Brevet FR2946138A1 — publié le 20101203

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE RAPIDE D'UNE VARIATION DE PRESSION OU DE VOLUME DANS UN RESERVOIR L'invention concerne un procédé et un dispositif de mesure rapide d'une variation de pression ou de volume dans un réservoir contenant un liquide. Lorsqu'un réservoir contenant un liquide est relié selon le principe des vases communicants à une colonne contenant du liquide et que l'on fait varier le volume du liquide contenu dans le réservoir, par exemple par augmentation de la pression dans le réservoir, les variations de la hauteur du liquide dans la colonne correspondent aux variations de volume du liquide contenu dans le réservoir, avec un rapport de proportionnalité égale au rapport des sections horizontales du réservoir et de la colonne. Lorsque la variation du volume de liquide dans le réservoir est rapide, il se produit des oscillations du niveau de liquide dans la colonne. Il faut attendre la fin de ces oscillations, ce qui représente une perte de temps relativement importante, avant de pouvoir effectuer une mesure précise de la hauteur de liquide dans la colonne, dont on peut déduire des informations telles que la variation de volume ou de pression dans le réservoir. La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution simple et satisfaisante à ce problème, en permettant une mesure rapide et précise des variations de pression ou de volume dans un réservoir du type précité. Elle propose à cet effet un procédé de mesure d'une variation de pression ou de volume dans un réservoir contenant un liquide et relié par un passage de liquide à une colonne contenant un liquide, caractérisé en ce qu'il consiste, à la suite d'une variation de pression ou de volume dans le réservoir provoquant des oscillations du niveau de liquide dans la colonne, à détecter au moins le premier pic des oscillations du niveau de liquide dans la colonne et à en déduire, par comparaison à des mesures d'étalonnage, la variation de la pression ou du volume de liquide dans le réservoir. Lorsque les variations de volume dans le réservoir se produisent dans des conditions sensiblement identiques et reproductibles, par exemple par admission d'un volume de gaz sous pression dans un réservoir fermé, la détermination du premier pic d'oscillation du niveau de liquide dans la colonne suffit pour déterminer avec précision le volume de gaz admis dans le réservoir, moyennant un étalonnage préalable consistant en l'admission de volumes connus de gaz à pression connue dans le réservoir et mesure des hauteurs de liquide correspondantes dans la colonne après stabilisation. La mesure du premier pic d'oscillation du niveau de liquide dans la colonne est réalisable de façon rapide, en quelques dizaines de millisecondes environ, en fonction des conditions expérimentales. Eventuellement, pour affiner la mesure, l'invention prévoit de détecter au moins les deux premiers pics d'oscillation du niveau de liquide dans la colonne et d'en déduire la variation de pression ou de volume de liquide dans le réservoir. Cette détection des deux premiers pics d'oscillation du niveau de liquide dans la colonne permet d'améliorer sensiblement la précision sur la variation de pression ou de volume dans le réservoir. Par ailleurs, lorsque ces mesures doivent être effectuées de façon répétitive à cadence élevée, il faut après la mesure ouvrir le réservoir pour évacuer le gaz précédemment admis, laisser revenir dans le réservoir une certaine quantité du liquide contenu dans la colonne, ce qui peut se traduire par des oscillations du niveau de liquide dans le réservoir, et attendre la fin de ces oscillations avant d'admettre à nouveau du gaz sous pression dans le réservoir pour une nouvelle mesure. Pour accélérer ce processus, le procédé selon l'invention consiste également à ouvrir le réservoir ou à le mettre à l'échappement et à fermer au moins une fois le passage de liquide entre le réservoir et la colonne après la mesure quand les niveaux de liquide dans le réservoir et dans la colonne sont sensiblement identiques. On peut ainsi parvenir à une cadence élevée de mesure, puisqu'on stabilise le niveau de liquide dans le réservoir en évitant ces oscillations. L'invention propose également un dispositif pour l'exécution de ce procédé, ce dispositif comprenant un réservoir de liquide, une colonne de mesure, un passage de liquide reliant le réservoir à la colonne et des moyens de mesure du niveau de liquide dans la colonne, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens d'ouverture et de fermeture du passage de liquide et des moyens de commande de ces moyens d'ouverture et de fermeture en fonction du niveau de liquide dans la colonne. Dans un premier mode de réalisation, ces moyens d'ouverture et de fermeture comprennent au moins une électrovanne fonctionnant en tout ou rien. Dans une variante de réalisation, ces moyens d'ouverture et de fermeture comprennent