Brevet FR2548361A1 — publié le 19850104

Système de mesure de niveau d'un fluide contenu dans un réservoir. La présente invention concerne un système de mesure de niveau d'un fluide contenu dans un réservoir, et plus particulièrement d'un liquide. Elle concerne également la mesure de volume de liquide contenu dans le réservoir, des moyens étant prévus pour convertir la mesure de hauteur en une mesure de volume. Lors de la vidange ou du remplissage d'un réservoir, notamment d'un réservoir d'hydrocarbures, il est nécessaire de procéder à la mesure du niveau de liquide contenu dans ledit réservoir. Cette mesure est parfois nécessaire même en l'absence d'un remplissage ou d'une vidange, afin de connaitre la quantité de liquide disponible et gérer, en conséquence, l'état du stock. Les systèmes de mesure actuellement utilisés comportent des flotteurs, des jauges mécaniques, c'est-à-dire en fait des règles graduées, des rubans aradués qui, tous, mettent en oeuvre un mouvement une pièce mécanique. Ces systèmes donnent satisfaction lorsqu'on se satisfait d'une mesure approximative. Par contre, si l'on souhaite une mesure très precise du contenu du réservoir, alors il faut avoir recours à d'autres moyens qui sont très complexes. La présente invention a pour but un système de mesure qui soit à la fois très précis, ne comportant pas de pièce mécanique en mouvement et qui permette l'affichage sur place ou à distance de la valeur de la mesure. Le système selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux condensateurs plongés au moins en partie dans ledit liquide, un desdits condensateurs étant tubulaire et de mesure, le liquide étant susceptible de se déplacer entre les armatures dudit condensateur de mesure, tandis que l'autre condensateur est étanche audit liquide et servant de référence, et des moyens de mesure de la variation de capacité du condensateur de mesure par suite de la variation du di électrique provoquée par le déplacement du liquide entre les armatures, ladite mesure étant faite par rapport à la capacité du condensateur de référence. Un avantage de la présente invention réside dans le fait qu'une conversion en volume est facilement réalisable. En outre, on peut effectuer un barême de jaugeage avec une grande rapidité et une très bonne précision. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe du système de mesure selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est une représentation synoptique des circuits électriques associés au systeme repré senté sur la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective d'un pupitre de commande. Le système selon l'invention comprend un capteur capacitif représenté sur la figure 1 et les circuits électroniaues associés audit capteur ffiaure 2). Le capteur caDacitif comprend un condensateur de référence 1 et un condensateur de mesure 2. Le condensateur de référence 1 comporte un tube creux 3 constituant une première armature externe et une tige 4 constituant une deuxième armature interne et isolée par une gaine 5, ladite tige 4 étant coaxiale au tube 3. Aux deux extrémités supérieure et inférieure du tube 3 sont montées deux pièces d'obturation respectivement 6, 7 munies chacune d'un joint d'étanchéité 8. Les extrémités de la tige 4 sont positionnées dans le tube 3 au moyen de pièces de positionnement 9 logées dans un évidement ménagé à cet effet dans les pièces d'obturation 6 et 7. Des joints d'étanchéité 10 sont interposés entre les pièces de positionnement 9 et les pièces d'obturation 6 et 7. Le diélectrique de ce condensateur de référence 1 est constitué par l'air emprisonné entre les armatures 3 et 4. I1 est à noter que pour que le condensateur 1 serve de référence, il est nécessaire qu'il soit bien isolé de l'extérieur afin qu'aucun produit ou autre particule étrangère susceptible de modifier son diélectrique ne puisse pénétrer entre lesdites armatures. Le condensateur de mesure 2 est disposé à côté du condensateur de référence 1 et présente une structure quasi-identique au condensateur de référence 1, la différence résidant dans le fait que