Brevet FR2247710A1 — publié le 19750509

La présente invention concerne un indicateur de niveau à palette rotative pour des produits pulvérulents ou en grains contenus dans un réservoir de stockage, tel que cellule, silo, trémie , ou analogues. On sait que le stockage de tels produits, qui peuvent être de nature très variée, nécessite de connaître le niveau de remplissage du réservoir. Àvec l'automatisation croissante des installations, il devient nécessaire que la détermination du niveau soit assurée en permanence et sans défaillance, quelles que soient les conditions d'environnement. De tels besoins entrainent l'obli- gation d'utiliser des indicateurs de niveau présentant la plus grande fiabilité. De nombreux dispositifs indicateurs de niveau sont connus les uns mettent en application des phénomènes électriques ou physiques, tels que les indicateurs à variation de capacité, ou les indicateurs à ultra-sons ; d'autres mettent en oauvre des combinaisons électro-mécaniques. Les premiers, stils sont précis, sont également peu fidèles : ils nécessitent généralement de fréquents réglages, incompatibles avec une installation automatique. a 'est pourquoi les dispositifs électro-mécaniques sont habituellement préférés, particulièrement les indicateurs de niveau du genre à palette rotative. Les indicateurs de niveau de ce dernier genre comportent un moteur électrique d'entrainement à réducteur, généralement situé à l'extérieur du réservoir. s l'intérieur de celui-ci, est logée une palette, entraînée en rotation par l'arbre de sortie du réducteur qui traverse la cloison du réservoir.Ces indicateurs -de niveau à palette rotative peuvent différer par le dispositif de contrôle du mouvement de la palette : ce dispositif fournit généralement un signal électrique quand la palette tourne à vide, et une absence de signal quand la palette est bloquée -par la présence du produit à stocker, ou rnversement. Selon une réalisation particulière connue, il est prévu de laisser tourner de quelques degrés le groupe moteur-réducteur autour de 11 arbre de sortie quand la palette s'immobilise, le groupe venant alors en butéisur un contact qui engendre une informatiom électrique. Dans une autre réalisation, cette information est obtenue au moyen d'un contact centrifuge calé sur l'arbre rapide du moteur. De tels dispositifs électro-mécaniques de contrôle connus présentent les inconvénients dune maintenance difficile à assurer et d'une construction peu aisée si l'on veut les mettre à l'abri permanent des conditions environnantes, telles qu'unie atmosphère poussièreuse ou présentant des risques de déflagration ou de corrosion des pièces métalliques. En effet, certains des produits stockés, d'origine végétale par exemple, sont susceptibles de fermenter en dégageant des gaz agressifs, tandis que le degré hygrométrique est toujours élevé. Ce manque de fiabilité est particulièrement préjudiciable à une époque ou l'on désire commander par ordinateur les grandes installations de stockage qui nécessitent un nombre élevé de points de mesure du niveau. L'invention a pour but de procurer un indicateur de niveau à palette rotative qui élimine les inconvénients précités, en incorporant un dispositif de contrôle entièrement électrique de la rotation à l'intérieur de l'enveloppe étanche du groupe moteurréducteur. Suivant l'invention, l'indicateur de niveau à palette rotative pour des produits pulvérulents ou en grains contenus dans un réservoir de stockage, qui comprend un moteur électrique à réducteur pour entraider la palette en rotation et un dispositif de contr8le de cette rotation, est caractérisé en ce que le dispositif de contrôle comprend une génératrice électrique associée au moteur d'entraînement de la palette, et des moyens pour transmettre à distance le signal électrique produit par la génératrice. On comprend que dans ces conditions la libre rotation de la palette se traduit par la génération d'une tension électrique qui disparate en cas d'arrêt de la palette par la matière environnante. Ce moyen de détection de la rotation de la palette s'avère parti culièrement simple et fiable. Selon une première version de l'invention, qui