Brevet FR2772917A1 — publié le 19990625

La présente invention concerne un capteur pour la détection d'un niveau de liquide ainsi qu'une installation d'alimentation en liquide d'un réservoir mettant en oeuvre ce capteur. L'invention permettra notamment la détection d'un niveau haut ou d'un niveau bas dans un réservoir de liquide tel que de l'eau et pourra trouver son application dans le domaine du recyclage d'eaux usées ou de pluie par exemple pour l'alimentation d'un réservoir d'eau de W.C. La présente invention s'applique donc à la fois au domaine de la technologie des capteurs de niveau et à celui de la récupération et du recyclage de liquides tels que de l'eau. A l'heure actuelle, on connaît plusieurs types de capteurs de niveau utilisables dans diverses applications et notamment celui du remplissage de réservoirs d'eau pour W.C. Dans ce dernier domaine, la majeure partie des installations actuelles comprend un réservoir alimenté par l'eau courante. Un système muni d'un flotteur permet de déclencher l'alimentation en eau courante et de la stopper lorsque le réservoir est rempli. Les systèmes utilisés dans ce cas sont essentiellement mécaniques et mettent en oeuvre un flotteur articulé par un bras pivotant permettant l'ouverture et la ferrneture de l'alimentation en eau courante. Ce type de capteur et ces installations comportent différents inconvénients. En ce qui concerne le capteur, il faut tout d'abord remarquer que la mise en oeuvre de ces technologies avec un flotteur au bout d'un bras pivotant est très peu précise et peu fiable. Par ailleurs, leur mise en place fait l'objet d'un montage à l'intérieur du réservoir d'eau et le démontage. notamment pour faire varier le niveau d'eau souhaité, n'est pas aisé. De plus, ces capteurs comprennent des organes souvent réalisés. soit en matière plastique peu résistante vis-à-vis des mouvements et des contraintes imposés par le mécanisme, soit en matière métallique dont la durée de vie dans une atmosphère souvent humide est limitée. En ce qui concerne les installations mettant en oeuvre ce type de capteur, il faut essentiellement remarquer qu'elles présentent un inconvénient majeur en terme de coût d'exploitation. En effet, I'eau courante est actuellement un élément naturel de plus en plus cher pour le consommateur étant donné son prix de revient croissant. En conséquence, une maison équipée pour une famille moyenne de quatre personnes nécessite des frais annuels en consommation d'eau spécifiquement liée au W.C. de plusieurs centaines de francs. Pour pallier les inconvénients des systèmes utilisant de l'eau courante et des capteurs munis de flotteurs, on a mis en oeuvre d'autres installations et essentiellement des installations munies de réserves d'eaux usées ou de pluie susceptibles d'alimenter les réservoirs de W.C. On connait notamment des réserves, alimentées par le biais de canalisations d'évacuation d'eau usée, placées sensiblement au-dessus des réservoirs de W.C. afin de les alimenter par simple gravité. Ces installations présentent également différents inconvénients. Ceux-ci sont notamment liés aux difficultés d'installation de réserves sensiblement au-dessus de réservoirs de W.C. En effet, I'alimentation est effectuée par gravité et les réserves d'eau doivent être installées soit lors de la construction des habitations, soit par le biais de travaux assez lourds pour les habitations existantes. Ce type d'installation a l'inconvénient d'être peu pratique. peu adaptable à des habitations anciennes et également peu esthétique car placé à des endroits visibles. Il apparaît donc que les capteurs et les installations actuels sont peu satisfaisants tant en matière de coût que de fiabilité. La présente invention a pour but de remédier à ces différents inconvénients et propose pour cela un capteur pour la détection d'un niveau de liquide ainsi qu'une installation d'alimentation en liquide d'un réservoir d'une conception nouvelle et particulièrement avantageuse. L'un des buts de l'invention est de réaliser un capteur capable de convenir à des atmosphères humides notamment par une installation dans des réservoirs d'eau mais apte à délivrer un signal de