le condensateur de mesure 2 comprend deux ouvertures ménagées dans le tube 3', l'une 11 étant située à la partie supérieure dudit tube 3' tandis que l'autre 12 est située à la partie inférieure du tube 3', les orifices 11 et 12 etant situés entre les pièces de positionnement 9. Etant donné la quasi-similitude structurelle des deux condensateurs 1 et 2, on ne décrira pas le condensateur de mesure 2 dans le détail, les mêmes éléments portant les mêmes références avec un prime pour le condensateur de mesure 2. Les orifices 11 et 12 assu- rent le passage du produit à mesurer entre les arinatu- res 3' et 4', ce qui entraîne une variation du diélec- trique du condensateur 2, ce qui se traduit par une variation de la capacité. L'ensemble des deux condensateurs 1 et 2 est introduit dans une enveloppe de protection 13 contre des chocs éventuels susceptibles de se produire lors de l'introduction et du positionnement du système de mesure dans une cuve non représentée et dont on veut mesurer la hauteur ou le volume de liquide contenu dans ladite cuve. Deux brides 14 et 15 avec interposition d'un joint 16 permettent la mise en place et l'étanchéité du système dans la cuve. Le système de mesure comprend. également un boîtier 17 coiffant la partie supérieure des condensa- teurs 1 et 2 et de l'enveloppe 13. Une bride de guidage 18 assure un positionnerpent correct de l'ensemble par rapport au boîtier 17, la fixation de la bride 18 sur le boîtier étant assurée par des vis f, Le boîtier 17 est fermé par un couvercle 20, l' & anchéi- té étant assurée par un joint 21. Des circuits électroniques 22 et 23 sont disposés dans le boîtier 17, et reliés entre eux par un câble multiconducteur non représenté mais bien connu des spécialistes. Ces circuits électroniques convertissent la variation de capacité différentielle en une porte de mesure, et comprennent essentiellement un oscillateur compensé en température, dont la fréquence varie avec le condensateur de mesure 2 en contact avec le liquide de la cuve, un oscillateur de référence compensé en température, dont la fréquence varie avec le condensateur de référence étanche 1, un diviseur de la fréquence de mesure, un diviseur de la fréquence de référence comprennent une remise à zéro spéciale à logique C/MOS, la fréquence divisée de référence étant mise en phase avec celle de mesure et un mélangeur des deux fréquences divisées. Le circuit principal 22, représenté sur la figure 2, relié électriquement aux armatures des condensateurs 1 et 2 par des écrous 24 et une vis 25, tandis que le circuit 23 qui est un circuit de raccordement extérieur comprend un élément 26 sur lequel sont prévues des bornes de raccordement électrque. Des joints d'étanchéité 27, 28 et 29 sont montés dans le boîtier 17 de manière à assurer une isolation totale de la partie électronique du systeme. Enfin, un presse-étoupe 30 est prévu pour le passage d'un câble31 allant vers un pupitre de lecture à distance. Le circuit électronique 22, est alimenté en tension à partir d'une source de tension 32 de 8 volts, le pôle négatif de la source étant relié à la masse. Deux diodes 33 et 34 et une capacité 35 assurent une protection de la partie aval dudit circuit. Un régulateur en tension 36 monté entre le pôle positif de la source 32 et la masse assure une régulation en tension très précise de l'ensemble des composants afin d'éviter toute dérive. Une diode 37 et une capacité 38 assurent également une protection tandis que deux filtres à self-condensateur 39 et 40 évitent tout risque de transitoire sur la ligne d'alimentation de deux circuits oscillateurs 41 et 42 respectivement et, de ce fait, toute possibilité de synchronisation parasite des deux oscillateurs entre eux.Le circuit ost cillateur 41 est raccordé par son entrée négative E (-) au condensateur de mesure 2, matérialisé sur la figure 2 par une capacité référencée 2 tandis que le circuit oscillateur 42 est raccordé par son entrée négative E(-jau condensateur de référence 1 qui est matérialisé de façon analogue par une capacité réfé rencée 1. Les composants et principalement