Brevet FR2515337A2 — publié le 19830429

FR 2515337 A2 19830429 FR 8120185 A 19811022 La présente invention concerne les instruments du type niveau et permet de relever, de contr81er, de mesurer l'horizontalité d'un point par rapport à un autre point donné. Les dispositifs connus de ce genre n'utilisent que le principe des vases communiquants associé à des systèmes électriques. Dans la demande de brevet n 79/ 23 276, il est question d'un perfectionnement des vases communiquants rendus étanches par deux membranes qui subissent des pressions dues au principe des vases communiquants et qui actionnent des contacts électriques. Dans ce descriptif au contraire c'est le liquide qui subit l'action dea membranes et ceci peut être considéré comme un perfectionnement de la demande du brevet n0 79/ 23 276 et servir d'additif. Le dispositif selon l'invention comporte un tuyau aboutis sant dans deux petites enceIntes contenant chacune un réservoir le tout rempli d'un liquide quelconque mais du mercure de préfécence et rendu étanche et vide d'air par deux membranes souples ayant les qualités de membrane en caoutchouc tendue. Les reservoirs sont tels qu'ils limitent les mouvements des membranes dans un sens comme dans l'autre et empêchent leur déformation et leur éclatement possible. Le système de 1arage, qui peut être le liquide aspiré ou refoulé par un piston ou une membrane comprimée par une vis ou tout autre système automatique connu, permet de régler le volume apparent du liquide contenu dans le circuit. Dans certains cas, selon les dilatations des liquides et des tuyaux, de leurs dimensionnements, du type de capteur, le système de tarage peut être suriné. En plaçant les réservoirs à un même niveau, à la manière des vases communiquants1 les membranes présentent un même relief et une même tension, A des niveaux différents les reliefs et tensions des membranes changent ainsi q > e la pression du liquide employé dans le circuit.Ces variatiens de reliefs, de tension ou pression sont traduites en si- gnaux olectriques par des capteurs et circuits s élect:iques par des capteurs et circuits électriques ou électroniques qui rendent visibles ces variatidns en alimentant des voyants lu~tneux, des galvanomètres à point milieu, des affichage re P, ues si- gnaux sonors etc... Les principes d'utilisation de ces signaux sont les mèmes que ceux décrits dans la demande principale et permettent de rechercher une horizontalité. Ainsi décrit de descriptif ressemble à celui de la demande de ce brevet principal n 79/ 23 276 c'est à dire un perfection- nement des vases communiquants. En dépit de ces apparences le principe physique de base est différent. Le fait de tendre les membranes en caoutchouc, ou moyen-ayant les mêmes effets, fait que nous ne sommes plus en face du principe des vases communiquants mais comparable au principe de l'équipage mobile d'un galvanomètre à point milieu. En effet celui-ci comporte deux ressorts antagonistes, une bobine, une aiguille letout solitaire par un axe. Si un champ. magnétique permet de faire dévier l'aiguille de son point de départ, en stopant celui-ci les deux ressorts antagonistes retrouvent leur équilibre parfait et ce fait sant rémène l'aiguille à son point de départ.Dans le cas du niveau les deux membranes (ressorts antagonistes), qui doivent être tendues son-t antagonistes puisque reliées par une colonne de mercure (axe). Ces membranes recherchent en permanence leur équilibre parfait en refoulant et aspirant le liquide. Les différences de hauteur des colonnes empêchent les membranes de trouver cet équilibre (champ magnétique). Cet équilibre est retrouvé lorsque les réservoirs sont à l'horizontale. A cet instant les membranes à cause de leurs qualités mécaniques rétablissant les pressions et niveaux du liquide d'une manière très précise et énergique.Avec de telles membranes l'inertie du liquide, lorsque lton approche de l'horizontale, est suprimée ce qui n'est ta:- le cas dans les vases cssmun quants. La tension des membranes permet =t-alement itabsorber les déformations de telle-cl iues a la fatigue et au veillissement.Selon une première réalisation pratique avec une colonne de mercure longue de 20 m et de 1,5 à 2 mm de diamètre, en faisant gonfler une membrane de quelques microns En associant ce même tuyau à deux réservoirs et deux membranes antaonistes permes de suprimer l'inertie comme dans le premier cas et avec la même précision. Les membranes ne subissent donc pas l'action du liquide, mais l'inverse. Dans certain cas la pression du liquide peut être très forte (avec du mercure par exemple) et peut détériorer les capteurs (jauges de contrainte), et détendre les membranes. Pour y remè- dier, l'espace supérieur des membranes limité par une sorte de voûte pour empêcher un éclatement possible, est en communication avec un autre réservoir le tout rempli d'un liquide