Brevet FR2787551A1 — publié le 20000623

La présente invention concerne un dispositif de contrôle du niveau du gaz liquide dans une bouteille de gaz, pour une installation de remplissage de bouteilles de gaz avec son asservissement de mise à hauteur. Pour remplir les bouteilles de gaz, habituelles, contenant du butane ou du propane, on procède à leur remplis- sage en pesant la charge de gaz (liquide) que l'on introduit dans la bouteille. Mais les bouteilles sont soumises à des toléran- ces de fabrication puisqu'il s'agit de produits de chaudron- nerie, de sorte que le volume peut varier d'une bouteille à l'autre d'un même lot. Par ailleurs, toutes les bouteilles de gaz que reçoit une installation de remplissage ne sont pas nécessai- rement de la même fabrication, ce qui modifie également leur capacité réelle. Or, la réglementation impose qu'il subsiste un certain volume de gaz audessus du niveau de gaz liquide (ciel gazeux). Ce volume de gaz est indispensable pour éviter les risques d'éclatement. Pour respecter la réglementation relative à ce volume de gaz, il faut contrôler le niveau du liquide dans la bouteille après son remplissage. Ce contrôle imposé se fait actuellement à l'aide d'une tête de détection comportant un émetteur/récepteur de rayons Gamma ou autres rayonnements, qui détecte le niveau de surremplissage. Mais la précision de la mesure fournie par ce détecteur dépend de la précision du positionnement du détecteur (ou de sa ligne de visée) par rapport au niveau du gaz liquide dans la bouteille. Comme les bouteilles ont des origines de fabrica- tion différentes et qu'à l'intérieur d'une même série de fa- brication elles sont soumises aux tolérances de fabrication, et que par ailleurs le niveau du gaz liquide à l'intérieur d'une bouteille dépend de certains paramètres notamment de la température du gaz, sa densité et sa nature, paramètres qui peuvent varier en cours de journée ou à plus long terme, il n'est pas possible de garantir la détection du niveau réel du gaz liquide dans une bouteille. Pour des raisons de sécurité, le réglage est fait par abaissement du seuil. Cela se traduit par des rejets de bouteilles qui ont pourtant un remplissage correct. Les bouteilles ainsi rejetées, considérées comme ayant un remplissage excessif, repassent dans un poste pour vider l'excès de gaz. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de développer un dispositif de contrôle du niveau du gaz liquide dans une bouteille en sortie du poste de remplissage, remédiant aux inconvénients des moyens connus et permettant de contrôler, avec une meilleure fiabilité, le niveau du gaz liquide dans une bou- teille. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de contrôle du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend: un poste de remplissage ayant - au moins une source de gaz, - une tête de remplissage venant coiffer la bouteille à rem- plir et reliée par une conduite à la source de gaz choisie, - un dispositif de pesée commandant la tête de remplissage, un capteur de gaz associé à la conduite d'alimentation de la tête de remplissage et détectant au moins un paramètre du gaz alimentant la bouteille et fournissant un signal relatif à ce paramètre du gaz, - un capteur déterminant la nature du gaz, un détecteur de niveau de gaz liquide dans la bouteille sor- tant du poste de remplissage et comprenant - un convoyeur recevant la bouteille remplie, - une tête de mesure ayant un émetteur et un récepteur de rayonnement avec leur ligne de visée alignée horizontale- ment de part et d'autre de la bouteille mise en place dans le détecteur, un actionneur commandant la hauteur relative de la tête de mesure par rapport à la bouteille à contrôler, un circuit de commande - recevant les signaux des capteurs et celui correspondant au type de gaz pour en déduire un signal de commande de l'actionneur, ri. - recevant le signal du détecteur de niveau pour en déduire un signal d'évaluation du niveau de remplissage de la bou- teille. Le dispositif de contrôle du niveau de gaz selon l'invention positionne de manière précise la tête de mesure de niveau par rapport à la position ou hauteur théorique du niveau de gaz liquide dans la bouteille, cette hauteur théo- rique tenant compte des caractéristiques physiques de