Brevet FR2704647A1 — publié le 19941104

DISPOSITIF DE MESURE A HAUTE PRECISION ET AUTO-CONTROLE DE LA HAUTEUR D'UN LIQUIDE DANS UNE ENCEINTE La présente invention a trait à la mesure précise et autocontrôlée de la hauteur d'un liquide dans une enceinte, notamment des liquides tels que des hydrocarbures ou des liquides alimentaires ou industriels, contenus dans des réservoirs, cuves ou citernes de transport routier ou ferroviaire. Les camions-citernes et wagons-citernes sont munis de dispositifs de jaugeage du contenu de leurs compartiments constitués par des jauges dénommées sabres dans le jargon du métier, qui sont des règles graduées de plusieurs dizaines de centimètres de longueur, introduites manuellement par une trappe d'accès au compartiment, généralement un trou d'homme, ménagée en partie supérieure de ce dernier et positionnées à la verticale par rapport à un taquet dit de jaugeage, agencé à proximité de la trappe d'accès, en vue d'apprécier, à l'oeil, la hauteur du liquide dans le compartiment, lue sur la graduation du sabre. Etant donné les conditions de lecture et les erreurs de parallaxe dues au fait que le niveau du liquide à détecter se situe généralement à plusieurs décimètres de profondeur dans la cuve, la précision d'une telle "mesure" est aléatoire et de l'ordre de un ou plusieurs millimètres. S'agissant de cuves de capacités de plusieurs hectolitres, une telle mesure approximative peut se traduire par une erreur, quant au volume effectivement contenu, de plusieurs litres, voire plusieurs dizaines de litres, ce qui n'est nullement négligeable pour des liquides tels que des hydrocarbures, vins, alcools, etc... par exemple. La présente invention vise à substituer au sabre de jaugeage et autres dispositifs imprécis, un dispositif à la fois bien plus précis dans la mesure de la hauteur effective de liquide dans le compartiment et assurant un auto-contrôle, c'est-à-dire capable au moins de signaler si la mesure qui vient d'être faite s'effectue toujours à l'intérieur de tolérances fixées à la fabrication du dispositif. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de mesure à haute précision et auto-contrôle de la hauteur d'un liquide dans une enceinte, caractérisé en ce qu'il comprend - une vis sans fin micrométrique fixée libre en rotation sur une platine dite de référence susceptible d'être placée de manière amovible en partie supérieure de l'enceinte, au dessus du liquide, dans une position prédéterminée, ladite vis s'étendant verticalement à l'intérieur de l'enceinte et plongeant dans le liquide, - des moyens d'entraînement en rotation de la vis, - un codeur incrémental monté sur la vis et susceptible de délivrer un signal électrique proportionnel à la rotation de celle-ci, - une noix montée de manière coulissante le long de la vis ;; - au moins deux sondes de détection du niveau du liquide, agencées sur la noix avec une différence de hauteur entre elles prédéterminée - et des moyens reliés aux moyens moteurs, au codeur incrémental et aux sondes pour i) commander la descente des sondes au moins jusqu'à ce que les deux aient délivré leur signal de détection du niveau du liquide ; ii) puis remonter la noix porte-sondes dans une position de repos prédéterminée, au-dessus du liquide, en sorte de mesurer et afficher la hauteur du liquide à partir de la mesure du déplacement de la noix porte-sondes et de délivrer un signal dans le cas où l'écart, mesuré en angle de rotation de la vis, entre les détections de niveau respectives des deux sondes, est supérieur à un seuil prédéterminé. Ainsi, le dispositif non seulement fournit une indication particulièrement précise de la hauteur du liquide dans l'enceinte, grâce au déplacement précis, répétitif, fiable et parfaitement retranscrit par le codeur incrémental, mais s'auto-contrôle, c'est-à dire est capable de signaler si la mesure qu'il vient d'effectuer entre dans les normes de tolérance fixées par construction et mises en mémoire dans le dispositif.Plus précisément, le dispositif mesure toute dérive ou hystérésis dans le déclenchement de chaque sonde lorsque son élément sensible de détection est à hauteur de l'interface air-liquide et émet un signal lorsque cette mesure de dérive dépasse un seuil prédéterminé, en-deça duquel la dérive est tolérée, tient compte du vieillissement naturel des sondes et se traduit par une erreur sur la hauteur effective du liquide acceptable, notamment par la réglementation légale. C'est ainsi que le dispositif de l'invention peut permettre une mesure d'une hauteur de liquide dans une cuve à 1 mm près ou 1/10 de mm ou 1/100 de mm ou même davantage, selon la précision de la vis, de ses moyens d'entraînement et du codeur incrémental. Lorsqu'un signal indicatif de conditions de mesure hors normes préfixées est émis par le dispositif, ce dernier doit alors être démonté et révisé en atelier notamment pour changer la ou les sondes et pour un nouvel étalonnage en vue de son remontage sur une cuve ou autre enceinte. