Brevet FR2183561A1 — publié le 19731221

La présente invention concerne les installations de mesure de la quantité de liquide contenu dans un récipient clos, à parois opaques, tel qu'une bouteille de gaz liquéfié. De façon à contrôler automatiquement le niveau de gaz liquéfié contenu dans la bouteille métallique, le plus souvent en acier, destinée à le transporter, on a déjà proposé d'utiliser des dispositifs de contrôle de remplissage du type comportant une source de rayonnement électromagnétique à haute énergie émettant un faisceau dirigé vers l'intérieur du récipient, un détecteur électromagnétique disposé de façon à recevoir le faisceau après qu'il ait traversé le récipient, et un ensemble électronique apte à traiter le signal d'information fourni par le détecteur de façon à engendrer un signal de sortie représentant dans une certaine mesure le niveau du liquide dans le récipient. Dans les installations antérieures, la source de rayonnement électromagnétique et le détecteur sont situés de part et d'autre du récipient, dans un même plan de mesure sensiblement horizontal, et la comparaison du signal de sortie de l'ensemble électronique avec une valeur de consigne permet de déterminer si le niveau du liquide contenu dans le récipient est situé au-dessus ou en-dessous du plan horizontal précité. Ces installations antérieures présentent de nombreux inconvénients. En premier lieu, de par leur principe même, les dispositifs de mesure ne peuvent être valablement utilisés qu'en tout oa rien, c'est-à-dire en discontinu. le contrôle qu'ils exercent permet seulement de déterminer si le niveau du liquide dans le récipient est ou non supérieur (ou inférieur) à un niveau minimum de référence déterminé par la hauteur à laquelle est disposé le plan horizontal de mesure. En d'autres termes, ces dispositifs ne sont pas capables de fournir un signal de sortie représentant de façon continue le niveau du liquide dans le récipient.De plus, ils sont très sensibles aux déplacements éventuels (vagues) du liquide dans le récipient, à la suite, notant, du déplacement de ce dernier par la channe de manutention l'amenant au poste de contrôle de remplissage. La présente invention vise une transformation de l'installation de contrôle du niveau du liquide dans un récipient de l'art antérieur de façon à réaliser une mesure continue du niveau du liquide contenu dans ce récipient. A cette fin, l'installation de mesure selon l'invention est caractérisée e ce qu'elle comporte un poste de mesure apte à recevoir le récipient contenant le liquide dont le niveau est à mesurer et un dispositif de mesure pourvu d'une façon en soi connue d'une source de rayonnement électromagnétique à haute énergie émettant un faisceau dirigé vers l'intérieur du récipient,d'un détecteur électromagnétique disposé de façon à recevoir le faisceau après qu'il ait traversé le récipient et d'un ensemble électronique apte à traiter le signal d'informatioi: fourni par le détecteur, et en ce que le dispositif de mesure est disposé par rapport au poste de mesure de façon que le faisceau émis par la source est dirigé de manière à traverser le liquide sur sa hauteur, entre le fond du récipient et la surface libre du liquide, si bien que le signal d'information fourni par le détecteur varie en fonction continue du niveau du liquide contenu dans le récipient. De préférence, le faisceau est choisi sensiblement vertical ce qui permet dans le cas des récipients à paroi cylindrique et contenant des liquides dilatables d'éliminer l'influence de la température. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et qui se réfère au dessin ci-annexé donné uniquement à titre d'exemple et dans lequel la figure unique est une vue schématique d'un dispositif de mesure de remplissage selon la présente invention. Sur la figure unique, la référence 10 désigne un récipient à parois opaques relativement épaisses contenant un liquide dont il s'agit de mesurer le niveau de remplissage, un tel récipient étant constitué, dans le mode de réalisation représenté,par une bouteille en acier classique de forme générale cylindrique contenant un gaz liquéfié tel que du butane ou du propane. La bouteille (10) est amenée au poste de mesure par une channe de manutention classique (non représentée), la position de la bouteille au droit du dispositif de mesure étant déterminée de façon précise par des moyens de guidage appropriés tels que des rouleaux (12) et (14) montés sur un support fixe (16). le dispositif de mesure du remplissage de la bouteille se compose d'une source de rayonnement électromagnétique à haute énergie (18) telle qu'une source au césium, éventuellement pourvue d'un blindage (20) et apte à émettre, au travers d'un collimateur (22), un étroit faisceau de rayons Le détecteur (24) émet, lorsqu'il est soumis aux rayons émergeant de la bouteille (10), un signal d'information qui est un signal de comptage des photons Ce signal de sortie en 29 peut alors être comparé, par un amplificateur comparateur (30), à une valeur de consigne réglable (32), de façon à commander, par exemple, un mécanisme d'éjection (34) de la bouteille si le niveau du liquide dans cette dernière est inférieur à un certain seuil déterminé en fonction de la valeur de consigne précitée. le principe de base du fonctionnement du dispositif de mesure de remplissage décrit ci-dessus, résulte du fait que l'absorption des photons &gamma; à travers le liquide, est une fonction exponentielle de l'épaisseur du liquide traversé. Plus précisément, le nombre N d'impulsions par seconde, engendrées par le détecteur (24) lors de la réception par ce dernier du faisceau & ayant traversé la bouteille (10) dans les conditions indiquées plus haut, est donné par la relation (1) N = K 10 e )UT relation dans laquelle . K est une constante fonction de facteurs tels que le rendement du détecteur (24) de photons &gamma; , de l'épaisseur et de la nature des parois de la bouteille (10), . Io représente l'intensité de la source radioactive (18), . T la distance parcourue par le faisceau dans le liquide, et )Lle coefficient d'absorption