et rendu étanche par une autre membrane. Cette autre membrane, peut être captée et avoir ses mouvements transformés en signaux électriquez sans aucun risque du à la pression. Dans ce cas la première membrane est légèrement tendues et subit les chocs et limite aussi les mouvements du mercure. La deuxième membrane est tendue mais ne subit aucun écrasement et ne se déforme ou ne se détend pas. Les types de capteurs peuvent être variés ; des simples contacts ou micros interrupteurs actionnés par les membranes, ou bien des résistances variables à la pression ou à la déformation, des capteurs potentiomètriques, des transmetteurs à variation de reluctance du type transformation variable, des détecteur à variation de capacité, tous moyens capables de détecter une distance d'un point fixe à un point mobile. Le croix est fait selon la précision recherchée, le cût, selon que l'on recnerche a- inul- catins simoi-s ; ionter, descendre et l!!orizontale OJ sien te combien il faut monter ou descendre.Pour ce faire on associe es voyants lumineux à ces capteurs ou bien on utilise les dif- férences des courants par l'intermédiaire d'un pont de Weatstone ou tout autre circuit électronique ou intégré pouvant actionneur un galvanomètre à point milieu. Ces deux systèmes oe lecture déjà décrits dans la demande principale ne sont donnés qu'à titre indicatifs et peuvent être remplacé par des signaux sonors, afficnage ,relais etc... En utilisant les différences aes courants provoquées par les membranes l'appareil a l'avantage d'être insensible aux petites variations du volume du liquide employé car elles s'annulent.L'ensemble de ces systèmes peuvent être adapt à des automatismes et machines aiverses. Les dessins annexés, à titre d'exemples, illustrent quelques modes de réalisations. Tel qu'il est représenté à figure 1 plan cne 1/3 ce niveau comporte un tuyau (1) aboutissant à chaque ex- trié. tés dans deux réservoirs très plats (4) contenus dans deux enceintes A et B. Les membranes tendues (5) maintiennent le tuyau (1) et réservoirs (4) remplis de liquide et de préférence du mercure (2). IJn système de tarage (24) règle le volume apparent Ûu liquide contenu dans le circuit, les mouvements supérieurs des membranes (5) sont limités par une sorte de voûte (-5).L'espace (26) entre la membrane (5) et la voûte (25) est en communication avec un autre réservoir(26 dis) contenant un liquide et rendu étanche par une membrane (27). Dans ce cas le tuyau (1) est rempli de mercure et les membranes (27) ne craignent pas les fortes pressions et ne risquent pas de détériorer les capteurs. (2R) est un film semi conducteur déposé sur les membranes(27) selon les principes des jauges de contrainte. La valeur des courants entre les bornes (29) de chaque cellule (27 et 28) varIe avec les pres- sions ou déformations. Ces courants sont amenés à un poste élec tonique central ( > 0) par qes conducteurs (23) le tout proté,é par r autre tuyau(1 bis).Ce central électronique comporte différents circuitss qui ont pour fonction @@@ @@@@@@@@@@@@@@ @@@@ @@@@@@ des courants, ces différences pilotent des interrupteurs électrcniques ayant dans leurs circuits des voyants lumineux qui permettent de savoir par le voyant (20) s'il faut monter, par le voyant (19) s'il faut descendre et l'horizontalité par le voyant (31). Ces circuits sont connus et ne sont pas détaillés. (28 bis) raccord, (33) fermeture, (21) interrupteur, ( > 2) sorte de piston avec joints toriques formant la voûte (25), le réservoir (26 bis) et suportant les membranes (5) et (27), le semi-conducteur (28) et les bornes (29). La source de courant se trouve en arrière du tarage (24) et n'est pas représenté. Les fonctionnements sont semblables à ceux décrits dans la demande principale avec en plus le voyant (31) qui indique que les deux courants provenant des cellules sont égaux et donc l'horizontalité. Tel que défini cidessus, la première membrane (5) est légèrement tendue et la membrane (27) est tendue. Cet exemple peut subir quelques variantes comme ci après. La figure 2 planche 2/3 est une illustration du capteur à variation de capacité. La tige (35) actionné par la membrane (5) commande les àëux armatures (34) d'un condensateur. La figure 3 planche 2/3 est une illustration d'un capteur potentiomètrique. Lavmembrane (5) pousse le liquide (26) qui actionne le piston (36) relié au potentiomètre (27) et (38). La figure 4 planche 2/3 est une illustration d'un capteur à variation de résistance par écrasement de certaine matière tel que du charbon où la membrane (5) comprime le charbon (39) ou autre systèmes piezzo-électriques connus. La figure 5 planche 2/3 est une illustration d'un capteur à jauge de contrainte où le liquide (26) comprimé par la membrane (5) comprimé à son tour la jauge de contrainte (40). Ce type de jauge est connu et commercialisé et peut être branché