Brevet FR2665257A1 — publié le 19920131

L'invention a pour objet un détecteur de niveau à flotteur et concerne plus précisément un détecteur basé sur le principe de l'émission d'une micro-onde d'air générée par le déplacement du flotteur et détectée par le déplacement d'une bille dans un tube. I1 existe de multiples manières de repérer le niveau d'un liquide dans une cuve, mais une des plus répandues consiste toujours à repérer et mesurer le déplacement dtun flotteur guidé dans son mouvement vertical avec la montée ou la descente du liquide. Parmi les dispositifs connus, on connait celui qui consiste à équiper le flotteur d'un tube renfermant du mercure pour établir un contact électrique enregistré à l'extérieur de la cuve pour déterminer ainsi le sens d'inclinaison du flotteur et par conséquent le niveau du liquide. Pour cela le flotteur est suspendu par une de ses extrémités à l'aide d'un brin souple, à une canne qui plonge dans la cuve et dans laquelle passe les conducteurs électriques reliés à chacun des contacts à mercure. Mais l'existence de contacteurs électriques -même bien isolés- immergés dans un liquide, présente un gros problème quand il s'agit d'utiliser le détecteur en atmosphère dangereuse ou corrosive, pour des raisons évidentes de sécurité. Aussi, et notamment en vue d'éviter cet inconvénient, l'invention propose-t-elle un détecteur de niveau à flotteur qui n'utilise aucun câble électrique à l'intérieur de la cuve ou du moins à proximité du liquide et qui de ce fait autorise son emploi pour repérer le niveau de tous liquides même ceux réputés dangereux, tout en présentant l'avantage d'être très simple à mettre en oeuvre donc peu croûteux, et en outre d'une grande fiabilité. L'objet principal de la présente invention consiste donc en un détecteur de niveau à micro-onde d'air comportant un flotteur raccordé par une de ses extrémités à un point d'accrochage fixe et renfermant un mécanisme sensible aux variations d'inclinaison dudit flotteur pour émettre un signal caractéristique du niveau du liquide à détecter, détecteur selon lequel le mécanisme intégré dans le flotteur est un tube renfermant une bille déplaçable ou un piston dont le déplacement, selon l'inclinaison du tube, génère une micro-onde d'air recueillie par un dispositif extérieur au flotteur en vue d'émettre un signal représentatif du niveau de fluide détecté. Le tube du flotteur est fermé par des butées magnétiques laissant passage à l'air, ou entouré d'aimants annulaires qui constituent un organe de retenue temporaire de la bille ou du piston pendant le mouvement de basculement du tube. Selon une caractéristique particulière de l'invention, chaque extrémité du tube est raccordée par un conduit de liaison et de suspension souple au dispositif récepteur. Dans une autre variante de réalisation de l'invention le tube est équipé à une de ses extrémités d'un micro-interrupteur recueillant le choc de la bille, pour l'émission d'une micro-onde d'air vers le dispositif récepteur, et il est muni intérieurement d'un organe de retenue temporaire de la bille. Plus présisément l'organe de retenue temporaire est constitué d'épaulements terminant un manchon cylindrique rapporté intérieurement au tube. Ou encore il est constitué d'un diaphragme disposé au centre du tube. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif recueillant la micro-onde d'air émise est constitué d'au moins un tube détecteur à l'intérieur duquel se déplace une petite bille très légère dont les mouvements sont détectés par des faisceaux de fibres optiques d'émission et de réception de lumière qui transmettent à un module de réception et d'enregistrement le signal représentatif du déplacement de ladite bille. A cet effet le tube détecteur est un tube coudé fermé par des butées d'extrémité, la partie coudée étant orientée vers le haut. En variante deux tubes détecteurs sont raccordés tête-bêche aux conduits de liaison et de suspension souple, ou encore ils sont inclinés, alignés et raccordés par un conduit en un point duquel aboutit la canne provenant du flotteur pour détecter les micro-ondes d'air positives et négatives émises par le tube. Un autre objet de l'invention consiste en un micro-interrupteur avantageusement destiné à équiper le tube de flotteur d'un détecteur de niveau, qui est constitué d'un corps dont une petite chambre d'émission de micro-onde d'air est obturée par une membrane souple soumise au choc d'une masselotte portée par un levier basculant, rappelé par un ressort. D'autres caractéristiques particulières et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre d'exemples non limitatifs de réalisation faisant référence aux dessins annexés qui représentent figure 1, une vue schématique en élévation d'un détecteur de niveau figures 2 et 3, deux variantes de réalisation selon la figure 1 ; figures 4 et 5, des vues en