Brevet FR2638521A1 — publié le 19900504

LINNIGRAPHE ELECTRONIQUE La présente invention concerne un limnigraphe pour la mesure du niveau de liquides, et plus particulièrement un lim nigraphe électronique destiné à mesurer le niveau de liquides plus ou moins conducteurs d'électricité, par exemple le niveau de réserves d'eau ou de cours d'eau. La mesure du niveau'd'eau de fleuves ou rivières suscite depuis très longtemps un intérêt important. Dans l'antiquitité égyptienne, les temples étaient pourvus d'un kilomètre qui consistait en un puits ou escalier aux parois graduées, en communication avec le Nil, permettant de surveiller le niveau des eaux et ses fluctuations lors des crues. De nos jours, les mesures de niveau d'eau sont par exemple réalises avec des dispositifs à flotteur, mais ces dispositifs nécessitent une installation fixe assez importante et demandent entretien et maintenance. D'autres types d'appareils (pneumatiques, ultrasons...) ne se sont pas généralisés par suite d'une fiabilité ou d'une robustesse insuffisantes. On peut également concevoir un dispositif de mesure électrique constitué de deux électrodes paralleles plongées dans l'eau. Si on appliquait une différence de potentiel entre les deux électrodes et si l'on mesurait l'intensité du courant entre ces deux électrodes, on pourrait accéder au niveau de l'eau puisque l'intensité du courant varie suivant la longueur de la partie des électrodes immerge dans l'eau. Cependant, les valeurs de la résistivité de l'eau sont comprises dans un large éventail.L'eau de rivière présentera une résistivité moyenne de l'ordre de 40 ohm.m mais sera sujette variation, l'eau de pluie ayant uné ré- sistivité environ dix fois plus élevé. Ainsi, la mesure de l'intensite du courant dans le dispositif présenté ci-dessus ne peut être utilise dans des conditions pratiques sans tenir coopte de ces variations de résistivité. En plus, divers effets de polarisation d'électrodes, de bords viennent compliquer la réalisation. La présente invention propose un dispositif de mesure de niveau d'eau, ou limnigraphe électronique, qui permet d'accéder au niveau d'un liquide conducteur d'électrlcité quelconque de façon numérique indépendamment de la valeur de la Fésistivité et avec une précision absolue aussi grande qu'on le désire. Plus précisément, la présente invention prévoit un limnigraphe électronique pour la mesure du niveau d'un liquide conducteur comprenant un corps de forme allongée définissant un axe principal destine 9 être partiellement immergé, son axe principal étant généralement vertical, dans ledit liquide et une par tie électronique.Le corps comprend un ensemble de premières électrodes espaces selon la direction de l'axe et une deuxième électrode s'étendant selon la direction de l'axe en regard des premières électrodes ; chaque premiere électrode est séparée de la deuxième électrode d'une distance sensiblement constante suivant une direction horizontale orthogonale l'axe, chacune des premières électrodes et la deusièoe électrode sont reliées à la partie électronique par des moyens conducteurs isolés, et des moyens pour détecter la conduction entre chaque première électrode et la deuxième électrode sont prévus dans la partie électronique. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la pressente invention seront exposes plus en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1 représente un limnigraphe électronique selon la présente invention les figures 2A et 2B représentent de façon schématique des ensembles d'impulsions dans le temps, la figure 2A présentant un exemple de séquence d'impulsions envoyée à un ensemble de premires électrodes d'un limnigraphe électronique selon la présente invention et la figure 2B présentant un exemple de série d'impulsions reçue par une deuxieme électrode de ce limnigraphe électronique ; la figure 3 représente un schéma sous forme de blocs de la partie électronique ;; la figure 4 représente de façon schématique les impédances de charge des diffrentes électrodes ; et les figures 5A à 5H représentent un mode de réalisation (figure 5A) de la présente