sortie tel qu'un signal électrique permettant la commande d'un autre organe tel qu'une pompe. En réalisant ce but, le capteur selon l'invention permet des applications beaucoup plus diversifiées que les capteurs actuels tout en assurant une entièrc sécurité des installations. notamment dans le cas de liquides dangereux tels que des carburants. Le capteur selon l'invention et les installations le mettant en oeuvre excluent donc tout système électrique dans l'environnement du liquide. Il a pour cela L'avantage de transmettre l'information de niveau au sein du capteur sans nécessiter un signal électrique. Cet avantage a différentes conséquences particulièrement bénéfiques et notamment aucun courant électrique n'est en contact avec l'environnement du liquide dont le niveau est à mesurer car aucun fil ou organe électrique n'est présent dans l'environnement du liquide. - les éléments du capteur éventuellement à remplacer sont situés à l'extérieur des réserves telles que des réservoirs d'eau ou des cuves ce qui les rend très accessibles. - I'invention est adaptée aux environnements dangereux tels qu'explosifs ou inflammables. Un autre but de l'invention est de proposer un capteur et une installation présentant une utilisation pratique et ne nécessitant que peu d'entretien. Le capteur a pour cela l'avantage de comporter des composants très fiables et présentant donc une durée de vie très longue. Sur ce plan, le fonctionnement du présent capteur n'engendre aucun mouvement relatif de pièce donc pas d'usure de ce point de vue. Par ailleurs, tout élément métallique ou électrique est situé hors de l'atmosphère du liquide ce qui évite les dégradations dues par exemple à la corrosion. L'invention a également l'avantage de ne nécessiter aucun entretien particulier tel que nettoyage et de présenter un montage ou un démontage pratique et rapide. Le capteur a également l'avantage d'être de petites dimensions. Un autre objet de l'invention est d'être adaptable à différentes applications. On a déjà indiqué que le capteur et l'installation selon l'invention pourraient trouver leur application dans le domaine de l'alimentation de réservoirs d'eau pour W.C. mais également dans des applications plus industrielles. Notamment, on pourra l'utiliser dans le domaine du stockage de différentes liquides tels que des carburants ou des produits chimiques. Par ailleurs, la diversité des applications de la présente invention est accrue de par la possibilité de détecter non seulement un niveau haut du liquide mais aussi un niveau bas ou intermédiaire ou encore une variation de niveau. Un autre avantage est qu'un simple changement de dimension de certains éléments composant le capteur suffit à modifier ses caractéristiques. Il faut également remarquer que la partie du capteur en contact avec le liquide et celle où elle permet de délivrer un signal de sortie peuvent être éloignées de plusieurs mètres ou dizaines de mètres ce qui rend encore plus souple son installation. D'autres buts et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est cependant donnée qu'à titre indicatif'. La présente invention concerne un capteur pour la détection d'un niveau de liquide. utilisable notamment pour la détection d'un niveau haut ou d'un niveau bas dans un réservoir d'eau. caractérisé par le fait qu'il présente - au moins un détecteur susceptible d'être mis en contact avec le liquide - un récepteur susceptible de délivrer un signal de sortie fonction du niveau, - des moyens de transmission constitués par au moins un tuyau empli d'un gaz tel que de l'air dont la variation de pression assure la transmission de l'information de détection de niveau au récepteur. Elle concerne également une installation d'alimentation en liquide d'un réservoir, mettant en oeuvre le capteur selon l'invention et permettant le remplissage du réservoir à partir d'une cuve de stockage, caractérisée par le fait que le récepteur du capteur commande la mise en marche d'une pompe assurant le remplissage du réservoir par le biais d'un conduit d'alimentation suivant l'information transmise par un tuyau reliant le récepteur et un détecteur placé dans le réservoir. L'invention sera