de ce liquide. De cette relation, il apparat que le nombre N et, par là, le signal d'information produit par le détecteur (24) varie de façon continue en fonction exponentielle de la valeur T, si l'on suppose que l'absorption due à la couche gazeuse qui surmonte le liquide est suffisamment faible pour pouvoir être négligée, ce qui est le cas notamment pour le butane et le propane. Pour les bouteilles à paroi cylindrique, comme représenté dans la figure, la relation (1) ci-dessus peut être encore simplifiée. En effet, la distance T peut être exprimée par la relation H P (2) T = - = - cos d x S x coso( dans laquelle : . P est le poids du liquide contenu dans le récipient, . d sa densité, S S la section interne du récipient, .H la hauteur du liquide dans le récipient, et . &alpha; l'inclinaison angulaire du faisceau par rapport à la verticale, cette relation demeurant valable tant que l'inclinaison &alpha; reste assez faible pour assurer que le faisceau traverse le fond de la bouteille et pas la paroi cylindrique, (par exemple &alpha; compris entré 0 et 100). Des relations (1) et (2), on tire : (3) N = K 1o e Pour les liquides non dilatables, par exemple l'eau, du vin, etc., les coefficients2Wet d sont constants, quelle que soit la température des liquides. Les valeurs S etc sont constants, étant détermi nées par la forme de la bouteille et la disposition de l'émet- ter et du détecteur de rayonnement r. Par conséquent, le nombre N varie en fonction directe du poids des liquides contenus dans le récipient. Pour des liquides dilatables, comme par exemple le butane et le propane liquéfiés, le coefficient 4 varie en fonction de la température du liquide de la manière suivante (4)A =A1d A1 étant une constante du liquide. En reportant cette valeur dedans la relation (3), il apparait (5) N = K Io e relation qui montre que le nombre N est encore indépendant de la température et constitue ainsi une mesure directe et continue du poids des liquides quelle que soit leur température. Dans le cas où le fond du récipient est de forme légèrement bombée vers l'extérieur, comme les fonds de bouteilles de butane ou propane liquifiés connues sur le marché, ou vers ltintérieur, comme les fonds de cartouche du type dit "emballage perdu" (connus sur le marché "Camping"), il faut, pour établir le poids total du liquide contenu dans le récipient, introduire un facteur correctif qui est déterminé par le volume de la forme bombée. Toutefois, si l'on applique la présente invention pour mesurer le poids d'un liquide, dilatable ou non, contenu dans de telles bouteilles à paroi cylindrique après leur remplissage, la conséquence des relations (3) et (5) indiquées ci-dessus, à savoir l'indépendance de la valeur N de la température du liquide, reste dans la plupart des cas entièrement valable étant donné que la dilatation réelle du liquide contenu dans le volume déterminé par la forme bombée en rapport avec la dilatation réelle du reste du liquide contenu dans le récipient plein, est assez faible pour pouvoir être négligée. Ensuite, si 'lon se rend compte que, pour le remplissage d'un parc de quelques dizaines de milliers de récipients de butane ou de propane liquéfiés, les variations de la section S d'une bouteille à l'autre ainsi que les variations du coeffi ciently' ' en fonction des variations de qualités de propane ou de butane sont infimes, il est clair que l'installation selon l'invention permet de vérifier de façon simple et élégante le poids de remplissage du liquide contenu dans chaque récipient. I1 est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à la détection du niveau ou du poids des liquides contenus dans un récipient cylindrique comme cela a été décrit et repré senté plus particulièrement ci-dessus. D'une manière générale, le dispositif de mesure d'après l'invention est susceptible de trouver une application immédiate dans le contrôle du niveau ou éventuellement de la quantité de liquide, de nature quelconque, contenu dans un récipient de forme quelconque (par exemple des sphères, ballons, bacs, cuves, citernes, tonneaux et fûts de stockage de liquides comme l'eau, l'essence, le mazout, le vin , etc.), dans le contrôle du remplissage ou de la vidange de tels récipients. REV3IDICATIONS 1. Installation de mesure du niveau du liquide contenu dans un récipient clos tel qu'une bouteille de gaz liquéfié caractérisée en ce qu'elle comporte un poste de mesure apte à recevoir le récipient contenant le liquide dont le niveau est à mesurer et un dispositif de mesure pourvu d'une façon en soi connue d'une source de rayonneaent électromagnétique à haute énergie émettant un faisceau dirigé vers l'intérieur du récipient,d'un détecteur elec- tromagnétique disposé de façon à recevoir le faisceau après qu'il ait traversé le récipient et d'un ensemble électron que apte à traiter le signal d'information fourni par le détecteur, et en ce que le dispositif de mesure est disposé par rapport au poste de mesure de façon que le faisceau émis par la source est dirigé de manière à traverser le liquide sur sa hauteur, entre le fond du récipient et la surface libre du liquide, si bien que le signal d'inforea- tion fourni par le détecteur varie en fonction continue du niveau du liquide contenu dans le récipient. 2. Installation de mesure selon la revendication 1, rraracté- risée en ce que le faisceau est sensiblement Vertical. 3. Installation de mesure selon la revendication 1, caracte risée en ce que le détecteur électromagnétique est un photomultiplicateur associé à un scintillateur. 4. Installation de mesure selon la revendication 1, caracté risée en ce que l'ensemble électronique comporte un circuit de linéarisation. 5. Procédé de mesure de la quantité d'un liquide dilatable contenu dans un récipient à paroi cylindrique, caractérisé en ce qu'on utilise une installation de mesure telle que définie dans l'ensemble des revendications 1 et 2 de telle sorte que le signal d'information fourni par le détecteur varie en fonction continue du poids du liquide contenu dans le récipient et est indépendant de la température de ce liquide.