Brevet FR2522140A1 — publié le 19830826

Procédé et dispositif pour la mesure du niveau du liquide dans des récipients. La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la mesure du niveau du liquide dans des récipients. Pour la mesure du niveau du liquide dans des récipients, il est connu de se servir de sondes à vibrations, de détecteurs à flotteur et de mesures de la différence de pression entre l'entrée et la sortie Lors de la réalisation de ces procédés de mesure, des parties des dispositifs de mesure doivent être directement mises en contact avec le produit de remplissage, ce qui est désavantageux, par exemple dans le cas de mesures effectuées sur des matières radioactives, d'autant plus qu'une partie des travaux d'entretien ou de surveillance doit, pour des dispositifs de mesure de ce genre,être effectuée dans le champ de rayonnement. Par conséquent on utilise déjà avec un bon résultat le dispo- sitif dit à injection de bulles d'air Conformément à ce pro- cédé, on se sert de la dépendance entre la pression à exercer pour l'injection de bulles d'air au point d'injection et la colonne de liquide qui se situe au-dessus de ce point pour effectuer la mesure technique L'injection continuelle d'air représente, pour une installation de retraitement, non seule- ment le maintien en service d'un appareillage d'alimentation correspondant avec des investissements en appareillage consi- dérables pour l'obtention de l'air, le dosage de l'air et la conversion du signal de pression en un signal indicateur (électrique) approprié, mais, l'air global injecté charge au surplus le filtre de sortie des gaz, étant donné que la formation d'un aérosol est inévitable. La présente invention s'est par conséquent fixé pour objectif un procédé de mesure de l'état de remplissage de récipients d'un nouveau genre, lequel peut être réalisé de manière plus simple et que l'on peut mettre en oeuvre de manière particu- lièrement avantageuse pour la mesure du niveau de remplissage d'un récipient contenant un produit radioactif Au surplus, l'invention a également pour objectif un dispositif approprié pour la mise en oeuvre du procédé. On parvient à l'objectif conforme à la présente invention, en ce qui concerne le procédé, en faisant osciller le liquide ou la colonne de liquide d'un tube ou d'un tube de niveau disposé à l'intérieur du récipient ou d'un tube ou d'un tube de niveau extérieur raccordé au récipient et en mesurant la fréquence ou la période d'oscillation de la colonne de liquide qui dépendent du niveau du liquide dans le récipient et, en ce qui concerne le dispositif, en munissant le récipient d'un tube de niveau interne ou externe ou d'un tube extérieur qui peut être raccordé à un dispositif qui permet d'imprimer des oscil- lations au liquide ou à la colonne de liquide dans le tube ou le tube de niveau et d'un dispositif pouvant y être raccordé pour détecter les oscillations et pour déterminer la fréquence ou la période des oscillations qui dépendent du niveau du li- quide et, par conséquent, le niveau du liquide. Grâce aux formes de mise en oeuvre et de réalisation suivant la présente invention, on crée un procédé de mesure et un dis- positif de mesure qui permettent la mesure dans tous les cas, 3 252214-0 en particulier aussi de petits niveaux de remplissage et ceci également dans le cas de liquides à problèmes qui manifestent des turbulences, particulièrement en raison d'une ébullition ou d'une agitation, ou qui ont tendance à mousser Le procédé de mesure conforme à la présente invention qui se sert de la dépendance entre la fréquence ou la période de l'oscillation et le niveau du liquide dans le récipient, est simple et peut être mis en oeuvre dans tous les cas; l'investissement en appareils est très faible L'exploitation de la fréquence ou période d'oscillation peut être effectuée avec un appareil- lage électronique très simple. Des formes de réalisation complémentaires avantageuses et adéquates de la solution apportée par le procédé et le dispo- sitif de mesure suivant l'invention apparaîtront à la lec- ture de la description ci-après. Contrairement au procédé d'injection susmentionné, on peut omettre toute l'installation d'alimentation en air La con- duite de référence ou un dispositif de référence analogue qui était nécessaire lors de la mise en oeuvre du procédé d'injec- tion d'air du point de vue de la précision de la mesure n'est plus nécessaire dans le cas de l'invention Par rapport au procédé à injection d'air, les frais d'installation et de montage peuvent être réduits On obtient une réduction de la charge en aérosol des gaz qui s'échappent du récipient ainsi qu'un accroissement de la disponibilité Dans une installation de retraitement, le tube de niveau peut être raccordé à une conduite de mise à l'air libre du récipient ou à une conduite du circuit de vide, de toute manière nécessaire dans une telle installation