Brevet FR2652646A1 — publié le 19910405

L'invention concerne une installation pour la mesure du niveau de remplissage ou de la densité d'un liquide comprenant un plongeur immergé dans le liquide et dont la poussée produit sur un convertisseur de mesure un signal électrique proportionnel à l'état de remplissage ou à la densité. De telles installations de mesure, comprenant un plongeur suspendu dans le récipient sont utilisés dans la technique de la manière la plus diverse. Le principe d'Archimède est à la base de cette installation de mesure. Le plongeur, suspendu à un câble, réalisé en un matériau d'une densité supérieure à la densité du liquide, subit, lors de l'immersion, une poussée verticale correspondant au volume de liquide déplacé. Lorsque le remplissage du récipient augmente, la force de traction sur le câble diminue car la poussée crolt. Dans un mode de réalisation connu (Convertisseur de mesure de Eckardt AG, Stuttgart, Typ LI 166) le plongeur est fixé à l'extrêmité libre d'un levier, dont l'autre extrêmité est articulée sur un arbre fixé dans un tube de torsion.Le mouvement de rotation de l'arbre est proportionnel à la poussée du plongeur et peut être transformé en un signal électrique au moyen d'un convertisseur de mesure électrique. Le signal de sortie électrique obtenu sur l'installation de mesure est proportionnel au niveau de remplissage ou à la densité du liquide à mesurer. Dans le cas de mesure du niveau de liquides agressifs, l'utilité du tube de torsion réside particulièrement dans le fait de servir de paroi de séparation entre l'espace contenant le liquide et la chambre de mesure dans laquelle est disposé le convertisseur de mesure. De telles installations de mesure sont coûteuses étant donné que la poussée doit d'abord être transformée en un couple moteur et que, de plus, le tube de torsion doit être prévu en guise d'étanchéité entre la chambre de mesure et le liquide. Le but de l'invention est d'agencer une installation de mesure telle que définie au début de la description de sorte que le montage en soit simplifié. Ce but est atteint dans une installation de mesure de ce genre par le fait qu'elle est pourvue d'au moins une membrane servant de paroi de séparation et disposée parallèlement à la surface du liquide sur laquelle le plongeur est articulé de manière sensiblement centrale. Ce mode de réalisation permet d'appliquer la poussée à mesurer sur l'installation de mesure, sans changement de direction. La membrane sert en même temps de moyen de transmission de la force et de séparation entre la chambre de mesure et le liquide. L'articulation du plongeur sur un disque de membrane d'une cellule de mesure de pression différentielle permet de supprimer la mécanique coûteuse nécessaire dans les installations de mesure connues. En particulier, l'on supprime le tube de torsion auquel le plongeur est fixé par un levier ainsi que le prévoient dans les installations de mesure connues. Ceci conduit d'une part à une simplification substantielle du montage de l'installation de mesure, d'autre part à une structure plus compacte. L'invention permet d'utiliser des cellules de mesure de pression différentielle ou des cellules de mesure de pression comprenant diverses unités productrices de signaux électriques. L'on peut par exemple prévoir des cellules de mesure à membrane à liaison inductive ou capacitive. De plus, il est possible d'utiliser des convertisseurs de mesure de pression différentielle avec des jauges de contrainte ou des senseurs de pression différentielle, intégrés, monolithiques au silicium. I1 est également possible de relier les espaces de mesure de pression de chaque côté de la membrane de mesure par un conduit de compensation de pression. Ceci garantit que même lorsqu'une surpression règne dans le récipient contenant le liquide, seule la poussée du plongeur est transformée en un signal électrique. La nouvelle installation de mesure convient en conséquence particulièrement bien à la mesure du niveau de remplissage dans des récipients fermés contenant des liquides agressifs. Un mode de réalisation avantageux prévoit un élément de compensation agissant contre le poids du plongeur. Ce mode de réalisation trouve particulièrement son utilisation dans des installations de mesure prévoyant des plongeurs très lourds. En revanche, dans des installations de mesure comportant des plongeurs de faible poids, la compensation peut se faire par l'intermédiaire de l'amplificateur relié à l'unité électrique de la cellule de mesure de pression différentielle. Un perfectionnement avantageux de ce mode de réalisation prévoit qu'un ressort de compensation est monté de manière fixe sur le disque de membrane de la seconde membrane. La constante d'élasticité du ressort de compensation peut être adaptée au poids du plongeur. Un autre perfectionnement avantageux de l'invention prévoit que l'unité électrique de la cellule de mesure de pression différentielle est agencée sous forme d'une barre de flexion pourvue d'au moins une jauge de contrainte. Le déplacement axial du plongeur conduit à un allongement de la barre