coupe et en plan d'un micro-interrupteur figure 6, une variante de réalisation du dispositif extérieur au flotteur ; et figure 7, une variante de réalisation du tube du flotteur. On a représenté à la figure 1 un détecteur de niveau d'un liquide, dont l'organe essentiel est un flotteur 4 représenté en traits pleins en position quand le liquide est à un niveau bas marqué NB et en pointillés quand le liquide est à un niveau haut marqué NH. Le flotteur est raccroché par un conduit souple de liaison 5 à une canne plongeante 16 rigide qui peut-être aussi constituée d'un conduit se terminant par un lest 6, lequel étant d'un poids suffisant pour rester dans cette position immergée même quand le liquide est à son niveau haut. Le lest constitue aussi un point d'accrochage fixe du flotteur. Le flotteur étanche 4 renferme un tube 1 dont une extrémité ouverte communique avec le conduit 5. Les deux extrémités du tube sont fermées par des butées magnétiques 3 percées ou échancrées pour laisser passer l'air.A l'intérieur du tube, entre les deux butées, peut se déplacer avec un jeu minimum une bille d'acier 2. Le tube et sa bille représentent donc le mécanisme intégré dans le flotteur qui -selon l'inclinaison du tube- génére une micro-onde d'air. Le conduit 5, puis la canne 16 communique avec l'extrémité d'un petit tube détecteur 8, en verre, coudé de un à quatre vingt dix degrés (selon la sensibilité recherchée), la partie coudée étant orientée vers le haut. A l'intérieur du tube détecteur 8 se déplace une petite bille 9 très légère, en matière plastique. Ce déplacement s'effectue -avec un jeu minimum entre deux butées d'extrémité 7 percées et échancrées pour laisser passer l'air. De part et d'autre du tube détecteur 8, dans sa partie ascendante, aboutissent des faisceaux de fibres optiques, d'un coté des fibres optiques 10 d'émission de lumière, et de l'autre côté des fibres optiques 11 de réception du signal. De la même façon, du côté de la partie descendante du tube détecteur 8, aboutissent d'autres faisceaux de fibres optiques 12 et 13, respectivement d'émission de lumière ou de réception de signal. Le jeu de fibres optiques permet de transmettre à un module de réception et d'enregistrement le signal représentatif du déplacement de la bille, et ainsi de mémoriser la position du flotteur 4. A la distance voulue de ce tube détecteur les fibres se raccordent à un détecteur opto-électronique 15 lié à des contacts d'asservissement 15. Quand le niveau du liquide est bas (NB), le flotteur 4 est dans la position représentée en traits pleins suspendu à l'air libre, voire en semi-flottaison, au conduit souple 5. La bille d'acier 2 est en bas du tube 1 qui est en position verticale ou semi inclinée, et accolée à la butée magnétique voisine 3. Si le niveau du liquide monte, le flotteur va pivoter en remontant du fait de son attache par une de ces extrémités au conduit 5. Il se trouvera en position horizontale quand le niveau aura monté à une hauteur intermédiaire entre les niveaux bas et haut.La bille 2 restera néanmoins momentanément en position contre sa butée aimantée qui constitue un organe de retenue temporaire de la bille pendant le mouvement de basculement du flotteur. Puis il finira par basculer pour prendre la position représentée en pointillés, quand le niveau haut (NB) sera atteint, puisque son extrémité d'attache sera maintenue immergée à partir du point fixe constitué par le lest 6. Quand le tube 1 a pris une inclinaison franchement opposée à l'inclinaison originale, la bille va se décoller brutalement de la butée magnétique et tomber rapidement sur l'autre butée 3. Durant ce mouvement elle va générer une micro-onde d'air positive -ctest-à-dire en surpression- dans le tube 5, qui va se transmettre aussitôt au tube détecteur 8 dans le sens du déplacement vers la droite de la bille légère 9.Cette dernière franchira aisément le coude du tube et son arrivée sera détectée par le faisceau de fibres optiques (12,13) qui transmettra aussitôt le signal reçu au détecteur 14. A l'inverse, lors de la descente du niveau du liquide, à partir d'un seuil déterminé, le déplacement avec le flotteur, de la bille 2 vers le fond du tube 1, du côté opposé au conduit 5, va générer une micro-onde d'air négative -c'est-à-dire une relative dépression- qui se traduira par un retour de la bille légère 9 dans sa position première -ce mouvement étant à son tour détecté et signalé par les faisceaux de fibres optiques (10,11)-. Une variante de réalisation est représentée à la figure 2. Au niveau du flotteur 4, le tube 1 ne dispose plus de butées magnétiques mais, à chacune de ses extrémités il est entouré d'un aimant annulaire 17 de maintien de la bille. Chaque extrémité du tube 1 est cette fois raccordée par un conduit de liaison et de suspension souple 18 à une partie fixe au-dessus du fluide à détecter. Les conduits 