Brevet FR2080844A1 — publié le 19711126

La présente invention a pour objet un dispositif de detection et d'enregistrement du niveau d'un liquide tel que l'eau, utilisable notamment, mais non exclusivement, pour l'enregistrement automatique du niveau de l'eau dans des puits d'observation des nappes aquifères, ou du niveau de l'eau dans des rivières, en vue d'études hydrologiques. L'un des objets de l'invention est de fournir un dispositif pouvant être utilisable dans des puits de petit diamètre (par exemple ne dépassant pas 40 mm) et de profondeur notable (jusqu'a 60 mètres). Un autre objet de l'invention est de fournir un dispositif capable de réaliser un enregistrement automatique pendant une longue durée (par exemple 3 à 6 mois),avec une grande stabilité (erreur de mobilité, ou dérive de zéro, inférieure à 1 centimètre). Un objet essentiel de l'invention est de fournir un dispositif du genre considéré qui se prète non seulement à une lecture visuelle du niveau d'eau, mais également a l'enregistrement codé de ce niveau (au moyen d'une imprimante, sur une bande perfore, sur une bande magnétique...etc...), en vue d'un traitement numérique de l'information délivrée par ce dispositif. Un autre objet de l'invention est de permettre un enregistrement du niveau d'eau qui puisse a volonté etre périodique (enregistrement du niveau à des instants prédéterminés, régulièrement espacés), ou s'effectuer à des instants quelconques lorsque les variations du niveau de l'eau franchissent des limites fixées à l'avance (relevé du niveau et de la date, chaque fois que le niveau change de façon significative). L'invention vise a obtenir l'ensemble des qualités ci-dessus indiquées, en conservant celles des appareils enregistreurs de niveau, disponibles dans le commerce, notamment une sensibilité.ou résolution de t 1 cm dans la détection du niveau, une amplitude de + 5 mètres pour les variations de niveau enregistrables, une gamme de température d'utilisation pouvant être comprise entre 0" et 50"C pour la partie de l'appareillage situé en surface. Une première catégorie de dispositifs de détection actuellement disponibles est constituée par des appareils à flotteur moteur. Ces appareils, n'utilisant aucune source d'energie auxiliaire, enregistrent les mouvements d'un flotteur qui est suspenduSdans un puits un cSble,ce flotteur entraînant tout le mécanisme de détection situé en surface. Un tel appareil présente notamment les inconvénients suivants - la poussée d'Archimède agissant sur le flotteur étant le seul élément moteur, ce flotteur ne peut être de faible diamètre ( un diamètre minimum de 8 cm paraît nécessaire) - la précision est mal définie du fait des frottements du câble sur les parois du puits, si celui-ci a une certaine profondeur - le mode analogique de detection (détection en continu des mouvements du flotteur) se prête mal à un enregistrement codé en général et d'une façon plus particulière à un fonctionnement dans lequel le niveau et la date ne sont relevés que lorsque le niveau change de façon significative. Une seconde catégorie est constituée par des appareils de détection de niveau par ultra-sons. Ces appareils > peu employésvsont coûteux, assez peu précis et instables. Ils présentent par ailleurs le dernier inconvénient signalé ci-dessus des appareils de la première catégorie. Une troisième catégorie de dispositifs du commerce est constituée par des appareils a manomètres ou insufflation de gaz. Dans ces appareils le détecteur est immergé à une profondeur déterminée et on enregistre soit la pression hydrostatique agissant sur ce détecteur, soit la pression d'injection nécessaire pour évacuer un gaz par un orifice. Ces appareils ont une très mauvaise stabilité dans le temps et sont très sensibles aux variations de température. Le dispositif selon l'invention, ne présentant pas les inconvénients mentionnés plus haut des différents dispositifs antérieurs et permettant d'atteindre les objectifs énoncés ci-dessus, comprend une sonde pouvant être déplacée pour suivre le niveau du liquide et une- ligne de suspension de cette sonde.Il est caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison au moins deux dispositifs à contact électrique, actionnés respectivement lorsque la surface libre du liquide franchit un premier et un second niveaux de la sonde, en s'écartant d'une