Brevet FR2738629A1 — publié le 19970314

DISPOSITIF ET PROCèDE DZ IBSURI DZ NIVEAU La présente invention concerne un dispositif et un procédé de mesure de niveau. Il est connu des systèmes hydrostatiques de mesure de niveau de liquide utilisant comme dans la demande de brevet français 2 564 969 des colonnes de liquide mises en relation avec un capteur de pression différentielle et nécessitant l'utilisation de deux tubes de hauteurs différentes l'un servant de référence haute, l'autre de référence basse en plus d'une communication du capteur avec la mer. Ces deux tubes de référence servent & étalonner périodiquement la mesure. Un tel dispositif nécessite d'installer le capteur différentiel au point où l'on veut mesurer la pression. Par ailleurs un tel dispositif nécessite des branchements multiples sur le capteur différentiel. Il est également connu un dispositif de mesure dit à canne de bullage consistant à utiliser des tubes qui pénètrent dans le liquide dont on veut mesurer la hauteur. Ces tubes sont mis sous pression d'un gaz jusqu'au moment où des bulles de gaz s'échappent de l'extrémité libre des tubes immergés. Lorsque les bulles s'échappent du tube, la pression du gaz à l'intérieur du tube correspond à la pression de l'eau sur l'extrémité immergée. Par l'association de deux tubes, dont l'un est immergé et l'autre non immergé, à un dispositif de mesure de niveau, il est possible de déterminer la hauteur d'un liquide dans un conteneur comme l'enseigne la demande de brevet US 5,115,679. Toutefois le dispositif enseigné nécessite le branchement de deux tubes dans le milieu mesuré et l'adjonction d'un transmetteur de densité pour connaître également la densité du liquide.Un tel dispositif nécessite donc une mise en oeuvre plus complexe ainsi qu'un matériel plus onéreux. La présente invention a pour but de permettre une mesure de niveau par le principe de la canne de bullage en limitant au minimum le nombre de cannes de bullage utilisées et en simplifiant de façon importante le matériel nécessaire pour la mesure de niveau sans avoir & BR Ce but est atteint par le fait que le dispositif de mesure de niveau comporte une canne de bullage et des moyens de mise en pression, ladite canne de bullage étant caractérisée en ce que des moyens de mesure sont directement reliés à cette canne de bullage par un Té, lesdits moyens de mesure comportant un dispositif de réglage du zéro de l'appareil de mesure. Selon une autre particularité les moyens de mise en pression sont déclenchés par intermittence à intervalles réguliers synchronisés sur une impulsion d'une base de temps centrale et pour un temps déterminé lorsque le signal est enregistré par une centrale. Selon une autre particularité les moyens de mise en pression fonctionnent en permanence et les moyens de mesure comportent un détecteur de seuil déclenchant lors des dépassements de seuil une temporisation réglable reliée à un dispositif de commande d'un préleveur d'échantillons lorsque le seuil est dépassé pendant un temps supérieur à la valeur de temporisation réglable. Selon une autre particularité les moyens de mise en pression sont constitués d'une bouteille de gaz comprimé délivrant le gaz grâce à une électrovanne actionnée par intermittence à intervalles réguliers et pendant un temps déterminé. Selon une autre particularité les moyens de mise en pression sont constitués d'un compresseur déclenché par intermittence à intervalles réguliers et pendant un temps déterminé. Selon une autre particularité l'intervalle régulier est déterminé par un compteur d'impulsion d'une base de temps interne au dispositif de mesure dont la valeur est prédéterminée par des moyens de prédétermination. Selon une autre particularité les moyens de prédétermination sont constitués d'un ensemble d'interrupteurs de codage. Selon une autre particularité le temps déterminé est obtenu par un second compteur d'impulsion de la base de temps interne du dispositif de mesure, ledit compteur étant initialisé à une valeur prédéterminée fixée par la position d'un ensemble d'interrupteurs de codage. Selon une autre particularité la temporisation est constituée d'un troisième compteur dont la valeur initiale correspondant à la durée de temporisation est chargée à l'aide d'un jeu de commutateur. Selon une autre particularité les différents moyens sont réalisés par un microprocesseur ou un microcontrôleur associé à un logiciel mettant en oeuvre les fonctions des différents moyens. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de mesure de niveau avec le dispositif de l'invention ne nécessitant pas une détermination de la densité du liquide. Ce but est atteint par le fait que le procédé de mesure de niveau consiste à placer la canne de bullage dans l'écoulement du liquide dont on veut mesurer le niveau, l'extrémité de bullage de la canne étant enfoncée de façon que le Té arrive à proximité de la surface supérieure du liquide à mettre en pression la canne de bullage jusqu'au moment de l'émission des bulles permettant au dispositif de mesure d'afficher sur son afficheur une valeur correspondant au signal fournit par le capteur ; à mesurer à l'aide d'un réglet le niveau réel du liquide à modifier la valeur d'affichage & l'aide du dispositif de réglage du zéro de l'appareil de façon à ce que la valeur affichée corresponde au niveau mesuré avec le réglet à laisser ensuite l'appareil fonctionner en automatique. Selon une autre particularité le fonctionnement automatique consiste à enregistrer le signal de sortie du capteur à intervalles réguliers. Le fonctionnement automatique consiste à utiliser un détecteur de seuil et une temporisation réglable pour déclencher la commande d'un préleveur d'échantillons dans la mesure où le seuil est dépassé pendant une durée supérieure à la durée de temporisation. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente le schéma de principe du dispositif selon l'invention ; la figure 2 représente une vue schématique de l'utilisation du dispositif selon l'invention lors de son réglage de niveau la figure 3 représente une courbe de variation du niveau à mesurer ainsi que les effets de la temporisation et du détecteur de seuil. Le dispositif de l'invention est constitué d'une canne de bullage dont l'extrémité inférieure (10) est enfoncée dans le liquide dont on veut déterminer le niveau. Cette canne pénétrant dans le liquide d'une hauteur (M) déterminée inférieure au niveau du liquide. A proximité de la surface du liquide vient se brancher sur l'extrémité de la canne (10) un Té de dérivation (11) qui permet de mesurer la pression à l'intérieur de la canne à proximité de la surface du liquide. En ce point de jonction avec le Té, la pression est pratiquement égale à celle induite par le niveau d'eau lorsque l'extrémité de la canne (10) émet des bulles. La pression d'air nécessaire à l'émission de bulles est fournie par un compresseur (2) relié par une canalisation (12) à la canne (10).La pression nécessaire pour obtenir l'émission de bulles est égale à la somme de la pression induite par la colonne d'eau située au-dessus de l'extrémité (10) de la canne et de celle résultante des pertes de charge d'air compressé dans la canalisation (10). L'installation du Té (11) le plus près possible de l'extrémité de la canne de bullage (10) permet d'éviter la prise en compte de ces pertes de charge dans la mesure du niveau. Le Té (11) est raccordé à un capteur de pression (3) de type différentiel. La deuxième entrée du capteur (3) différentiel est mise à l'atmosphère par l'intermédiaire d'un presse étoupe. Le boîtier contenant l'ensemble des éléments formant le dispositif de mesure étant réputé étanche, cette configuration permet d'éviter les effets des variations de la pression atmosphérique sur la mesure des niveaux.L'entrée du compresseur (2) est reliée à un réservoir contenant un desséchant tel que par exemple du silicagel. Ceci permet d'éviter la formation de gouttes d'eau dans la canalisation (10) de bullage, lesquelles pouvant entraîner des perturbations dans le bon fonctionnement et sur la mesure effectuée par le Té (11). Le compresseur (2) peut avoir deux modes de fonctionnement. Un premier mode continu et un second mode automatique synchronisé sur la base de temps d'une centrale d'acquisition de données à laquelle le dispositif peut être connecté. Le capteur (3) fournissant un signal proportionnel à la pression mesurée, ce signal est envoyé sur un amplificateur (4).La sortie de l'amplificateur (4) est reliée à un circuit de réglage du zéro (5) dont la sortie est envoyée d'une part sur une borne de sortie (6), d'autre part sur un dispositif d'affichage (8) et enfin sur un circuit de détection de seuil (7). Le signal de sortie du dispositif de détection de seuil est envoyé sur un circuit de temporisation réglable (9). La sortie de ce circuit de temporisation réglable (9) fournit un signal de commande à un dispositif préleveur (10) d'échantillon. Le circuit de temporisation réglable (9) reçoit le signal d'une base de temps interne (11). Cette base interne (11) est également utilisée par un circuit de synchronisation (12). Ce circuit de synchronisation (12) reçoit les impulsions émises par une base de temps centrale (13). Le circuit de