la bou- teille (type de fabrication et tolérances dimensionnelles) et des caractéristiques physico-chimiques du gaz de remplissage, en particulier de sa température (et/ou sa densité) au moment du remplissage, puisque ce paramètre (température et/ou den- sité) a été mesuré peu de temps avant le contrôle de niveau. La précision des résultats obtenus et surtout leur fiabilité permet de ne rejeter que les bouteilles dont le remplissage ne correspond pas d'une manière quasi cer- taine, au niveau fixé, si la bouteille est trop remplie et que le ciel gazeux est inexistant ou insuffisant. Ces moyens extrêmement simples facilitent le tra- vail de l'ensemble de l'installation puisque le contrôle se fait en toute sécurité et de manière automatique. De façon avantageuse, le signal de mesure fourni par la tête de mesure est utilisé pour évaluer le niveau de remplissage et, en fonction d'une comparaison de ce signal et de signaux de consigne enregistrés dans le circuit de com- mande, la bouteille remplie est acceptée ou rejetée. Il est intéressant de contrôler à la vue la fia- bilité des mesures, pour avoir un point de contrôle supplé- mentaire, et à ce titre le dispositif de contrôle est équipé d'un indicateur de niveau à lecture directe, associé à la tête de détection pour afficher directement la hauteur de la tête de détection. Cet affichage se fait avantageusement par un moyen d'affichage gradué selon la même unité de mesure que celle du paramètre du gaz mesuré dans la conduite d'alimentation et apparaissant sur l'afficheur. En d'autres termes, le capteur, associé à la con- duite d'alimentation de gaz reliée à la tête de distribution, fournit non seulement un signal au circuit d'exploitation mais affiche également une mesure du paramètre pour contrôler par exemple la température. Dans ces conditions, l'indicateur mécanique de niveau sera également gradué en degrés de tempé- rature. L'indicateur de niveau affichera une " température " ou plus généralement une " mesure du paramètre " qui devra correspondre à la température (ou à la mesure du paramètre) affichée sur le dispositif d'affichage du capteur. Cela per- met un contrôle très simple de cohérence. Suivant une caractéristique avantageuse, et comme o0 déjà indiqué, le capteur de la conduite d'alimentation est un capteur de température et le paramètre du gaz mesuré dans la conduite d'alimentation est la température du gaz. Mais il est également possible d'équiper cette conduite d'alimentation d'un autre capteur, par exemple d'un capteur de densité et dans ce cas l'indicateur de la tête de détec- tion sera également gradué en densité. Enfin, d'une manière particulièrement avanta- geuse, l'actionneur, qui commande le mouvement de relèvement ou d'abaissement de la tête de détection, est un moteur pas à pas. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans l'unique figure annexée. L'invention concerne un dispositif de contrôle du niveau du gaz liquide dans une bouteille de gaz avec un as- servissement de température et/ou de densité. Ce dispositif est intégré dans une installation de remplissage de bou- teilles de gaz avec un gaz comme du butane ou du propane. Le dispositif de contrôle du niveau de gaz com- prend de manière schématique, un poste de remplissage 1, un capteur de gaz 2, un capteur 2' détectant la nature du gaz, associés au poste de remplissage 1, un détecteur de niveau de gaz liquide 3 dans la bouteille B2 venant du remplissage et un circuit de commande 4 gérant le fonctionnement du détec- teur de niveau de gaz liquide. Le poste de remplissage 1 comprend usuellement deux sources de gaz G1, G2 correspondant au butane et au pro- pane; elles sont reliées par des conduites 11, 12 équipées de vannes 13, 14 couplées schématiquement à une commande com- mune 15 pour que l'ouverture de l'une des vannes interdise l'ouverture de l'autre. Ces vannes transmettent également un signal pour informer le dispositif de contrôle de la nature du gaz (G1 ou G2) qui est utilisé. Pour cette raison, les deux vannes 13, 14 sont entourées d'un rectangle schématisant une fonction de capteur S'. Il peut s'agir d'un capteur uni- que détectant la position de la commande 15 unique aux deux vannes 13, 14. Il peut également s'agir de deux capteurs as- sociés chacun à l'une