Brevet FR2448129A1 — publié le 19800829

La présente invention a trait à un procédé de mesure de débit de liquide, à un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé ainsi qu'à l'application de ce procédé et de ce dispositif au contrôle de l'opération de mélange d'un liquide, par exemple un liquide additif, à un autre liquide, par exemple un liquide principal. Lorsqu'il s'agit de mesurer des débits de liquide on utilise généralement des dispositifs de mesure dynamiques, c'està-dire comportant des pièces en mouvement telles que des pales, des hélices ou autres. De tels moyens de mesure ne présentent pas une très grande précision et en outre ne permettent pas, avec un même dispositif, la mesure de débit très différent. Un autre moyen de mesure consiste à mesurer le débit massique d'un liquide par pesée d'un récipient. Un tel procédé nécessite cependant des installations importantes, surtout lorsque la masse à peser est grande et ne présente pas non plus une très grande précision. En outre, il se prête mal à une mesure en continu. L'invention se propose de remédier à ces inconvénients et de fournir un procédé de mesure d'un débit massique de liquide qui soit à la fois d'une très grande précision et d'une très grande souplesse d'emploi, permettant notamment la mesure de débit suivant une large plage de variations. Le procédé selon l'invention permet également d'éviter complètement l'usage de pièces en mouvement et présente donc une fiabilité accrue. L'invention se propose également de fournir un procédé qui permette d'effectuer, à volonté, des mesures de débit en continu ou au contraire de façon discontinue sans modification d'installation. L'invention se propose également de fournir un dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé qui soit de construction simple et peu onéreuse, fiable et qui, ne nécessitant qu'un entretien minime, permet notamment la mesure de débit pour des liquides dangereux ou toxiques. Enfin, l'invention se propose de permettre l'application de ce procédé et de ce dispositif à l'opération de mélange d'un liquide par exemple d'un additif tel que du plomb tétraéthyle, à un autre liquide, tel que par exemple un carburant. L'invention a pour objet un procédé de mesure d'un débit massique de liquide caractérisé par le fait que l'on remplit un réservoir, qu'ensuite on vide ledit réservoir, que l'on maintient, suspendu dans le liquide, un élément allongé solide suspendu verticalement et présentant un poids spécifique supérieur à celui du liquide et que l'on transforme la variation de poids apparent dudit élément, provoquée par la variation de la poussée d'Archimède, en un paramètre physique mesurable, de préférence en un signal électrique, au moyen d'au moins une jauge de contraintes. Lorsque dans le réservoir qui se vide la quantité ou le niveau de liquide atteint une valeur minimale prédéterminée que l'on peut détecter par exemple par un détecteur de niveau usuel, on interrompt la décharge du liquide et on procède à nouveau au remplissage La fin du remplissage peut être détectée en utilisant la valeur du paramètre transmis pour provoquer l'arrêt de l'arrivée de liquide. On peut aussi, en variante, obturer par la remontée du liquide un orifice d'évent situé au niveau désiré, et interrompre alors l'arrivée de liquide en raison de la surpression qui a tendance à se produire dans la phase vapeur au-dessus du liquide dans le réservoir. De préférence, le remplissage du réservoir s'effectue par simple gravité à partir d'une réserve. De façon préférée, le paramètre tel qu'un signal électrique, est transformé en un certain nombre d'impulsions et l'on compte ces impulsions pour obtenir la quantité de liquide qui quitte le réservoir. Si le comptage est effectué entre le début de la décharge et la fin de la décharge, on obtient la valeur du poids de liquide qui est sorti du réservoir. Cependant, de façon avantageuse, on peut obtenir un débit instantané en comptant le nombre d'impulsions pendant une courte période de temps prédéter- minée. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, caractérisé par le fait qu'il comporte un réservoir, une conduite d'arrivée dans le réservoir, une conduite de décharge hors du réservoir, des moyens pour empêcher l'arrivée de liquide dans le réservoir à la fin du remplissage, et des moyens pour empêcher la sortie du liquide hors du réservoir à la fin de la. décharge, un élément verticalement allongé suspendu dans le réservoir et ayant un poids spécifique supérieur à celui du liquide a mesurer, la longueur dudit élément étant supérieure à la variation de niveau du liquide dans le réservoir, ledit élément étant relié à des moyens sensibles au poids apparent dudit élément pour transformer la variation de poids apparent en un paramètre, de préférence électrique. De préférence, lesdits moyens comportent une jauge de contraintes. Par exemple, I'élément-peut être suspendu à l'extré- mite d'une tige rigide dont l'autre extremite est solidaire de la structure du réservoir et une ou plusieurs jauges de contraintes (jauges extensométriques) sont montées sur ladite tige pour être sensibles à ses déformations provoquées par la variation de poids apparent due à la variation de la poussée d'Archimède exercée par le liquide sur l'élément, lorsque la masse de liquide varie dans le réservoir, lesdits jauges agissant sur un courant, d'une façon en soi connue, proportionnellement à la déformation de la tige et donc à la variation de poids apparent. Des moyens de calcul peuvent être avantageusement utilisés pour calculer la différence de poids apparent détectée entre le début et la fin de la décharge du réservoir provoqués par la variation de la poussée d'Archimède subie par l'élément allongé. Cependant, on peut aussi en variante, prévoir des moyens pour calculer la différence de poids apparent entre deux instants successifs rapprochés de façon à avoir une estimation du débit instantané. De préférence le réservoir est soigneusement construit pour présenter une section cylindrique invariable sur sa hauteur, la section de l'élément allongé étant également celle d'un cylindre invariable sur sa hauteur pour permettre, d'une façon simple, d'obtenir une proportionnalité directe entre la variation de masse de liquide dans le réservoir et la variation de poids apparent de l'élément détecté par l'organe sensible. Le réservoir peut également comporter, plongeant dans sa partie supérieure, un conduit libre servant d'évent à l'air libre, et, dans le cas où le réservoir est alimenté à partir d'un réservoir de réserve, ledit conduit peut également être relié à la partie supérieure de ce réservoir de réserve pour égaliser les pressions de vapeur entre le sommet du réservoir et le sommet du réservoir de réserve, le liquide étant amene depuis le réservoir de réserve par simple gravité après amorçage initial. L'invention a également pour objet l'application du procédé et du dispositif précités à l'opération de mélange d'un liquide à un autre liquide, caractérisée par le fait que l'on fixe une masse de premier liquide à ajouter et que l'on règle à un débit choisi l'addition du premier liquide au second, ce qui permet de choisir la durée optimale de l'addition. Cette adjonction peut s'effectuer soit de façon continue, le second liquide circulant par exemple dans une canalisation et le premier liquide étant mélangé dans ladite canalisation grace à un éjecteur recevant 1 ' arrivée du premier liquide, ou au contraire, de façon discontinue, le second liquide étant amené dans un grand réservoir et le premier liquide introduit simultanément dans ledit réservoir, la quantité finale de premier liquide étant finalement ajustée en fonction de la quantité mesurée. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel la figure unique représente une vue schématique d'un dispositif selon l'invention. Le dispositif selon l'invention comporte un réservoir de section sensiblement cylindrique 1, disposé verticalement et dans lequel est suspendu, à une tige horizontale rigide 2, un élément allongé cylindrique 3 faisant office de plongeur. Ces plongeurs sont suspendus à des tiges horizontales rigides, 10, 11, fixées sur la structure de réservoir. Sur la tige 2, sont appliquées des jauges de contraintes 4 qui font partie d'un capteur 20 d'un type connu. Ces jauges 4 sont parcourues par un courant électrique dont l'intensité varie proportionnellement à la variation de résistance des jauges. Ce courant est adressé à une unite de calcul précédée par un convertisseur analogique-numérique 6 comme cela sera décrit par la suite. Les jauges de contraintes sont disposées sur une partie de la tige situee hors du