Brevet FR2793555A1 — publié le 20001117

La présente invention est relative au domaine de la mesure du niveau de remplissage d'un réservoir ou d'une bouteille opaque et elle vise, plus particulièrement, le domaine des réservoirs opaques contenant au moins un produit liquide qui est conditionné dans ledit réservoir, de manière à comporter une phase liquide et une phase gazeuse. A titre d'application préférée, mais non limitative, l'objet de l'invention concerne le domaine de l'appréciation du niveau de remplissage des réservoirs de produits combustibles sous pression, tels que les gaz butane ou propane, qui peuvent, indifféremment, être à destination d'usages industriels ou domestiques. Le conditionnement de produits, notamment à caractère combustible, dans des réservoirs de stockage opaques est connu pour poser un problème de remplissage, en raison des conditions de stockage qui peuvent varier dans le temps ou en cours d'utilisation. Le paramètre le plus important est, certainement, celui de la température ambiante qui peut varier entre une température de l'ordre de 0 C, et une température notablement plus élevée, de l'ordre de 50 C. Il est connu qu'une température de 50 C est de nature à provoquer une dilatation de la phase liquide ce qui réduit le volume de la phase gazeuse occupant le ciel de réservoir et augmente la pression surtout si le volume de ciel est inférieur à 3% du volume total. A titre d'exemple, il est possible de citer le cas d'une bouteille de conditionnement de stockage temporaire de gaz butane qui, avec une charge de remplissage de 13,46 kg au lieu de 13 kg n'a plus que 3% de ciel gazeux à 50 C, ce qui est à la limite du remplissage toléré par la législation. On comprend que le remplissage de tels réservoirs doit être contrôlé de façon précise, de manière à éviter, qu'avec une température ambiante de 50 C, il y ait un risque de montée en pression interne excessive, susceptible de conduire à des risques d'explosion avec les conséquences qui s'y attachent. La nécessité de pouvoir contrôler précisément le niveau de remplissage a déjà fait l'objet de réflexions antérieures qui ont fait naître différentes propositions. L'une d'elles consiste à détecter le niveau limite par un capteur à rayonnement gamma dont la précision et la condition de mise en oeuvre sont insatisfaisante. Une autre solution consiste à tenter une appréciation du niveau de remplissage en procédant par échantillonnage de poids total du réservoir rempli et à condition de connaître le volume du réservoir ou de la bouteille. Il peut être cité, à cet égard, la demande de brevet EP 0 653 235 qui illustre une telle technique. Il ne peut pas être considéré, semble-t-il, qu'une telle proposition soit de nature à régler globalement le problème posé. En effet, la mesure du niveau de remplissage par appréciation pondérale, doit être associée à une saisie du volume de la bouteille. L'objet de l'invention est d'apporter une solution au problème ainsi posé en proposant un nouveau procédé de mesure du niveau de remplissage d'un réservoir opaque, plus particulièrement rempli avec un produit sous pression, conditionné sous des conditions telles qu'il occupe le réservoir sous un premier état de phase liquide et sous un second état de phase gazeuse, un tel procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à # soumettre la paroi du réservoir à une montée en température appliquée localement, dans une zone correspondant au niveau probable de l'interface entre les phases liquide et gazeuse, # prendre une image infrarouge de la zone chauffée, après un moment d'attente à partir de l'arrêt du chauffage # apprécier, au moyen d'une unité de traitement d'image, le niveau de séparation de phases que cette image fait apparaître, # mesurer la hauteur de ce niveau par rapport à un plan de référence prédéterminé en relation avec le réservoir opaque, tel que par exemple le col. L'invention a encore pour objet une installation pour la mis en oeuvre du procédé ci-dessus, une telle installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend # un support de présentation en position stabilisée d'au moins un réservoir rempli d'une phase liquide et d'une phase gazeuse d'au moins un produit, ou un système de transfert assurant la stabilité de la phase liquide dans le réservoir, # une source de chauffage d'une zone de paroi du réservoir correspondant au niveau probable de l'interface phase liquide-phase gazeuse, # un dispositif d'imagerie infrarouge pour prendre simultanément une image de la zone chauffée du réservoir et du plan de référence, # un module de traitement de l'image pour faire apparaître, par rapport au plan de référence, le niveau dans le réservoir de l'interface entre la phase liquide et la phase gazeuse. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci- dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La îig. 1 est une vue schématique illustrant une première étape du procédé selon l'invention. La fig. 2 est une élévation schématique du type de la fig. 1, illustrant une autre étape du procédé. La îig. 3 est une vue schématique, comparable à la fig. 2, montrant une variante du procédé. La fig. 4 est une perspective schématique mettant en évidence une variante du procédé, ainsi qu'une installation schématique pour sa mise en oeuvre. La fig. 1 montre un réservoir 1 de confinement d'un produit qui est conditionné dans ce réservoir de manière à l'occuper par une phase liquide 2 et une phase gazeuse 3, la phase liquide étant maintenue stable pour éviter les vagues. La représentation de la fig. 1 est donnée à titre d'exemple en relation avec un réservoir 1, du type de celui des bouteilles de gaz combustible, tel que de gaz butane ou de gaz propane, à destination d'usages domestiques. Il doit, cependant, être considéré, que le réservoir 1 peut adopter toute autre forme et être destiné à un usage industriel. Le produit, conditionné, se caractérise par l'existence d'une interface 4 entre la phase liquide 2 et la phase gazeuse 3, une telle interface connaissant des variations de niveau en fonction des conditions de remplissage et de température ambiante. L'objet de l'invention est de pouvoir apprécier le niveau de l'interface 4 avec suffisamment de précision pour contrôler que l'opération de remplissage s'est effectuée jusqu'à atteindre le niveau optimal en considération, en fonction notamment de la température ambiante. L'objectif visé est donc de pouvoir maîtriser et contrôler le taux de remplissage par la connaissance du niveau de l'interface 4. A cette fin, selon la fig. 1, il est prévu de disposer le réservoir 1 sur un support 5 de présentation en position stabilisée, afin de pouvoir soumettre, de préférence mais non exclusivement, localement une partie au moins de la paroi 6 du réservoir 1 à une montée en température qui est appliquée à une zone z s'étendant de part et d'autre d' un niveau probable de l'interface 4. La montée en température est assurée par l'intermédiaire d'une source de chauffage 7 qui peut être de toute nature convenable, produisant un apport calorique par l'intermédiaire d'une résistance électrique ou, encore, d'une veine d'air préalablement chauffée, dirigée par une ou plusieurs buses sur la paroi 6. L'objectif, visé par l'étape de chauffage, est soit de provoquer, dans l'interface entre les phases liquide 2 et gazeuse 3, une évaporation superficielle qui a pour conséquence un refroidissement local transmis à la paroi 6 dans le plan de l'interface 4, soit de créer un flux thermique variable suivant que la paroi est en contact avec du liquide ou du gaz. Dans une second étape du procédé, la zone chauffée z est soumise, tel que cela est illustré par la fg. 2, à la dé tection par un dispositif d'imagerie 8 (et/ou la mesure) d'un rayonnement infrarouge émis par la zone z,. A titre d'exemple, le dispositif 7 comprend une caméra 9 infrarouge dont l'objectif 10 est orienté en direction de la zone z en étant situé à une hauteur H déterminée par rapport à un niveau de référence 11 qui, dans l'exemple, est constitué par le plan de support 5. La caméra 9 observe la zone z de la paroi 6 localement chauffée et prend une image de cette zone, laquelle est transmise, par toute connexion appropriée, à un module 12 du traitement du signal issu de la caméra 9. Après traitement par le module 12, le signal traité peut être éventuellement appliqué à une unité 13 d'affichage, dont l'écran 14 fait apparaître une référence vidéo 15 correspondant au plan de référence 11 et un signal vidéo 16 correspondant au niveau de l'interface 4 détecté par la caméra 9. La détection correspond, en réalité, à l'appréciation par la caméra 9 de la zone de la paroi qui est affectée par le refroidissement dû à l'évaporation superficielle située dans le plan de l'interface ou à la différence de flux thermique. Si le produit, en phase liquide contenu dans le réservoir 6, est aisément vaporisable pour un gradient de température relativement faible, comme cela est le cas d'un gaz de pétrole liquéfié, la séparation entre la phase liquide et la phase gazeuse au plan de l'interface 4, est rendue visible à partir de la caméra 9 sur l'écran 14 par l'apparition d'une sorte de ligne correspondant à la zone ponctuelle de refroidissement entre les phases 2 et 3. Par contre, si le produit stocké dans le réservoir 1 n'est pas aisément évaporable dans des conditions de gradient de température relativement faible, alors le chauffage local fait naître, dans la zone z, deux tranches, respectivement relativement froide en regard de la partie supérieure de la phase liquide et relativement chaude dans la partie basse de la face gazeuse. Ces deux tranches de températures différentes