deux électrovannes montées en parallèle et en sens inverse. Dans une autre variante de réalisation, les moyens d'ouverture et de fermeture comprennent une chambre remplie de liquide et reliée par des conduits au réservoir et à la colonne, un clapet mobile dans la chambre entre une position d'ouverture et une position de fermeture du débouché d'un des conduits dans la chambre, et des moyens électromagnétiques de déplacement du clapet entre ces deux positions. Selon une autre caractéristique de l'invention, la colonne est transparente et les moyens de détection du niveau de liquide dans la colonne comprennent des moyens d'éclairage de la colonne, par exemple en lumière rétrodiffusée, et des moyens de prise d'image, tels par exemple qu'une caméra CCD ou analogue, placés de part et d'autre de la colonne. En variante, les moyens de détection du niveau de liquide dans la colonne comprennent un capteur ultrasonore immergé dans la colonne et orienté vers la surface libre du liquide dans la colonne. Dans une autre variante, ces moyens de détection du niveau de liquide dans la colonne peuvent comprendre des capteurs photoélectriques ou capacitifs, pour des mesures réalisées en tout ou rien. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de mesure selon l'invention ; - la figure 2 représente schématiquement une variante de réalisation de ce dispositif ; - la figure 3 est un graphe représentant des oscillations en fonction du temps du niveau de liquide dans une colonne d'un dispositif selon l'invention ; - les figures 4, 5 et 6 représentent schématiquement d'autres variantes de réalisation du dispositif selon l'invention. On se réfère d'abord à la figure 1 dans laquelle la référence 10 désigne un réservoir fermé comprenant en partie supérieure une entrée 12 d'un gaz sous pression et une vanne d'échappement 14. Le réservoir est rempli partiellement d'un liquide 16 et sa partie inférieure est reliée par un conduit 18 à une colonne verticale 20 partiellement remplie d'un liquide, avantageusement le même que celui contenu dans le réservoir 10 et le conduit 18. Initialement, le réservoir 10 étant à la pression atmosphérique et l'extrémité supérieure de la colonne 20 étant ouverte, les niveaux de liquide dans le réservoir 10 et la colonne 20 sont identiques. Des moyens sont prévus pour détecter les variations de hauteur du niveau de liquide dans la colonne 20, ces moyens comprenant par exemple une caméra CCD ou analogue 22 et des moyens d'éclairage 24, par exemple à rétrodiffusion, la caméra 22 et les moyens d'éclairage 24 étant placés en face l'un de l'autre et de part et d'autre de la colonne 20, de façon à ce que les variations du niveau de liquide dans la colonne 20 soient dans le champ de la caméra 22. Le conduit 18 est équipé d'une électrovanne 26 qui, dans la position représentée, permet une communication de liquide entre le réservoir 10 et la colonne 20. Cette électrovanne 26 est commandée par des moyens 28 de traitement de l'information, par exemple du type PC ou analogue, dont une entrée reçoit les signaux de sortie de la caméra 22. On utilise ce dispositif de la façon suivante : le réservoir 12 étant à la pression atmosphérique, les niveaux de liquide dans ce réservoir et dans la colonne 20 sont identiques. La vanne d'échappement 14 étant fermée, on admet en 12 une certaine quantité de gaz sous pression dans le réservoir 10, ce qui va avoir pour effet de faire baisser le niveau du liquide 16 dans le réservoir de la ligne représentée en traits pointillés jusqu'au niveau représenté en trait plein, et inversement de faire monter le niveau de liquide dans la colonne 20. Si l'admission du gaz dans le réservoir 10 est rapide, il se produit des oscillations du niveau de liquide dans la colonne 20 représentées de façon schématique par le graphe de la figure 3. Ces oscillations s'amortissent plus ou moins rapidement et se stabilisent au bout d'un certain temps à une valeur N. La différence entre cette valeur N et le niveau initial de liquide dans la colonne 20 permet de déterminer le volume de gaz admis dans le réservoir 10. Toutefois, la durée de l'amortissement des oscillations du niveau de liquide dans la colonne 20 peut prendre un certain temps, par exemple de 10 ou 15 secondes. Pour accélérer les mesures, l'invention prévoit de détecter le niveau du premier pic d'oscillation P1 et d'en déduire le volume de gaz admis dans le réservoir 10, par comparaison de la mesure à des valeurs d'étalonnage déterminées préalablement, par exemple par admission de volumes connus de gaz à pression connue dans le réservoir 10 et mesure des niveaux correspondant au premier pic P1. La mesure est alors réalisée en quelques dizaines de millisecondes environ. On peut, pour améliorer la précision sur la détermination du volume de gaz admis dans le réservoir 10, mesurer également le niveau correspondant au deuxième pic d'oscillation P2 et éventuellement le niveau correspondant au troisième