des deux vannes 13, 14. L'ensemble, quelle que soit sa réalisation, est assimilable à un capteur 2' émettant un signal S4 indiquant le gaz utilisé. Dans le cas le plus simple mais non le plus sûr, l'opérateur commande les vannes 13, 14 pour ouvrir l'une et fermer l'autre; puis il introduit manuellement cette infor- mation dans le circuit de commande. Les deux conduites 11, 12 sont reliées à une conduite d'alimentation 16 elle-même re- liée à une tête de remplissage 17. Le poste de remplissage comprend également un dispositif de pesée 18 formé d'une sur- face de réception 181 qui est un carrousel de remplissage re- cevant la bouteille B1 à remplir et d'un organe de pesée 182 fournissant un signal de pesée Si à la tête de remplissage 17 pour arrêter le remplissage lorsque la charge de remplissage dans la bouteille B1 est atteinte. Cette charge est mesurée en tenant compte de la tare de la bouteille B1. Puis la bouteille B1 est transférée dans un dé- tecteur de surremplissage. Le dispositif comprend également au niveau du poste de remplissage, un capteur de gaz 2 associé à la con- duite d'alimentation 16. Ce capteur 2 est par exemple un cap- teur de température ou un capteur de densité tel qu'un débitmètre associé à un thermomètre à fil chauffant. Le cap- teur peut également être un densimètre intégré à la tête de remplissage 17. Le capteur de gaz 2 fournit un signal de me- sure S2 au circuit de commande du détecteur de surremplis- sage. Le capteur de gaz 2 alimente également un afficheur 21 qui affiche la mesure du paramètre du gaz mesuré par le cap- teur 2 comme par exemple la température du gaz. Le détecteur 3 se compose d'une surface de récep- tion 31 qui est en réalité la chaîne ou convoyeur transpor- tant la bouteille à travers l'installation recevant une bouteille B2 dont on veut contrôler le niveau de gaz liquide de remplissage. Le détecteur comprend également une tête de mesure 32 avec un émetteur 321 et un récepteur 322 de rayon- nement. Ces deux détecteurs sont alignés l'un sur l'autre suivant une ligne de visée 323 sensiblement horizontale puis- que le niveau du liquide dans la bouteille B2 est horizontal. Sur la figure, la hauteur de consigne z du niveau de liquide dans la bouteille B2 est la hauteur à laquelle est positionnée la ligne de visée 323. Cette hauteur est repré- sentée schématiquement comme mesurée (h) à partir d'un niveau de référence zo. Mais cette référence peut être différente de la surface de réception 31; il peut s'agir par exemple d'une mesure faite à partir d'un point déterminé du dessus de la bouteille B2. Le principe de la mesure par rayonnement ne sera pas détaillé ici puisqu'il s'agit d'un principe connu utili- sant un émetteur de rayonnement, 321 qui génère un faisceau légèrement conique tombant sur un récepteur 322 qui reçoit un signal dépendant de d'absorption du milieu séparant l'émetteur du récepteur. Les caractéristiques d'absorption de ce milieu (bouteille B2, phase gazeuse, phase liquide) sont déterminées de manière expérimentale et enregistrées dans une mémoire comme cela sera vu ci-après. La tête de mesure 32 est reliée à un actionneur 33, par exemple un moteur pas à pas, qui commande le mouve- ment d'une tige 324 portant la tête 32 proprement dite. Cet actionneur 33 fait monter et descendre la tête 32 (flèche D) pour positionner de manière appropriée la ligne de visée 323 à la hauteur de consigne (h) à laquelle doit se trouver le niveau de liquide pour que la bouteille présente le ciel ga- zeux requis. La tige 324 porte également un indicateur de ni- veau 325 coopérant avec une graduation 236 affichant la posi- tion de la tête de mesure 32 pour permettre un contrôle visuel. La graduation 326 est faite suivant la même unité de mesure que celle servant au capteur 2 à mesurer le paramètre du gaz, par exemple en degrés de température. En d'autres termes, la graduation et la réglette 326 sont positionnées pour que si le réglage de hauteur de la tête de mesure 32 est correct, l'indicateur 325 indique la même mesure que celle affichée sur l'afficheur 21. Le circuit de commande 4 se compose d'une unité de commande 41 à microprocesseur reliée à une mémoire 42 con- tenant des données et en particulier les paramètres de con- version des signaux de mesure (S2). Le