des résistances R1 à R14 des circuits oscillateurs 41 et 42 sont choisis de façon que la fréquence de l'oscillateur 42 soit supérieure à celle de l'oscillateur 41. Chaque oscillateur 41 et 42 est également choisi de façon à rendre négligeable l'influence de l'impédance d'entrée sur la capacité à mesurer. Préalablement à la description du circuit électronique décrit précédemment, il y a lieu de préciser que la hauteur de liquide est mesurée par mesure différentielle de la capacité du condensateur de mesure 2 par modification de son diélectrique due au remplissage de l'espace entre ses armatures par le liquide s'introduisant à travers l'orifice inférieur 12. La variation de capacité du condensateur de mesure est comparée à la capacité fixe du condensateur de référence étanche 1, ce qui permet de s'affranchir de la température du liquide. Ce sont les circuits elentrnniaues du comDartirent 17 aui convertissent la variation de capacité différentielle en une porte de mesure, envoyée comme cela sera décrit Dlus loin à un pupitre fixe ou a une valise portable. Ceci étant précisé, le fonctionnement du circuit de la figure 2 est le suivant Au départ, la sortie S de l'oscillateiir 41 est au potentiel de 5 volts et l'entrée E (+) au potentiel R1 R2 +R7 + R13 VE (+)=5 R1 R2 + 2R7 + 2R13 Le condensateur 2 se charge à travers les résistances R1 + R13 + R9. lorsque le potentiel de l'entrée E (-) atteint celui de l'entrée E (+), la sortie S bascule à 5 V. L'entrée E (+) descend alors au potentiel de : V (E+) = 5 x 2 R7 + R1 R2 Le condensateur 2 se décharge alors à travers les résistances Rîl et R9.Lorsque le potentiel de l'entrée E (-) descend en-dessous de celui de l'entrée E (+), la sortie bascule à 5 V et le cycle se poursuit. L'écart entre les deux valeurs de potentiel sur l'entrée E (+) forme un hystérésis qui détermine l'amplitude des variations de E (-) nécessaires- a l'entretien des basculements successifs. C'est donc une fraction de la charge ou de la décharge du condensateur 2, égale à cette amplitude, qui provoquera les basculements. Donc, cet hystérésis, déterminé par le rapport des valeurs R7, R13, par rapport à celle de R1, R2 agira sur la fréquence dans un rapport égal à celui de la tension d'hystérésis sur la tension d'alimentation. Dans le circuit est introduite une diode DI, en parallèle sur R9. Cette diode, dont la barrière de potentiel varie de 2,1 'aV/CC, est utilisée pour compenser l'oscillateur en température. Quand D1 est conductrice, clest-à-dire lorsque la sortie est à O V, elle correspond à une résistance sensible à la température en parallèle sur R9. Le rapport de R9 à R11 est choisi de telle façon que l'action de D1 compense exactement la dérive en température due à l'oscillateur 41. La sortie de l'oscillateur 41 est reliée à un circuit 43, au travers de la résistance R4 qui sert à adapter l'impédance de l'oscillateur IC1. I1 en est de même pour le circuit oscillateur de référence 42 qui comprend une diode D2 pour la compensation en température et qui est relié à un circuit 44 à travers la résistance R8. Les circuits 43 et 44 sont alimentés à partir de la ligne référencée A. Les fréquences de mesure F2 et de référence F1 délivrées des oscillateurs 41 et 42 respectivement sont ensuite divisées par les circuits 43, 44, et 45 équivalents qui donnent, en sortie, des signaux divisés MES et REF qui sont ensuite intégrés. La première montée du signal issu du diviseur de F1 provoque la remise à zéro du flip/flop 46 (Q passe à l'état 1), ce qui ramène à zéro le diviseur de F1 (44, 45) lui-même. Le sianal REF n'apparaît donc que sous la forme d'une courte impulsion et le fliD/flop 46 reste à l'état de repos (Q = 1). Puis, comme le diviseur du signal F2 (43, 45) fonctionne en permanence, la première montée du signal MES inverse le flip/flop 46 (Q passe à l'état zéro) ; cela libère le diviseur de F1 qui commence à diviser, avec un retard maximum par rapport à la montée du signal MES, égal à une période de Fl, c'est à-dire un temps très inférieur à la valeur de la plus petite variation mesurée. Quand la division