18 sont raccordés de la façon représentée chacun à un tube détecteur 8, les deux tubes étant raccordés entre eux de façon "tête-bêche". Ainsi l'un reçoit et détecte une micro-onde d'air positive et l'autre une micro-onde d'air négative. Bien entendu des fibres optiques (10,12) transmettent le signal à un amplificateur 19 suivi des contacts d'asservisement 15. Le fonctionnement est équivalent à celui de l'exemple précédent. Ce type de détecteur de niveau convient également pour la détection du niveau de poudres ou de pulvérulents. On fait référence maintenant à la figure 3 dans laquelle le flotteur 4 est équipé également d'un tube basculant 1 obturé à ses deux extrémités, et toujours relié à un lest réglable 6 en bout d'une canne support 16. Mais le tube de dimension un peu plus grande est muni intérieurement d'un manchon cylindrique 20, de plus petite -longueur dont les extrémités forment un épaulement annulaire 21. Entre l'extrémité du tube 1 opposée au conduit souple de liaison 5 et l'épaulement annulaire 21 est ménagée une chambre 22 qui peut servir de logement à une bille d'acier 2 de poids et de dimension appropriés. Le tube 1 communique par un orifice 23 au conduit souple de liaison 5. Une autre chambre 24 est ménagée entre ce fond du tube et l'épaulement annulaire voisin 21. Le fond de cette chambre 24 est équipé d'un micro-interrupteur désigné dans Son ensemble par la référence 25. Le microinterrupteur 25 en question est représenté plus en détail aux figures 4 et 5. Le corps 26 du micro-interrupteur constitue le fond du tube 1 et communique par l'orifice 23 au conduit 5. Une membrane souple 27 obture une petite chambre 28 d'émission de micro-onde d'air communiquant avec l'orifice 23. Une petite potence 29 rapportée sur le corps 26, reçoit un axe 30 de pivotement d'un levier basculant 31 ou d'une palette qui s'étend transversalement au fond de la chambre 24. Une extrémité du levier basculant 31 porte une masselotte 32 en appui contre la membrane 27.Une plaquette d'acier 33 rapportée sur le levier 31 augmente l'inertie de ce dernier. De l'autre coté de la potence, le levier est intercalé entre une équerre 34, à laquelle est collé un petit aimant 35, et un ressort à compression 36 logé dans un puits 37 du corps 26. Le levier rappelé par le ressort contre l'aimant peut pivoter néanmoins avec un certain débattement entre une butée fixe de fin de course 38 et un axe de commande coulissant 39. Une lame de ressort de compensation 45 est fixée sur le levier 31 et permet le retour de celui-ci à sa position initiale sous l'effet du ressort à compression 36, sans gêner le déclenchement de la micro-onde d'air positive, au moment du relâchement de l'action sur l'axe de commande coulissant 39.Le flotteur ainsi décrit, équipé de son micro-interrupteur, est raccordé par la canne 16 à un tube de verre coudé 8 analogue à celui décrit en référence à la figure 1, dans lequel peut se déplacer une bille légère 9. Le tube 8 est également équipé de jeux de fibres optiques (10,11) reliés à une électronique 14 par l'intermédiaire de relais bistables assurant l'asservissement et la signalisation. Quand le flotteur bascule pour atteindre la position représentée à la figure 3, la bille 2 préalablement logée dans la chambre 22- a échappé à l'épaulement annulaire 21. Elle s'est alors déplacée à l'intérieur du manchon cylindrique 20 pour venir heurter la plaquette 33 portée par le levier 31 du micro-interrupteur 25. Le choc se transmet à la masselotte 32 et à la membrane 27 générant une micro-onde d'air dans la chambre 28. Cette micro-onde d'air est transmise par la canne 16 au tube détecteur 8 et provoque le déplacement de la bille légère 9 dont le mouvement est détecté et le signal transmis par les fibres optiques au détecteur. Le micro-interrupteur 25 ainsi décrit peut servir aussi dans d'autres applications notamment en agissant sur l'axe de commande coulissant 39. L'action sur cet axe provoque le décollement brutal du levier 31 par rapport à l'aimant 35, ce mouvement brusque se transmettant à la masselotte pour générer la micro-onde d'air. Après ce mouvement, le ressort de rappel 36 remet le levier au collage, prêt pour un nouvel usage. Ce type de micro-interrupteur peut remplacer les micro-interrupteurs électriques ou pneumatiques dans les pressostats ou thermostats. Il agit sans déclenchement intempestif par émission instantanée d'une micro-onde d'air positive ou négative. Dans la variante représentée à la figure 6, le flotteur représenté à la figure 1 est raccordé par une canne 16, non plus à un tube détecteur unique mais à deux deux tubes inclinés 8a et 8b et alignés reliés l'un à l'autre par un conduit 40. La canne 16 débouche en un point 41 sur le conduit 40 entre les deux tubes détecteurs. Ces derniers sont bien entendu équipés de faisceau de fibres optiques (10,11) qui détectent le