est d'ailleurs préférée, la génératrice électrique est incorporée au moteur d'entrainement de la palette et est constituée par un enroulement générateur soumis aux variations du champ magnétique du moteur, cet enroulement fournissant un signal électrique dont la valeur est différente suivant que la palette est en rotation ou à l'arrêt. L'indicateur de niveau ne comporte alors pas d'autre pièce en mouvement soumise aux conditions ambiantes défavorables que I1 ensemble arbre de sortie et palette qui est indispensable et qui peut être efficacement protégé par des moyens connus. Suivant une disposition préférée de l'invention, l'enroulement générateur utilisé comme dispositif de contrôle de la rotation fait partie du circuit magnétique du stator du moteur électrique. Le moteur électrique généralement utilise, à cause de sa construction simple et robuste, est un moteur alternatif monophasé à induction, à rotor en cage d'écureuil, comprenant deux enroule ments statoriques dont l'un est alimenté directement et dont le second, décalé angulairement, par exemple de 900, par rapport au premier, est également alimenté électriquement suivant un déphasage convenable par rapport à celui-ci. Dans ce cas, l'invention prévoit avantageusement de constituer I'enroulement générateur par un enroulement bobiné coaxialement au deuxième enroulement statorique et conjointement avec celui-ci. Le dispositif de contrôle suivant l'invention peut en outre comporter un relais connecté a' l'enroulement générateur par l'intermédiaire d'un circuit redresseur, afin d'éviter l'emploi d'un relais alternatif dont l'armature vibrerait sous lteffet de la décroissance de la tension fournie par l'enroulement générateur. L'indicateur de niveau ainsi constitué peut être réalisé avec des éléments robustes susceptibles de fonctionner sans interruption, que la palette soit en rotation ou non. De plus, tous ces éléments peuvent être groupés dans une enveloppe étanche dont ne sortent que I' arbre de sortie du réducteur, les fils de connexion au réseau électrique et le fil du signal caractéristique de la rotation. Selon une seconde version de l'invention, la génératrice électrique est extérieure au moteur et accouplée à celui-ci. Cette génératrice peut être notamment montée en bout d'arbre du moteur ou entre entraanée par celui-ci au moyen d'une transmission, par exemple à renvoi d'angle. D'autres particularités et avantages de l'invention appa raieront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: La figure 1 est un schéma simplifié d'un indicateur de niveau à palette rotative conforme à l'invention. La figure 2 est le schéma électrique d'une réalisation d'indicateur de niveau suivant l'invention. La figure3 est un diagramme vectoriel des tensions et courants électrigues des circuits du moteur de la figure 2 quand ce moteur tourne librement. La figure 4 est un diagramme vectoriel, semblable à celui de la figure 3, quand le moteur est bloqué. La figure 5 est une représentation schématique d'une trémie de distribution de produit pulvérulent, équipée de plusieurs indicateurs de niveau connectés à un ordinateur de commande. La figure 6 est une coupe suivant VI-VI de la figure 8 d'une réalisation industrielle d'un indicateur de niveau suivant l'invention. La figure 7 est une coupe suivant VII-VII de la figure 6. La figure 8 est une vue extérieure en élévation de 1' indi- cateur de niveau précédent. La figure 9 est une vue en bout du moteur, du coté opposé au réducteur, couvercle enlevé. La figure 10 est un schéma montrant une autre réalisation de l'invention suivant la seconde version prévue. Dans la réalisation préférée d'un indicateur de niveau à palette rotative suivant l'invention, telle que représentée schématiquement à la figure 1, cet indicateur comprend d'une part un moteur 1 entratnant en rotation une palette 2, généralement par l'intermédiaire d'un train réducteur d'engrenages 3, et d'autre part un dispositif de contrôle de la rotation 4, encadré par un trait mixte sur la figure 1. Ce dispositif de contrale 4 comporte un élément générateur 14 soumis au champ magnétique d'interaction du rotor 10, du moteur 1 et de deux