Brevet FR2573528A1 — publié le 19860523

PROCEDE DE MESURE DU NIVEAU D'UN PRODUIT CONTENU DANS UN SILO ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE La présente invention concerne un procédé de mesure du niveau d'un produit contenu dans un silo au moyen d'une sonde mobile, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Pour mesurer le niveau d'un produit pulvérulent, granulaire, pâteux ou liquide dans un silo de grande hauteur, on utilise couramment une sonde ou un palpeur qui est fixé à l'extrémité d'un câble ou d'un ruban et que l'on fait des cendre à l'intérieur du silo jusqu'à ce qu'il se pose à la surface du -produit Le niveau du produit est déterminé à partir de la longueur de ruban qui a été déroulée, par exemple par une mesure de la rotation du treuil sur lequel est enroulé le ruban. En général, la mesure s'effectue automatiquement et en continu par une répétition des cycles de montée et de descente du palpeur. Cependant, ce procédé présente un inconvénient majeur, du fait que le palpeur peut être parfois recouvert par le produit. C'est le cas notamment lorsque le palpeur est abaissé pendant le remplissage du silo ou lorsqu'il s'appuie sur une surface concave d'un produit granulaire ou pulvérulent qui s'éboule sur le palpeur, par exemple lorsque l'on soutire du produit. Le câble ou le ruban de suspension du palpeur doit donc supporter des tractions considérables, de même que son treuil. Malgré tout, les palpeurs sont fréquemment arrachés par des avalanches du produit.Par conséquent, la présente invention a pour but de fournir un procédé de mesure du niveau d'un produit minéral ou végétal contenu dans un silo, particulièrement un silo de grande hauteur, au moyen d'une sonde qui n'entre pas en contact avec le produit et qui ne risque donc pas d'être arrachée ou endommagée par le produit. Dans ce but, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on utilise une sonde comportant un émetteur directionnel et un détecteur agencé pour détecter les émissions envoyées par le produit se trouvant sensiblement -au même niveau que la sonde et pour fournir un signal de détection correspondant à la présence du produit à ce niveau, en ce qu'on fait circuler la sonde dans un tube vertical solidaire du silo, et en ce que l'on mesure le niveau de la sonde par rapport à un niveau de référence au moment où le signal de détection apparaît ou disparaît. Selon une forme de réalisation préférée, L'émetteur utilisé dans la sonde émet un faisceau de rayonnement gamma. De préférence, le faisceau de rayons gamma est dirigé au-dessus de l'horizontale, afin d'éviter que le rayonnement soit diffusé par le produit se trouvant au-dessous de la sonde quand celle-ci se trouve plus haut que la surface du produit. Le dispositif de mesure pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un tube vertical de guidage solidaire du silo, une sonde coulissant dans ce tube et comportant un émetteur directionnel orienté vers l'intérieur du silo, et un détecteur directionnel agencé pour détecter les émissions renvoyées par le produit se trouvant sensiblement au même niveau que la sonde et pour fournir un signal électrique de détection à un poste de mesure, un organe souple de suspension fixé a' la sonde et à au moins une poulie actionnée par un treuil, et un dispositif de mesure du niveau de la sonde. Dans la forme de réalisation préférée, l'émetteur comporte une source de rayonnement gamma, tandis que le détecteur comporte un scintillateur. De préférence, le tube de guidage est fixé à l'intérieur du silo, notamment le long d'une paroi verticale. Selon une autre variante, le tube de guidage peut être fixé à l'extérieur du silo, en particulier si celui-ci comporte une paroi perméable aux rayons gamma. La sonde et le tube de guidage comportent respectivement des moyens de guidage qui coopèrent pour maintenir une orientation constante de la sonde. En particulier, le tube de guidage peut être constitué par un tube d'acier de section carrée ou rectangulaire. Dans la forme de réalisation préférée, l'émetteur de rayonnement gamma comprend la source de rayons gamma et un blindage disposé autour de cette source, ce blindage comportant une première fenêtre qui définit un faisceau d'émission orienté vers l'intérieur du silo et au-dessus de l'horizontale, tan dis que le détecteur est disposé au-dessus de l'émetteur et est entouré par un blindage comportant une seconde fenêtre qui définit un faisceau de détection orienté vers l'intérieur du silo. Le faisceau de détection et le faisceau d'émission se croisent à l'intérieur du silo, dans une zone de collimation située sensiblement au même niveau que la sonde. La disposition générale du poste de mesure et des moyens de déplacement de la sonde peut être semblable à celle des dispositifs traditionnels à palpeur. Toutefois, dans le dispositif selon