position d'équilibre intermédiaire entre ces niveaux, lesdits dispositifs à contact étant reliés électriquement à des moyens de déplacement vertical pas à pas de la sonde, par l'intermédiaire d'un dispositif générateur d'impulsions de commande desdits moyens de déplacement de la sonde, de façon que chacun de ces dispositifs à contact, lorsqu'il est actionné, en déclenchant la production d'impulsions de commande par ledit dispositif générateur, commande le fonctionnement pas à pas desdits moyens de déplacement de la sonde dans le sens rappelant celle-ci vers sa position d'équilibre et en ce què ce dispositif comporte des moyens de détermination de la différence du nombre d'impulsions de commande du déplacement de la sonde dans un sens et du nombre d'impulsions de commande du déplacement de la sonde dans l'autre sens, à partir d'une position initiale. Pour détecter les variations de niveau d'un liquide conducteur, tel que l'eau, on utilisera avantageusement un dispositif caractérisé en ce que la sonde comporte en combinaison une première et une seconde électrodes ayant un faible espacement vertical et destinées à être situées respectivement au-dessous et au-dessus de la surface libre du liquide, dans une position d'équilibre de la sonde, une troisième électrode destinée à être immergée dans le liquide, dans ladite position d'équilibre, des moyens de déplacement vertical de la sonde reliés électriquement auxdites électrodes de façon à être actionnés dans le sens correspondant au relèvement de la sonde exclusivement lorsqu'un courant électrique s'établit par l'intermédiaire du liquide conducteur entre ladite première et ladite troisième électrodes et dans le sens correspondant au relèvement de la sonde exclusivement lorsqu'aucun courant ne circule, par l'inter mediaire du liquide conducteur, entre ladite seconde et ladite troisième électrodes. Des exemples non limitatifs de réalisation de la présente invention sont illustrés par les figures annexées où - la figure 1 est une vue d'ensemble schématique d'un mode de réalisation de l'invention applicable à la détection des variations de niveau d'un liquide conducteur, - la figure 2 illustre la sonde de détection de ce mode de réalisation - la figure 3 représente schématiquement les circuits électriques de l'appa reillage de surface. - la figure 4 illustre un autre mode de réalisation des moyens de détection Dans l'exemple illustré par les figures i å 3, où un dispositif selon l'invention est utilisé pour la détection et l'enregistrement du niveau atteint par l'eau 1 dans un sondage 2, la référence 3 désigne une sonde munie de moyens de détection du niveau d'eau. Cette sonde est suspendue dans le puits par un câble 4 contenant des conducteurs electriques. Ce câble passe en surface sur une poulie de renvoi 5 portée par un bâti 6. La rotation de cette poulie dans un sens ou dans l'autre peut être commandée par les moteurs électriques M1 et M2 respectivement (fig. 3) dont les arbres de sortie sont accouplës à la poulie 5, de part et d'autre de celle-ci. Le poids de la sonde est compense par des moyens d'équilibrage comportant, dans l'exemple représenté, le contre-poids 7 ayant un alésage axial 8 pour le passage du câble 4. Ce câble passe de la première poulie de renvoi 5 à une seconde poulie de renvoi 9 située au sommet du contrepoids 7, l'extrémité supérieure 10 du câble 4 étant soutenue sur le bâti 6 par tout moyen approprié, en étant fixée a la boite de connexion 11, dans laquelle les conducteurs électriques du câble 4 sont connectés aux circuits électriques représentés sur la figure 3. ta sonde 3 comporte (fig. 1 et 2) trois électrodes espacées verticalement et isolées l'une de l'autre par un corps isolant 12 pouvant être constitué en matière plastique : l'électrode 0 situee à la partie inférieure de la sonde et connectée au conducteur neutre N du câble 4 et deux électrodes détectrices A et B situées l'une au-dessus de l'autre et respectivement connectées aux conducteurs 14 et 15 du câble 4. Le conducteur N peut être l'armure du câble 4 si ce câble est armé (masse) ou être un conducteur ordinaire de ce câble, Les électrodes 0, A et B pourront avoir la forme illustrée sur la figure 2 ou une forme annulaire, la forme des électrodes pouvant être choisie par le technicien en fonction du mode de fabrication de la sonde. La