Brevet FR2717575A1 — publié le 19950922

La présente invention concerne un dispositif de mesure du niveau d'un liquide contenu dans un réservoir. Elle concerne plus particulièrement un tel dispositif dans lequel le niveau du liquide correspond à une position5 angulaire de moyens magnétiques, mobile en rotation autour d'un axe. Des dispositifs de mesure de ce type sont connus, en particulier pour la lecture de niveau dans les réservoirs sous pression, tels que ceux contenant des gaz liquéfiés10 chimiques et/ou gaz de pétrole, tels que le butane, propane. Dans ces dispositifs, un flotteur, à la surface du liquide, est relié par un bras de flotteur à un renvoi d'angle fixe. Ce renvoi d'angle est lui-même relié par un axe de transmission à un aimant susceptible de tourner parallèlement à une paroi du réservoir. A cet endroit, la paroi est constituée d'un bossage en matériau amagnétique. Sur sa face extérieure, le réservoir porte un dispositif de lecture formé d'un aimant extérieur, mobile en rotation autour d'un pivot situé dans le même axe que l'aimant intérieur, et associé à une aiguille indicatrice dont la position peut être lue sur un cadran gradué. Dans d'autres modes de réalisation, l'aimant est associé à un cadran gradué tournant avec lui et dont l'orientation est repérée par rapport à un index fixe. Le niveau du liquide dans le réservoir détermine l'inclinaison de l'axe de flotteur et, par l'intermédiaire du renvoi d'angle et de l'axe de transmission, la position angulaire de l'aimant intérieur et de l'aimant extérieur. La position de l'aiguille indicatrice par rapport au cadran gradué indique donc le niveau du liquide dans le réservoir. Ces dispositifs sont couramment utilisés pour mesurer le niveau de remplissage des réservoirs de gaz liquéfié sous pression, et ont jusqu'à présent donné satisfaction. Toutefois, ils impliquent une lecture directe, alors qu'il est apparu nécessaire de pouvoir connaître à distance le niveau de remplissage des réservoirs et, éventuellement, de pouvoir contrôler ou commander différents processus à partir de la valeur de ce niveau. Il existe différents dispositifs ou sondes de mesure de niveau fournissant une information sous forme d'un signal électrique. Toutefois, l'utilisation de ces différents dispositifs nécessite une communication entre l'intérieur du réservoir et l'extérieur, ce qui présente des problèmes difficiles à résoudre dans le cas des réservoirs de gaz liquéfié sous pression. L'équipement de réservoirs existants avec de tels dispositifs est une contrainte supplémentaire. Le but de l'invention est de proposer un dispositif apte à résoudre ces différents problèmes. C'est donc un but de l'invention de proposer un dispositif de mesure du niveau d'un liquide contenu dans un réservoir qui ne nécessite pas de passage matériel au travers d'une paroi. C'est un autre but de l'invention de proposer un tel dispositif qui fournisse un signal électrique de mesure représentant le niveau de remplissage du réservoir. C'est encore un but de l'invention de proposer un dispositif de mesure de niveau qui permette la modernisation des installations existantes, décrites plus haut, de mesure de niveau des réservoirs de gaz liquéfié sous pression, sans avoir à vider lesdits réservoirs. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de mesure du niveau d'un liquide contenu dans un réservoir comportant des moyens permettant de faire correspondre ledit niveau à une position angulaire de moyens magnétiques, mobile en rotation autour d'un axe. Selon l'invention, ce dispositif comporte au moins un capteur à effet Hall fournissant un signal électrique de mesure, fonction de la position angulaire des moyens magnétiques, et des moyens d'acquisition et de visualisation du niveau du liquide à partir du signal électrique de mesure. Selon différents modes de réalisation préférés, le dispositif de l'invention comporte les caractéristiques suivantes, éventuellement prises selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: - le ou les capteurs à effet Hall sont placés parallèlement à un plan perpendiculaire à l'axe de rotation des moyens magnétiques; - il comporte plusieurs capteurs à effet Hall, angulairement déphasés les uns par rapport aux autres autour de l'axe de rotation des moyens magnétiques; - il comporte deux