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard du dessin annexé sur lequel la figure unique représente schématiquement en élévation un dispositif conforme à l'invention. Sur cette figure unique on a représenté en 1 une cuve contenant un liquide dont le niveau est désigné par 2 et se trouve à une hauteur par rapport au fond de la cuve 1 désignée par HL. Le dispositif de l'invention comprend une platine 3, dite de référence, fixée de manière amovible en partie supérieure de la cuve 1, au-dessus d'un orifice 4 d'accès à l'intérieur de la cuve. La platine 3 est agencée à une distance Hp du fond de la cuve 1 parfaitement définie, par construction. Sur la platine 3 est montée tourillonnante une vis sans fin micrométrique 5, s'étendant verticalement dans la cuve 1 et plongeant dans le liquide. La vis 5 est mue en rotation par un moteur électrique 6 et à l'extrémité supérieure de la vis est monté un codeur incrémental 7, par exemple le codeur modèle ROD 420 D commercialisé par la Société allemande HEIDENHAIN, délivrant un signal électrique, sous forme d'impulsions, proportionnel au nombre de tours, ou à la fraction de tour, réalisé par la vis. La vis 5 entraîne une noix 8, guidée en coulissement le long de la vis grâce à des moyens de guidage fixes appropriés symbolisés en 9. La noix 8 porte deux sondes S1 et S2 de détection du niveau du liquide 2, par exemple des sondes optiques modèles VP fabriquées par la Société danoise ELECTROMATIC INDUSTRI A/S. Les deux sondes S1 et S2 sont décalés en hauteur, c'est-à- dire selon l'axe de la vis 5, la sonde la plus basse S1 étant réprésentée au niveau du liquide 2. Le décalage ou écart en hauteur ES des sondes, ou plus précisément des organes sensibles de détection de l'interface air-liquide de ces sondes, est fixe par construction et de l'ordre de un ou quelques millimètres. La course totale CT des sondes S1,S2 le long de la vis 5 est définie entre l'extrémité inférieure de la vis 5 et une position haute dite de repos 8' de la noix 8, en permanence au-dessus du liquide contenu dans la cuve 1, même lorsque celle-ci est remplie à son taux maximal autorisé. Dans la position de repos de la noix porte-sondes 8, les sondes, plus précisément la sonde S1, se trouve à une distance initiale Hi de la platine 3 parfaitement connue. Le dispositif est relié à un poste (non représenté) de commande-mesure-affichage situé à distance, à l'endroit le plus approprié et accessible pour l'opérateur. Ce poste de commande-mesure-affichage est relié par des conducteurs électriques au moteur 6, au codeur 7 et aux sondes S1,S2 et comprend un ensemble électronique de mémoire, calcul, affichage et signalisation, muni de moyens de programmation aptes à commander les opérations suivantes - descente de la noix 8 à partir de la position de repos 8', au moins jusqu'à ce que les deux sondes S1 et S2 aient détecté le niveau 2, - puis remontée de la noix jusqu'à la position de repos 8', - mesure, à la descente de la noix 8, de la distance (course Csl) parcourue par la première sonde S1 lorsque son organe sensible détecte l'interface air liquide 2, la hauteur de liquide HL étant déduite à partir des valeurs connues et mémorisées Hp et Hi, - affichage de la hauteur HL du liquide, avec traduction éventuelle en valeur de volume, - mesure de l'écart, donné en fraction de tour (ou en tours) de la vis 5 par le codeur incrémental 7, entre les signaux de détection délivrés successivement par les deux sondes S1 et S2 à la descente, - comparaison de cet écart avec un écart pré-enregistré correspondant à un seuil maximal acceptable compte tenu de la précision désirée et du vieillissement "normal" des sondes, - génération d'un signal, lumineux et/ou sonore, informant que l'écart mesuré est supérieur à l'écart toléré. Les déplacements de la noix 8 sont mesurés avec précision grâce à la vis micrométrique 5 dont le pas est connu. Le rapport entre le nombre de tours et/ou fraction de tour de la vis et le déplacement dans l'axe de la vis de la noix 8 est donc connu et le codeur incrémental 7, dont la précision, c'est-à-dire le nombre d'impulsions électriques engendrées pour une fraction de tour unitaire de la vis 5, peut être fixée selon, par exemple, les exigences posées par le cahier des charges, permet de mesurer avec une grande précision tout déplacement de la noix 8, et donc la hauteur effective HL du liquide 2, à partir des valeurs Hp et Hi mises en mémoire. Dans l'exemple donné ci-dessus, la mesure de HL est donnée à partir de la détection réalisée par la première sonde S1, mais on pourrait tout aussi bien le faire à partir de la détection