enroulements statoriques il et 12 de ce dernier. Sur la figure 1, l'enroulement générateur 14 a été représenté au voisinage immédiat du-rotor 10 et des enroulements statoriques 11, 12. Bien que cet enroulement générateur 14 puisse être disposé de toute autre façon convenable, il est incorporé au stator dans la réalisation préférée. Celle-ci utilise, en effet, un moteur asynchrone 1 à induction, du genre couramment adopté pour les applications à faible puissance en courant alternatif monophasé. Un tel moteur comporte un enroulement statorique 11 directement connecté au réseau, comme le représente la figure 2, et un enroulement statorique 12 connecté au réseau par l'intermédiaire d'un circuit de déphasage, tel qu'un condensateur 13.Ce conden sateur est dimensionné de manière à apporter un déphasage sensiblement en accord avec le décalage angulaire Dans le cas d'un déphasage de 90o, il est avantageux de bobiner l'enroulement générateur 14 en même temps qu'une partie, au moins, de 1' enroulement statorique 12, par exemple suivant le procédé dit "à deux fils en main". Le dispositif 4 de contrôle de la rotation comporte en outre, dans la réalisation choisie, un circuit redresseur 15 connecté entre 1 'enroulement générateur 14 et un enroulement d'excitation d'un relais électromagnétique 16 du type bipolaire inverseur, dont le contact 17 permet de contrôler tout circuit 18 de signalisation ou de télé-commande. Un tel circuit peut autre avantageusement alimenté par une source alternative à 220 volts non figurée. Bien entendu, à titre de variante, on peut utiliser directement pour la signalisation, la tension délivrée par le redresseur 15. Dans la réalisation industrielle des figures 6 à 9, on a choisi les dimensions du redresseur 15 et du relais 16 de telle façon que ces composants puissent aisément prendre place sur une platine 19, fixée contre l'enveloppe étanche 20 du moteur 1. la platine 19 et ses composants sont coiffés par un couvercle amovible et étanche 21, vissé sur 1' enveloppe 20 et assurant leur protection. Dans cette m8me réalisation, le train réducteur 3 est du genre comportant une vis sans fin 22 et une roue tangente 23. Ces organes sont facilement centrés par des roulements à bille tels que 24, 25 et 26 dans une partie 20a de l'enveloppe étanche 20 du moteur remplie d'un lubrifiant approprié. L'arbre de sortie 27 du réducteur destiné à entraîner la palette 2, sort à travers une bague d'étanchéité 28. Le câble groupant les fils d'alimenta tison de la tension d'indication est connecté par un ensemble 29 de fiche et d'embase, également étanche. Le fonctionnement de l'enroulement générateur 14 s'explique en référence aux figures 3 et 4. Le vecteur Y1 représente la tension aux bornes de l'enroulement statorique Il et sert de référence de phase aux autres vecteurs : I1, courant dans l'enrou- lement statorique 11, V2 et I2, respectivement tension et courant de l'enroulement statorique 12, V3, tension aux bornes du condensateur 13, et. V4, tension induite aux bornes de l'-enroulement générateur 14, quand le moteur tourne librement, la tension d'alimentation V1 étant appliquée. L'enroulement générateur 14, dont l'axe, cotncidant avec celui de l'enroulement statorique 12, est orthogonal à l'axe de l'enroulement statorique 11, est statiquement découplé du champ magnétique, de direction fixe et d'amplitude alternativement variable, créé par 11. Mais ce champ est décomposable en deux champs d'amplitude constante tournant en sens opposés dont l'un est sensiblement neutralisé par le champ tournant créé par le rotor 10 tournant en synchronisme. Le champ composant résiduel tournant induit une tension alternative dans l'enroulement générateur 14, cet enroulement étant couplé d'autre part au champ créé par le courant I2 de l'enroulement statorique 12. I1 en résulte une tension V4 aux bornes de l'enroulement générateur 14. Quand le rotor est bloqué par la présence du produit pulvérulent immobilisant la palette 2, 1' enroulement générateur 14 n'est plus couplé au champ créé par l'intensité I'l de l'enrou- lement statorique 11, en référence à la figure 4 où les vecteurs V' et I' sont affectés des indices 1, 2, 