l'invention, la présence du tube de guidage sur toute la hauteur du silo permet différentes variantes. Selon une première variante, le treuil est disposé dans la partie supérieure du silo et le poste de mesure est disposé à proximité de la base du silo, tandis que le tube de guidage s'étend à travers le fond du silo et renferme un câble de transmission suspendu à la sonde pour la relier au poste de mesure. Selon une autre variant?, l'organe de suspension a la forme d'une boucle fermée s'étendant sur toute la hauteur du silo et passant sur une poulie supérieure et une poulie inférieure, le treuil et le poste de mesure étant disposés à proximité de la base du silo. La présente invention et ses avantages seront mieux compris à l'aide de la description d'une forme de réalisation préférée, donnée ci-dessous à titre d'exemple en référence au dessin annexé, dans lequel: La figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'une sonde à rayons nement gamma disposée dans son tube de guidage, La figure 2 est une vue en coupe horizontale selon la ligne II-II de la fig. 1, La figure 3 représente une première forme d'installation du dispositif dans un silo, La figure 4 représente une autre forme d'installation du dispositif, et La figure 5 représente encore une autre forme d'installation du dispositif. Les fig. 1 et 2 représentent une sonde 1 et un tube de guidage 2, qui sont agencés pour mettre en oeuvre la forme de réalisation préférée du procédé selon la présente invention, c'est-à-dire avec l'utilisation d'un faisceau de rayons gamma. Dans ce but, la sonde 1 comporte une enveloppe 3 en acier, présentant une forme générale cylindrique avec des extrémités effilées. Cette enveloppe 3 renferme un émetteur directionnel 4 de rayonnement gamma, un détecteur 5 et un blindage intermédiaire 6 disposé entre l'émetteur 4 et le détecteur 5. Elle peut également renfermer, dans sa partie inférieure, un lest 7, si c'est nécessaire. L'extrémité supérieure de la sonde 1 est reliée, par l'intermédiaire d'un raccord amovible 8, à un câble de suspension 9 qui comprend plusieurs conducteurs électriques pour l'alimentation du détecteur et pour la transmission du signal de détection. Comme le montre la fig. 2, le tube de guidage 2 présente de préférence une section de forme carrée; il s'agit ici d'un profilé tubulaire carré en acier, qui est fixé verticalement contre une paroi Il en béton armé du silo à l'aide de pattes latérales 12 réparties le long du tube 2. Afin de conserver une orientation constante, la sonde 1 introduite à l'intérieur du tube de guidage 2 comporte une ou plusieurs paires de glissières de guidage 13 qui sont diamétralement opposées et qui sont guidées par la surface intérieure du tube de guidage dans deux angles opposés de ce tube. Ainsi, la sonde 1 est maintenue dans une orientation constante par rapport au tube de guidage 2 et à la paroi 11 du silo sur toute la longueur du tube. En référence à la fig. 1, l'émetteur 4 comporte une source radioactive 15 qui est logée dans un blindage 16 comportant une fenêtre 17 dirigée vers l'intérieur du silo. Dans l'exemple décrit ici, la source 15 de rayonnement gamma est un élément au Ce 137 de 100 ,uCi (3,7 MBq) qui est entouré d'un blindage en tungstène. La fenêtre 17 est agencée pour laisser échapper de l'émetteur 4 un faisceau d'émission 18 qui présente un angle d'ouverture relativement faible et qui est dirigé vers le haut, par exemple à environ 300 audessus de l'horizontale. Le détecteur 5, placé dans la partie supérieure de la sonde 1, comporte un scintillateur constitué d'un cristal et d'un photo-multiplicateur, ainsi qu'un circuit électronique comportant un compteur et agencé pour délivrer un si gnal de détection quand le nombre d'étincelles produites pendant un temps donné dépasse un seuil prédéterminé. Pour éviter la détection des retours de rayonnement provenant par exemple de la paroi du silo, le détecteur 5 est entouré d'un blindage 20 qui comporte une fenêtre 21 orientée vers l'intérieur du silo et vers le bas. Cette fenêtre définit ainsi un faisceau de détection 22 qui, à partir du détecteur 5, est dirigé au-dessous de l'horizontale. Ainsi, quand la surface 24 du produit contenu dans le silo se trouve plus haut que la sonde 1, les faisceaux 18 et 22 traversent tous deux le produit situé à proximité de la sonde 1 et sensiblement au même niveau qu'elle. Une partie des photons gamma émis par la source 15 dans le faisceau 18 est diffusée dans le produit. Un certain nombre de ces photons pénètrent dans la fenêtre 21 et sont détectés par le détecteur 5 qui délivre alors un signal de détection. Au contraire, si la surface du produit contenu dans le silo se trouve au-dessous de la sonde 1, comme l'indiquent les lignes 25 et 26 en traits interrompus, le faisceau d'émission 18 ne rencontre pas de produit, si ce n'est quelques résidus sur les