opérée par la deuxième sonde S2. Avantageusement, les deux sondes S1 et S2 seront descendues en dessous du niveau 2, pour pouvoir effectuer, à la remontée, une nouvelle détection différentielle du niveau 2 par les deux sondes S1, S2, afin de contrôler le fonctionnement des sondes au passage du liquide à l'air. Dans ce sens de fonctionnement des sondes S1,S2, qui sont par exemple des sondes optiques, on observe généralement une hystérésis entre le passage physique à l'interface de l'organe sensible de la sonde et l'émission du signal électrique correspondant, qui n'est pas la même que dans le sens du passage de l'air dans le liquide.Cette seconde mesure est comparée à un seuil de tolérance, homologue mais cependant distinct, de celui auquel est comparé ledit écart mesuré à la descente des sondes, en sorte d'assurer un meilleur contrôle de ces dernières, en particulier leur évolution dans le temps. La hauteur HL peut ainsi être mesurée à 1/10, 1/100 ou 1/1000 de mm près, par exemple. I1 est à noter que la mesure de la course C81 de la sonde S1 permet de mesurer aussi bien la hauteur du liquide (HL), à savoir le tirant de liquide, que le tirant d'air (Hp - HL) qui est égal à Hi + Csl. La vitesse de déplacement de la noix 8 est par exemple de l'ordre de quelques centimètres par seconde, correspondant à une rotation de la vis 5 de l'ordre de 1000 à 1500 tr/mn. Si le dispositif émet un signal indiquant que la mesure n'entre pas dans les normes pré-fixées, il sera alors nécessaire de le démonter et de le ramener en atelier pour vérification et/ou changement de la ou des sondes défectueuses. Avant toute installation ou remise en place après changement de sonde, du dispositif de l'invention, il est nécessaire de faire un étalonnage, c'est-à-dire une détermination précise de la position et du déplacement des sondes S1,S2 par rapport à la platine 3, les valeurs d'étalonnage (position initiale Hi de chaque sonde, rapport entre la rotation de la vis 5 et le nombre d'impulsions délivrées par le codeur 7) étant mises en mémoire dans le dispositif électronique de commande du dispositif de l'invention. I1 est à noter par ailleurs que le moyen d'entraînement de la vis 5 peut être un autre moyen moteur qu'un moteur électrique, par exemple un vérin hydraulique, pneumatique ou un moyen manuel. On pourrait éventuellement prévoir sur la noix 8, plus de deux sondes, trois par exemple, décalées mutuellement en hauteur, le dispositif fonctionnant sur le même principe en ce qui concerne l'auto-contrôle qui se ferait sur trois références, les trois sondes, au lieu de deux. Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne la nature du codeur incrémental 7, des sondes S1,S2, l'agencement mutuel, réglable ou non, des sondes et les modalités de mise en place du dispositif par rapport à la cuve ou enceinte dont on veut mesurer la hauteur du liquide contenu. REVENDICATIONS ~.~.~.~.~.~.~.~ ~ ~.~ ~ ~.~ 1. Dispositif de mesure à haute précision et auto-contrôle de la hauteur d'un liquide dans une enceinte, caractérisé en ce qu'il comprend - une vis sans fin micrométrique (5) fixée libre en rotation sur une platine (3) dite de référence susceptible d'être placée de manière amovible en partie supérieure de l'enceinte (1), au-dessus du liquide, dans une position prédéterminée, ladite vis s'étendant verticalement à l'intérieur de l'enceinte et plongeant dans le liquide, - des moyens (6) d'entraînement en rotation de la vis (5), - un codeur incrémental (7) monté sur la vis (5) et susceptible de délivrer un signal électrique proportionnel à la rotation de celle-ci, - une noix (8) montée de manière coulissante le long de la vis - au moins deux sondes (S1,S2) de détection du niveau (2) du liquide, agencées sur la noix (8) avec une différence de hauteur (E5) entre elles prédéterminée - et des moyens reliés aux moyens moteurs (6) au codeur incrémental (7) et aux sondes (S1,S2) pour i) commander la descente des sondes au moins jusqu'à ce que les deux aient délivré leur signal de détection du niveau du liquide (2) ; ii) puis remonter la noix (8) porte-sondes dans une position de repos prédéterminée (8'), au dessus du liquide, en sorte de mesurer et afficher la hauteur du liquide (2) à partir de la mesure du déplacement de la noix porte-sondes et de délivrer un signal dans le cas où l'écart, mesuré en angle de rotation de la vis (5), entre les détections de niveau respectives des deux sondes (S1,S2), est supérieur à un seuil prédéterminé. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il mesure également l'écart entre les détections des deux sondes (S1,S2), lors du passage du liquide à l'air à la remontée des sondes et le compare à un second seuil prédéterminé. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les sondes (S1,S2) sont des sondes optiques.