Lors de l'exploitation des oscillations engen- drées, il suffit simplement de suivre et de détecter les pas- sages au zéro, c'est-à-dire l'inversion de sens du signal; l'amplitude de l'oscillation n'a pas d'importance Ces passages au zéro peuvent être détectés par un capteur de pression rela- tivement peu sensible et être exploités par une électronique très simple La possibilité de la détection de faibles ni- 4 2522140 veaux dans le récipient sans utilisation de l'amplitude de l'oscillation constitue un avantage déterminant du procédé de mesure conforme à l'invention Lors de la mise en oeuvre du procédé de mesure conforme à l'invention, on peut, lors de la mesure simultanée de l'état de remplissage de récipients mul- tiples, réduire le nombre des détecteurs d'oscillation ou de capteurs de pression Il n'est notamment plus nécessaire de pourvoir chaque récipient d'un capteur de pression convenable. Bien au contraire, il est possible de raccorder plusieurs récipients par l'intermédiaire de commutateurs pression-points de mesure, à un capteur de pression unique Etant donné que l'application prévue,conformément à la présente invention,de perturbations temporaires sur le niveau de liquide dans le tube de niveau et l'exoloitation de la période d'oscillation ou de la fréquence conditionnent un mode de mesure discontinu, l'électro- nique d'exploitation travaille aussi obligatoirement en dis- continu, si bien que le détecteur d'oscillations ou le capteur de pression se trouve disponible pour la détection du niveau dans d'autres récipients, pour autant que l'on ait choisi de manière appropriée la durée du cycle dans les intervalles intermédiaires. Le procédé suivant la présente invention peut également être mis en oeuvre avantageusement, même lorsque le liquide dont il faut mesurer le niveau contient d'autres liquides ou des corps solides. La présente invention sera à présent décrite de manière plus détaillée avec référence aux dessins ci-annexés qui représen- tent divers exemples de réalisation et dans lesquels: La figure 1 représente schématiquement une forme de réalisation du dispositif conforme à la présente invention pour la mesure du niveau du liquide dans un récipient; la figure 2 représente schématiquement une seconde forme de réalisation du dispositif con- forme à la présente invention pour la mesure du niveau 2522140 du liquide dans un récipient et la figure 3 représen- te l'oscillation relative de la surface du liquide dans le tube de niveau, dans le cas du dispositif re- présenté sur les figures 1 et 2 et cela pour trois rapports différents du niveau dans le récipient au diamètre du tube de niveau. Dans les figures, les éléments identiques sont désignés par les mômes références. Les figures l et 2 représentent un récipient 2 qui est rempli d'un liquide 4, dont la surface de liquide est désignée par la référence 6 Une conduite 8 débouche dans le volume exempt de liquide du récipient 2 et un tube de niveau 10 ou 1 O' (figure 2) débouche dans le liquide, ces deux conduites étant raccor- dées l'une avec l'autre par l'intermédiaire d'une vanne d'iso- lement 12 La conduite 8 est la conduite de ventilation prévue habituellement sur un récipient qui contient un liquide radio- actif. Le tube de niveau 10 peut être raccordé à une source de vide 16 par l'intermédiaire d'une vanne d'isolement 14 Les deux vannes 12 et 14 peuvent être commutées par un calculateur 18 ou une autre installation de commande Un détecteur de pression 20 est d'autre part raccordé au tube de niveau 10, détecteur dont les signaux de sortie sont envoyés pour exploitation au calculateur 18. La forme de réalisation représentée sur la figure 2 se distin- gue uniquement de celle représentée sur la figure 1 par le fait que le tube de niveau à l'intérieur du récipient 10 est remplacé par un tube de niveau 1 O' monté à l'extérieur du récipient. Le dispositif de mesure représenté sur les figures 1 et 2 fonc- tionne comme suit: le tube de niveau est normalement raccordé à la conduite de ventilation 8 par l'intermédiaire de la vanne 6 2522140 12, de sorte que le niveau du liquide dans le récipient et dans le tube de niveau est équilibré comme cela est représenté sur les figures 1 et 2 par la surface du liquide 6 On ferme la vanne 14 Pour pouvoir effectuer une mesure du niveau du liqui- de, on raccorde temporairement le tube de niveau 10 à la source de vide 16 par l'intermédiaire de la vanne 14, de sorte que la surface du liquide dans le tube de niveau est temporairement soulevée, par exemple'jusqu'à la hauteur 22 (voir figure 2). On admet ensuite également temporairement de l'air par l'inter- médiaire de la vanne 12 Après la brève admission d'air, on ferme les vannes 12 et 14. Après cette perturbation artificiellement provoque, c'est-à- dire un soulèvement de la surface du liquide dans le tube de niveau, le niveau du liquide va retomber et exécuter des