Brevet FR2137252A1 — publié le 19721229

On cornait le manque de précision de la plupart des indicateurs de niveau utilisant notamment un index commandé par un flotteur, indicateurs difficiles à adapter en particulier à la mesure précise du niveau d'un gaz liquide enfermé dans une enceinte étanche, ou à celle du niveau de l'eau dans une chaudière. La présente invention a pour objet un indicateur optique de niveau, utilisant l'effet de déversement d'une image produite par un dièdre mobile pivotant autour d'un axe de symétrie perpendiculaire à l'arête formée par ses deux faces, et associé à un miroir fixe semi-transparent. On sait que, lorsqu'un tel miroir plan semi-transparen-t incliné à 45" est parallèle à l'arête d'un tel dièdre pivotant, l'image transmise par ledit miroir semi-transparent ne subit aucun effet de déversement par rapport à l'objet, tandis qu'un pivotement de ce dièdre autour dudit axe de symétrie, conduit à un déversement de l'image observée d'un angle double de l'angle de pivotement de ce dièdre. Un tel effet optique, utilisé en combinaison avec un mécanisme approprié commandant la rotation du dièdre précité, permet de visualiser et de mesurer avec précision une différence de niveau, même dans les cas particuliers mentionnés plus haut, où une transmission mécanique est impossible à réaliser entre un flotteur et l'indicateur lui-même, et également dans le cas où il s'agit du niveau d'un liquide incolore, invisible à l'oeil nu à travers un voyant transparent d'observation directe. Les caractéristiques de la présente invention seront mieux cern prises à la lecture de la description qui suit de différents modes de mise en oeuvre de l'invention, modes de mise en oeuvre donnés à titre d'exemples non limitatifs, et décrits en se référant au dessin annexé sur lequel - la fig. 1 est une représentation schématique d'un dispositif optique conforme à l'invention, sans ses accessoires mécaniques de commande et d'asservissement - la fig. 2 est une vue en plan de l'écran de projection de la figure 1 - la fig. 3 est une vue en plan du dièdre visible sur la figure 1;; - la fig. 4 est une vue en plan d'un test objet visible également sur la figure 1 et qui est éclairé par une lampe - la fig. 5 est une représentation schématique d'un dispositif optique comparable à celui de la figure 1, mais prévu pour la projection simultanée de deux images, dont une fixe servant de repère, et l'autre mobile servant d'indicateur de niveau ;; - la fig. 6 est une vue en plan de l'écran de projection de la figure 5 - la fig. 7 est une vue en plan d'un deuxième test servant à obtenir ladite image fixe servant de repère - la fig. 8 est une représentation en coupe verticale d'un indicateur de niveau à un seul test, basé sur le principe du schéma de la figure 1, avec son dispositif de commande mécanique et sa nacelle flottante - la fig. 9 est une coupe suivant IX-IX de la figure 8, montrant la disposition de cette nacelle flottante et la fig. 10 est une représentation d'une variante d' indicateur de niveau selon l'invention pour gaz liquides en enceintes isothermiques. On voit sur les figures 1 et 3 un dièdre 1 limité par un cylindre se terminant à sa partie supérieure par une collerette circulaire la. En 2, se trouve un double prisme à 90D comportant une surface de séparation semi-transparente 2a inclinée à 45. Ces deux prismes sont accolés par leurs faces les plus grandes, dont l'une comporte une semi-métallisation susceptible de transmettre 50% d'un flux lumineux, et également de réfléchir 50% d'un tel flux lumineux. Dans la position représentée sur la figure 1, les deux faces planes lb du dièdre 1, et la surface semi-réfléchissante 2a, sont toutes les trois perpendiculaires au plan du dessin, et l'arête du dièdre 1 est orientée perpendiculairement à l'axe de symétrie d'un dispositif optique comprenant une lampe 4, servant à éclairer ledit test 3 et le dièdre 1 précité. En 5 se trouve un objectif de visée du test 3 à travers un chemin optique se réfléchissant sur la surface semi-réfléchissante 2a, puis subissant une double réflexion sur les deux faces lb du dièdre I, pour atteindre ledit test 3 en traversant ladite surface semi-réfléchissante 2a. En 6 se trouve un objectif de projection, qui forme une image du test 3 sur l'écran 7, visible également sur la figure 2. Lorsque les deux faces lb du dièdre 1 et la lame semi-réfléchissante 2a sont toutes perpendiculaires à un même plan correspondant au plan du dessin, l'image du test 3 est projetée sur l'écran sans déversement par rapport