de F1 est complète (forcément avant celle de F2 car la fréquence de F1 est supérieure à celle de F2), le signal REF monte. Cela inverse de nouveau le flip/flop, (Q passe à 1), et a pour effet la remise à zéro du diviseur de "F1" lui-même.Ensuite, à la fin de la division de F? le signal MES retombera aussi à zéro. Or ces deux divisions ont commancé en meme temps (à la montée du signal MES), donc entre l'arrêt de celle du signal REF (la plus courte), et l'arrêt de celle du signal MES (la plus longue), on a bien la différence de temps entre les deux, et donc une mesure proportionnelle à la différence de capacité entre les condensateurs C1 et C2. Les deux fréquences divisées sont mélangées par un mélangeur à diodes D3 et D4 qui produit une porte de mesure proportionnelle à la hauteur de liquide plus une valeur de repos constante correspondant à la valeur résiduelle de capacité différentielle en l'absence de liquide, ladite constante étant déduite de la mesure par un microprocesseur du pupitre. Le signalREF n'est qu'une courte impulsion, mais son apparition provoque l'inversion du flip/ flop 46 (Q à 1). Donc la porte de mesure sera validée depuis la remise à zéro du flip/flop 46 jusqu'à la retombée du signal MES, d'où : porte = Q . MES. Un transistor 47 inverse la porte et ce signal est ensuite adressé à un pupitre de commande représenté sur la figure 3, qui comparant à une valeur fixe, détermine la hauteur réelle du produit dans la cuve dans laquelle est introduit le système de mesure selon l'invention. Afin d'assurer la liaison électrique entre le système de mesure et le pupitre en évitant tout risque d'explosion dans la zone dangereuse, des barrières zener bien connues sont installées pour éviter toute surtension ou surintensité au niveau du système. Chaque conducteur de liaison est protégé par une barrière, ce qui nécessite l'emploi de deux barrières par condensateur ; il y a ainsi deux conducteurs de liaison : un pour l'alimentation, et un pour la mesure. Le pupitre 48 généralement installé dans le local technique de l'utilisateur est pourvu : d'une face avant49 qui rassemble les éléments suivants - un clavier 50 de 8 touches, ce qui permet de brancher huit cuves différentes dont on veut mesurer la hauteur de liquide, - un afficheur à cristaux liquides 51 de 6 chiffres dont le premier indique le numéro de la cuve et les suivants, a hauteur en mm de liquide, contenu dans cette dernière, ou le volume réel contenu, - un interrupteur 52 permet le choix entre l'affichage de hauteur ou de volume, - un interrupteur 53 à clé permet, avec le clavier, la programmation d'alarme basse pour chaque cuve, - une sortie au standard informatique 54 canal RS 232 permet le raccordement à tout système de gestion ou ligne téléphonique pour interrogation à distance par modem, - une carte alimentation 55 réunissant batterie de sauvegarde, et les interfaces capteurs et les raccordements, - une carte-mère 56 comportant le microprocesseur ainsi que la mémoire programme gérant l'ensemble du système. Il ne sera pas donné une description détaillée deartes d'alimentation 55 et mère 56 car leur structure est à la portée de l'homme de l'art, pour l'ex- ploitation des différents signaux délivrés par les condensateurs 1 et 2 du système de mesure, leur affichage sur ledit pupitre. I1 suffit d'indiquer que la carte-mère comporte un microprocesseur avec une mémoire programme, un circuit faisant l'orientation information/adresse pour la mémoire prgramme qui contient les éléments nécessaires à la conversion hauteur en volume. Ainsi le système de mesure selon l'invention associé au pupitre 48 permet donc une lecture à distance de la hauteur de produit contenu dans une cuve, mais aussi le volume réel correspondant dudit produit. I1 faut noter que la précision du système de mesure permet une corrélation en temps réel avec le volume de produit contenu dans la cuve. Cette particularité très intéressante du système selon l'invention peut être mise à profit pour donner satisfaction à un plus grand nombre d'utilisateurs. En effet, la description du système donnée