synchronisation (12) comporte un premier compteur chargé à une valeur programmable par un jeu de commutateurs.Ce premier compteur es t décrémenté par les signaux d'impulsion émis par la base de temps interne. Quand ce premier compteur arrive à zéro le compresseur (2) est mis en route et un deuxième compteur est chargé à une valeur programmable par un deuxième jeu de commutateurs. Ce deuxième compteur est également décrémenté par les signaux d'impulsion de la base de temps interne (11). Quand ce deuxième compteur arrive à zéro le compresseur s'arrête. Ce mode de fonctionnement synchronisé sur la base de temps d'une centrale est le mode de fonctionnement le plus économique en énergie électrique réduisant ainsi l'énergie électrique consommée par le compresseur. Ce mode de fonctionnement permet d'effectuer la mesure avant l'arrêt du deuxième compteur et l'arrêt du compresseur et quelques instants après la mise en route du compresseur, permettant ainsi à la pression de s'établir correctement avant la prise de mesure. Par exemple, pour une prise de mesure toutes les minutes, on réglera le système pour une mise en route 55 secondes après la réception de la première impulsion de la centrale (13) soit 5 secondes avant la prise de mesure et un fonctionnement de 6 secondes du second compteur soit un arrêt 1 seconde après la prise de mesure. Le fonctionnement en continu du compresseur est utilisé pour certaines applications spéciales notamment pour le pilotage d'un préleveur d'échantillons. Dans ce cas le détecteur de seuil est mis en fonction par l'intermédiaire d'un interrupteur ou d'un cavalier et un dispositif constitué par une résistance variable permet de régler le seuil de détection souhaité. Le signal de sortie du détecteur de seuil est envoyé sur un temporisateur (9) constitué d'un troisième compteur dont la valeur de temporisation est chargée dans le compteur lors du franchissement du seuil. Cette valeur de temporisation est déterminée par la position d'un jeu de deux commutateurs. Le troisième compteur décompte les impulsions de la base de temps interne (11) et lorsqu'il atteint la valeur zéro, déclenche la commande d'un préleveur d'échantillon pour autant que le seuil soit toujours dépassé.Dès que le niveau de l'eau revient en dessous du seuil, le compteur est arrêté et le troisième compteur sera à nouveau rechargé avec la valeur de temporisation dès que le détecteur de seuil indiquera le franchissement du seuil. En lieu et place du compresseur et des batteries d'alimentation du compresseur on peut également prévoir une bouteille de gaz comprimé dont le débit est commandé par une électrovanne alimentée par des batteries. Le dispositif de détection de seuil peut être utilisé, par exemple, pour effectuer des prélèvements d'échantillons dans les collecteurs d'eau de pluie pour déterminer la pollution suite à des précipitations. Dans ce cas on peut voir l'intérêt du détecteur de seuil associé à la temporisation sur la figure 3.En effet le niveau de l'eau dans les canalisations de collecte des eaux de ruissellement peut fluctuer et franchir le seuil de détection S en différents points (16) de la courbe représentant la variation du niveau de l'eau dans le temps. Toutefois lors des franchissements des seuils S au point (16) de la courbe, le temps de dépassement du seuil T1 est inférieur au temps de temporisation TO et le prélèvement ne sera pas effectué. Par contre pour le dépassement représenté par le point (15) sur la courbe C le temps de dépassement étant supérieur au temps TO le prélèvement d'échantillons sera déclenché. Ceci permet d'obtenir des prélèvements d'échantillons représentatifs des états de pollution que l'on veut examiner. La figure 2 représente l'utilisation du dispositif de mesure de niveau de l'invention pour déterminer le niveau le l'eau dans un déversoir. Le dispositif permet de mesurer l'épaisseur de la couche d'eau qui passe audessus de la cloison transversale du déversoir. La canne (1) est implantée dans l'eau à une certaine profondeur et par une réglette étalon (14) l'installateur mesure la hauteur de l'eau jusqu'au fond du déversoir. Puis connaissant la hauteur de la paroi (17) formant le déversoir, il en déduit la hauteur d'eau qui se déverse. Par action sur le bouton de commande du dispositif (5) de réglage de zéro l'installateur modifie les valeurs affichées par le dispositif d'affichage (8) de façon à ce que la valeur affichée corresponde à la valeur mesurée par l'installateur. Ensuite l'appareil, par les variations de pression enregistrées par le capteur, affiche automatiquement les variations d'épaisseur de la couche d'eau