capteurs à effet Hall, approximativement déphasés de 90 l'un par rapport à l'autre; - il comporte trois capteurs à effet Hall, approximativement déphasés de 60 l'un par rapport à l'autre; - il est destiné à un réservoir fermé par des parois et comporte un bossage amagnétique inséré dans une des parois du réservoir et le champ magnétique est produit par un aimant intérieur placé à l'intérieur de la cuve au voisinage du bossage amagnétique, et les capteurs à effet Hall sont placés au voisinage du bossage amagnétique à l'extérieur de la cuve; - un aimant extérieur, mobile en rotation, est placé entre le bossage amagnétique et les capteurs à effet Hall et cet aimant extérieur a une position angulaire déterminée par la position angulaire de l'aimant intérieur; - il comporte un flotteur à la surface du liquide, relié par un bras de flotteur à un renvoi d'angle fixe, lui-même relié aux moyens magnétiques par un axe de transmission; la position du flotteur, fonction du niveau du liquide, détermine l'orientation de l'axe de flotteur et, par l'intermédiaire du renvoi d'angle et de l'axe de transmission, l'orientation des moyens magnétiques; - les moyens d'acquisition et de visualisation sont placés à distance des capteurs à effet Hall, et des moyens de transmission adressent les signaux de mesure, fournis par les capteurs à effet Hall, auxdits moyens d'acquisition ou de visualisation; - le liquide contenu dans le réservoir est un Gaz de Pétrole Liquéfié (G.P.L.), ou un Gaz Liquéfié Chimique. L'invention sera décrite en détail, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 est une représentation schématique en coupe verticale des éléments du dispositif de mesure liés au réservoir; - la Figure 2 est une représentation schématique en coupe verticale partielle du dispositif; - la Figure 3 est une représentation schématique en coupe verticale partielle du dispositif équipé de moyens de visualisation locale; - la Figure 4 est une représentation schématique partielle vue de dessus du dispositif dans un premier mode de réalisation; - la Figure 5 est une représentation schématique des signaux produits par les capteurs à effet Hall du dispositif de la Figure 4; - la Figure 6 est une représentation schématique partielle du dispositif dans un deuxième mode de réalisation; - la Figure 7 est une représentation schématique des signaux produits par les capteurs à effet Hall du dispositif de la Figure 6; - la Figure 8 est un exemple schématique vu du dessus de l'implantation d'un dispositif de mesure dans un troisième mode de réalisation avec quatre capteurs à effet Hall; - la Figure 9 est un exemple schématique vu du dessus de l'implantation d'un dispositif de mesure dans un quatrième mode de réalisation. Un liquide 1 est contenu dans un réservoir 2, représenté ici par sa paroi supérieure, approximativement horizontale 3. Le niveau de ce liquide est représenté par la ligne 4 séparant la phase gazeuse de la phase liquide. Le dispositif de mesure comporte un bossage amagnétique 5 fixé de manière étanche sur la paroi 3; Un flotteur 6 est relié par un bras de flotteur 7 à un renvoi d'angle fixe 8. Un axe de transmission 9 porte, à sa partie supérieure, au voisinage du bossage amagnétique 5, des moyens magnétiques 10 produisant un champ magnétique. Ainsi, la position du niveau du liquide 4 détermine celle du flotteur 6 et, par là, l'angle fait par l'axe de flotteur 7 avec l'horizontale. Cet angle détermine la position angulaire de l'axe de transmission sur luimême et ainsi, celle des moyens magnétiques 10. A l'extérieur du réservoir, des capteurs à effet Hall 12-1, 12-2 sont positionnés sur le bossage amagnétique 5 en regard des moyens magnétiques 10. Les moyens magnétiques 10 comportent avantageusement deux aimants permanents 210, 310 portés par un bras 410 mobile en rotation autour de l'axe 9. Les capteurs sont recouverts d'un boîtier 15 fixé sur le bossage amagnétique 5. Afin de fournir une information de niveau sur le réservoir 2 lui-même, le dispositif, tel que représenté sur la Figure 3, comporte avantageusement des moyens de visualisation locale. Dans ce cas, des moyens magnétiques externes 110 sont utilisés pour assurer une visualisation sur place à l'aide d'une aiguille 13 ou d'un cadran tournant dont la position est repérée par rapport à un index 113. Les