mieux comprise au vu des planches de dessins situées en annexe et qui comprennent - La figure I illustrant un mode de réalisation du capteur et de l'installation selon l'invention. - Les figures 2 et 3 présentant deux modes particuliers dc réalisation du détecteur et des moyens de transmission, - La figure 4 schématisant la réalisation d'un capteur dont le récepteur peut être relié à plusieurs détecteurs. - La figure 5 illustrant un mode particulier de l'installation selon l'invention. I, e capteur (2) selon l'invention assure la détection d'un niveau de liquide (3) tel que présenté notamment à la figure 1. II s'agit suivant cet exemple d'une détection d'un niveau haut dans le réservoir (1) et d'un niveau bas dans la cuve (17). Le capteur (2) délivre dans ces applications des signaux de sortie binaires suivant la présence ou l'absence de liquide (3) au niveau de la partie du capteur (2) en contact avec le liquide (3). Néanmoins, le capteur (2) trouvera son application également pour des mesures de niveau notamment par le biais d'un capteur délivrant un signal électrique proportionnel au niveau du liquide (3). Le capteur (2) selon l'invention comprend tout d'abord un détecteur (4). un récepteur (5) ainsi que des moyens de transmission constitués par au moins un tuyau (6) empli d'un gaz (14). Le détecteur (4) est la partie du capteur (2) susceptible d'être mise en contact avec le liquide (3) et donc de détecter le niveau du liquide. Le détecteur pourra être constitué par un évasement raccordé à l'extrémité (18) du tuyau (6) ou encore par l'extrémité (18) proprement dite. On pourra notamment utiliser un élément cylindrique creux rapporté au tuyau (6) tel que présenté à la figure 1. Pour éviter d'éventuels échappements de gaz lors de l'enfoncement du détecteur (4) dans le liquide (3), on pourra former des plaques de fermeture (36) qui limitent ces risques d'échappement. Le mode de réalisation est illustré à la figure 2. On autorise de cette façon un fonctionnement correct du capteur meme s'il n'est pas vertical. Le tuyau (6) renferme un gaz (14) qui pourra communément être de l'air. Ce gaz est susceptible de subir une compression ou une dépression à l'intérieur du volume du tuyau (6) et ce faisant, permet la transmission d'une information de niveau au récepteur (5) du capteur (2). Les moyens de transmission pourront être constitués par tout type de tuyau et pour des raisons pratiques par exemple par un tuyau plastique d'un diamètre de l'ordre de quelques millimètres. Le récepteur (5) assure la transformation de l'information de niveau transmise par le tuyau sous forme de variation de pression du gaz (14) en un signal de sortie (13). Un mode particulier de réalisation du récepteur (5) est décrit plus précisément ci-après en se référant à la figure 1. On réalise un récepteur (5) comportant une zone étanche (7) coinçant le gaz (14) tel que de l'air au moyen d'une membrane (8) constituée par exemple en caoutchouc ou en tout autre matériau élastique étanche. Lors de l'augmentation du niveau du liquide (3), le volume occupé par le gaz (14) diminue au sein du capteur (2) essentiellement parce que le volume qu'il occupe au niveau du détecteur (4) est plus petit. Cette baisse de volume entraîne une augmentation de la pression du gaz (14) et engendre un effort appliqué sur la membrane (8) de la zone étanche (7). Celle-ci se déforme alors lorsque la pression du gaz (14) augmente. La déformation de la membrane (8) est exploitée au niveau du récepteur (5) par la présence d'un contacteur (9) tel qu'un contacteur électrique muni d'un bras pivotant (10) en appui sur la membrane (8). Un contacteur (9) de conception courante de ce type est représenté à la figure 1. Le déplacement du bras permet de fermer ou d'ouvrir le contact et donc de commander la délivrance ou l'absence de signal de sortie (13). Ce signal de sortie (13) est donc dans ce cas binaire sous forme d'une tension électrique ou d'absence de tension. On peut également mettre en oeuvre un organe électrique apte à délivrer un signal proportionnei à la déformation de la membrane, pour des applications particulières. Pour optimiser la conception du récepteur (5), il