qui passe au-dessus de la cloison. Le dispositif peut également s'utiliser dans un collecteur ou dans tout autre endroit nécessitant une mesure de niveau. Dans ce cas, au lieu de mesurer l'épaisseur d'eau qui passe au-dessus de la cloison, on effectue le réglage de façon à afficher la valeur du niveau d'eau. Les différentes fonctions réalisées par les moyens décrits dans le dispositif de l'invention peuvent être réalisées par un microprocesseur avec les mémoires nécessaires à son fonctionnement ou un microcontrôleur associé à un logiciel adapté mettant en oeuvre le fonctionnement ci-dessus sans pour autant sortir du cadre de l'invention. D'autres modifications à la portée de l'homme de métier font également partie de l'esprit de l'invention. RZVZMDICATIOMS l. Dispositif de mesure de niveau comportant une canne de bullage (10) et des moyens de mise en pression (2), caractérisé en ce que des moyens de mesure (3 à 5) sont directement reliés à cette canne de bullage par un Té (11), lesdits moyens de mesure comportant un dispositif (5) de réglage du zéro de l'appareil de mesure. 2. Dispositif de mesure de niveau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mise en pression (2) sont déclenchés par intermittence à intervalles réguliers synchronisés sur une impulsion d'une base de temps centrale (13) et pour un temps déterminé lorsque le signal est enregistré par une centrale. 3. Dispositif de mesure de niveau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mise en pression (2) fonctionnent en permanence et les moyens de mesure comportent un détecteur de seuil (7) déclenchant lors des dépassements de seuil une temporisation (9) réglable reliée à un dispositif de commande (10) d'un préleveur d'échantillons lorsque le seuil est dépassé pendant un temps supérieur à la valeur de temporisation réglable. 4. Dispositif de mesure de niveau selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de mise en pression (2) sont constitués d'une bouteille de gaz comprimé délivrant le gaz grâce à une électrovanne actionnée par intermittence à intervalles réguliers et pendant un temps déterminé. 5. Dispositif de mesure de niveau selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de mise en pression sont constitués d'un compresseur (2) déclenché par intermittence à intervalles réguliers et pendant un temps déterminé. 6. Dispositif de mesure de niveau selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'intervalle régulier est déterminé par un premier compteur d'impulsion d'une base de temps interne (11) au dispositif de mesure dont la valeur est prédéterminée par des moyens de prédétermination. 7. Dispositif de mesure de niveau selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de prédétermination sont constitués d'un ensemble d'interrupteurs de codage. 8. Dispositif de mesure de niveau selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le temps déterminé est obtenu par un second compteur d'impulsion de la base de temps interne du dispositif de mesure, ledit compteur étant initialisé à une valeur prédéterminée fixée par la position d'un ensemble d'interrupteurs de codage. 9. Dispositif de mesure de niveau selon la revendication 3 ou 4 ou 5, caractérisé en ce que la temporisation est constituée d'un troisième compteur dont la valeur initiale correspondant à la durée de temporisation est chargée à l'aide d'un jeu de commutateur. 10. Dispositif selon une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que les différents moyens sont réalisés par un microprocesseur ou un microcontrôleur associé à un logiciel mettant en oeuvre les fonctions des différents moyens. 11. Procédé de mesure de niveau caractérisé en ce qu'il consiste à placer une canne de bullage reliée à un Té (11) dans l'écoulement du liquide dont on veut mesurer le niveau, l'extrémité de bullage de la canne (10) étant enfoncée de façon que le Té (11) arrive à proximité de la surface supérieure du liquide à mettre en pression la canne de bullage (10) jusqu'au moment où l'émission des bulles permet au dispositif de mesure d'afficher sur son afficheur une valeur correspondant au signal fourni par le capteur à mesurer à l'aide d'un réglet le niveau réel du liquide à modifier la valeur d'affichage à l'aide du dispositif de réglage du zéro de l'appareil de façon à ce que la valeur affichée corresponde au niveau mesurer avec le réglet à laisser ensuite l'appareil fonctionner en automatique. 12. Procédé de mesure de niveau selon la revendication 10, caractérisé en ce que le fonctionnement automatique consiste à enregistrer le signal de sortie du capteur à intervalles réguliers.