oscil- lations autour du niveau d'équilibre 6, oscillations qui entraî- nent des variations de pression dans la colonne d'air au-dessus de la surface du liquide, lesquelles variations de pression sont détectées à l'aide du détecteur de pression 20 et conver- ties en signaux électriques envoyés au calculateur 18 La fré- quence ou la période ou la période des oscillations des signaux électriques qui correspondent à la fréquence ou à la période des oscillations dans le tube de niveau, sont exploitées en vue de l'obtention du niveau du liquide dans le calculateur 18 lequel peut aussi commander les vannes 12 et 14 comme on l'a déjà mentionné plus haut. La génération des oscillations de la colonne de liquide dans le tube de niveau 10 ou 10 ' peut s'effectuer outre par une mise sous vide temporaire, également en soumettant temporairement le liquide à une pression qui provoque l'abaissement initial de la surface du liquide dans le tube de niveau La source de vide 16 peut alors être remplacée par une source de pression 16 ' et, au lieu de procéder à une entrée d'air temporaire, on procède à une mise à l'échappement temporaire par l'intermédiaire de la vanne 12 avec finalement isolement du tube de niveau (les deux vannes 12 et 14 fermées). 7 2522140 L'allure des oscillations relatives de la surface en fonction du temps est représentée dans la figure 3 pour trois rapports différents entre le niveau L dans le récipient et le diamètre D du tube de niveau La fréquence des oscillations ou la durée des oscillations dépend de ce rapport L/D, c'est-à-dire que, pour un diamètre du tube de niveau constant, elle dépend du niveau L du liquide. Outre le fait de pouvoir l'établir par les oscillations de pression dans la colonne d'air du tube de niveau, on peut aussi obtenir la fréquence ou la période d'oscillation en dé- tectant les passages au zéro, c'est-à-dire les passages de la surface du liquide de la colonne de liquide dans le tube de niveau au droit du niveau de la surface du liquide dans le récipient Etant donné que,conformément à la forme de réali- sation préférentielle du dispositif de mesure, la quantité de liquide présente dans le tube de niveau est faible au point de pouvoir la négliger vis-à-vis de la quantité de liquide présen- te dans le récipient, on peut considérer la surface du liquide présent dans le récipient comme constante et par conséquence le considérer comme ligne de zéro ou ligne de référence. Le procédé de mesure est en principe également réalisable lors- que les dimensions du tube de niveau sont du même ordre de grandeur que les dimensions du récipient. On peut aussi imprimer une oscillation de forme à peu près sinusoïdale à la surface du liquide qui se trouve dans le tube de niveau par l'intermédiaire de la colonne d'air qui repose sur cette surface, de préférence à la fréquence de résonance. Une autre forme de réalisation est encore possible selon la- quelle on ne raccorde pas de tube de niveau au sens propre au récipient, mais bien plutôt un tube horizontal ou avec une inclinaison quelconque, raccordé à une membrane ou à un dispo- sitif analogue auquel on peut imprimer, à l'aide d'un disposi- tif approprié, des oscillations, de préférence des oscillations 8 2522140 de résonance, qui sont transmises directement ou indirectement au liquide qui se trouve dans le tube A partir de la fréquen- ce ou de la fréquence de résonance de ces oscillations, on peut alors déduire le niveau du liquide dans le récioient. Etant donné que la fréquence de résonance se modifie avec le niveau du liquide dans le récipient, il est nécessaire d'adap- ter chaque fois la fréquence d'excitation du générateur d'oscil- lations au niveau variable du liquide, ce qui représente une plus grande dépense en ce qui concerne la production des oscillations. On peut démontrer que l'état de remplissage du récipient est lié à la période d'oscillation par une équation différentielle du second ordre. S 2522140 Revendications 1 Procédé de mesure du niveau du liquide dans des récipients, caractérisé en ce qu'on fait osciller le liquide ou la colonne de liquide d'un tube ou d'un tube de niveau disposé à l'inté- rieur du récipient ou d'un tube ou d'un tube de niveau exté- rieur raccordé au récipient et en ce qu'on mesure la fréquence ou la période d'oscillation de la colonne de liquide qui dépendent du niveau du liquide dans le récipient. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que pour créer les oscillations, on élève ou abaisse d'abord la colonne de liquide dans le tube de niveau et on la libère ensuite. 3 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que pour créer les oscillations on élève ou abaisse la colonne de liquide périodiquement à peu près à la fréquence de résonance de l'oscillation de la colonne de liquide qui dépend du niveau du liquide dans le récipient, ou en ce que l'on imprime périodiquement au liquide présent dans le tube, à peu près la fréquence de résonance qui dépend du niveau du liquide dans le récipient et on mesure la fréquence de résonance. 