à l'objet. Par contre, lorsque le dièdre 1 pivote autour de son axe de symétrie visible en 8 sur la figure 3, l'image projetée sur l'écran 7 se trouve déversée par rapport à l'objet d'un angle 2x double de l'angle de rotation x du dièdre précité. L'écran récepteur peut comporter, par exemple, des divisions permettant de repérer différentes positions d'un index correspondant -à dif férents niveaux à mesurer, et qui sont fonction de l'angle de rotation du dièdre 1 entre ces niveaux ou par rapport à un niveau fixe de référence. Pour que l'image du test pivote sur l'écran d'un angle de 360 , il suffit alors de faire pivoter le dièdre I de 1800 entre le niveau minimum et le niveau maximum à mesurer. Si l'on se reporte maintenant aux figures 5 et 6, on y retrouve le test 3, la lampe 4, le double prisme 2, la surface semi-réfléchissante 2e, le dièdre 1 et les objectifs 5 et 6 précédant l'écran de projection 7. Toutefois, le dispositif représenté sur ces figures permet de projeter sur l'écran 7 deux images : l'une fixe servant de repère, obtenue en visant un deuxième test 9 éclairé par la meme lampe 4, et visible en plan sur la figure 7,avec les mêmes objectifs 5 et 6, à travers la lame semi-transparente 2a et deux autres prismes 10 et 11, également à 900. Le test fixe 9 ne subit aucun déversement, puisque les prismes 10 et 11 sont fixes,et est projeté par les objectifs 5 et 6 sur l'écran 7, en même temps que le test 3,qui subit un déversement variable suivant l'orientation du dièdre 1. On retrouve sur la figure 6 l'image 9b d'une graduation 9a prévue sur le test 9. Quant au test 3, son image 3 correspond à une rotation d'un angle 2x double de l'angle de rotation du dièdre 1, On peut utiliser un tel dispositif à double effet, par exemple lorsque l'on remplace l'écran de projection par la surface sensible d'une caméra de télévision destinée à transmettre l'image à distance, ou lorsqu'on veut enregistrer sur films par l'intermédiaire d'une caméra photographique ou cinématographique. La rotation du dièdre mobile est obtenue de préférence en fixant ce dièdre dans un bottier solidaire d'au moins une rampe hélicoedale ayant un pas de un demi-tour permettant d'obtenir une rotation de 1800 de ce dièdre pour la variation maximum de niveau de la surface libre du liquide considéré. On dispose sur l'axe portant lesdites rampes hélicoIdales, une nacelle comportant des flotteurs et guidée latéralement par des axes verticaux parallèles permettant d'assurer à cette nacelle un déplacement rectiligne vertical. Il est facile de comprendre que tout déplacement vertical de cette nacelle entraînera la rotation des rampes hélicotdales et de l'axe solidaire du bottier du prisme, par l'intermédiaire de deux ergots prisonniers entre ladite nacelle et lesdites rampes hélicotdales. On a représenté sur la figure 8 un indicateur de niveau à un seul test, basé suivant le principe du schéma de la figure 1, avec son dispositif mécanique de commande, et sa nacelle flottante visible en particulier en plan sur la figure 9. Les éléments optiques 1, 2, 3, 5 et 6, sont fixés à l'intérieur d'une monture étanche 12 fermée par un hublot en verre 13, afin d'éviter toute condensation sur les surfaces optiques. Le test 3 est fixé sur une monture réglable permettant la remise au zéro de son image 3a. Le boîtier 14 du dièdre 1 est maintenu par un roulement à billes latéral 15 et par un pivot central 16 qui lui permettent de pivoter librement autour de l'axe de symétrie vertical du dispositif. A sa base, se trouve fixé un aimant 17 faisant face à un deuxième aimant 18 fixé sur un axe 19 à rampes hélicotdales, par l'intermédiaire dtun accouplement à cardans. Le bottier solidaire dudit aimant 18 est également monté sur un roulement à billes 20, et sur un pivot central 21, ce qui lui permet de rester suspendu tout en pouvant pivoter librement, sans contrainte. La nacelle 22 guidée verticalement par deux tiges verticales 23 et 24, est munie de quatre flotteurs 22e à 22d visibles en particulier sur la figure 9, et peut se déplacer verticalement sans pivoter, en glissant sur l'axe 19 à rampes hélicotdales, axe suspendu par l'intermédiaire dudit accouplement à cardans. En conséquence, tout mouvement vertical de la nacelle entrasse, par 1' intermédiaire des ergots 25 visibles sur la figure 9, un pivotement de l'axe 19 qui est retransmis par l'intermédiaire de l'aimant 18, à l'aimant 17 solidaire du dièdre 1, qui, par pivotement, provoque un déversement de l'image sur l'écran 7. Si l'on se reporte maintenant à la figure 10 qui