Brevet FR2441151A1 — publié le 19800606

La présente invention concerne les dispositifs de mesure de niveau et a notamment pour objet un avertisseur de niveau à vibration pour les produits pulvérulents ou analogues et les produits visqueux0 L'invention peut notamment trouver son application dans le contrôle de niveau de produits pulvérulents ou visqueux remplissant les capacités des appareils technologiques tels que cuves, trémies, citernes, réservoirs de stockage, etc. Les avertisseurs de niveau à vibration sont utilisés dans divers domaines de l'industrie0 On connait un avertisseur de niveau à vibration corea;nrt un capteur de niveau de produit, réalisé sous forme d'un système mécanique oscillatoire (diapason) monté sur un pied, lui-même fixé sur la paroi intérieure latérale de la capacité remplie par le produit dont il est nécessaire de contrôler le niveau. Ce capteur est doté de deux convertisseurs à céramique piézo-électrique, montés sur la culasse du diapason et reliés électriquement entre eux par l'intermédiaire d'un amplificateur.L'avertisseur de niveau comporte également un dispositif de signalisation de sortie connecté à la sortie de 1 1amplificateur0 Le premier convertisseur à céramique piézo-électrique excite les oscillations du système mécanique oscillatoire, tandis que le second convertisseur à céramique piézo-électrique (récepteur) reçoit les oscillations du système mécanique oscillatoire et les transforme en tension électrique proportionnelle à l'amplitude des oscillations mécaniques. Cette tension est ensuite amplifiée par l'amplificateur et au. premier convertisseur à céramique piézo-électrique. De la sorte, le système décrit constitue un système auto-oscillant dans lequel les oscillations sont excitées de façon à avoir une fréquence déterminée par la propre fréquence des oscillations du système mécanique oscillatoire du capteur de niveau du produit. Lorsque le système mécanique oscillatoire entre en contact avec le produit dont il faut contrôler le niveau, il se produit un amortissement des oscillations. Les anEi$kns dans le capteur cessent, ce qui entraîne une absence desgmi à la sortie du deuxième convertisseur à céramique piézo électrique. Il en résulte que le dispositif de signalisation de sortie est mis hors de tension et émet un signal indiquant que dans la capacité technologique, le produit est présent au niveau où est fixé le capteur de niveau de produit. L'avertisseur de niveau décrit ci-dessus est caractérisé par une protection insuffisante contre les parasites engendrés par les vibrations, les chocs, etc., se produisantnbiint dans les conditions industrielles. Sous l'effet de ces parasites, il n'est pas exclu que l'avertisseur donne de faux signaux lorsque le capteur est noyé dans le produit à contrôler et lorsqu'au pied du capteur, et par conséquent, aux convertisseurs à céramique piézoélectrique, sont transmis des vibrations étrangères et des chocs dont le spectre comporte des fréquences proches des fréquences propres d'oscillation des convertisseurs à céramique piézo-électrique et du système mécanique osa oire du capteur. Les convertisseurs d'excitation et de réception ainsi que le système mécanique oscillatoire dans cet avertisseur doivent être strictement adaptés au point de vue fréquence sur une large plage de température, puisque la modification de la fréquence de leurs oscillations entrain une modification correspondante du coefficient de transmission de l'avertisseur et un fonctionnement intempestif de celui-ci. Il est assez difficile, dans les conditions industrielles, de réaliser cette stricte adaptation. Les convertisseurs à céramique piézo-électrique de cet avertisseur sont disposés dans le voisinage du produit dont il faut contrôler le niveau et en subissent l'effet thermique. Comme le point de Curie du matériau céramique piézo-électrique n'est que de 1300C, l'avertisseur ne peut fonctionner à des températures plus hautes et n'est pas utilisable dans de nombreuses branches de l'industrie, comme par exemple dans la production de soude, de ciment, etc. On connatt un avertisseur de niveau comportant un capteur de niveau de