invention ainsi que des variantes de ce mode de réalisation et exemples d'applications (figures 5B à 5H). La figure 1 représente un limnigraphe électronique 1 selon la présente invention. Il comprend dans un corps 2 un ensemble de k premières électrodes Al à Ak, une quelconque de ces electro- des étant désignée par Ai. I1 comprend également une deuxième électrode B située au voisinage des électrodes Ai, chacune de ces électrodes Ai étant séparée de l'électrode B par une distance d dans un plan horizontal sensiblement constante. Chacune des électrodes Ai est connectée à un bus 3 luimême relié à une partie électronique 4. L'électrode B est reliée la partie électronique 4 par l'intermédiaire d'une connexion 5. Le limnigraphe électronique 1 est plongé dans un liquide conducteur d'électricité 6, par exemple de l'eau. Une partie des électrodes Ai est située sous la surface 7 du liquide, ou niveau de liquide, et les autres électrodes Ai sont situées au-dessus du niveau de liquide. L'électrode B est en partie immergée dans le liquide 6. Des séquences de mesure sont effectuées de façon répétée dans le temps, par exemple toutes les dix minutes. Lors de chaque séquence de mesure, une séquence d'impulsions générée par un rateur d'impulsions (non représenté sur les figures) est envoyée aux électrodes Ai du limnigraphe électronique. La figure 2A représente un exemple de séquence dtiapul- sions envoyées par le générateur d'impulsions aux électrodes Ai d'un limnigraphe électronique comprenant *w10 électrodes. Le géné- rateur dtimpulsions envoie tout d'abord une première impulsion å ltélectrode Al, puis une impulsion l'électrode A2, une à ltélec- trode A3, et ainsi de suite jusqu'à l'électrode A10. Cet ensemble de dix premières impulsions constitue un premier cycle d'impulsions C1.Le générateur d'impulsions envoie ensuite un deuxieme cycle d'impulsions C2 dans lequel une deuxième impulsion est envoyée à ltélectrode Al, puis une impulsion a ltélectrode A2, et ainsi de suite jusqu' l'électrode A10. Le générateur d'impulsions envoie enfin un troisieme cycle d'impulsions C3 aux électrodes Ai. Dans l'exemple de la figure 2A, chaque électrode reçoit p=3 impulsions au cours d'une séquence de mesure de p=3 cycles. Chaque séquence comprend pxk=30 impulsions au total. L'électrode B du limnigraphe électronique reçoit des impulsions provenant des électrodes Ai inerges dans le liquide conducteur. Si r électrodes Ai sont immergées dans le liquide conducteur, l'électrode B recevra twrxp impulsions au cours d'une séquence de mesure. La figure 2B représente, dans le cas où une séquence d'impulsions telle que celle présentée à la figure 2A est envoyée aux électrodes Ai, une série d'impulsions reçue par l'électrode B lorsqué r=3 électrodes Ai sont immergées. L'électrode B reçoit, lors de cette séquence, 9 impulsions. Puisque le nombre p de cycles d'impulsions envoyé aux électrodes Ai lors d'une séquence de mesure est fixé par réglage du limnigraphe, on obtient facilement a partir du décompte des impulsions reçues par l'électrode B le nombre r-t/p d'électrodes immergées qui correspond la hauteur de liquide. Ce nombre r peut facilement être converti en unités de hauteur, en fonction de la distance entre électrodes Ai. Le résultat obtenu peut être directement affiché pour une lecture immédiate de la hauteur de liquide ou bien être transmis sur une ligne pour être consulte distance avec un dispositif de télémesure. La présence, dans une séquence de mesure, de p cycles d'impulsions permet de fournir une valeur moyenne de la hauteur de liquide et de tenir compte ainsi de fluctuations de niveau éventuelles, dues par exemple dans le cas de mesures de niveaux d'eau au clapotis ou 9 la houle. Les valeurs du nombre p de cycles d'impulsions, dans une séquence de pxk impulsions, peuvent être choisies pour optimiser cet effet de moyenne. La figure 3 représente un schéma sous forme de blocs de la partie électronique 4 du limnigraphe électronique. La partie électronique 4 comprend un générateur d'impulsions 11 relié une horloge 12 et 9 un circuit 13 qui est luimême relié l'horloge 12 et