Brevet FR2520107A1 — publié le 19830722

Sonde de détermination du niveau de gaz liquides La présente invention se rapporte à une sonde de détermination du niveau de gaz liquides, com- me de l'azote liquide ou de l'oxygène liquide,dans laquelle le signal électrique indiquant le niveau du liquide est formé au moyen d'une résistance qui varie en fonction de la température L'invention se rapporte en outre à un système de sondes formé de plusieurs sondes. On connaît des sondes pour la détermina- tion du niveau de gaz liquides ' On utilise à cet ef- fet Aen règle généraldes semiconducteurs, des con- ducteurs à coefficientde température négatif, des conducteurs à coefficient de température posisitf ou des diodes sensibles à la température. Le domaine d'application de sondes de ce type est par exemple la détermination du niveau de gaz liquidcsdans des pièges d'épuration de gazqqui sont utilisés par exemple dans le circuit de gaz de champs d'essaismétallographiques:Le signal électrique obtenu au moyen de la sonde peut servir, notamment quand on utilise plusieurs sondes,de grandeur d'entrée pour commander l'amenée de liqui- de. La détermination univoque du niveau du liqui- de présente cependant des difficultés car la tempé- rature du gaz directement au-dessus de la surface li- bre du gaz liquide est à peine supérieure à la tempé- rature du gaz liquide. L'invention vise donc une sonde de détermi- nation du niveau de gaz liquidesgrâce à laquelle il est possible de déterminer de manière univoque le niveau du gaz liquide. Suivant l'invention, la sonde qui est du type rappelé en tête du présent ménmoire, est caractérisée en ce qu'elle com- porte en plus de la première résistance, qui varie en fonc- tion de la température et qui sert à indiquer le niveau, une autre résistance électrique, qui est séparée galvaniquement de la première résistance et qui est destinée à 1 'application d 'une tension élec- trique, et en ce que les deux résistances sont encapsulées d'une manière hermétiquement étanche par rapport au milieu extérieur. Dans la conception de la sonde suivant 1 ' invention,on fait usage du fait que la sonde dans le gaz liquide se trouve dans un milieu ayant une bon- ne conductivité,tandis que lorsqu'elle se trouve dans le gaz se trouvant au-dessus,elle est dans un milieu de conductivité médiocre Si l'on fournit à la sonde, ce qui peut se faire à partir de la seconderésistance, de l'énergie électrique de l'ordre de grandeur de quel- ques watts au plus, il en résulte, dans le cas o la sonde est immergée dans le liquide, une variation du signal en raison de l'échauffement,qui est plus peti- te que dans le cas o la sonde se trouve en dehors du liquide Car,lorsque la sonde est immergée, l'énergie fournie se dissipe non seulement par la sonde mais éga- lement par le liquide,tandis que,lorsque la sonde se trouve au-dessus du liquide, la dissipation de l'éner- gie fournie s'effectue seulement par l'intermédiaire de la sonde et guère par l'intermédiaire du gaz entou- rant la sonde L'énergie électrique fournie à la sonde entraîne ainsi, dans le cas o le niveau du liquide s'abaisse en-dessous de lasonde, une variation brus- que du signal et donne en conséquence une indication nette que la sonde ne se trouve plus dans le gaz li- quide. Suivant un mode de réalisation avantageux de la sonde,il est prévu comme couple de résistances un 2 x PT 100 L'utilisation d'un 2 x PT 100 dans une gaine commune en acier fin est avantageuse, parce que ce mode de réalisation de la sonde suivant l'invention permet un chauffage de la sonde jusqu'à 400 'C Cela est absolument nécessaire, notamment quand on utili- se la sonde dans des pièges d'épuration de gaz. Est en outre avantageux, un système de son- desdans lequel les sondes,reliées mécaniquement l'une à l'autre de manière rigide,sont disposées avec un tel décalage l'une par rapport à l'autre) que lors- que le système de sondes est disposé verticalement dans un récipient contenant le liquide, la sonde réné- trantle plus bas dans le récipient sert à fournir le si- gnal de remplissage du récipient par du liquide et la sondepénétrant le moins bas dans le récipient sert à fournir le signal pour mettre fin au remplissage du récipient par du liquide Comme les sondes fournissent une détermination univoque du'niveau du liquide,il est possible sans autre difficulté avec le système de son- des de maintenir le niveau du liquide à une valeur prescrite Pour empêcher des dérangements indésirables, il est avantageux,en outre, suivant un perfectionnement du système de sondes,de prévoir deux autres sondes et de les disposer en les décalant par rapport aux deux premières sondesde manière à ce que la première autre sonde prévue pour surveiller le processus de remplissa- ge prenne,lorsque le système de sondesest disposé ver- ticalement, la position la plus basse, et de manière à ce que la seconde autre sonde prévue pour la sur- veillance du processus d'interruption prenne la po- sition la plus haute. Le mode de fonctionnement d'une variante déterminée de la sonde suivant l'invention est dé- crit d'une manière plus détaillée dans la suite,, tandis qu'un mode de réalisation du système de son- desest indiqué schématiquement. Au dessin, donné uniquement à titre