mouvement des billes 9a et 9b et transmettent un signal à l'amplificateur 19 suivi des contacts d'asservissement 15. On comprend qu'une micro-onde d'air positive générée par le flotteur agira sur la bille 9a du tube 8a, tandis qu'une micro-onde d'air négative agira sur la bille 9b du tube 8b. L'inclinaison des tubes permet aux billes de revenir ensuite dans la position basse représentée. Les mouvements des billes sont bien entendu suivis par les faisceaux de fibres optiques. On peut aussi selon la variante représentée à la figure 7 utiliser un tube 1 dans un flotteur 4, qui est muni à chacune de ses extrémités d'un capteur à membrane 42 qui émet une micro-onde d'air positive ou négative lorsque la bille les heurte quand le tube bascule d'un coté ou de l'autre et rebondit sur la membrane. Un diaphragme central 43 fait office d'organe de retenue temporaire de la bille lors du basculement du tube. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation représentés mais en englobe au contraire toutes les variantes constructives. REVENDICATIONS 1.- Détecteur de niveau à micro-onde d'air comportant un flotteur raccordé par une de ces extrémités à un point d'accrochage fixe et renfermant un mécanisme sensible aux variations d'inclinaison dudit flotteur pour émettre un signal caractéristique du niveau du liquide à détecter, caractérisé en ce que le mécanisme intégré dans le flotteur (4) est un tube (1) renfermant une bille ou un piston déplaçable (2) dont le mouvement selon l'inclinaison du tube, génère une micro-onde d'air recueillie par un dispositif (8,9) extérieur au flotteur en vue d'émettre un signal représentatif du niveau du fluide détecté. 2.- Détecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tube (1) est fermé par des butées magnétiques (3) laissant passage à l'air qui constituent un organe de retenue temporaire de la bille 2 ou du piston pendant le mouvement de basculement du flotteur. 3.- Détecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque extrémité du tube (1) est raccordée par un conduit de liaison et de suspension souple (18) au dispositif récepteur (8,9) et en ce qu'il est entouré à ses extrémités d'aimants annulaires (17), pour la retenue temporaire de la bille ou du piston. 4.- Détecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le tube (1) est équipé à une de ses extrémités d'un micro-interrupteur (25) recueillant le choc de la bille (2) pour l'émission d'une micro-onde d'air vers le dispositif récepteur (8,9), et muni intérieurement d'un organe (21,43) de retenue temporaire de la bille. 5.- Détecteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'organe de retenue est constitué d'épaulements (21) terminant un manchon cylindrique (20) rapporté intérieurement au tube (1). 6.- Détecteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'organe de retenue est constitué d'un diaphragme (43) disposé au centre du tube (1). 7.- Détecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif recueillant la micro-onde d'air émise est constitué d'au moins un tube détecteur (8) à l'intérieur duquel se déplace une petite bille 9 très légère dont les mouvements sont détectés par des faisceaux de fibres optiques (10,11,12,13) d'émission et de réception de lumière qui transmettent à un module de réception et d'enregistrement (14,15,19) le signal représentatif du déplacement de ladite bille. 8.- Détecteur selon les revendications 1 et 7 caractérisé en ce que le tube détecteur (8) est un tube coudé fermé par des butées d'extrémité (7), la partie coudée étant orientée vers le haut. 9.- Détecteur selon les revendications 1,3 et 7, caractérisé en ce que deux tubes détecteurs 8 sont raccordés "tête-bêche" aux conduits de liaison et de suspension souple (18) pour détecter les micro-onde d'air positives et négatives émises par le tube (1). 10.- Détecteur selon les revendications 1 et 7, caractérisé en ce que deux tubes détecteurs (8a,8b) sont inclinés, alignés et raccordés par un conduit (40) en un point (41) duquel aboutit la canne (16) provenant du flotteur (4) pour détecter les micro-ondes d'air positives et négatives émises par le tube (1). 11.- Micro-interrupteur utilisable notamment pour équiper le tube de flotteur d'un détecteur de niveau selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il est constitué d'un corps (26) dont une petite chambre (28) d'émission de micro-onde d'air est obturée par une membrane souple (27) soumise au choc d'une masselotte (32) portée par un levier basculant (31) rappelé par un ressort (36). 12.- Micro-interrupteur selon la revendication 11 caractérisé en ce qu qu'une extrémité du levier (31) est intercalée entre une équerre (34) portant un aimant (35) et ledit ressort (36). 13.- Micro-interrupteur selon les revendications 11 et 12 caractérisé en ce que le levier (31) pivote sous l'effet d'un axe de commande coulissant (39).