sonde 3 comporte à sa partie superieure un embout étanche 16 de fixation au câble porteur 4. Si le niveau de l'eau dans le puits est situé au-dessus de l'électrode B l'eau établit une liaison électrique entre chacune des électrodes A et B et l'électrode 0. Si le niveau de l'eau est situé entre les électrodes A et B une liaison électrique est établie entre les électrodes h et 0, mais non entre les électrodes B et 0, par l'intermédiaire de l'eau. Si le niveau de l'eau dans le puits descend au-dessous de l'électrode A il n'y a pas de liaison électrique entre l'électrode 0 et l'électrode A ni entre l'électrode 0 et l'électrode B. Le dispositif selon l'invention comporte des moyens d'asservissement du défilement du câble 4 sur la poulie 5 aux variations du niveau d'eau, adaptés à placer la sonde 3 dans une position d'équilibre telle que la surface de l'eau dans le puits 2 soit située à un niveau intermédiaire entre les électrodes A et B, de façon qu'une liaison électrique soit établie par l'eau entre les électrodes A et 0 mais non entre les électrodes B et O (électrode B audessus de la surface de l'eau). Ces moyens d'asservissement sont constitués d'une part par des moyens d'excitation du moteur M1 tournant par pas dans le sens de la descente de la sonde 3, lorsque la liaison électrique par l'eau est interrompue entre ltelec- trode A et l'électrode 0 (niveau de l'eau au-dessous de l'électrode A) et d'autre part par des moyens d'excitation du moteur M2 tournant par pas dans le sens de la remontée de la sonde 3, lorsque les électrodes B et 0 sont reliées électriquement par l'eau (niveau de l'eau au-dessus de l'électrode B). Les figures 1 et 3 illustrent schématiquement l'équipement électrique de surface alimenté par la batterie d'accumulateurs 17 qui est par exemple une batterie autonome de 24 volts mais peut être remplacée par tout autre source d'alimentation électrique convenable. Les conducteurs 14 et 15 du câble 4 sont, par l'intermédiaire de la botte de connexion 11, respectivement connectés à deux relais électriques sensibles R S 1 et R S 2 qui sont tous deux connectés au conducteur neutre N du câble 4. Dans ces conditions, la coupure de la liaison électrique établie par lreau entre les électrodes A et 0, lorsque le niveau d'eau descend au-dessous de A, fait basculer le relais sensible R S 1, déclenchant le répétiteur d'impulsions 32 dont le rêle sera précisé ci-après. A la réception d'une impulsion émanant du répétiteur 32, auquel il est relié par le conducteur 18, le relais de puissance R P 1, en fermant simultanément deux contacts fait apparaître une impulsion sur chacune de ses bornes de sortie 19 et 20. L'impulsion apparaissant sur la borne 19 est une impulsion de commande du moteur M1 auquel elle est transmise par l'intermédiaire du conducteur 21. tandis que l'impulsion apparaissant simultanément sur la borne 20 est transmise par l'intermédiaire du conducteur 22 à une première borne d'entrée d'un compteur-décompteur 23 (entrée de comptage). De façon similaire, l'établissement d'une liaison électrique par l'eau entre les électrodes B et 0, lorsque le niveau d'eau monte au-dessus de B, fait basculer le relais sensible R S 2, déclenchant le répétiteur d'impulsions 33. A la réception d'une impulsion émanant du répétiteur 33 auquel il est relié par le conducteur 24, le relais R P 2, en fermant simultanément deux contacts, fait alors apparaître une impulsion sur chacune de ses bornes de sortie 25 et 26. L'impulsion apparaissant sur la borne 25 est une impulsion de commande du moteur M2 auquel elle est transmise par l'intermédiaire du conducteur -27, tandis que l'impulsion apparaissant simultanément sur la borne 26 est transmise, par l'intermédiaire du conducteur 28 à la seconde borne d'entrée du compteur-décompteur 23 (entrée de decomptage). Comme indiqué ci-dessus, les moteurs M1 et M2 sont du type pas à pas et leur commande s'effectue par des impulsions électriques, leurs arbres de sortie étant accouplés la poulie 5 de part et d'autre du plan de celle-ci. Ils ont des pas angulaires égaux. A la réception d'une impulsion de puissance par le conducteur 21, le moteur M1 est adapté à tourner d'un pas entraînant la poulie dans le sens qui abaisse la sonde 3 d'une hauteur proportionnelle au pas angulaire du moteur. Cette hauteur est égale au produit de ce pas angulaire par