pourra comprendre un disque (19) constituant un élément intermédiaire entre la membrane (8) et le bras pivotant (10), des butées (20) évitant une translation excessive du disque (19) susceptible d'endommager le contacteur (9) ou de déformer trop fortement la membrane (8). Enfin, un ou plusieurs ressorts (21) pourront être utilisés pour constituer un élément de rappel du déplacement de la membrane et sera dans ce cas solidaire à l'une de ses extrémités du corps (22) du récepteur (5) et à l'autre extrémité du disque (19) solidaire en translation de la membrane (8). Il apparaît immédiatement que la longueur du tuyau (6) est indifférente au fonctionnement du capteur (2) selon l'invention. Par ailleurs, seul le détecteur (4) et l'extrémité (18) du tuyau (6) sont placés dans l'environnement du liquide (3) ce qui est particulièrement avantageux tel que cela a été indiqué en ce qui concerne des problèmes de sécurité électrique ou encore des applications à des liquides inflammables ou dangereux. Pour limiter l'influence de la température sur le fonctionnement du capteur (2). on réalisera un détecteur (4) de section beaucoup plus importante que celle du tuyau (6) Le dispositif (37) illustré à la figure 2 permettra lors de la montée du liquide dans la zone de détection d'assurer la montée de ce liquide jusqu'à un niveau L. le gaz emprisonné dans l'ensemble détecteur (4) tuyau (6) récepteur (5) ne pourra s'échapper même lors des fortes élévation de température. L'écart de détection se fera autour du niveau L avec un retour à l'état initial. Si le niveau de liquide vient à descendre plus bas que le détecteur il y aura désamorçage automatique de ce dernier. Le liquide (3) monte simultanément dans les orifices A et B, puis remplit la cavité D par passage dans le tuyau C dès que le niveau L est atteint. Le liquide (3) en montant dans la capacité D obture le tuyau de mise à l'échappement E. Le liquide ne peut plus monter dans le détecteur (4) et sera stabilisé au niveau L. Lors de la descente du liquide (3), la cavité D se vide par l'intermédiaire des tuyaux B et C jusqu'à libérer le tuyau E et donc à permettre l'évacuation du liquide dans le détecteur (4). Un autre dispositif (37) de décalage du niveau de liquide est représenté à la figure 3. Il permet, au moyen d'une cavité D emplie de liquide (3). de garantir un fonctionnement du capteur (2) autour d'un niveau de liquide L sensiblement constant. Dans un autre mode de réalisation illustré à la figure 4, un récepteur (5) est relié à plusieurs détecteurs (4) par le biais de plusieurs tuyaux (6 ;23). La figure 4 schématise la réalisation d'un récepteur relié à deux tuyaux (6 ;23). Dans ce cas, le signal de sortie (13) est conditionné par deux informations distinctes transmises sous forme de variation de pression de gaz (14) par le biais de deux tuyaux (6 ;23). Ces deux informations distinctes seront essentiellement deux niveaux de liquide notamment deux niveaux de liquide (3) d'une cuve (17) et d'un réservoir (1). On choisira l'un des niveaux de liquide (3) comme hiérarchiquement prioritaire par rapport à l'autre. Par exemple, l'information sous forme de variation de pression~transmise par le tuyau (23) constituera une condition nécessaire à la délivrance d'un signal de sortie par le contacteur (9). Pour réaliser un tel capteur (2), le récepteur (5) comprendra deux zones étanches (7 ;24), l'une des zones (24) étant limitée par une membrane annulaire (25) tel qu'illustré à la figure 4. Les deux membranes (8 .25) sont donc sensiblement superposées et reliées chacune à un tuyau (6 ;23). Comme précédemment, on pourra placer des disques (19 ; ) à la surface des membranes (8 25) susceptibles de se déplacer suivant la déformation des membranes. Tel qu'illustré à la figure 4, un élément d'appui (27) est solidaire de l'un des disques (26) et constitué par exemple sous forme d'une tige apte à venir en contact avec le bras (10) du contacteur (9) afin de commander la délivrance d'un signal de sortie (13) suivant la déformation de la membrane (25). L'autre disque (19) est quant à lui appliqué sur la surface de la membrane (8) et relié à un autre élément d'appui (28) susceptible