circuit de commande 4 reçoit le signal S2 ain- si que le signal S4 présenté schématiquement comme issu des vannes 13, 14 pour indiquer la nature du gaz de remplissage (source G1 ou source G2) intervenant dans la détermination de la hauteur de consigne (h) du niveau de liquide dans la bou- teille B2. La nature du gaz de remplissage (G1 ou G2) peut également être introduite manuellement par l'opérateur qui manoeuvre les vannes 13, 14. Ce cas est représenté par la flèche S4' arrivant sur la commande 4. Le circuit 4 génère un signal de commande Cl pour l'actionneur 33. Il reçoit égale- ment le signal de mesure S3 fourni par la tête de mesure 32 pour traiter ce signal et générer un signal d'appréciation C2 correspondant à un niveau de liquide correct ou défectueux dans la bouteille B2. De façon générale, le signal C2 indique que le remplissage de la bouteille B2 est correct (état 1) ou qu'il est mauvais (état 2) et que dans ce cas la bouteille doit être rejetée. Ce signal à deux états peut servir à l'affichage. Dans un cas plus simple, le signal C2 n'apparaît qu'en cas de bouteille surremplie; l'envoi du signal C2 est alors synonyme d'éjection de la bouteille. Ce signal C2 est reçu par un dispositif d'aiguillage 5 représenté schématiquement par un dispositif avec un poussoir 51 pour éjecter ou non la bouteille B2 en fonction du signal C2. Les bouteilles rejetées sont recyclées pour être vidées d'une certaine quantité de gaz et former le ciel ga- zeux. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Dispositif de contrôle du niveau du gaz liquide dans une bouteille de gaz pour une installation de remplissage de bou- teilles de gaz, avec son asservissement de mise à hauteur, caractérisé en ce qu' il comprend: A) un poste de remplissage (1) ayant - au moins une source de gaz (G1, G2), - une tête de remplissage (17) venant coiffer la bouteille à remplir (B1) et reliée par une conduite (16) à la source de gaz choisie (G1 ou G2), - un dispositif de pesée (18) commandant la tête de rem- plissage (17), B) un capteur de gaz (2) associé à la conduite d'alimentation (16) de la tête de remplissage (17) et détectant au moins un paramètre du gaz alimentant la bouteille et fournissant un signal (S2) relatif à ce paramètre du gaz, - et un capteur (S2') déterminant la nature du gaz (G1, G2), C) un détecteur de niveau de gaz liquide (3) dans la bou- teille (B2) sortant du poste de remplissage (1) et compre- nant - un convoyeur (31) recevant la bouteille remplie (B2), - une tête de mesure (32) ayant un émetteur (321) et un récepteur (322) de rayonnement avec leur ligne de visée alignée horizontalement de part et d'autre de la bou- teille (B2) mise en place dans le détecteur, - un actionneur (33) commandant la hauteur relative de la tête de mesure (32) par rapport à la bouteille à contrô- ler, D) un circuit de commande (4) - recevant les signaux (S2, S4, S4') des capteurs (2, 2') et celui (S4, S4') correspondant au type de gaz (G1, G2) pour en déduire un signal de commande (Ci) de l'actionneur, - recevant le signal (S3) du détecteur de niveau (32) pour en déduire un signal d'évaluation (C2) du niveau de rem- plissage de la bouteille (B2). 2 ) Dispositif de contrôle de niveau selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu' il comprend - un dispositif d'aiguillage (5) recevant le signal d'évaluation de niveau (C2) et commandant l'acceptation ou le rejet de la bouteille contrôlée (B2). 3 ) Dispositif de contrôle de niveau selon la revendica- tion 1, caractérisé par un indicateur de niveau à lecture directe (325, 326) associé à la tête de détection pour afficher directement la hauteur de la tête (32). ) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par un moyen d'affichage (326) gradué selon la même unité de me- sure que celle du paramètre du gaz mesuré dans la conduite d'alimentation (16). ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (2) équipant la conduite d'alimentation (17) est un capteur de température et le paramètre du gaz mesuré dans la conduite d'alimentation est la température du gaz. 6 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (2) équipant la conduite d'alimentation est un capteur de densité. 7 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur (33) est un moteur pas à pas.