est relative à un enregistreur de niveau de gaz liquides en enceintes isothermiques, on constate que le dièdre pivotant 1 est enfermé dans un bottier étanche 14e, et pivote librement dans un bouchon isothermique fermé à son extrémité par deux hublots en verre 26 et 27, de façon à assurer l'isothermie et à éviter les effets externes de givrage, causés par les gaz liquides à basse température. Le bottier 14e est relié par un accouplement à cardans à l'axe à rampes hélicotdales 19, sur lesquelles glisse la nacelle 22 avec ses flotteurs 22a et 22d, guidée verticalement par les tiges 23 et 24, llensem- ble étant conçu de la meme façon que le dispositif des figures 8 et 9. Les éléments optiques 2, 3, 5 et 6, et l'écran 7, sont fixés sur un deuxième bottier étanche 28. Comme dans l'exemple précédent, tout déplacement vertical de la nacelle 22 entrain une rotation de l'axe 19 et du boîtier 14a solidaire du dièdre 1, qui transmet une image déversée du test 3. I1 va de soi, que, dans les deux exemples schématisés par les figures 8 et 10, on peut également prévoir des dispositifs à double effet correspondant au schéma optique de la figure 5. De même, l'écran de réception 7 peut etre remplacé, ou utilisé conjointement avec des récepteurs électroniques à cellules, lesdites cel lules, balayées par le test lumineux mobile, permettant de commander à distance, soit un signal sonore, soit un signal lumineux, soit encore un dispositif enregistreur approprié ou tout dispositif d'asservissement de télécommande. I1 est bien entendu que l'on peut encore apporter aux modes de réalisation qui viennent d'entre décrits divers changements, perfectionnements ou additions, ou remplacer certains éléments par des éléments équi relents sans altérer pour cela l'économie générale de l'invention. ReVENDICBTIOJS 1. Indicateur optique de niveau basé sur la transformation, par exemple par l'intermédiaire de rampes hélicoldales, d'une variation de niveau en un mouvement de rotation, et équipé d'un élément optique réfléchissant soumis audit mouvement de rotation et provoquant celui de l'image d'un test lumineux fixe, éclairé de façon appropriée, et ayant son axe de symétrie disposé verticalement , ledit indicateur étant caractérisé par le fait : que ledit élément optique réfléchissant est un prisme comportant deux surfaces réfléchissantes perpendiculaires et susceptible de pivoter autour d'un axe de symétrie vertical placé dans le plan bissecteur du dièdre à 90 formé par lesdites surfaces réfléchissantes et en cotncidence avec l'axe de symétrie dudit test et avec celui d'une nacelle -à flotteurs reposant sur la surface libre du fluide dont on veut connaître le niveau ou enregistrer les variations de niveau ; et qu'il comporte en outre une lame semi-transparente, inclinée à 45 , permettant une transmission directe vers ledit prisme de rayons lumineux émis par ledit test lumineux fixe, et assurant d'autre part une troisième réflexion de ces rayons, après réflexion successive de ces derniers sur les deux surfaces réfléchissantes dudit prisme, suivant l'axe horizontal commun d'un objectif de visée et d'un objectif de projection sur un écran approprié, placé à la suite dudit objectif de projection du c8té opposé audit objectif de visée. 2. Indicateur optique de niveau suivant la revendication 1 carac prisé par le fait qu'il comporte en outre, de façon connue en soi, un deuxième test lumineux fixe de référence, combiné à deux surfaces réfléchissantes, orientées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre, et assurant le renvoi des rayons lumineux émis par ce deuxième test lumineux dans l'axe desdits objectifs à travers ladite lame semi-transparente placéeen amont de ces objectifs. 3. Indicateur optique de niveau suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait : que lesdites rampes hélicordales sont montées de façon à pouvoir pivoter par rapport à ladite nacelle immobilisée en rotation par des guides verticaux et à entrainer par l'intermédiaire d'un dispositif à cardans, un bottier ayant son axe orienté verticalement et solidarisé, directement ou magnétiquement, avec ledit prisme pivotant. 4. Indicateur optique de niveau suivant la revendication 3 pour gaz liquides en enceintes isothermiques, caractérisé par le fait que le bot- tier étanche contenant ledit prisme pivotant peut pivoter librement à l'intérieur d'un bouchon isothermique, fermé, à son extrémité supérieure, par deux hublots en verre évitant les effets externes de givrage causés par les gaz liquides employés à basse température.