produit, réalisé sous forme d'un système mécanique oscillatoire /tige/ et d'un dispositif servant à exciter des oscillations du système mécanique oscillatoire et à transformer ces oscillations en oscillations électriques, ledit dispositif coopérant avec ledit système et étant réalise sous forme de deux enroulements électriquement reliés par l'intermédiaire d'un amplificateur de bande, à un dispositif de signalisation de sortie comportant un détecteur de fréquences et un étage amplificateur de sortie. L'un des enroulements servant à l'excitation des oscillations du système mécanique oscillatoire est connecté à la sortie de l'amplificateur, l'autre enroulement, servant à la transformation des oscillations mécaniques en oscillations électriques, étant connecté à l'entrée de l'amplificateur. De cette façon, les enroulements du capteur constituent un circuit à réaction positive de l'amplificateur et constituent avec lui un générateur à auto-excitationO Le gain de l'amplificateur en circuit de réaction ouvert est établi de façon que la génération de fréquences soit possible aussi bien en présence du produit à contrôler qu'en son absence, La bande de fréquences de l'amplificateur recouvre les fréquences propres du système mécanique ascillatoire. A la sortie de l'amplificateur est connecté un détecteur de fréquence dans lequel la tension prélevée à la sortie du générateur se traduit par une variation de tension du courant continu. Le signal obtenu est amplifié dans l'étage de sortie. Si le système mécanique oscillatoire n'est pas noyé dans le produit à contrôler, il s'y forme des oscillations ayant une fréquence égale à l'une des fréquences propres du système mécanique oscillatoire, car même des oscillations assez de ce système, par suite de la fluctuation de la tension d'aSr mentation ou des vibrations des éléments de l'appareil,senit amplifiées par l'amplificateur et introduites dans le système oscillatoire, par l'intermédiaire des enroulements, en phase avec la fluctuation aléatoire de la tension d'alimentation. Les deux enroulements sont montés sur le système mécanique oscillatoire0 Il est nécessaire, dans ce cas, de les blinder l'un par rapport à l'autre, ainsi que les conducteurs reliant ces enroulements à l'amplificateur. Ceci a pour effet de compliquer la réalisation du capteur de niveau et d'en diminuer la fiabilité0 Comme les fréquences propres du système mécanique oscillatoire de l'avertisseur décrit se trouvent dans une bande étroite (de 200 à 400Hz), il est nécessaire, pour limiter des deux côtés la bande de passage de l'amplificateur avec une caractéristique uniforme de phase, d'introduire des filtres appropriés, d'où une complication notable de la réalisation de l'amplificateur, et par conséquent, de l'avertisseur dans son ensemble, ce qui a également un effet négatif sur sa fiabilité. Le dispositif de conception compliquée servant à l'excitation des oscillations du système mécanique et à la transformation de celles-ci en oscillations électriques est monté dans le voisinage du produit à contrôler et en subit toutes les influences au point de vue corrosion, température, etc. Ceci complique l'utilisation de l'avertisseur de niveau pour le contrôle du niveau de produits agressifs. Compte tenu des inconvénients énumérés ci-dessus, l'invention vise un avertisseur de niveau à vibrations pour les produits pulvérulents ou analogues et les produits visqueux, ayant, grâce à sa conception, une plus grande fiabilité grace à l'excitation forcée d'oscillations du système mécanique oscillatoire sur la fréquence de ses propres oscillations indépendamment de l'influence des sources extérieures d'oscillations. Ce problème est résolu du fait que l'avertisseur de niveau à vibrations pour produits pulvérulents ou analogues, et pour produits visqueux, comportant un capteur de niveau de produit réalisé sous forme d'un système mécanique oscillatoire et d'un dispositif servant à exciter des oscillations du système mécanique oscillatoire et à transformer ces oscillations en oscillations électriques, ledit dispositif coopérant avec ledit système et étant relié électriquemert, par l'intermédiaire