moyens magnétiques externes 110 ont une structure analogue à celle des moyens magnétiques 10. Les capteurs à effet Hall sont alors placés entre le bossage amagnétique 5 et les moyens magnétiques 110 externes.5 Dans la suite de la description, pour tous les modes de réalisation, les éléments analogues porteront la même référence sur les différentes Figures, les capteurs à effet Hall seront globalement désignés par la référence 12 et individuellement par les références 12-1, 12-2, etc.... Les signaux produits par ces capteurs sont référencés respectivement par 19-1, 19-2, etc.... Chaque capteur a effet Hall 12 est alimenté à partir d'une source 16 et fournit un signal électrique à l'unité de traitement 17, fonction du champ magnétique qu'il reçoit, c'est-à-dire en pratique de la position angulaire a des moyens magnétiques 10. L'unité de traitement 17 fournit un signal représentatif de la position angulaire a des moyens magnétiques 10 et donc, par là, du niveau du liquide contenu dans le réservoir aux moyens d'exploitation et/ou de visualisation 18. Ces moyens d'exploitation et de visualisation 18 peuvent être placés à distance de l'unité de traitement 17 avec laquelle ils sont reliés, soit par une liaison filaire, soit éventuellement par une liaison immatérielle, telle que radio, infrarouge.... Les moyens d'exploitation ou de visualisation 18 peuvent être de nature extrêmement variée, ils peuvent correspondre soit à un simple cadran ou écran de visualisation, ou encore être utilisés pour commander des dispositifs de contrôle, d'alerte, etc.... Ils peuvent encore être utilisés pour effectuer des analyses statistiques en exploitant le niveau de remplissage par rapport au temps, etc.... Le signal fourni par chacun des capteurs à effet Hall 12 en fonction de l'angle d'orientation a des moyens magnétiques est une courbe sinusoïdale 19. La courbe associée à chacun des capteurs 12-1 étant déphasée par rapport à celle fournie par un autre capteur 12-2 en fonction de l'angle formé par l'axe de l'un des capteurs 12-1 avec l'axe de l'autre 12-2. Tel que représenté sur les Figures 2 à 5 correspondant à un premier mode de réalisation, la mise en oeuvre de deux capteurs à effet Hall perpendiculaires l'un à l'autre donne naissance à des signaux 19-1, 19- 2 sinusoïdaux en fonction de l'orientation des moyens magnétiques 10, déphasés de 90 l'un par rapport à l'autre. Dans ce cas, l'unité de traitement 17 peut exploiter le rapport de ces deux signaux correspondant à la tangente de l'angle a pour fournir la valeur du niveau recherchée. Dans le deuxième mode de réalisation, représenté sur les Figures 6 et 7, o trois capteurs & effet Hall, décalés angulairement de 60 les uns par rapport aux autres, les trois signaux fournis 19-1, 19-2, 19-3 sinusoïdaux sont déphasés 2r/3 les uns par rapport aux autres. Dans ce cas, l'angle a représentant la position des moyens magnétiques à un niveau donné, la somme théorique de ces trois signaux est nulle: sin a + sin (a + 2 f/3) + sin (a + 4 z/3) = 0 Pour faciliter la compréhension, les trois signaux fournis par les capteurs à effet Hall 19-1, 19-2, 19-3 seront respectivement appelés U1, U2, U3. A une position des moyens magnétiques recherchée, l'unité de traitement 17 mesure donc les tensions U1, U2, U3 qui peuvent se décomposer comme suit: U1 = K. sin a1 U2 = K. sin (a2 + 2 f/3) U3 = K. sin (a3 + 4 T/3) Pratiquement, les valeurs a1, a2, a3 correspondent à a E, E représentant les tolérances intrinsèques aux capteurs à effet Hall et à l'électronique de traitement, ainsi qu'à leurs tolérances de positionnement, le coefficent K représente la valeur absolue et maximum du signal, choisie arbitrairement à 1 volt pour faciliter la5 compréhension de ce qui suit. Pour accéder à la valeur de a, il convient avant tout de définir le quadrant dans lequel se trouve a comme suit: sin a1 = Ul Deux cas de figures possibles: 1 ) si sin a1 2 0, deux cas se présentent: a) si U2 S U3 - quadrant n 1 a 2 0 et a S 90 , d'o a = a1 b) si U2 > U3 - quadrant n 2 a > 90 et a S 180 , d'o a = I - a1 2 ) si sin a1 180 et a 2700 et a E, on considère a1 = a2. - U1 U2 + U1/2 U2 - + 0,866 cos a2 - cos a2 = 2 0,866 de même U3 = (sin a3.cos 4v/3) + (sin 4v/3.cos a3) U3 = - 0,5 sin a3 - 0, 866 cos a3 - U1 - U3 + Ul/2 U3 = - 0,866 cos a3 - cos a3 = 2 0,866 L'unité