d'exem- ple: la figure 1 donne la courbe de la résistance de mesure de la sonde quand elle est utilisée pour de l'azote liquide, la figure 2 donne la courbe du courant élec- trique de la résistance de chauffage de la sonde lors- qu'elle est utilisée pour de l'azote liquide, la figure 3 est un schéma d'un mode de réali- sation d'un système de sonde 5 ayant des étages d'alerte supplémentaires, la figure 4 est un schéma d'un amplificateur de conmutation pour le système de sondes à étages d'aler- te supplémentaires. La courbe de la valeur de la résistance de mesure,,qui est reproduite à la figure l,estla courbe d'une des deux résistances d'un thermomètre à deux résistances 2 x PT 100 (désignation suivant la norme DIJ 4376 C) et conforre au document CEI B-Secrétariat-33 dans une gaine commune en acier fin La longueur de la douille de mesure est de 20 mm, le diamètre de la sonde est de 6 nmm La sonde est utilisée pour déterminer le niveau de l'azote liquide (tempé- rature -1960 C),qui est représenté en hachure à la fi- gure 1. Une tension continue constante de 8 volts est appliquée à la résistance de chauffage de la son- de On obtient ainsi la courbe du courant électrique de chauffage, indiquée à la figure 2. Comme il ressort de la figure 1, la valeur ohmique de la résistance de mesure s'élève, dans le cas o la sonde est immergée dans l'azote liquide sur toute la longueur de la douille de mesure, à 40 ohms (corres- pond à 500 C) Si la sonde se trouve au-dessus de l'azote liquide, à une distance de 2 mm au-dessus de la surface du liquide, la valeur de la valeur ohmique de la résis- tance de mesure est de 85 ohms (correspond à -380 C). A la figure 3 est représenté schématiquement un système de sondes constitué de quatre sondes du ty- pe 2 x PT 100 A chacune des résistances des sondes est appliquée une tension de 8 volts Les conducteurs d'amenée 1 à 5 sont, en fonctionnement, connectés aux bornes 1 à 5 de l'amplificateur de commutation présen- té à la figure 4. L'amplificateur de commutation est constitué de quatre amplificateurs opérationnels p A 741 portant les numéros de référence 1 ' à 4 ' montés suivant le circuit indiqué à la figure 4 Comme grandeur d'entrée on se sert de la caractéristique de résistance de la sonde de mesure suivant le graphique de la figure 1, qui est introduite dans une branche du montage en pont d'entrée Le point de fonctionnement de 60 ohms est réglé avec le potentiomètre 5 K La compensation du décalage s'effectue avec le potentiomètre 10 K On ob- tient le passage brusque de l'étage à transistor et donc l'alimentation du relais par une diode Zener montée en direction inverse Les contacts du relais peuvent être utilisés pour n'importe quel montage, Par exemple en tant que dispositif d'indication à quatre points du niveau de remplissage du récipient et en tant que con- tacts d'entrée pour une commande pouvant être programmée librement, comme dans le cas d'utilisation présent. Quand le système de sondes représenté à la figure 3 fonctionne sans dérangement, le niveau du liquide oscille entre les positions des deux sondes intermédiaires "plein" et "remplissage" (cf figure 3). Les deux autres sondes servent d'indication d'alerte en cas de débordement et lorsque le récipient est vide. REVENDICATIONS 1 Sonde de détermination du niveau de gaz liquides,comme del'azote liquide ou de l'oxygène li- quidedans laquelle le signal électrique indiquant le niveau du liquide est formé au moyen d'une résis- tance qui varie en fonction-de la température, carac- térisée en ce que la sonde comporte, en plus de la première résistance qui varie en fonction de la température et qui sert à indiquer le niveau, une autre résistance électrique,qui est séparée galvani- quement de la première résistance et qui est destinée a l'application d'une tension électrique, et en ce que les deux résistances sont encapsulées d'une manière hermétiquement étanche par rapport au bilieu extérieur 2 Sonde suivant la revendication 1, carac- térisée en ce qu'il est prévu comme couple résistant un 2 x PT 100. 3 Sonde suivant la revendication 1, carac- térisée en ce qu'il est prévu comme couple résistant un 2 x PT 100 dans une gaine commune en acier fin. 4 Système de sondesconstitué de sondes suivant les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les sondesreliées mécaniquement l'une à l'autre de manière rigide, sont disposées avec un décalage entre elles qui est tel que lorsque le système de sondes est disposé verticalement dans un 252010 ? récipient contenant le liquide, la sonde engagée le plus bas dans le récipient sert à fournir le signal pour le remplissage du récipientavec du liquide et la son- de engagée le moins bas dans le récipient sert à four- nir le signal pour mettre fin au remplissage du réci- pient en liquide. Système de sonde selon la revendication 4, caractérisé en ce que deux autres sondes sont pré- vues et sont disposées avec un décalage tel par rapport auxdeux premières sondes que la pre- mière autre sonde prévue pour surveiller le processus de remplissage prenne,lorsque le système de sondes est disposé verticalement, la position la plus basse, et que la seconde autre sonde prévue pour la surveillance du processus d'interruption prenne la position la plus élevée.