d'un amplificateur, à un dispositif de signalisation de sortie, ledit avertisseur étant caractérisé, suivant l'invention, en ce qu' il comporte un générateur à excitation brusque des oscillations du système mécanique oscillatoire, dont la sortie est connectée au capteur de niveau de produit et à l'entrée de l'amplificateur, un limiteur d'amplitude de tension dont l'entrée est connectée à la sortie de l'amplificateur, et un circuit de différenciation connecté par son entrée à la sortie du limiteur d'amplitude de tension et électriquement relié par la sortie au générateur à excitation brusque des oscillations du système mécanique osSEarie. Une telle réalisation de l'avertisseur de niveau à vibrations permet d'effectuer une excitation périodique forcée du système mécanique oscillatoire en synchronisme avec les oscillations propres de ce système mécanique oscillatoire. Pour cette raison, les fluctuations de la fréquence propre des oscillations du système mécanique oscillatoire, qui, dans les conditions d'exploitation, peuvent être causées par l'adhésion du produit à contrôleur au capteur, par les fluctuations de température du milieu ambiant, par le vieillissement des matériaux du capteur, etc, n'influent pas sur le fonctionnement de l'avertisseur. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant différents modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 montre le schéma fonctionnel de l'avertisseur de niveau à vibration pour produits pulvérulents et visqueux, suivant l'invention - la figure 2 montre le schéma de principe d'une version du capteur de niveau de produit suivant l'invention - la figure 3 montre le schéma de principe d'une variante de réalisation du générateur à excitation brusque, connecté au circuit de différenciation et au dispositif servant à l'excitation des oscillations du système mécanique oscillatoire et à la transformation de celles-ci en oscillations étrSqpes, suivant l'invention - la figure 4 montre le schéma de principe d'une autre variante de réalisation de l'amplificateur conforme à l'invention - la figure 5 montre le schéma de principe d'une du dispositif de signalisation de sortie, suivant l'invention. L'avertisseur de niveau à vibration pour produitspiÉsit lents ou analogues et pour produits visqueux comporte un capteur 1 de niveau du produit (figure 1), connecté à la sortie du généra teur à excitation brusque 2 et à l'entrée de l'amplificateur 3. A la sortie de l'amplificateur 3 sont connectés un dispositif de signalisation de sortie 4 et un limiteur d'amplitude de tension 5. La sortie du limiteur d'amplitude de tension 5 est connectée, par l'intermédiaire du circuit de différenciation 6, au générateur à excitation brusque 2. Le capteur de niveau de produit 1 comporte un système mécanique oscillatoire 7 (figure 2) se composant d'une tige 8 fixée dans une membrane 9, elle-même montée sur le pied ou embase 10. Le capteur 1 de niveau du produit comporte également un dispositif 11 d'excitation d'oscillations du système mécanique oscillatoire 7 et de transformation de ces oscillations en oscillations électriques, se composant d'un enroulement 12 et d'un noyau ferromagnétique 13 qui font office d'électroaimant et de capteur de déplacement à modulation magnétique transformant les oscillations du système mécanique oscillatoires 7, en tension alternative de fréquence égale à la frequenee des oscillations du système mécanique oscillatoire 7. Suivant une variante préférée de réalisation de l'invention, le générateur à excitation brusque 2 comporte un thyristor 14 (figure 3) relié à l'enroulement 12 par l'intermédiaire du condensateur de décharge 15. Une résistance 16 sert à la charge du condensateur 15 à partir d'une source d'alimentation dont la sortie 17 est montrée sur la figure 3. Le circuit de temporisation du générateur à excitation brusque 2 est réalisé sous forme d'un amplificateur à émetteur asservi comportant un transistor 18. Dans le circuit de base du transistor 18 il y a un circuit RC de temporisation formé par une résistance 19 et par un condensateur d'accumulation 20. Le circuit émetteur de l'amplificateur à émetteur asservi