de traitement 17 effectue le calcul de la moyenne arithmétique de a comme suit: i = 3 i=3 = 1 E ai 3 i = 1 représentant la position des moyens magnétiques et donc par là même, la position du flotteur et par conséquent, du niveau de liquide. Dans le troisième mode de réalisation représenté sur les Figures 3 et 9, les capteurs 12-1, 12-2, 12-3, 12-4 sont décalés les uns par rapport aux autres d'un angle de r/5 = 36 . Quel que soit le mode de réalisation, l'exploitation en mesure différentielle des signaux émis par les capteurs les uns par rapport aux autres permet de s'affranchir des incertitudes de la réalisation, ainsi que des variations des conditions climatiques et de ce fait, d'améliorer ainsi la précision de la mesure. Dans les modes de réalisation des Figures 8 et 9, des éléments, respectivement 20, 21 en matériau conducteur de flux magnétiques, sont utilisés pour canaliser les flux magnétiques émis par les moyens magnétiques 10 vers les capteurs à effet Hall. Dans le premier cas (Figure 8), cet élément 20 est en forme d'un ensemble de doigts jointifs au voisinage du centre de rotation des moyens magnétiques 10 et portant chacun un capteur à effet Hall à son autre extrémité. Dans le deuxième cas (Figure 9), cet élément 21 a la forme d'un anneau portant les capteurs à effet Hall. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières, et n'en limitent aucunement la portée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure du niveau d'un liquide (1) contenu dans un réservoir (2) comportant des moyens permettant de faire correspondre ledit niveau à une5 position angulaire de moyens magnétiques (10), mobile en rotation autour d'un axe, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur à effet Hall fournissant un signal électrique de mesure, fonction de la position angulaire des moyens magnétiques et des moyens d'acquisition ou de visualisation du niveau du liquide (1) à partir du signal électrique de mesure. 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les capteurs à effet Hall sont placés parallèlement à un plan perpendiculaire à l'axe de rotation des moyens magnétiques. 3. Dispositif de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs capteurs à effet Hall, angulairement déphasés les uns par rapport aux autres autour de l'axe de rotation des moyens magnétiques. 4. Dispositif de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte deux capteurs à effet Hall, approximativement déphasés de 900 l'un par rapport à l'autre. 5. Dispositif de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte trois capteurs à effet Hall, approximativement déphasés de 60 l'un par rapport à l'autre. 6. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendication 1 à 5 destiné à un réservoir (2) fermé par des parois, caractérisé en ce qu'il comporte un bossage amagnétique (5) inséré dans une paroi (3) du réservoir (2), que le champ magnétique est produit par un aimant intérieur placé à l'intérieur de la cuve au voisinage du bossage amagnétique (5), et que les capteurs à effet Hall sont placés au voisinage du bossage amagnétique (5) à l'extérieur de la cuve. 7. Dispositif de mesure selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un aimant extérieur, mobile en rotation, est placé entre le bossage amagnétique (5) et les5 capteurs à effet Hall, cet aimant extérieur ayant une position angulaire déterminée par la position angulaire de l'aimant intérieur. 8. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un flotteur (6) à la surface du liquide (1), relié par un axe de flotteur (7) à un renvoi d'angle fixe (8), lui-même relié à l'émetteur de champ magnétique (10) par un axe de transmission (9); la position du flotteur (6), fonction du niveau du liquide (1), déterminant l'orientation de l'axe de flotteur (7) et par l'intermédiaire du renvoi d'angle (8) et de l'axe de transmission (9), l'orientation des moyens magnétiques. 9. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens d'acquisition ou de visualisation sont placés à distance des capteurs à effet Hall, et que des moyens de transmission adressent les signaux de mesure, fournis par les capteurs à effet Hall, auxdits moyens d'acquisition ou de visualisation. 10. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le liquide (1) est un Gaz de Pétrole Liquéfié (G.P.L.).