de flexion que les jauges de contrainte transforment en un signal électrique. D'autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description de modes de réalisation avantageux de l'invention représentés sur les dessins. La figure 1 est une coupe axiale schématique à travers une installation de mesure selon l'invention. La figure 2 est une représentation agrandie de la cellule de mesure de pression différentielle de l'installation de mesure conforme à la figure 1. La figure 3 est une coupe selon la ligne III-III de la figure 2. La figure 4 représente un autre mode de réalisation d'une installation de mesure selon l'invention dans une représentation conforme à la figure 1. L'installation de mesure représentée sur la figure 1 est agencée en vue de la mesure du niveau de remplissage d'un liquide dans un récipient, lequel n'est pas représenté. Un plongeur (10) tenu par une chaîne (11), représentée partiellement sur la figure, est immergé dans le liquide. L'extrêmité de la chaîne (11) opposée au plongeur (10) est tenue par un oeillet de fixation (12) prévu sur une cellule de mesure de pression différentielle (13). L'agencement de la cellule de mesure de pression différentielle (13) sera décrit de manière détaillée avec la description des figures 2 et 3. L'installation de mesure comprend un plateau support(14) pouvant être posé sur une ouverture du récipient. Un évidement cylindrique (15) destiné à recevoir la cellule de mesure de pression différentielle (13) et les pièces qui lui sont reliées, est prévu dans le plateau support (14). Le plateau support (14) est pourvu d'un alésage (16) à l'aide duquel s'effectue la fixation de l'installation de mesure sur le récipient rempli de liquide, par exemple au moyen d'une vis. Le récipient peut être fermé, par exemple lorsqu'il contient un liquide agressif, produisant des vapeurs nocives pour l'environnement. La partie supérieure de la cellule de mesure de pression différentielle (13) est recouverte d'une pièce-capot (17) incluant une chambre de pression interne (18) dans laquelle la partie supérieure de la cellule de mesure de pression différentielle (13) fait saillie.Un conduit de liaison, contigü à la pièce-capot contient les conducteurs électriques (20) reliant la cellule de mesure de pression différentielle (13) avec un convertisseur de mesure non représenté sur la figure. Conformément aux figures 2 et 3, la cellule de mesure de pression différentielle (13) comprend des membranes (21, 22) présentant des ondulations annulaires, lesdites membranes étant disposées parallèlement et coaxialement à la partie supérieure et à la partie inférieure de la cellule de mesure. La région externe des membranes (21, 22) est respectivement retenue par des supports de membrane (23, 24) lesquels sont fixés à un anneau central commun (25) de la cellule de mesure de pression différentielle. Un disque de membrane (26, 27) est respectivement disposé au centre des membranes (21, 22) et guidé dans des évidements (28, 29) prévus dans les supports de membrane (23, 24). Les deux disques de membrane (26, 27) sont reliés l'un à l'autre au moyen d'éléments de liaison (30, 31) en forme de tige. L'oeillet de fixation (12) représenté sur la figure 1, dans lequel est suspendue la chaîne (11) du plongeur (10) est disposé sur le disque de membrane (27) de la première membrane (22). Une tige (32) conduit du disque de membrane (22) tourné vers le liquide à un élément de mesure (53) prévu dans l'anneau central (25). Ainsi qu'il ressort notamment de la figure 3, l'élément de mesure comprend une barre de flexion (34) dont la partie supérieure est pourvue d'une ou plusieurs jauges de contrainte. La tige (32), reliée au disque de membrane (27) est articulée sur la partie inférieure de la barre de flexion (34). La barre de flexion (34) est entourée d'une chambre annulaire (36) dans laquelle est incorporée une traversée (37) en verre pour les contacts électriques des jeuges de contrainte(35). Par ailleurs, il est prévu qu'un anneau métallique cylindrique (38) soit soudé dans l'anneau central (25). Le volume compris entre les membranes (21, 22) est rempli avec une huile incompressible. Des espaces de pression (18, 40) sont prévus au-dessus et au-dessous de la cellule de mesure de pression différentielle (13) et sont reliés l'un à l'autre au moyen d'une conduite de compensation de la pression (41) (cf. fig. 1). Ceci garantit qu'une surpression dans le récipient, donc dans l'espace de pression (40) ne conduise pas à des conditions de pression différentes dans les espaces de pression (18, 40). Un signal électrique ne peut donc pas être produit. Celui-ci n'est produit que lorsqu'un allongement saisi par la jauge de contrainte (35) disposée à la partie supérieure de la barre de flexion (34) apparaît sur celle-ci à la suite d'un déplacement de la tige (32).La modification de résistance de la jauge de contrainte ou des jauges de contrainte qui constitue une mesure de l'allongement est déterminée dans un couplage en pont prévu dans le convertisseur de mesure qui n'est pas représenté. Un signal de tension proportionnel au