le rayon de la poulie 5 et peut être choisie égale à la demi-distance entre les électrodes A et B, elle définit l'intervalle de résolution du dispositif. Simultanément, grâce à l'impulsion transmise par le conducteur 22, cette hauteur est ajoutée au total déjà comptabilisé par le compteur-décompteur 23. D'une façon analogue, à la réception d'une impulsion de puissance par le conducteur 27, le moteur M2 est adapté à tourner d'un pas, remontant la sonde d'une hauteur égale à l'intervalle de résolution du dispositif. Simultanément, gracie à l'impulsion transmise par le conducteur 28, cet intervalle est décompté par le compteur-décompteur 23. Le compteur-décompteur 23 qui suit ainsi les déplacements pas à pas de la sonde 3 dans le puits, en fonction des variations du niveau d'eau, peut être connecté, par l'intermédiaire du conducteur 29 à tout appareil d'enregistrement convenable, tel qu'une imprimante, un enregistreur à bande perforée ou magnétique capable de "lire" le total comptabilisé par le compteur-décompteur 23 ou même de se substituer à lui. Dans l'exemple de réalisation illustré l'enregistrement est commandé périodiquement par un dispositif 31 servant de base de temps, qui peut être constitué par un mécanisme d'horlogerie ou par une horloge électronique. il sera également possible de réaliser l'enregistrement à chaque fermeture des contacts de l'un ou l'autre des relais R P 1 et R P 2, c'est-à- dire chaque fois que le déplacement du niveau d'eau franchit le seuil prédéterminé correspondant à l'excitation du relais, dans un sens ou dans l'autre par rapport à sa position d'équilibre de la figure 2. Pour permettre à la sonde de retrouver son niveau d'équilibre à l'instant de la mesure, dans le cas où entre deux instants de mesure la varia tion du niveau de l'eau est superieure au pas de déplacement de la sondez le répétiteur 32 est adapté à fournir, à une fréquence prédéterminée1 des impulsions actionnant à la même fréquence le relais de puissance R P 1 tant qu'aucun courant ne circule dans le conducteur 14 commandant le relais R S 1. D'une façon analogue le répétiteur 33 est adapté à fournir des impulsions actionnant à la même fréquence le relais de puissance R P 2 tant qu'un courant circule dans le conducteur 15 et agit sur le relais R S 2. La figure 4 illustre très schématiquement un autre mode de réalisation des moyens de détection contenus dans la sonde. Selon ce mode de réalisation, la sonde 1 comporte deux relais magnétiques 34 et 35 de faibles dimensions destinés à se placer respectivement au-dessus et au-dessous de la surface libre de liquide, en remplacement des électrodes A et B du mode de réalisation précédent. Le relais 34 comporte un contact connecté au conducteur 14 et un contact connecté au conducteur N. Le relais 35 comporte un contact connecté au conducteur 15 et un contact connecté au conducteur N. Les conducteurs 145 t5 et N ua te -és à un appareillage de surface tel que celui illustré par la figure 3. La commande des relais 34 et 35 s'effectue par l'intermédiaire d'un flotteur 36 qui suit les variations de niveau du liquide par rapport à la sonde, grâce à des orifices tels que 37 menagés dans la sonde, ce flotteur étant muni à ses extrémités de pièces magnétiques 38 et 39. L'état d'équilibre correspondra à une position de la surface libre du liquide à un niveau intermédiaire entre celui du relais 34 et celui du relais 35, les pièces magnétiques 38 et 39 du flotteur 36-maintenant alors par exemple respectivement le relais 34 fermé et le relais 35 ouvert (ou inversement). Les déplacements verticaux du flotteur 36 pourront être guidés par tout moyen de guidage approprié (non représenté). La descente du flotteur avec le niveau du- liquide produira, par l'intermédiaire de la pièce magnétique 38, un changement d'état du relais 34 qui passera, par exemple, d'un état de fermeture.quand le niveau du liquide est situé entre les deux relais à un état d'ouverture (ou réciproquement) tandis que la montée du flotteur provoquera, par l'intermédiaire de la pièce magnétique 39 un changement d'état du relais 35 qui passera, par exemple, d'un état d'ouverture à un état de fermeture. Le mode de réalisation, selon la figure 4, des moyens de détection est applicable même dans le cas d'un liquide non conducteur. R E V E N D I C A T I 1.