qui définit, avec cette horloge, des trains d'impulsions comportant chacun pxk impulsions. Le circuit 13 est relié à un dispositif d'affectation 14 auquel il envoie les trains d'impulsions. Le dispositif d'affectation 14 affecte les impulsions aux différentes électrodes Ai, transformant ainsi chaque train d'impulsions en une séquence d'impulsions telle que celle représentée sur la figure 2A. La série d'impulsions reçue par l'électrode B, telle que celle représentée sur la figure 2B, est envoyée 9 un dispositif de mise en forme 15 des signaux qui lui sont transmis. Le dispositif de mise en forme 15 est relié å un dispositif de comptage 16 qui est lui-même relié l'horloge 12 et qui effectue, en association avec l'horloge, le comptage des impulsions reçues par ltélectrode B. I1 est possible que des impulsions provenant d'électro- des Ai non immergées parviennent à l'électrode B par suite d'une faible conductivité parasite de surface (film d'eau, salissures...), mais ces impulsions sont très affatblies, et elles sont filtrées au niveau du dispositif de mise en forme'l5. Le dispositif de comptage 16 est aussi relié à un dispo- sitif 17 d'affichage numérique du niveau de liquide pour une lecture immédiate de ce niveau et à un convertissseur numérique/ analogique 18, ceci afin de permettre toute souplesse pour la transmission par l'intermédiaire d'une sortie T sur une ligne et une consultation par un dispositif de télémesure. La figure 4 représente une partie du corps 2 du lim nigraphe électronique avec une électrode Ai+l au-dessus de la sur face 7 du liquide 6 et une électrode Ai sous la surface, et une partie de l'électrode B avec une portion sous la surface et une portion au-dessus. Une impédance de charge 31 est associée à chacune des électrodes Ai du limnigraphe électronique. Les impédances de char ge associées aux deux électrodes Ai de la figure 4 sont représen tées de façon schématique. Une impédance de charge 32 est associée à l'électrode B, elle est aussi représentée de façon schématique sur la figure. La figure 4 représente également en tiretés d'une part une résistance équivalente 33 associée à la conduction en volume dans l'eau entre l'électrode Ai immergée et ltélectrode B, et d'autre part une résistance équivalente parasite 34 entre ltélec- trode Ai non-immergée et la surface du liquide et une résistance équivalente parasite 35 entre l'6lectrode Ai non-immergée et l'électrode B. On doit être sensible uniquement, pour le comptage, a la conduction en volume dans le liquide, et non à la conduction parasite en surface sur la partie non-i-erge. Les impédances de charge 31 des électrodes Ai et l'impédance de charge 32 de l'élec- trode B devront ainsi être choisies avec attention. La figure 4 représente aussi une diode 36 associée à chacune des deux électrodes Ai représentées, cette diode 36 étant située sur la connexion amenant les impulsions aux électrodes Ai et entre l'impédance de charge 31 et l'électrode Ai. Les diodes 36 permettent d'éviter la présence de signaux inverses parasites pouvant nuire au bon fonctionnement du limnigraphe. La figure 5A représente un mode de réalisation d'un limnigraphe électronique selon l'invention. I1 possède un corps 50 rectiligne et rigide. Les électrodes Ai sont constituées par des plaquettes conductrices 51. Chaque plaquette conductrice 51 est reliée à la partie électronique (non représentée sur la figure) par une connexion 52. L'électrode B. est formée d'une plaque conductrice 53 montée par exemple sur deux supports 54. L'électrode B est reliée à la partie électronique par une connexion 55. Les plaquettes conductrices 51 et la plaque conductrice 53 sont situées dans un profilé 56 en forme de U, les supports 54 prenant appui sur le fond du profilé. Les plaquettes conductrices 51 présentent une orientation sensiblement orthogonale à l'axe du profilé 56. Elles sont réparties de façon régulière entre les deux extrémités du profilé, la distance entre chaque paire de plaquettes conductrices étant constante. L'axe de la plaque conductrice 53 est parallèle à l'axe du profilé 56. La plaque conductrice s'étend