suiveurs de niveau 30 dont les positions sont règlées par des servomoteurs 31, l'ensemble étant relié à des codeurs 32. Ce dernier transmet les informations obtenues à un sérialiseur 33 qui comporte une mémoire 34 et est relié à un dispositif calculateur imprimant32 Le manomètre de précision 2 destiné à mesurer le poids du liquide de la cuve permet de déceler des variations de pression de 10-5 bar et est capable de rechercher et suivre le haut d'une colonne de mercure ou de tout autre liquide avec la précision de 1/100 de millimètre.Le manomètre de précision 24 destiné à mesurer la densité du liquide de la cuve a la mtme précision que le précédent. Les deux manomètres 2 et 24 sont montés sur une masse assurant une grande inertie aux vibrations et qui, de plus, est montée sur un système amortisseur, l'ensemble donnant une très bonne stabilité. En outre, l'ensemble manomètrique constitué par les deux manomètres 2 et 24 est installé dans une enceinte thermostable afin d'éviter toutes les corrections dues aux variations de températures. Les suiveurs de niveau 30 sont destinés à suivre la frontière optique formée par le gaz (ou l'air; et le mercure dans son déplacement afin de permettre une télémesure précise des hauteurs de mercure (telles que h1 et h2) dans les manomètres 2 et 24. Ces suiveurs 30 ont une précision supérieure à + 10 m, une capacité de 300 mm et une vitesse variable suivant la zone "recez che ou approche", de préférence supérieure à 1 mm par seconde. A chaque manomètre et donc à chaque suiveur de niveau 30 est associé un servomoteur 31 et un codeur 32. Les ensembles "suiveur de niveau avec servomoteur et codeur" sont décrits ci-après.Un tel ensemble 30-31-32 comprend plusieurs dispositifs travaillant en association : un dispositif optique, un dispositif mécanique, un dispositif électronique, un compteur mécanique ainsi que deux codeurs. Le principe de fonctionnement est le suivant: des signaux électriques sont envoyés au servomoteur pour lui faire déplacer le chariot portant le détecteur optique. La fréquence de ces signaux est proportionnelle à l'écart entre la position de la frontière et le détecteur optique. Les signaux cessent quand le chariot portant le détecteur optique est aligné sur la frontière. La position du chariot est alors à une constante près le reflet fidèle de la position de la frontière mercure-gaz. Le dispositif optique d'un suiveur de niveau 30 comporte une double focalisation afin de réduire au minimum l'influence de la forme de la frontière (ménisque de mercure ici), l'image du filament d'une lampe est formée au centre du tube par un système optique sphéro-cylindrique à axe vertical, de façon à obtenir une ligne focale lumineuse homogène parallèle à l'axe de translation du chariot. Cette image est inversée avec un grandissement 2 par un système optique sphérique sur un diaphragme percé de dieux trous voisins situés l'un au dessus de l'autre, de 1 mm de diamètre, et derrière chacun desquels se trouvent un diffuseur et un cône en aluminium poli au fond duquel est placée une photodiode du type 0AP2, 34 F2. En outre, un filtre neutre Wratten de densité 0,3 (affaiblissement 1/2) est placé derrière le trou inférieur.Ainsi les deux photodiodes reçoivent le même éclairenent lorsque l'image de la frontière couvre la moitié du trou supérieur. Ce dispositif annule l'effet des variations de bnL lance de la lampe, ou de transparence du tube (plus ou moins propr Le dispositif mécanique du suiveur 30 est celui de translation du chariot. Pour avoir les caractéristiques voulues (course de 300mm, précision inférieure au 1/100 de mm et possibilité de délivrer aisément l'information numériquement), le dispositif de translation du chariot comporte a) un guide axial constitué par deux rails cylindriques parallèles et un système de six roulements à billes triangulés. b) un système vis-écrou à rattrapage de jeu permanent, assurant une translation donnée et pilotant le chariot. Le dispositif électronique est constitué par un commutateur électronique SEDELEM standard quiassure la mise en forme d'impulsions de commande sur deux canaux (rotation droite et gauche), pilote les impulsions sur deux circuits de bascule pour assurer l'ordre séquentiel correct des commutations des quatre bobines du moteur 31 (AU 5051 SEDELEM) pas à pas à 48 pas par tourin pas étant égal à 1/100 de mm, et attaque les circuits de puissance des bobines. Il faut fournir des trains d'impulsions, dans le sens correct, tant que le chariot n'est pas dans sa fourchette de stabilité. Ces trains d'impulsions sont fournis par un amplificateur générateur d'impulsions SNP (représenté sur la figure 4) comportant deux photodiodes, alimentées à tension constante et montées en potentiomètre, dont le point de liaison relie une branche d'un amplificateur différentiel, l'autre branche de ce dernier étant reliée à un diviseur fixe en parallèle sur les deux photodiodes. S désigne sur la figure 4 la sortie des impulsions. A un suiveur de niveau 30 est associé également un compteur mécanique (compteur mètreur Hengstler, par exemple) à faible couple d'entrainement, dont le premier tambour comporte 100 divisions correspondant à deux tours de son arbre de commande, ce qui permet donc de "lire" le 1/100 de mm. A chaque suiveur 30 est associé aussi un système de codage électro-mécanique à levée d'incertitudes par alimentation au travers de pistes multiples. Bien que la forme du cqdage puisse etre celle que l'on veut, on a choisi un codage décimal pour permettre une utilisation directe avec les matériels électro-comptables connus. On utilise par exemple, un codeur (système dit '1Soulet/Guibert") se composant de décades successives, en système décimal direct, reliées l'une à la suivante par deux trains de pignons dans un rapport 10.Chaque décade comporte un circuit imprimé fixe portant des pistes de commutation permettant d'effectuer la commutation des chiffres de la décade d'ordre n + 1, à partir de la commutation des chiffres de la décade d'ordre n, par un procédé purement électrique de commutation en système dit Zbiquinaire" (2x5), ce qui fait l'originalité propre du procédé. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, un autre codeur mixte circulaire/linéaire pourrait être également utilisé. I1 serait rotatif pour les 100 premiers points et linéaire le long du chariot pour les millimètres, dizaines et centaines de mm, avec le mtme principe de commutation en régime "biquinaire" à partir du disque unités et dizaines. L'intérêt serait de diminuer ainsi l'encombrement de la partie haute du suiveur 30. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, on utilise, pour obtenir une détermination précise de la frontière mercure-gaz, un flotteur lesté en métal lourd (DENAL Ugine) autocentrant et annulant les variations de forme du ménisque de mercure et destiné à matérialiser le niveau de séparation mercure-gaz. Le dispositif électronique indiqué plus haut est avantageusement placé dans un coffret séparé et mis à la température de fonctionnement. Les codeurs 32 sont reliés à un système sérialiseur 33 qui a pour fonction.de déclencher, dans un ordre logique toutes les opérations nécessaires pour effectuer un contrôle et commande les sécurités telles que 11, 12 et 27. Il comporte une partie mémoire 34, où sont stockées toutes les informations concernant chacune des cuves dont on désire mesurer le contenu, et des organes de commande pour l'exécution des différents ordres concernant le programme qu'il doit assurer. Enfin un système calculateur imprimant 35 délivre les - informations de mesure simultanément sous forme de chiffres indiquant le poids, le volume et la densité apparente du liquide d'une cuve. Ce système peut être une machine à calculer électrique imprimante (effectuant les quatre opérations) qui est équipée nécessairement d'un système d'introduction automatique de données venant de l'extérieur. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour mesurer avec précision les caractéristiques massiques et/ou volumétriques des liquides placés dans une cuve de section donnée caractérisé par le fait qu'il consiste à établir une pression de gaz équilibrant celle d'une quantité de liquide donnée dans la cuve et à appliquer cette pression à un dispositif manomètrique de référence dont le débattement est fonction directe de la mesure à effectuer à un coefficient constant près. 2.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, destiné notamment à mesurer le poids d'une certaine quantité de liquide, caractérisé par le fait qu'il comporte un tuyau plongeant au fond de la cuve pour mesurer la pression de ladite quantité de liquide, des moyens pour établir une pression égale à cette dernière dans ledit tuyau, et un manomètre de précision branché en dérivation sur le tuyau. 3.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'entre le branchement de ladite dérivation et le manomètre sont disposés un organe de sécurité pour empêcher toute montée de pression e:ces sive et un amortisseur pour absorber les variations de pression. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le tuyau plongeant au fond de la cuve est incliné par rapport à l'horizontale et comporte un embout dont on règle la position par un système de réglage micrométrique. 5.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, destiné notamment à mesurer la densité d'une certaine quantité de liquide comprise entre deux niveaux, caractérisé par le fait qu'il comporte deux tuyaux plongeant dans la cuve à ces niveaux, pour mesurer la pression de la quantité de liquide comprise entre lesdits niveaux, des moyens pour établir dans lesdits tuyaux des pressions dont la différence est égale à la pression de ladite quantité de liquide, et un manomètre de précision branché en dérivation entre les tuyaux considérés. ó.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 4, caractérisé par le fait qu'entre les branchements desdites dérivations et le manomètre sont disposés deux amortisseurs destinés à absorber les variations de pression. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte plusieurs tuyaux plongeant dans la cuve de liquide pour mesurer simultanément ou alternativement le poids et la densité dudit liquide. 8.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'à chacun des deux manomètres est associé un dispositif de lecture et d'enregistrement des mesures effectuées. 9.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comporte un système de r codification d'enregistrement automatique et de transmission des informations de mesure, constitué par deux codeurs, un sérialiseur et une mémoire, à un dispositif calculateur imprimant délivrant simultanément les informations concernant le poids* le volume et la densité du liquide de ladite cuve. 10.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'un dispositif de forme appropti6e plongeant dans la cuve est prévu pour compenser toutes les irrégularités éventuelles de la surface intérieure de la cuve, à un bombement vers l'extérieur ou un creux vers l'intérieur de cette dernière correspondant un bombement vers l'extérieur ou un creux vers l'intérieur dudit dispositif compensateur. 11.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la mémoire comporte un programme pour effectuer des corrections automatiques pour ramener toutes les sections horizontales de la cuve à une valeur constante dans le cas où ladite cuve à une forme géométrique quelconque connue.