réservoir, par exemple suivant la construction vendue par la société française TRANSMELEC, à Ivry. Le réservoir 1 est alimenté en un liquide additif tel que du plomb tétraéthyle à partir d'un réservoir de réserve 7 grâce à une canalisation 8, plongeant jusqu'au voisinage du fond de la réserve 7 et aboutissant à une vanne à trois voies 9. Un moyen usuel d'amorçage (non représenté) permet d'amorcer la circulation dans la canalisation 8. A une autre entrée de cette vanne 9 est reliée l'extré- mité d'un conduit 10 pénétrant dans le réservoir 1 et plongeant dans le liquide jusqu a un niveau légèrement supérieur à celui contenant l'extrémité inférieur du plongeur 3. Par ailleurs, dans la partie supérieure du réservoir 1 pénètre une canalisation 11 dont l'autre extrémité est reliée à la partie supérieure de l'intérieurdu réservoir 7, et qui, par une dérivation 12, est mise à l'air libre par un évent. La troisième voie de la vanne 9 aboutit à une canalisation 13 qui, par l'intermédiaire d'une pompe 14, aboutit à un réservoir de grande dimension 15 destiné à contenir le carburant ayant reçu l'additif en mélange. Le réservoir 15 est alimenté en carburant par une conduite de gros diamètre 16, des moyens de pompage 17 faisant circuler le carburant vers le réservoir 15. La sortie du convertisseur analogique-numérique 6 est reliée à une unité de calcul 13, susceptible de compter le nombre d'impulsions provenant du convertisseur 6, et en conséquence, de refermer par un circuit électrique de commande 19, la vanne à trois voies 9. Lors du fonctionnement, supposant que le réservoir 1 est rempli de plomb tétraéthyle jusqu'au niveau représenté par l'extrémité inférieure de la conduite 11, la vanne 9 est commandée par des moyens convenables pour relier entre eux les conduites 10 et 13. La pompe 14 provoque alors la sortie du plomb tétraéthyle hors du réservoir- 1, vers le réservoir 15. Ce faisant, le niveau de liquide dans le réservoir 1 descend progressivement et par conséquent, le convertisseur 6 envoie des impulsions à l'unité de calcul 18, le nombre d'impulsions étant proportionnel à la variation de masse dans le réservoir. L'unité 18 détermine ainsi la masse de liquide qui sort hors du réservoir et, en la rapportant à l'unité de temps, le débit massique instantané est mesuré. Lorsque le niveau dans le réservoir 1 est amené à sa valeur correspondant à la masse minimale située cependant audessus de l'extrémité inférieure du plongeur 3 et de l'extrémité inférieure de la conduite 10, des moyens de détection de niveau, qui peuvent d'ailleurs être le plongeur 3 lui-même, envoient un signal par un circuit convenable pour provoquer la rotation de la vanne 9. La rotation de la vanne 9 supprime alors la communication avec la canalisation 13 et met au contraire en communication les canalisations 8 et 10 de sorte que le liquide s'écoule hors de la réserve 7, pour remplir le réservoir 1. La fin du remplissage du réservoir 1 peut être déterminée soit par des moyens de détection de niveau ou de masse, qui peuvent en l'occurrence comprendre éventuellement le plongeur 3, soit en variante par l'arrivée du liquide au niveau de l'extrémité inférieure de la conduite 11 de sorte qu'à partir de ce moment, une surpression s'installe au-dessus du niveau de liquide dans le réservoir 1, empêchant la poursuite du transfert du liquide depuis le réservoir 7. L'unité de calcul 18, qui peut éventuellement, comme cela a déjà été vu, servir à déterminer les niveaux de fin de remplissage et de fin de décharge dans le réservoir 1, peut également commander la vanne 9 pour mettre fin à la communication entre les conduites 10 et 13 lorsqu'une valeur correspondant à un volume de liquide déterminé à l'avance est affichee. L'application du dispositif au mélange peut être effectuée de façon diverse. Ainsi par exemple, on peut envoyer en continu du carburant par la canalisation 16, et en discontinu du plomb tétraéthyle par la canalisation 13 de sorte que, pendant que le niveau de carburant monte dans le réservoir 15, un certain nombre de contenus de réservoir 1 sont introduits dans le réservoir 15. A la fin, le cas échéant, une fraction de contenu de réservoir 1 est envoyee dans le réservoir 15 pour ajuster la teneur à la valeur exacte désirée, compte-tenu du volume de carburant qui est rentré dans le réservoir. En variante, on peut également effectuer un mélange en continu dans la canalisation 16 à condition de monter sur cette canalisation un éjecteur auquel parvient l'additif sortant du réservoir 1 et dans ce cas, on peut avantageusement monter une vanne de régulation à la sortie du réservoir 1, cette vanne étant commandée par l'unité de calcul 18 de façon que la quantité d'additif envoyée dans l'éjecteur soit strictement asservie à la quantité de carburant passant par l'éjecteur. Un dispositif tel.que celui décrit est capable par exemple de mesurer un débit allant de 0,1 litre/minute à 20 litres/minute avec une incertitude inférieure à 0,15 %. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure d'un débit massique de liquide, caractérisé par le fait que l'on remplit un réservoir, qu'ensuite on vide ledit réservoir, que l'on maintient suspendu dans le liquide, un élément allongé solide suspendu verticalement et présentant un poids spécifique supérieur à celui du liquide, et que l'on transforme la variation de poids apparent dudit élément en un paramètre physique mesurable au moyen d'au moins une jauge de contraintes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on transforme ladite variation de poids apparent en un signal électrique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'on transforme le paramètre en un certain nombre d'impulsions électriqueset que l'on compte lesdites impulsions pour obtenir la masse de liquide qui quitte le réservoir. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comporte un réservoir, une conduite d'arrivée dans le réservoir, une conduite de décharge hors du réservoir, des moyens pour empêcher l'arrivée de liquide dans le réservoir à la fin du remplissage, et des moyens pour empêcher la sortie de liquide hors du réservoir à la fin de la décharge, un élément verticalement allongé suspendu dans le réservoir et ayant un poids spécifique supérieur à celui du liquide à mesurer, la longueur dudit élément étant supérieure à la variation de niveau du liquide dans le réservoir, ledit élément étant relié à des moyens sensibles à la variation de poids apparent dudit élément pour transformer ladite variation en un paramètre. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit élément verticalement allongé est suspendu à une tige rigide sur laquelle est disposée au moins une jauge de contraintes susceptible de délivrer un signal électrique. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ladite jauge est reliée, par le moyen d'un convertisseur analogique-numérique, à des moyens de calcul déterminant la masse de liquide sortant hors du réservoir. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que le rapport des sections de réservoir et de plongeur reste constant sur la hauteur du plon geur. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé par le fait qu'il comporte un réservoir de liquide, un conduit aboutissant de ce réservoir à une vanne à trois voies, un deuxième conduit partant de ladite vanne et pénétrant jusqu'au voisinage de l'extrémité inférieure du réservoir contenant ledit élément, et un troisième conduit de décharge relié à ladite vanne, ladite vanne mettant en communication soit la conduite provenant de la réserve avec la conduite pénétrant dans le réservoir, soit la conduite pénétrant dans le réservoir avec la conduite de décharge, ladite vanne étant actionnée par des moyens sensibles à la détection de la masse de liquide sortant du réservoir. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé par le fait que dans la partie supérieure du réservoir pénètre un conduit relié à un évent. 10. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, et du dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, à l'opération de mélange d'un liquide, notamment d'un additif, à un autre liquide, caractérisée par le fait que l'on fixe une masse de premier liquide à ajouter, et que l'on règle à un débit choisi l'addition dudit premier liquide du second. 11. Application selon la revendication 10, caractérisée par le fait que l'on mélange les deux liquides par le moyen d'un éjecteur, le premier liquide pénétrant dans une canalisation où circule le second liquide. 12. Application selon la revendication 10, caractérisée par le fait que l'on dirige le premier et le second liquide dans un réservoir où s'effectue le mélange.