3, 4 correspondant respectivement aux enroulements Il et 12, au condensateur 13 et à l'enroulement 14 comme précédemment. Mais l'enroulement générateur 14 reste couplé au champ créé par l'intensité I'2 de l'enroulement statorique 12, puisque ces deux enroulements sont coaxiaux. On pourrait s'attendre, dans ces conditions à ce que la variation de la tension induite dans l'enroulement 14 lors du passage de la marche à l'arr8t du moteur 1, ou vice-versa, ne soit pas significative. L'expérience a toutefois montré que tel n1 était pas le cas. On prendra ainsi le cas d'un moteur à induction à cage dtécureuil avec phase auxiliaire créée par un condensateur extérieur au moteur et branché en permanence. Un tel moteur est prévu pour tourner indéfiniment à une vitesse de 1500 tours/minute environ en développant un couple sur l'arbre lent à 10 tours/minute de Il ordre de 6 kg x cm, ou pour rester indéfiniment au calage tout en restant alimenté.Avec un tel moteur dont les enroulements 12 et 14 ont été bobinés conjointement, on a relevé les valeurs suivantes pour les grandeurs électriques caractéristiques : rotation libre arrêt Vî 293 V 233 V V2 229 V 103 V Phase V2/V1 + 1230 + 1180 V3 424 V 279 V I1 0,104 Â 0,156 À I2 0,097 À 0,062 À Phase I1/V1 - 54 - 250 Phase I2/V1 + 61o + 650 Phase I2/I1 + 116c + 90Q V4 17,7 V 2,75 V Phase V4/V1 - 950 - 1800 Les vecteurs correspondants ont été reportés sur les figures 3 et 4.On voit ainsi que I11 est supérieur a Iî tandis que I'2 est inférieur à I2. la tension indiquée pour V4 a été mesurée à vide pour ne pas fausser la mesure de la phase. En charge, cette tension décroft à une valeur inférieure, égale à 13,5 V. Piats, même pour cette valeur réduite, on constate que la tension V'4 à l'arrêt est de 80% inférieure. l'écart pour la tension indicatrice entre la rotation et l'armet du moteur est donc particulièrement important, ce qui pernet une signalisation très sûre. Bien entendu, l'ensemble de l'indicateur de niveau suivant l'invention est dimensionné de manière à supporter une rotation permanente, ou au contraire un blocage permanent sous la tension du réseau, sans échauffement anormal. Cet ensemble est également prévu pour fonctionner dans n'importe quelle position. Par exemple pour l'équipement d'une trémie 30 représenté à la figure 5, un indicateur 31 placé sur la paroi horizontale supérieure fonctionne avec un axe de palette vertical pour indiquer le plein. Un indicateur 32, placé aux deux-tiers, et un indicateur 33, placé à la moitié de la hauteur, fonctionnent avec un axe de palette horizontal. Un indicateur 34, placé près de l'orifice d'évacuation, fonctionne avec un axe de palette oblique et indique le niveau où la trémie est pratiquement vide. Les différents indicateurs sont individuellement connectés à un ordinateur 35 de commande qui assure automatiquement les opérations de vidage ou de remplissage de la trémie 30, et, d'une manière analogue, celles d'autres trémies et d'autres réservoirs. Les palettes sont évidemment appropriées à la nature du produit stocké, suivant ltexpérience habituelle, de manière à proportionner au couple moteur le couple résistant opposé par la présence du produit. L'invention procure ainsi un indicateur de niveau aisément adaptable à tout produit pulvérulent ou en grains, ne comportant que quelques pièces en mouvement indispensables et facilement protégées. Les circuits électriques sont entièrement à l'abri des poussières et des gaz et ne peuvent provoquer aucune inflammation par étincelle. Un tel indicateur de niveau constitue donc un appareil extrêmement fiable, capable d'assurer un service sans aucune interruption échappant au contrôle, même dans les conditions d'environnement les plus dures, et particulièrement adapté de ce fait aux installations automatisées. I1 est clair que le réducteur à renvoi d'angle représenté aux figures 6 à 9 peut entre remplacé par tout autre dispositif d'accouplement, à déviation angulaire quelconque ou nulle, avec ou éventuellement sans réduction de vitesse. Dans la réalisation de la figure 10 qui correspond à la deuxième version prévue par l'invention, on voit en 41 le moteur à courant alternatif