sont appréciées par la caméra 9 dont le signal, après traitement, est appliqué à l'unité 13 pour faire apparaître sur l'écran, par exemple au moyen de deux zones ombrées différemment et correspondant aux deux tranches, le plan de l'interface en relation de niveau avec le plan de référence 11. Ainsi, pour des conditions de remplissage déterminé, de pression et de température notamment ambiante, il est possible de déterminer le pourcentage minimal devant être réservé à la phase gazeuse dans le ciel de réservoir et de contrôler que le remplissage a permis à l'interface 4 d'atteindre ce niveau optimal apprécié par l'intermédiaire des moyens ci-dessus. Il doit être considéré qu'une variante de réalisation, telle qu'illustrée par la fig. 3, peut être envisagée sans interférence sur le procédé proprement dit. En effet, il est possible de choisir comme plan de référence le plan 111 passant par le dessus (col) du réservoir, de manière à pouvoir apprécier le niveau 4 par l'analyse de l'image prise, par la caméra 9 de façon à s'étendre jusqu'à englober le col, ce qu permet d'apprécier l'espace ou la hauteur h séparant le col de l'interface 4, à l'aide de moyen de calcul inclus dans le module 12. On conçoit que l'objet de l'invention a vocation à être appliqué dans des chaînes ou lignes de remplissage de réservoirs présentés en série, comme cela se produit dans les installations industrielles à cette fin. Le procédé selon l'invention doit alors être à même de pouvoir faire intervenir les différentes étapes ci-dessus, en considération d'une pluralité ou d'un lot de réservoirs 1 successivement amenés. La fig. 4 illustre schématiquement une installation pour la mise en oeuvre d'un tel procédé consistant à admettre un lot ou une pluralité de réservoirs 11, 12 ... 1" sur un plan ou support de présentation en position stabilisée 5. Dans cette application, le support 5 est constitué par un transporteur, tel que 20, dont les éléments mobiles 21, du type courroies, chaine ou autres, sont susceptibles d'assurer le cheminement des différents réservoirs 1 issus d'un poste en amont. Les différents réservoirs, qui sont issus successivement du poste 22, peuvent être pris en charge par le transporteur 20 sur lesquels ils peuvent être placés en position stabilisée en étant distants l'un de l'autre successivement ou, encore, en connaissant une situation de proximité, voire de contact en touche-touche. Le transporteur 20 est conçu pour provoquer le déplacement continu et régulier des réservoirs dans le sens de la flèche f1 selon un mouvement intermittent ou continu, dans tous les cas à vitesse relativement lente afin de permettre la stabilisation de la surface du liquide dans le réservoir. L'installation comporte, outre le transporteur 20, le moyen de chauffage 7 qui est illustré, dans le cas présent, par une source 23 distribuant, par l'intermédiaire d'une rampe 24, un flux d'air chaud qui est appliqué simultanément à n réservoirs 1 amenés à cheminer devant la rampe 24 pendant une durée relativement longue qui dépend de la longueur de cette dernière, mais aussi de la vitesse de déplacement dans le sens de la flèche f1. La durée d'exposition de chaque réservoir 1 est déterminée de manière qu'une montée en température significative soit appliquée à la paroi 6 de chaque réservoir, de préférence de façon progressive, de telle manière que chaque réservoir puisse être ensuite amené individuellement en relation avec le dispositif d'imagerie 8 qui est situé dans l'installation en aval de la rampe 24 en considération du sens de déplacement selon la flèche f1. De préférence, l'installation comporte aussi, un poste de mesure 30, équipé d'un détecteur 31, d'amenée, d'arrivée ou de stationnement temporaire d'un réservoir 1, placé en relation avec le poste 30 par le transporteur 20. Le détecteur 31 est chargé d'apprécier la présence d'un réservoir 1 et de déclencher alors le fonctionnement du dispositif d'imagerie 8, de manière que la caméra 9 puisse prendre l'image de la zone z préalablement soumise à montée en température, par l'intermédiaire de la rampe 24. Comme dit précédemment, la caméra 9 est associée au module de traitement d'image 12 qui peut, le cas échéant, ne pas être équipé d'un écran de visualisation lorsque, par exemple, il est souhaité faire intervenir, notamment dans le cas d'applications en traitement continu, une identification de ceux des réservoirs connaissant un niveau de remplissage défectueux détecté par une position d'interface 4 au-dessus du niveau de remplissage optimal en considération des conditions de pression et de température, notamment ambiante. La fig. 4 illustre une telle variante dans laquelle le module de traitement 12 est à même d'activer un moyen d'évacuation 32 dont le fonctionnement est subordonné à la détection, par un capteur 33, de l'amenée, de l'arrivée ou