entre les deux extrémités du profilé, sans cependant rejoindre ces deux extrémités. Une résine (polyester, époxy...) isolante 57 remplit le profilé 56. Un usinage permet de laisser apparentes les électrodes Ai et B à la surface de la résine. Les connexions reliant les électrodes Ai et B la partie électronique sont regroupées, hors du profilé, dans un câble 58. Ce câble comprend de plus une connexion de masse (non représentée). Si le limnigraphe électronique comprend k électrodes Ai, le câble 58 contiendra k+2 connexions. La figure 5B représente une variante du mode de réalisation présenté à la figure 5A. Dans cette variante, les électrodes Ai ne sont pas équidistantes. La distance séparant chaque paire d'électrodes Ai diminue lorsque l'on se rapproche de la partie inférieure du limnigraphe. On peut bien sûr prévoir une répartition quelconque des électrodes Ai le long du corps du limnigraphe. La figure 5C représente une autre variante du mode de réalisation présenté à la figure 5A. Dans cette variante, le lip- nigraphe comprend plusieurs corps 61. Le nombre d'électrodes Ai, ainsi que la distance entre les paires d'électrodes Ai de chaque corps 61, peuvent varier d'un corps 3 l'autre. La figure 5D représente une autre variante du mode de réalisation présenté à la figure 5A. Dans cette variante, le liner nigraphe comprend un corps 65 placé dans un récipient 66 presen- tant deux courbures 67, 68. La forme du corps 65 du limnigraphe n'est plus rectiligne, mais elle est courbe et adaptée à la forme du récipient 66. D'une façon générale, on peut réaliser des limnigraphes électroniques dont les corps ont des formes adaptes à des conduites ou des récipients de formes particulières. La figure 5E représente une autre variante du mode de réalisation présenté 3 la figure 5A. Dans cette variante, le lim- nigraphe comprend un corps 71 réalisé en matériau souple. On peut par exemple le placer dans des conduites de formes variables. La figure 5F représente un exemple d'application d'un limnigraphe électronique selon l'invention. Un cours d'eau 72 présente une rive inclinée 73. Le limnigraphe électronique possède un corps 74 placé sur cette rive 73. L'axe du corps 74 est parallèle à la pente de la rive. La mesure du niveau d'eau est réalisée ici dans le cas où l'axe du corps du limnigraphe électronique n'est pas vertical. La figure 5G représente une autre variante du mode de réalisation de la figure 5A. Dans cette variante, le limnigraphe électronique comprend un corps 75 qui inclut un dispositif électronique 76. Chacune des électrodes Ai est reliée au dispositif électronique 76 par une connexion 77. Toutes les impulsions sont générées à partir du dispositif électronique 76. Les circuits de ce dispositif électronique peuvent être constitués à partir d'éléments discrets ou de circuits intégrés. Le limnigraphe électronique comprend également un dispositif d'alimentation 78 et un câble 79 de liaison avec le corps 75. Le câble 79 comprend ainsi un fil relié à l'électrode B et trois fils servant à l'alimentation du dispositif électronique 76, donc quatre fils au total. La figure 5H représente une autre variante du mode de réalisation de la figure 5A. Dans cette variante, les impulsions sont générées à partir d'un aispositif électronique 81 extérieur au corps 82 du limnigraphe et relié à ce corps par l'intermédiaire d'un câble 83 comprenant un nombre de connexions inférieur au nombre k d'électrodes Ai. Un dispositif de multiplexage, situé dans le corps 82, permet de répartir les impulsions aux différentes électrodes Ai. Par exemple, on peut réaliser un limnigraphe cern prenant 100 électrodes Ai, 10 connexions étant associées au chiffre des unîtes et 10 connexions étant associées au chiffre des dizaines. Le limnigraphe électronique selon l'invention présente de nombreux avantages. C'est un appareil entierement statique, sans pièce mobile. Dans le cas de mesures de niveaux de réserves d'eau ou de cours d'eau, le limnigraphe ne présente pas de partie fragile sensible aux impacts d'objets entraînés par l'eau. I1 peut être fixe en rive, sur une pile de pont, etc., sans