comporte un tube régulateur de tension ou stabilovolt 21 déterminant le seuil de fonctionnement du thyristor 14. La résistance 22 sert à limiter le courant du transistor 18 au moment de son ouverture, tandis que la résistance 23, conjointement avec la résistance d'entrée du thyristor 14, sert de charge pour ledit amplificateur à émetteur asservi. La diode 24 sert à la décharge du condensateur d'accumulation 20 lors du fonctionnement du thyristor 14. La figure 3 montre également le circuit de différencia tion 6 (figure 1) comportant la résistance 25, le dondensateur 26 et la diode 27. L'amplificateur 3 est réalisé avec deux transistors 28 et 29 (figure 4) et des liaisons directes entre étages. Le régime de l'amplificateur en courant continu est assuré par un circuit RC comportant les réistances 30 et 31 et le condensateur 32. Les résistances 33 et 34 sont les charges desés d'amplification. Les condensateurs 35 et 36 servent à diviser les liaisons en courant continu. La résistance 37 sert à la liaison avec les circuits de synchronisation. Le tube stabilovolt 38 est un limiteur 5 d'amplitude de la tension de sortie de l'amplificateur 3 au niveau supérieur. Le condensateur 39 sert à éliminer l'excitation de l'amplificateur 3 aux hautes fréquences. Le dispositif de signalisation de sortie 4, montré sur la figure 5, comporte un transistor 40 dans le circuit collecteur duquel est inséré un relais électromagnétique 41.1e relais 41 est shunté par le condensateur 42. Dans le circuit émetteur du transistor 40 il y a un tube régulateur de tension ou stabilovolt 43 déterminant le seuil de fonctionnement du dispositif de signalisation de sortie 4. Dans le circuit de base du transistor 40 sont intercalés les diodes 44 et 45 faisant fonction de détecteur et le condensateur 46 avec la résistance 47. Le circuit composé de la résistance 48 et du tube stabilovolt 49, sert à l'obtention du signal de sortie pour les dispositifs automatiques sans contact.Le relais 41 est doté des contacts 50 et 51 servant à enclencher et à déclencher les lampes de signalisation 52 et 53 oefl. L'avertisseur de niveau conforme à l'invention forttnne de la façon suivante. Le générateur à excitation brusque 2 engendre de courtes impulsions dont la durée est sensiblement inférieure à la période des oscillations propres du système mécanique oscillatoire 7, tandis que la période de répétition est dephaisrs fois supérieure à celle des oscillations propres du système mécanique oscillatoire. Les courtes impulsions engendrées par le générateur 2 sont appliquées à l'enroulement 12 et excitent les oscillations dans le système mécanique oscillatoire 7. Etant donné qu'à l'état non freiné le système mécanique oscillatoire 7 a un facteur de qualité élevé, ses oscillations n'ont pas le temps d'être amorties dans l'intervalle de temps entre deux impulsions voisines. Dans l'intervalle entre les impulsions excitatrices, les oscillations du système mécanique oscillatoire 7 sont reçues par le même enroulement 12 et se transforment en tension alternative qui est appliquée à l'entrée de l'amplificateur 3 relié à l'enroulement 12. La tension alternative amplifiée dans l'amplificateur 3 et coincidant en fréquence avec les oscillations propres du système mécanique oscillatoire 7, est appliquée à l'entrée -du dispositif de signalisation de sortie 4. Dans le dispositif de signalisation de sortie 4 cette tension alternative se transforme en une tension continue, qui, agissant sur le relais électromagnétique d'exécution 41, provoque son fonctionnement. Par ses contacts 50 et 51, le relais 41 enclenche le circuit d'alimentation de la lampe 52 ou 53 signalant la présence ou l'absence du produit contrôlé à l'endroit où est fixé le système mécanique oscillatoire 7. Le niveau supérieur de la tension alternative, amplifiée par l'amplificateur 3 et appliquéeau limiteur d'amplitude de tension 5, y est limité de façon à former à la sortie du limiteur une tension alternative proche par sa forme d'une tension rectangulaire. A l'aide du circuit de différenciation 6 connecté à la sortie du limiteur 5 ces impulsions sont différenciées. En conséquence, à