de venir en contact avec le bras (10). L'installation (30) d'alimentation en liquide (3) d'un réservoir (1) selon l'invention met en oeuvre le capteur (2). L'installation (30) permet le remplissage du réservoir (1) à partir d'une cuve de stockage (31). Dans un exemple particulier. la cuve de stockage (j 1) renferme des eaux usées provenant notamment de canalisations d'évacuation ou des eaux de pluie et permet l'alimentation d'un réservoir (1) correspondant au réservoir d'un W.C. Selon la présente invention, le récepteur (5) du capteur (2) que présente l'installation (30) commande la mise en marche d'une pompe (32) assurant le remplissage du réservoir (1) par le biais d'un conduit (33) d'alimentation. La commande de mise en marche est effectuée suivant l'information transmise par un tuyau (6) reliant le récepteur (5) et un détecteur (4) placés dans le réservoir (1). En effet, l'information transmise par le tuyau (6) correspondant à un manque de liquide (3) dans le réservoir (1) est matérialisée par une diminution de la déformation de la membrane (8) qui entraîne la fermeture du contacteur (9) et la délivrance d'un signal de sortie (13) notamment sous forme de signal électrique apte à commander la mise en marche de la pompe (32). Dans un mode particulier de réalisation de l'installation (30) selon l'invention, celle-ci comporte un second détecteur (34) placé dans la cuve de stockage (31) et relié au récepteur (5) par un tuyau (23). Le récepteur utilisé dans ce cas est du type de celui présenté à la figure 4 c'est-à-dire comportant deux zones étanches (7 ; 24). De cette façon, la mise en marche de la pompe (32) n'est autorisée que si le niveau de liquide (3) stocké dans la cuve (31) est suffisant. En effet, lorsque la cuve (31) est vide, la membrane annulaire (25) n'est pas déformée et l'élément d'appui (27) fait pivoter le bras (10) ce qui ouvre le contacteur (9). Aucun signal n'est alors délivré par le capteur (2) vers la pompe (32). Par contre, si le niveau de la cuve (31) est suffisant, la membrane (25) est déformée ce qui tend à éloigner l'élément d'appui (27) et le bras pivotant (10). C'est alors le niveau de liquide (3) dans le réservoir (I) qui détermine le déclenchement ou non d'un signal de sortie. Si le niveau dans le réservoir (l) est suffisant, la membrane (8) est déformée et l'élément d'appui (28) s'applique sur le bras pivotant (10) cc qui ouvre le contact et évite tout signal de sortie (13). Par contre, si la membrane (8) n'est pas déformée, le disque (19) et son élément d'appui (28) n'exercent plus d'effort sur le bras pivotant (10) entraînant la fermeture du contacteur (9) et la délivrance d'un signal de sortie (13) pour la commande de la pompe (32). Dans le cas particulier où l'installation (30) selon l'invention s'applique au recyclage d'eau usée dans un réservoir de chasse d'eau de W.C., la cuve (31) est alimentée en eau par le biais des canalisations (36) d'évacuation des eaux usées et munie de moyens tels qu'un trop plein ou un bouchon flotteur (35) permettant d'éviter le débordement de la cuve (3 1). L'alimentation du réservoir (1) sera dans ce cas effectuée par commande d'une pompe (32), commande issue d'un seul capteur (2) tel que décrit précédemment ou par commande de deux capteurs (2) distincts délivrant chacun une information de niveau distincte pour la cuve (31) et le réservoir (1). Il ressort de la présente description que le capteur selon l'invention est d'une conception peu couteuse mettant en oeuvre un contacteur (9) de conception courante et des éléments tels qu'un détecteur (4) et des moyens de transmission réalisables aisément en matière plastique. Le cout du capteur est donc limité. Par ailleurs, l'installation (30) peut être mise en oeuvre de façon très pratique notamment en installant une cuve (3 1) de contenance limitée à un emplacement approprié de l'habitation tel qu'une cave. Il suffit alors de monter un conduit (33) relié à une pompe (32) de conception courante pour alimenter le réservoir (1). Le récepteur (5) du capteur (2) pourra être placé à proximité de la pompe (32) pour ne constituer qu'une seule zone électrique dans l'installation (30). Dans la