du stationnement d'un réservoir, tel que 1", précédemment détecté comme connaissant un niveau de remplissage défectueux. Le moyen d'évacuation 32 est alors activé par le capteur 33 pour passer hors du transfert 20 le réservoir défectueux, par l'intermédiaire d'un actionneur 35, par exemple un vérin à course rectiligne à simple ou à double effet. Dans un tel cas, l'actionneur 35 peut alors être responsable d'un ripage du réservoir défectueux hors du transporteur 20, de manière à l'extraire ou le retirer du cheminement dans le sens de la flèche fi conduisant les réservoirs successivement depuis le poste 22 jusqu'à une station de contrôle manuel L'installation, qui vient d'être décrite, fait intervenir un défilement, de préférence continu, des réservoirs 11 à 1" devant les différents postes de montée en température, d'imagerie et d'évacuation qui occupent alors des postes fixes. Il doit être considéré, au sens de l'invention, qu'il serait également possible de disposer les différents réservoirs en lots, selon un alignement à postes fixes, et de mettre en oeuvre une installation comportant une source de chauffage, un dispositif d'imagerie, voire des moyens d'évacuation, mobiles, déplacés relativement aux réservoirs fixes. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Procédé de mesure du niveau de remplissage d'un réservoir opaque (1) rempli avec au moins un produit liquide conditionné sous des conditions telles qu'il occupe le réservoir sous un premier état de phase liquide (2) et sous un second état de phase gazeuse (3), caractérisé en ce qu'il consiste à # soumettre la paroi du réservoir à une montée en température appliquée localement, dans une zone (z) correspondant au niveau probable de l'interface (4) entre les phases liquide (2) et gazeuse (3), # prendre une image infrarouge de la zone chauffée, # apprécier, au moyen d'une unité de traitement d'image, le niveau de séparation de phases que cette image fait apparaitre, # mesurer la hauteur (H) de ce niveau par rapport à un plan de référence (11) prédéterminé en relation avec le réservoir opaque. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appréciation du niveau de séparation de phases s'effectue en prenant en compte la représentation de l'image correspondant à une ligne froide due à l'évaporation du produit dans le plan de l'interface sous l'effet de la montée en température imposée au réservoir. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appréciation du niveau de séparation de phases s'effectue en prenant en compte la représentation de l'image correspondant à l'existence de deux zones de températures différentes, représentatives des phases liquide et gazeuse sous l'effet de la montée en température imposée au réservoir. 4 - Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer les différentes opérations de mesure au moyen d'une installation mobile par rapport à une pluralité de réservoirs à poste fixe. 5 -Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer les différentes opérations de mesure au moyen d'une installation à postes fixes devant lesquels les réservoirs sont soumis à un déplacement. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la prise d'image est déclenchée par l'intermédiaire d'un détecteur de passage d'un réservoir. 7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que la mesure de la hauteur du niveau de séparation de phases s'effectue par rapport à un plan de référence (111) supérieur du réservoir, afin d'apprécier la hauteur (h) du ciel gazeux. 8 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend # un support (20) de présentation en position stabilisée d'au moins un réservoir opaque (1) rempli d'une phase liquide (2) et d'une phase gazeuse (3) d'au moins un produit, # une source (7) de chauffage d'une zone (z) de paroi du réservoir correspondant au niveau probable de l'interface (4) phase liquide- phase vapeur, # un dispositif d'imagerie (8), pour mesurer un rayonnement infrarouge émis par la zone chauffée du réservoir et pour prendre une image de cette zone, # un module (12) de traitement de l'image pour détecter le niveau dans le réservoir, par rapport à un plan de référence, de l'interface entre la phase liquide et la phase gazeuse. 9 - Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le support de présentation est apte à supporter une pluralité de réservoirs (1 ... 1") en défilement devant la source de chauffage et le dispositif d'imagerie qui sont disposés à postes fixes. 10 - Installation selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comporte une source de chauffage, apte à monter en température, une succession de réservoirs faisant partie de la pluralité ou du lot, et en ce qu'elle comprend un détecteur (31) de passage de chaque réservoir chauffé, un tel détecteur asservissant le fonctionnement du dispositif d'imagerie (8).