niveau de remplissage ou à la densité du liquide est ainsi produit. Pour compenser le poids du plongeur (10), il est aussi possible de fixer sur le disque de membrane supérieur (26) un ressort de tension dont la force de tension peut être réglée au moyen d'une vis de réglage disposée dans l'élément capot (17). La figure 4 montre un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel une cellule de mesure de pression (45) est utilisée pour la mesure du niveau ou de la densité. Une seule membrane de mesure (22') est ici nécessaire et placée dans un support de membrane (24') dont la réalisation est de type bride. L'oeillet de fixation (12') pour la chaîne (11) et le plongeur est monté sur le disque de membrane (27') placé au milieu de la membrane. Ici aussi, le disque de membrane (27') se trouve en liaison fonctionnelle avec la barre de flexion (34') au moyen d'une tige (32') de manière à ce que des modifications de la poussée du plongeur immergé dans le liquide donnent naissance à un signal électrique qui est amené par l'intermédiaire d'une conduite (20') à un convertisseur de mesure non représenté. Dans le mode de réalisation représenté, la barre de flexion (34') est logée dans un espace (47) prévu au-dessus de la membrane (22') dans un boîtier annulaire (46) en deux parties, cet espace étant fermé vers le haut par une protection (48) de type membrane dont le rôle est ici uniquement d'éviter un salissement de l'espace (47) renfermant la barre de flexion. L'espace (49) au-dessus de cette protection (48) est fermé par un couvercle (50) relié, comme le montre la figure, à l'espace sous la membrane (22') par l'intermédiaire d'un canal de liaison (51) s'étendant à travers un plateau support (14') pour être fixé au récipient non représenté, c'est-à-dire se trouvant en communication avec l'intérieur du récipient. Une pression dans le récipient agit ainsi aussi sur le côté de la membrane (22') opposé au récipient. I1 est également possible de renoncer au canal de liaison (51) lorsqu'il s'agit d'un récipient ouvert et sans pression dans lequel on désire mesurer le niveau du liquide. Dans ce cas, il suffit de relier à l'atmosphère l'espace (49) au-dessous du couvercle (50). REVENDICATIONS 1. Installation pour la mesure du niveau de remplissage ou de la densité d'un liquide, en particulier d'un liquide agressif disposé dans un récipient fermé vers l'extérieur, comprenant un plongeur immergé dans le liquide et dont la poussée donne naissance à un signal électrique proportionnel au niveau de remplissage et à la densité dans une installation de mesure de force située derrière une paroi de séparation, caractérisée en ce que l'installation de mesure de force (33) est pourvue d'au moins une membrane (22,22'), servant de paroi de séparation, disposée parallèlement à la surface du liquide, sur laquelle le plongeur est articulé de manière sensiblement centrale. 2. Installation selon la revendication 1., caractérisée en ce que la membrane (22) fait partie d'une cellule de mesure de pression différentielle (13) avec deux membranes (22, 21) de même taille, reliées entre elles de manière solide et formant entre elles l'espace de mesure incluant l'installation de mesure de force (33). 3. Installation selon les revendications 1. et 2., caractérisée en ce qu'un espace de pression extérieur (18) est prévu du côté opposé à l'espace de mesure et à la membrane (22) en regard du liquide et est relié avec l'espace (40) au-dessus du liquide. 4. Installation selon les revendications 1. à 3. caractérisée en ce que l'espace extérieur (18) est relié à l'espace (40) au-dessus du liquide au moyen d'un canal de compensation de pression (41). 5. Installation selon la revendication 1. caractérisée en ce qu'un élément de compensation est prévu pour agir contre le poids du plongeur (10) 6. Installation selon la revendication 2. caractérisée en ce qu'un ressort de compensation adjoint à la seconde membrane (21) constitue l'élément de compensation. 7. Installation selon l'une des revendications 1. à 3., caractérisée en ce que l'unité électrique (33) de la cellule de mesure de pression différentielle (13) est agencée sous forme d'une barre de flexion (34) pourvue d'au moins une jauge de contrainte (35). 8. Installation selon la revendication 1. caractérisée en ce que la membrane fait partie d'une cellule de mesure de pression (45) laquelle peut etre fixée directement sur le récipient. 9. Installation selon la revendication 8., caractérisée en ce que la cellule de mesure de pression (45) consiste en un logement annulaire (46) en deux parties avec une protection (48) fermant l'espace interne. 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que la protection (48) est disposée dans un espace (49) fermé par un couvercle (50) posé sur le logement annulaire (46), relié au moyen d'un canal de communication (51) à l'espace sous la membrane de mesure (22') ou à l'atmosphère. 11. Installation selon la revendication 10., caractérisée en ce que le canal de communication (51) est conduit à travers une plaque support (14') portant la cellule de mesure de pression (45)