nécessiter d'ouvrage de génie civil (puits, abri...). I1 est compatible avec toute nature d'eau (claire, chargée en alluvion, transportant des éléments so- lides ou détritus divers). Le corps du limnigraphe peut rester hors de l'eau pendant de longues périodes sans dommage et peut assurer les mesures de niveau dès la remontée des eaux. Ce limnigraphe électronique peut être utilisé dans l'industrie dès lors que le liquide est conducteur : solutions aqueuses, acides, etc. On pourrait également réaliser des limnigraphes dont les corps résisteraient à la chaleur, ce qui permettrait de mesurer par exemple des niveaux de chaudière, de réacteur, etc. Le corps du limnigraphe électronique forme en lui-même une simple règle de mesure à lecture visuelle. REVENDICATIONS 1. Limnigraphe électronique pour la mesure du niveau d'un liquide conducteur comprenant un corps (2) de forme allongée définissant un axe principal destiné à être partiellement immergé, son axe principal étant généralement vertical, dans ledit liquide et une partie électronique, caractérisé en ce que :: le corps (2) comprend un ensemble de premières électrodes (Ai) espacées selon la direction de l'axe et une deuxième électrode (B) s'étendant selon la direction de l'axe en regard des premières électrodes, chaque première électrode (Ai) est séparée de la deuxième électrode (B) d'une distance sensiblement constante (d) suivant une direction horizontale orthogonale à l'axe, chacune des premières électrodes (Ai) et la deuxième électrode (B) sont reliées à la partie électronique par des moyens conducteurs isolés, et des moyens pour détecter la conduction entre chaque première électrode (Ai) et la deuxième électrode (B) sont prévus dans la partie électronique. 2. Limnigraphe électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie électronique comprend un générateur d'impulsions qui envoie des impulsions successivement à chacune des premières électrodes (Ai), la deuxième électrode (B) recevant des impulsions provenant des électrodes (Ai) immergées, d'où il résulte qu'un comptage des impulsions reçues par la deuxième électrode (B) fournit une mesure du niveau du liquide. 3. Limnigraphe électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que, lors d'une séquence de mesure, le comptage est effectué sur plusieurs cycles d'impulsions envoyés sur les premières électrodes (Ai) pour fournir une moyenne de la mesure du niveau de liquide. 4. Limnigraphe électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie électronique-de génération des il pulsions est incluse dans le corps. 5. Limnigraphe électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps comprend un dispositif de multiplexage interne, d'où il résulte que le nombre de conducteurs faisant la jonction avec la partie électron1que est diminué. 6. Limnigraphe électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premières électrodes (Ai) sont constituées par des plaquettes conductrices horizontales (51) reliées chacune à la partie électronique par une connexion (52), la deuxième électrode (B) est formée d'une plaque cqnductrice verticale (53) reliée à la partie électronique par une connexion (55), les plaquettes conductrices (51) et la plaque conductrice (53) sont situées dans un profilé (56) en forme de U, les plaquettes conductrices (51) présentent une orientation sensiblement orthogonale à l'axe du profilé (56) et sont réparties entre les deux extrémités du profile à des intervalles déterminés, l'axe de la plaque conductrice (53) est parallèle à l'axe du profile (56), et une résine isolante (57) remplit le profilé (56) en laissant apparentes la face avant des plaquettes conductrices (51) et la face avant de la plaque conductrice (53). 7. Limnigraphe électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premières électrodes (Ai) sont équidis- tantes. 8. Limnigraphe électronique selon la revendication 1, ce- ractérisé en ce que le corps a une forme courbe adaptée å la forme du site d'accueil dudit corps. 9. Limnigraphe électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps est réalisé en matériau souple.