directement sur la colonne (2), dans ce cas on peut garder ou suprimer la membrane (5). En la suprimant on perd son effet tétanique. Ces variantes ne sont données qu'titre indicatif. n effet ces capteurs peuvent etre commandés par une deuxième me-.bra- ne (comme 27 planche 1/3 ) de mème cette autre membrane (27) peut comprimer un liquide pouvant mettre en mouvement un: piston ou une jauge de contrainte. Ce dernier liquide peut être plus léger que le premier et une troisième membrane plus fine, peu tendue, de diamètre inférieur ou supérieur à la membrane (27) maintient cette autre étanchéité et voit ses mouvements amplifiés ou atténués et actionne divers capteurs, il en est de meme pour la deuxième membrane. La figure 8 planche 3/3 illustre le schéma électrique à'un niveau utilisant un galvanometre A point milieu comme système de lecture. Les cellules (41) sont intégrées dans un circuit électronique du genre pont de Weatstone qui permet de comparer. les deux courants et doun galvanomètre (43) à point milieu qui mesure la valeur de la différence et le sens de ce courant. La figure 7 planche 3/3 est une variante de la figure ss ou le galvanomètre est remplace par un affichage digital (42) afin de permettre un meilleur résistance aux chocs de l'appareil. La figure 6 planche 3/3 est une variante des figure 7 et 8 ou les voyants (19,20,31) r-emplacent le galvanomètre ou l'af fichage (lai) Dans ce cas les voyants indiquent de monter de descendre et l'horizontal correspant à l'égalité des courants. Ces différents circuits électroniques donnés à titre indicatif ne sont pas détaillés et sont largement connus et employés. On les rencontre dans des contrdleurs universels, dans des canaci- mètre avec galvanomètre ou avec affichage digital, dans les interrupteurs électronique. Selon une autre réalisation et en se basant sur la figure 1 planche 1/3, les espaces (26 et 26bis) compris entre les mem br nes (5) t (27) ne sont pas remplis d'un lIquide mais c'air. ette formule permet à la membrane (27), qui peut être en posée tion verticale, d'actionner un contact électrique ou tout autre capteur sur chacune de ses faces. Il est possible d'adopter une ou deux membranes de ce type avec chacune deux capteurs et par a?pareil. La face ne fermant pas l'espace compris entre les mem brunes (26 et 26bis) peut être aussi close par ne voûte et em @@@@@@rant un volume d'air égal au premier. Selon une autre réalisation et d'après la figure 1 planche 1/3, l'enceinte A est posée au sol et la recherche des points sel n une horizontalité se fait avec l'enceinte B . Pour se faire l'espace au dessus de la membrane (27A) est clos et comprimé afin de compenser la pression due aux différences de niveaux en tre A et 3. Jette compression peut etre provoqué par un piston actionné par une vis à la main ou par un moteur, ou par un micro compresseur commandé à partir de l'enceinte B. Ce système de cm- pression de embrare ç-- être effectuée par un ressort dont la tensinn est réglée par une vis et tout autre moyen ayant les mêmes effets. Les capteurs et les membranes sont divers et décrits ci aessus. TS modes de réalisations décrits ci-dessus à titre d'exemple sont suceptibles fie recevoir de multiples modifications tant dans les circuits électroniques, dans les composants et @@e de lecture sans sortir du cadre de l'invention tel que dé tÉr. par les revendications. REVENDICATIONS 1) Niveau avec contrôle electrique caractérisé par le fait que selon les revendications de la amande de brevet principal n 79/ 23 276 les membranes sont tendues. Cette tensisn permet aux membranes de ne pas subir l'action du liquide selon le prin- zipe des vases communiquants mais d'être aeux membranes antazo- nistes elles par une colonne de liquide, du mercure de préfé- rence et d'agir a' tout moment sur ce liquide. Les effets mécaniques de ces membranes antagonistes peuvent être comparés à ceux d'un équipage mobile de galvanomètre (deux ressorts, un axe, une aiguille, une bobine).Expérience : uneune colonne de mercure d'un millimètre de diamètre et longue de vingt mètres contenue dans un tuyau ne voit ses niveaux tenter de se rétablir â la manière des vases communiquants que très lentement et avec parfois un arrêt du liquide à plusieurs centimètres entre les deux niveaux. nn associant ce meme tuyau à deux réservoirs redus étanches par deux membranes tendues, cela permet presque d'annuler l'inertie du liquide et d'apporter une grande précision au niveau des mem- branles qui peut être de quelques microns. La rapidité des effets mécaniques des membranes tendues sur la colonne du liquide préaomine et prévoit devant la lenteur et l'imprécision nes bembra- les actionnées par le liquide selon le principe des vases cscwu- niquants. Les membranes en caoutcnouc tendu peuvent être rempiacées par des moyens ayant les memes effets. 