4 Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'on impose temporairement un vide ou une pression sur la surface dela colonne de liquide présente dans le tube de niveau. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que pour l'appréciation de La fréquence ou de la période d'oscillation, on détecte les passages au zéro de la surface de la colonne de liquide. 4.0 2522140 6 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que pour déterminer la fréquence ou la pério- de d'oscillation, on détecte les variations de pression de la colonne d'air qui se trouve au-dessus de la colonne de liquide dans le tube de niveau. 7 Procédé suivant l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que pour engendrer les oscillations, l'espace d'air disposé au-dessus de la colonne du liquide du tube de niveau est brièvement mis sous pression ou sous vide, ensuite mis à l'air libre et enfin isolé et en ce que les oscillations de surface créées par les oscilla- tions de la colonne de liquide ou les variations de la pres- sion d'air engendrées dans ledit espace d'air, sont détectées et exploitées quant à la fréquence ou à la période d'oscilla- tion pour déterminer le niveau du liquide qui est lié par une fonction avec la fréquence ou la période d'oscillation. 8 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le récipient ( 2) est pourvu d'un tube de niveau interne ou externe ( 10, 10 ') ou d'un tube externe, qui peut être raccordé, d'une part, à un dispositif ( 14,16; 14 ',16 ') qui permet d'imprimer des oscillations au liquide ou à la colonne de liquide dans le tube ou le tube de niveau ( 10, 10 ') et d'autre part, à un dispositif ( 20) pour détecter les oscil- lations et pour déterminer ( 18) la fréquence ou la période des oscillations qui dépendent du niveau du liquide et, par consé- quent, le niveau du liquide. 9 Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif pour engendrer les oscil- lations comprend une source de vide ( 16) ainsi qu'une vanne ( 12, 14) par l'intermédiaire de laquelle l'espace d'air qui se trouve au-dessus de la colonne de liquide du tube de niveau ( 10) peut être raccordé à la dépression de la source de vide ( 16), puis mis à l'air libre et ensuite isolé. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif pour engendrer les oscil- lations comprend une source, de pression ( 16 ') ainsi qu'une vanne ( 12, 14) par l'intermédiaire de laquelle l'espace d'air qui se trouve audessus de la colonne de liquide du tube de niveau ( 10 ') peut être raccordé à la pression de la source de pression ( 16 '), puis mis à l'air libre et isolé. 11 Dispositif suivant la revendications 8, caractérisé en ce que le dispositif pour engendrer les oscil- lations imprime à la colonne d'air ou au niveau du liquide de la colonne de liquide du tube de niveau ( 10, 10 ') ou au liqui- de présent dans le tube, des oscillations avec à peu près la fréquence de résonance de la colonne de liquide ou du liquide. 12 Dispositif suivant la revendication 11, en combinaison avec l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que pour la création des oscillations en résonance, l'espace d'air du tube de niveau ( 10, 10 ') est périodiquement raccordé et isolé de la source de vide ou de pression ( 16 ou 16 '), ou en ce qu'on peut périodiquement imprimer directement des oscil- lations au liquide ou à la colonne de liquide, par exemple par l'intermédiaire d'une membrane susceptible d'exécuter des oscillations. 13 Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif ( 20) pour détecter les oscillations est un capteur de pression raccordé à l'espace d'air clos du tube de niveau qui se trouve au-dessus de la colonne de liquide. 14 Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif pour détecter les oscilla- tions est un dispositif qui détecte les passages au zéro des Aq V oscillations de la surface de la colonne de liquide. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que les signaux émis par le capteur de pres- sion ou le détecteur de passage au zéro, dont la fréquence est identique à la fréquence'des oscillations de la colonne de liquide dans le tube de niveau, sont introduits dans un calcu- lateur en vue de l'obtention du niveau du liquide qui est lié par une fonction avec la fréquence et la période d'oscillation. 16 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que les dimensions du tube de niveau ( 10, 10 ') sont choisies de façon que le volume du tube de niveau soit faible au point de pouvoir être négligé par rapport au volume du récipient ( 2). 17 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que les dimensions du tube ou du tube de niveau sont choisies de façon que le volume du tube ou du tube de niveau soit de l'ordre de grandeur du volume du récipient.