ci-dessus est faite en référence à une installation fixe et pour la mesure de hauteur du liquide de plusieurs cuves, le pupitre 48 pouvant recevoir et traiter les signaux provenant de huit cuves différentes. Bien évidemment, un exploitant de produits pétroliers, tel qu'un pompiste, ne possédant qu'une ou deux cuves, ne saurait être intéressé par une installation fixe du système complet qui nécessiterait un investissement relativement important. Pourtant, les produits pétroliers devenant de plus en plus coûteux, il convient de gérer leur stockage de façon rationnelle afin de compenser autant que faire se peut les fluctuations des prix. Aussi, pour donner satisfaction à ces petits exploitants, on a réalisé le pupitre 48 sous la forme d'une valise portable qui permet de se déplacer chez un client et de mesurer, avec le système de mesure selon l'invention, la hauteur et/ou le volume du produit contenu dans sa ou ses cuves. La valise portable et/ou le pupitre 48 sont associés à une imprimante qui permet d'éditer un document susceptible d'être archivé par le client. REVENDICATIONS 1. Système de mesure de niveau de liquide contenu dans un réservoir, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux condensateurs (1, 2) plongés au moins en partie dans ledit liquide, un desdits condensateurs (2) étant tubulaire et de mesure, le liquide étant susceptible de se déplacer entre les armatures dudit condensateur de mesure (2), tandis que l'autre condensateur (1) est étanche audit liquide et servant de référence et des moyens (22, 23 de mesure de la variation de capacité du condensateur de mesure par suite de la variation du diélectrique provoquée par le déplacement du liquide entre les armatures, ladite mesure étant faite par rapport à la capacité du condensateur de référence. 2. Système de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux condensateurs (1) et (2) sont tubulaires et constitués chacun par deux armatures (3, 4, 3', 4') coaxiales. 3. Système de mesure selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le condensateur de mesure (2) comprend des orifices (11, 12) ménagés dans l'armature externe pour l'introduction du liquide entre lesdites armatures. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mésure sont constitués par un circuit électronique (22, 23) disposé de façon étanche dans un boîtier (17) coiffant les extrémités supérieures des condensateurs de référence (1) de mesure (2), ledit circuit étant relié électriquement auxdits condensateurs. 5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les deux condensateurs (1) et (2) sont disposés dans une enveloppe de protection (13). 6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque condensateur comprend des moyens de guidage et de positionnement (8, 9) de l'armature interne (4, 4') par rapport à l'armature externe (3, 3'), lesdits moyens étant prévus aux deux extrémités du condensateur. 7. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que les orifices (11, 12) sont ménagés dans l'armature externe (4') entre les moyens de guidage et de positionnement (8, 9). 8. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les circuits électriques comprennent au moins un oscillateur (41) compensé en température, dont la fréquence varie avec le condensateur de mesure (2), un oscillateur de référence (42) compensé en température et dont la fréquence varie avec le condensateur de référence étanche (1), un diviseur (43, 45) de la fréquence de mesure, un diviseur (44, 45) de la fréquence de référence, et un mélangeur (D3, D4) des fréquences divisées apte à produire une mesure proportionnelle à la hauteur de liquide. 9. Système de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mesure sont reliés à un pupitre (48) de commande comportant des movens convertissant la hauteur de liquide mesurée en volume correspondant. 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le pupitre (48) est réalisé sous la forme d'une valise portable. 11. Système selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le pupitre (48) est associé à une imprimante.