2) Niveau avec contrôle électrique caractérisé par le fait que selon la revendication 1, les mouvements aes membranes se trouvent limités par les fonds des réservoirs peu profonds et en parties supérieures par des sortes ;e voûtes afin d'éviter tout éclatement des membrane ou leurs déformations. 3) Niveau avec contrôle électrique caractérisé par le fait que selon les revendications 1 et 2 les espaces supérieurs et limités des membranes sont chacun en communication avec un autre réservoir et remplis de liquide et renaus étanches par une autre membrane. La première membrane subit le chocs, les pressions, les déformations et limite les mouvements du liquide cortenu dans la colonne. La deuxième membrane ne peut pas suoir les chocs, les pressions, les déformations et peut actionner aes capteurs divers sans risque de les détériorer. La première membrane peut être faiblement tendue et la seconde tendue d'avantage ou inversement. 4) Niveau avec contrôle électrique caractérisé par le fait que selon la revendication 3 la seconde membrane peut être dimensions inférieures ou supérieures afin d'atténuer ou d'amplifier ces mouvements. Dans ce cas le liquide de la colonne aoit avoir une densité plus grange que celui utilisé entre les deux membranes. 5) Niveau avec contrôle élec-trique caractérisé par le fait que selon la revendication 3, la deuxième membrane comprime elle même un autre liquide pouvant agir à son tour sur une Jauges de contrainte, du type commercialisé par exemple. La première membrane limite les mouvements du liquide, la seconde joue le rôle mécanique sur les fluides. 6) Niveau avec contrôle électrique caractérisé par le fait que selon l'une quelconque des revendications le système de tarage comporte un cylindre en comnnur.icatior avec la colonne au ql3ide, d'un piston actionné par une vis. 7) Niveau avec contre électrique caractérisé par le fait oue selon les revendications 3 et 5 le liquide contenu dans la partie supérieure de 1a première membrane ou le liquide conte nu dans partie supérieure de la seconde membrane actionne à son tour un piston relié à un système de mesure. 8) Niveau avec contrôle électrique caractérisé par le fait ose se on la revendication 3 de la demande du brevet principal et les revendications 1,2,3,4,5,7 les résistances variables aux FreFsiens sont des des films sen:I-conducteursqui subissent oes dé- formations par les membranes à la manière des jauges de contrainte , des jauges de contrainte du type commercialisé et pouvant être branché sur le liquide de la colonne principale ou sur le liquide contenu au dessus de3a premiere membrane, des capteurs potentiomètriques, des transmetteurs à variation de capacité et tous moyens de capter une distance d'un point fixe à un point mobile. Les petites variations du volume du liquide dans ces cas s'annulent. 9) Niveau avec contrôle électrique caractérisé par le fait que selon la revendication 8 et la revendication 5 du brevet principal les différences de courants traversant les capteurs sont mesurées par des circuits électriques ou électroniques connus et utilisés dans les controleurs universels, les capacime- tres etc... Les moyens de ie~ttrn sont du type galvanomètre à point milieu, affichage, X permettant de savoir où et à combe se trouve l'horizontalité. 10) Niveau avec contrôle électrique caractérisé par le fait que selon la revendication 9 , les différences de courant actipn- nent des intérrupteurs électroniques qui ouvrent ou ferment des circuits é-lectriques sur des voyants lumineux qui indiquent de monter d descendre et l'norizontalité. 11) Niveau avec contrôle électrique caractérisé par le -fait que selon l'une quelconque des revendications, ce type d'appareil peut être adapté à des machines et des automatismes. 12) Niveau à contrôle électrique caractérisé par le fait que selon l'une quelconque des revendications l'espace compris entre les deux membranes d'une meme extrémité est rempli d'air. La membrane supérieure actionne deux capteurs d'un type divers. L'espace supérieur de cette membrane est clos par une voûte emprisonnant un volume d'air égal au premier. Cette membrane peut être disposée verticalement. 13) Niveau à contrôle électrique caractérisé 2-ar le fait ue selon l'une quelconque des revendications 'une es extre mités de l'appareil reste posée au sol et l'autre sert à la recherche ae différents horizontalités. Pour se faire l'espace supérieur de la membrane détectée du bloc posé au sol est clos et subit une compressian égal à la pression provoqué par la différence de Niveau entre les deux extrémités. Ce moyen de collprés- scn peut provenir d'un piston actionné par une vis actionnée à la main ou par un moteur, d'un mini-compresseur tous deux comtancés à partir du bloc servant à la recherche des niveaux. Ce moyen de compression peut être provoqué par un ressort règlage par une vis et tout autre moyen ayant les mêmes effets.