parois du silo, de sorte que le détecteur 5 ne détecte que très peu de rayonnement et ne produit donc pas le signal de détection. Par conséquent, la position de la surface du produit correspond à la position de la sonde au moment où apparaît le signal de détection si la sonde se déplace en descendant ou au moment où il disparaît si la sonde se déplace en montant. Bien que le tube de guidage 2 illustré sur les fig. 1 et 2 soit de section carrée afin de coopérer avec les organes de guidage 13 de la sonde, on peut utiliser un tube de guidage présentant une autre section, par exemple un tube rectangulaire ou bien un tube circulaire muni d'un profil de guidage. Lorsqu'on utilise une sonde à rayonnement gamma, le tube de guidage ne doit pas obligatoirement être installé à l'intérieur du silo. Il peut avantageusement être incorporé à une paroi en béton du silo. Si le silo - comporte une paroi ou un élément de paroi en acier qui est relativement perméable aux rayons gamma, le tube de guidage peut même être fixé contre cette paroi à l'extérieur du silo. Les fig. 3 à 5 illustrent différentes possibilités d'installation d'un dispositif selon l'invention dans un silo de grande hauteur de construction classique. Dans le cas de la fig. 3, les organes du dispositif selon l'invention qui sont les mêmes que ceux d'un dispositif classique sont disposés comme dans un dispositif classique. Un silo 30 de grande hauteur, représenté ici en coupe verticale, comporte schématiquement au moins une cellule 31 pourvue d'un fond conique 32 et contenant un produit 33, une base 34 comportant au-dessous du fond 32 une zone de chargement, et un local supérieur 35 pour loger divers appareils. On a représenté notamment dans ce local un treuil 36 du câble de suspension de la sonde 1, ainsi qu'un poste de mesure 37 qui reçoit les différents signaux de mesure, les traite, les affiche et peut les transmettre à distance. Le poste de mesure 37 renferme également des organes de commande automatique du dispositif pour effectuer les mesures du niveau dans le silo de manière continue ou périodique. Dans cette disposition, le signal de détection de la présence du produit, délivré par la sonde 1, est transmis au poste de mesure 37 par le câble 9 et le treuil 36. La mesure de la position de la sonde 1 s'effectue de manière classique sur le treuil 36 au moyen d'impulsions produites par la rotation de la poulie du treuil, ces impulsions étant représentatives de la longueur de câble qui a été déroulée. Il convient de remarquer que, grâce au dispositif selon la présente invention, la mesure du niveau du produit 33 à l'intérieur du silo peut s'effectuer sans difficultés à n'importe quel moment, en particulier pendant qu'on remplit ou qu'on vide le silo. Une mesure automatique en continu peut être obtenue par de courts déplacements alternatifs de la sonde, de part et d'autre de la surface du produit. Dans l'installation illustrée sur la fig. 3, on a prévu un logement blindé 38 situé au sommet du silo, à proximité du treuil 36, pour y loger la sonde quand elle n'est pas utilisée, en éliminant les risques d'irradiation du personnel d'entretien. La fig. 4 illustre une autre forme d'installation avantageuse réalisable avec la présente invention. Dans ce cas, seul le treuil 36 est installé dans le local supérieur 35. Le tube de guidage 2 s'étend à travers le fond 32 jusque dans la base 34 du silo, où est installé le poste de mesure 37 ainsi que le logement blindé 38. Un câble de transmission 40 est suspendu à la sonde 1 pour la relier directement au poste de mesure 37. Ainsi, le treuil 36 peut être é- quipé d'un câble de suspension ordinaire 41, ne comportant pas de conducteurs électriques. La mesure de niveau de la sonde 1 peut être effectuée comme précédemment sur le treuil 36 ou bien être effectuée à la base du silo par la mesure de la longueur déroulée du câble de transmission 40. Par rapport à l'installation précédente, la disposition illustrée sur la fig. 4 a l'avantage de permettre de regrouper à la base du silo tous les appareils de mesure et de commande, qui sont ainsi plus facilement accessibles et mieux protégés contre des températures élevées. Dans l'installation représentée schématiquement sur la fig. 3, on a regroupé dans la base 34 du silo 30 toutes les parties électromécaniques ou électroniques du dispositif, notamment le treuil 36 et le poste de mesure 37. La sonde 1 est fixée sur un câble de suspension 50 formant une boucle fermée, qui s'é- tend sur toute la hauteur du silo 30 et passe sur une poulie inférieure 51- solidaire du treuil 36 et sur une poulie supérieure 52 installée au sommet du silo. La branche du câble 50 qui n'est pas liée à la sonde 1 peut passer dans le même tube de guidage que la sonde, comme dessiné en traits interrompus sur la fig. 2 > ou bien dans un tube séparé. De préférence, la sonde 1 est reliée au poste de mesure 37 par un câble de transmission séparé. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisations décrites ci-dessus à titre d'exemple, mais elle s'étend à toute modification ou variante évidente pour l'homme de l'art. En particulier, on peut utiliser d'autres moyens que le rayonnement gamma pour détecter la présence du produit au niveau de la sonde. Par exemple, on peut émettre un rayonnement lumineux ou infrarouge en utilisant un tube de guidage qui laisse passer ces rayonnements. On peut également prévoir une émission de vibrations, par exemple d'ultrasons, et détecter les variations de la réponse fournie par le tube de guidage selon la présence ou l'absence du produit à ce niveau. En outre, le comptage du rayonnement permet de déterminer le talus formé par la matière contenue à l'intérieur du silo. Une mesure séquentielle à intervalles fixes permet d'obtenir une image de la géométrie de cette couche de matière. Connaissant sa densité, la détermination de la forme de la couche superficielle permet de calculer avec une bonne précision le poids de matière contenue à chaque instant dans le silo. L'évolution de ce poids fournit la mesure de la quantité de matière prélevée pendant chaque intervalle de temps séparé par deux mesures successives. Revendications 1. Procédé de mesure du niveau d'un produit contenu dans un silo au moyen d'une sonde mobile, caractérisé en ce que l'on utilise une sonde comportant un émetteur directionnel et un détecteur agencé pour détecter les émissions renvoyées par le produit se trouvant sensiblement au même niveau que la sonde et pour fournir un signal de détection correspondant à la présence du produit à ce niveau, en ce que l'on fait circuler la sonde dans un tube vertical solidaire du silo, et en ce que l'on mesure le niveau de la sonde par rapport à un niveau de référence au moment où le signal de détection apparaît ou disparaît. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur utilisé dans la sonde émet un faisceau de rayonnement gamma. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le faisceau de rayonnement gamma est dirigé au-dessus de l'horizontale. 4. Dispositif de mesure du niveau du produit contenu dans un silo pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un tube vertical dé guidage (2) solidaire du silo, une sonde (1) coulissant dans ce tube ét comportant un émetteur directionnel (4) orienté vers l'intérieur du silo, et un détecteur directionnel (5) agencé pour détecter les émissions renvoyées par le produit se trouvant sensiblement au même niveau que la sonde et pour fournir un signal électrique de détection à un poste de mesure (37), un organe souple de suspension (9, 41, 50) fixé à la sonde et à au moins une poulie actionnée par un treuil (36), et un dispositif de mesure du niveau de la sonde. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'émetteur (4) comporte une source de rayonnement gamma (15), et en ce quelle détecteur (5) comporte un scintillateur. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tube de guidage (2) est fixé à l'intérieur du silo, notamment le long d'une paroi verticale. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tube de guidage est fixé à l'extérieur du silo. 8. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la sonde (1) et le tube de guidage (2) comportent respectivement des moyens de guidage (13) qui coopèrent pour maintenir une orientation constante de la sonde. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le tube de guidage (2) est un tube d'acier de section carrée ou rectangulaire. 10. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'émetteur de rayonnement gamma comprend la source de rayons gamma (15) et un blindage (16) disposé autour de cette source, ce blindage comportant une première fenêtre (17) qui définit un faisceau d'émission (18) orienté vers l'intérieur du silo et au-dessus de l'horizontale, et en ce que le détecteur (3) est disposé au-dessus de l'émetteur et est entouré par un blindage (20) comportant une seconde fenêtre (21) qui définit un faisceau de détection (22) orienté vers l'intérieur du silo et au-dessous de l'horizontale. 11. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le treuil (36) est disposé dans la partie supérieure du silo, en ce que le poste de mesure (37) est disposé à proximité de la base du silo, et en ce que le tube de guidage s'étend à travers le fond (32) du silo et renferme un câble de transmission (40) suspendu à la sonde pour la relier au poste de mesure. 12. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe de suspension (50) a la forme d'une boucle fermée s'étendant sur toute la hauteur du silo et passant sur une poulie supérieure (52) et une poulie inférieure (51), et en ce que le treuil (36) et le poste de mesure (37) sont disposés à proximité de la base du silo.