la sortie du circuit de différenciation 6 se forme un train d'impulsions de synchronisation dont chacune coïncide dans le temps avec le début des périodes des oscillations du système mécanique oscillatoire 7. Les impulsions de synchronisation mettent en route le générateur à excitation brusque 2 aux instants correspon nt strictement au début des périodes des oscillations propres du système mécanique oscillatoire 7. Du fait que les impulsions d'excitation, fournies par le générateur 2 sont appliquées à l'enroulement 12 coopérant avec le système mécanique oscillatoire 7, les actions périodiques créées par cet enroulement vont strictement concorder en phase avec les oscillations du système mécanique oscillatoire 7, et de cette façon, les oscillations se maintiendront à sa fréquence propre. Dans le cas où le capteur 1 de l'avertisseur de niveau à vibration est noyé par le produit à contrôler, le facteur de qualité du système mécanique oscillatoire 7 baisse notablement, et ses oscillations, après avoir agi sur le système 7 d'impulsion d'excitation venant du générateur à excitation brusque 2, sont amorties très vite Il en résulte que le dispositif de signalisation de sortie.4 reçoit seulement de très courtes impulsions d'excitation qui, après moyennage le circuit comprenant les éléments 40, 41, 42, 44, 45, 46, 47 (figure 5), forment dans le circuit de base du transistor 40 une tension continue sensiblement moindre que son seuil de fonctionnement déterminé par le tube stabilovolt 43. Le courant du transistor 40 diminue et le relais électromagnétique 41 se déclenche.A l'aide des contacts 50 et 51 durcis 41, la lampe correspondante est allumée, signalant la EniEnce du predtit à ltendroit de fixation du capteur. Les variations éventuelles de la fréquence propre du système mécanique oscillatoire 7 dans les conditions d'exploitation, dues à la modification de sa masse lors de l'adhérence du produit, ou bien à la modification de la rigidité liée aux variations de température du milieu ambiant ou au vieillissement de la matière dont est fait le système mécanique oscillatoire, ne se répercuteront en aucune façon sur les fkxffiuRions des conditions d'excitation du système oscillatoire, puisque, conformément aux variations de fréquence du système osciastde, on aura une modification de position des impulsions de synchronisation dans le temps. De cette façon, dans l'avertisseur de niveau conforme à l'invention, grace à l'excitation périodique forcée des oscillations du système mécanique oscillatoire 7 à l'aide du générateur à excitation brusque 2 synchronisé avec une tension alternative obtenue par transformation de ces mêmes ocilatbns, on arrive à une stricte concordance de l'effet d'excitation avec la fréquence propre des oscillations du système mécanique oscillatoire.Il en résulte une fiabilité accrue de l'awatdi=ur et une simplification de la conception du capteur, qui est son élément le plus vulnérable. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la revendication qui suit. REVENDICATION I Avertisseur de niveau à vibration pour produits pulvérulents ou analogues et pour produits visqueux, du type comportant un capteur de niveau du produit à contrôler,rsé sous forme d'un système mécanique oscillatoire et d'un dispositif servant à exciter des oscillations dans le système mécanique oscillatoire et à transformer ces oscillations en oscillations électriques, ledit dispositif coopérant avec ledit système et étant relié électriquement, par l'intermédiaire d'un amplificateur, à un dispositif de signalisation de sortie, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur d'excitation brusque d'oscillations dans le système mécanique oscillatoire, la sortie dudit générateur étant connectée au capteur den u du produit à contrôler et à l'entrée de l'amplificateur, un limiteur d'amplitude de tension dont l'entrée est connectée à la sortie de l'amplificateur, et un circuit de différenciation connecté par son entrée à la sortie du limiteur dhqgitude de tension et électriquement relié par sa sortie au générateur d'excitation brusque d'oscillations dans le système mécanique oscillatoire