- Dispositif de détection du niveau d'un liquide, comprenant une sonde pouvant être déplacée à l'extrémité inférieure d'une ligne de suspension, pour suivre les variations de niveau du liquide, cette sonde comportant en combinaison au moins deux dispositifs à contact électrique, actionnés respectivement lorsque la surface libre du liquide franchit un premier et un second niveaux de la sonde, en s'écartant d'une position d'équilibre intermédiaire entre ces niveaux, lesdits dispositifs à contact étant reliés électriquement à des moyens d'asservissement de la position de la sonde au niveau du liquide déplacement pas à pas de cette sonde, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison un dispositif générateur d'impulsions de commande desdits moyens de déplacement de la sonde, caractérisé en ce que ces deux dispositifs à contact électrique sont respectivement reliés à des répétiteurs d'impulsions de commande du relèvement et de la descente de la sonde respectivement,de de façon que chacun de-ces dispositifs à contact, lorsqu'il est actionné déclenche la production d'impulsions de commande provoquant le fonctionnement pas à pas desdits moyens d'asservissement de la position de la sonde dans le sens rappelant celle-ci vers sa position d'équilibre, et lesdits répétiteurs d'impulsions de commande étant connectés à des moyens de détermination de la différence du nombre d'impulsions de commande du déplacement de la sonde dans un sens et du nombre d'impulsions de commande du déplacement de la sonde dans l'autre sens, à partir d'une position initiale, cette différence indiquant la position de la sonde par rapport à ladite position initiale. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pas desdits moyens de déplacement vertical de la sonde correspond à un déplacement de cette sonde égal à la demi-distance verticale entre ledit premier et ledit second niveaux de la sonde. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux dispositifs à contact électrique sont respectivement constitués par une première et une seconde électrodes ayant un faible espacement vertical et destinées à etre situées respectivement au-dessous et au-dessus de la surface libre du liquide, dans une position d'équilibre de la sonde, une troisième électrode destinée à entre immergée dans le liquide, dans ladite position d'équilibre, lesdits moyens de déplacement vertical de la sonde étant reliés électriquement auxdites électrodes de façon à être actionnés dans le sens correspondant au relèvement de la sonde exclusivement lorsqu'un courant électrique s'établit par l'intermédiaire du liquide conducteur entre ladite deuxième et ladite troisième électrodes et dans le sens correspondant à l'abaissement de la sonde exclusivement lorsqu'aucun courant ne circule, par l'intermédiaire du liquide conducteurjentre ladite première et ladite troisième électrode. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sonde comporte une chambre communiquant avec l'espace externe par des orifices permettant l'entrée du liquide dans cette chambre, lorsque la sonde est plongée dans le liquide et en ce que lesdits dispositifs à contact électrique comprennent un premier et un second relais magnétiques fixés à la paroi de ladite chambre et espacés l'un de l'autre, se plaçant au voisinage de la surface libre du liquide, et un flotteur magnétique disposé à l'intérieur de ladite chambre qui commande ledit premier relais lorsque la surface libre du liquide franchit ledit premier niveau de la sonde, en s'écartant de sa position d'équilibre, et qui commande ledit second relais lorsque la.surface libre du liquide franchit ledit second niveau de la sonde, en s'écartant de sa position d'équilibre. 5.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'enregistrement de la différence entre les nombres respectifs d'impulsions de commande du déplacement de la sonde dans les deux sens. 6.- Dispositif selon la revendication 5,-caractérisé en ce que lesdits moyens d'enregistrement sont d'un type dont le fonctionnement est déclenché lorsque la différence à enregistrer franchit un seuil prédéterminé. 7.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande automatique périodique de l'enregistrement actionnant un dispositif de production répétée d'impulsions de commande du déplacement de la sonde jusqu a ce que celle-ci atteigne ladite position d'équilibre.