zone accessible à l'utilisateur c'est-à-dire les W.C., tout problème de sécurité est de cette façon éliminé. Le confort d'utilisation est également optimisé de par le silence de remplissage du réservoir ( 1). On réalise ainsi selon l'invention une installation (30) de prix de revient réduit susceptible d'économiser une importante consommation d'cau courante dans les habitations. REVENDICATIONS 1. Capteur (2) pour la détection d'un niveau de liquide (3) utilisable notamment pour la détection d'un niveau haut ou d'un niveau bas dans un réservoir (1) d'eau, caractérisé par le fait qu'il présente - au moins un détecteur (4) susceptible d'être mis en contact avec le liquide (3) - un récepteur (5) susceptible de délivrer un signal de sortie fonction du niveau - des moyens de transmission constitués par au moins un tuyau (6) empli d'un gaz (14) tel que de l'air dont la variation de pression assure la transmission de l'information de détection de niveau au récepteur (5). 2. Capteur (2) pour la détection d'un niveau de liquide (3) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le récepteur (5) comprend par tuyau (6) une zone étanche (7) reliée audit tuyau (6) et limitée par une membrane (8) apte à se déformer suivant la variation de pression du gaz (14). 3. Capteur (2) pour la détection d'un niveau de liquide (3) selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le récepteur (5) comprend un contacteur électrique (9) commandé par la déformation de la membrane (8) qui engendre le déplacement du bras (10) du contacteur (9) ledit contacteur (9) délivrant un signal électrique (13) suivant le niveau du liquide (3). 4. Capteur (2) pour la détection d'un niveau (3) de liquide selon l'une des revendications là 3, caractérisé par le fait que le détecteur (4) est constitué par l'extrémité (1 8) du tgyau (6) ou par un évasement raccordé à cette extrémité (18). 5. Capteur (2) pour la détection d'un niveau de liquide (3) selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le détecteur (4) a une section beaucoup plus importante que le tuyau (6) afin de limiter l'influence de la température sur le capteur (2). 6. Capteur (2) pour la détection d'un niveau de liquide (3) selon l'une des revendications I à 5, caractérisé par le fait que les moyens de transmission comprennent un dispositif (37) de décalage du niveau du liquide (3) par rapport à la base du détecteur (4) pour le réglage du capteur (2) lors de son installation. 7. Capteur (2) pour la détection d'un niveau de liquide (3) selon l'une des revendications I à 6, caractérisé par le fait qu'il comporte plusieurs tuyaux (6 23) reliés chacun à une zone étanche (7. 24) du récepteur et à leur autre extrémité à un détecteur (4 34) placé dans des réservoirs (1) ou cuves (17) distincts, pour la délivrance d'un signal de sortie (13) fonction de plusieurs niveaux de liquide (3). 8. Installation (30) d'alimentation en liquide (3) d'un réservoir, (1) mettant en oeuvre le capteur (2) selon l'une des revendications 1 à 7 et permettant le renlplissage du réservoir (I) à partir d'une cuve (17) de stockage, caractérisée par le fait que le récepteur (5) du capteur (2) commande la mise en marche d'une pompe (39) assurant le remplissage du réservoir (1) par le biais d'un conduit (33) d'alimentation suivant l'information transmise par un tuyau (6) reliant le récepteur (5) et un détecteur (4) placé dans le réservoir (1). 9. Installation (30) d'alimentation en liquide (3) d'un réservoir (1) selon la revendication 8. caractérisée par le fait qu'elle comporte un second détecteur (34) placé dans la cuve (17) de stockage et relié au récepteur (5) par un tuyau (23) pour n'autoriser la mise en marche de la pompe (32) que si le niveau de liquide (3) stocké est suffisant. 10. Installation (30) selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée par le fait qu'elle autorise le recyclage d'eaux usées dans un réservoir (1) de chasse d'eau de W-C . la cuve (31) étant alimentée en eau par le biais des canalisations (36) d'évacuation des eaux usées ou de pluie et munie de moyens tels qu'un trop plein ou un bouchon flotteur (35) permettant d'éviter son débordement lorsqu'elle est pleine.