ou continu qui par l'intermédiaire d'un réducteur 42 incorporé entrains la palette 2. Le moteur 41 est alimenté par les conducteurs 43. L'arbre 44 du moteur 4t est du type traversant la carcasse. Sur son extrémité opposée à la palette 2 est accouplé l'arbre 45 d'une génératrice 46 dont les conducteurs de sortie 47 envoient le signal électrique produit par la rotation de l'arbre 45 vers un poste de mesure. la génératrice 46 peut être constituée soit par une dynamo soit meme par une magnéto. la sensibilité de la génératrice est telle que celle-ci engendre une tension électrique détectable dès que la rotation de la palette 2 est assurée par le moteur 41. Bien que cette version soit plus encombrante que les précédentes et nécessite des machines électriques tournantes étanches, elle peut être adaptée facilement aux installations existantes. Bien entendu, il n'est pas nécessaire que la génératrice 46 soit coaxiale au moteur 41. la liaison peut aussi être faite par un renvoi d'angle & pignons coniques, voire par un système de transmission à channe ou courroie. Il va de soi qu'on peut apporter à l'invention d'autres variantes de réalisation. Ainsi, bien que l'indicateur de niveau ait été décrit avec un dispositif de contrôle comportant un relais, il est clair que ce dispositif peut être réalisé avec des composants électroniques équivalents, tels que des composants à I'état -solide ou autres. D'autres modifications à la réalisation décrite et représentée uniquement à titre d'exemple peuvent être apportées sans sortir du cadre de l'invention. REVEKDICATI0N3 1. Indicateur de veau à palette rotative pour des produits pulvérulents ou en grains contenus dans un-réservoir de stockage, comprenant un moteur électrique à réducteur pour entratner la palette en rotation et un dispositif de controle de cette rotation, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle comprend une génératrice électrique associée au moteur d'entrainement de la palette et des moyens pour transmettre à distance le signal produit par la génératrice. 2. Indicateur de niveau conforme à la revendicàtion î, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle comprend un enroulement générateur soumis aux variations du champ magnétique du moteur, cet enroulement fournissant un signal électrique dont la valeur est différente suivant que la palette est en rotation ou à l'arrêt. 3. Indicateur de niveau conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que l'enroulement générateur est disposé dans le circuit magnétique du stator du moteur électrique. 4. Indicateur de niveau conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le moteur électrique est un moteur à courant alternatif monophasé comprenant deux enroulements statoriques, le second étant alimenté en déphasage par rapport au premier, et en ce que l'axe de l'enroulement générateur est orthogonal à l'axe du premier enroulement statorique. 5. Indicateur de niveau conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que l'axe du deuxième enroulement statorique est orthogonal à l'axe du premier et en ce que l'enroulement générateur est bobiné coaxialement au deuxième enroulement statorique et conjointement avec celui-ci. 6. Indicateur de niveau conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la génératrice électrique est extérieure au moteur d'entratnement de la palette et accouplée à celui-ci. 7. Indicateur de niveau conforme à l'une des revendications 4 ou 5 ou 6, caractérisé en ce que l'enroulement générateur est connecté, par l'intermédiaire d'un circuit redresseur, à un relais à courant continu commandant un circuit de signalisation ou de télécommande. 8. Indicateur de niveau conforme à l'une des revendications 4 ou 5 ou 6, caractérisé en ce que l'enroulement générateur est connecté & un circuit électronique à semi-conducteurs fournissant une tension électrique caractéristique de la rotation de la palette. 9. Indicateur de niveau conforme à l'une quelconque des revendications 7 ou 8 caractérisé en ce que le moteur et/ou la génératrice est protégé par une enveloppe étanche qui renferme également le circuit redresseur et le relais ou le circuit électronique.