pic P3, si l'on dispose d'assez de temps et, comme précédemment, en déduire la valeur recherchée N par comparaison à des valeurs d'étalonnage enregistrées préalablement. S'il faut répéter ce type de mesure à cadence relativement élevée, on procède de la façon suivante : après acquisition des niveaux correspondants au pic P1 (ou aux pics P1 et P2 ou aux pics P1, P2 et P3), on ouvre la vanne 14 d'échappement, on laisse le niveau du liquide remonter dans le réservoir 10 approximativement jusqu'à son niveau initial, correspondant au niveau initial dans la colonne 20, puis on commande l'électrovanne 26 pour fermer la communication entre le réservoir 16 et la colonne. On évite ainsi les oscillations du niveau de liquide dans le réservoir 10 qui accompagneraient normalement le retour du liquide dans ce réservoir à l'ouverture de la vanne d'échappement 14. On peut si nécessaire rouvrir l'électrovanne 26 et la refermer, une ou plusieurs fois, pour stabiliser le niveau de liquide. On utilise de préférence une électrovanne 26 ayant un temps de réponse total court, par exemple inférieur à 50 ms. En figure 2, on a représenté schématiquement une variante de réalisation des moyens de détection du niveau de liquide dans la colonne 20, ces moyens comprenant un capteur à ultrasons 30 qui est monté dans une chambre 32 remplie de liquide à la base de la colonne 20 et qui est orienté vers la surface libre du liquide dans la colonne 20. Le capteur à ultrasons 30 sert à la fois d'émetteur et de récepteur, et capte les échos correspondant à la réflexion d'un faisceau ultrasonore sur la surface libre du liquide dans la colonne 20, le temps de propagation des ultrasons dans le liquide permettant de déterminer la hauteur du liquide dans la colonne 20. Dans la variante de réalisation de la figure 4, on retrouve le même dispositif, mais équipé de moyens de détection du niveau de liquide dans la colonne 20 qui fonctionnent en tout ou rien, c'est-à-dire qui permettent seulement de déterminer si un liquide est présent ou non dans la colonne 20 à la hauteur où ils sont placés. On peut utiliser pour cela par exemple un capteur capacitif 34 ou des moyens photoélectriques comprenant un émetteur 36 et un récepteur 38 placés de part et d'autre de la colonne 20, la réception d'un signal par le récepteur 38 étant possible uniquement en l'absence de liquide dans la colonne 20 au niveau du récepteur. Eventuellement, dans cette variante de réalisation et dans les modes de réalisation précédents, on peut prévoir un flotteur 40 d'un type approprié sur la surface libre du liquide dans la colonne 20, pour faciliter la détection. La figure 5 représente schématiquement une variante de réalisation dans laquelle, pour améliorer la rapidité d'un transfert de liquide dans un sens et dans l'autre entre le réservoir 10 et la colonne 20, l'électrovanne 26 précédemment utilisée a été remplacée par deux électrovannes 42 montées en parallèle et en sens inverse. On a constaté en effet que les électrovannes disponibles dans le commerce ont en général un sens de passage privilégié et que le passage du liquide dans le sens inverse se traduit par une perte de charge plus importante. Les deux électrovannes 42 montées en parallèle et en sens inverse permettent donc d'accélérer le transfert du liquide du réservoir 10 vers la colonne 20 pour l'une et de la colonne 20 vers le réservoir 10 pour l'autre. On peut aussi remplacer ces électrovannes par un dispositif tel que celui représenté en figure 6 qui est conçu pour provoquer une perte de charge minimale dans le liquide à son ouverture. Ce dispositif comprend une petite chambre 44 dont une partie est reliée par un conduit 46 au réservoir 10 et dont une autre partie est reliée par un conduit 48 à la colonne 20, ce conduit 48 pouvant également être la partie inférieure de la colonne 20. Un obturateur sphérique 50 est mobile en déplacement à l'intérieur de la chambre 44 entre une position de fermeture du débouché du conduit 46, représentée en traits pointillés, et une position d'ouverture représentée en trait plein. Cet obturateur 50 est déplaçable entre ces deux positions au moyen d'un actionneur électromagnétique 52, relié à l'obturateur 50 par une tige cylindrique 54 guidée en translation dans des paliers 56 montés dans une extension de la chambre 44, la tige 54 étant par ailleurs associée à des joints d'étanchéité 58 pour éviter toute fuite de liquide le long de cette tige. Dans la chambre 44, l'espace libre entourant l'obturateur sphérique 50 est au moins égal à la section des conduits 46 et 48. Ainsi, dès que l'obturateur 50 est en position d'ouverture, le passage de liquide peut s'effecteur entre les conduits 46 et 48 avec une perte de charge minimale. REVENDICATIONS1. Procédé de mesure d'une variation de pression ou de volume dans un réservoir (10) contenant un liquide (16) et relié par un passage de liquide (18) à une colonne (20) contenant un liquide, caractérisé en ce qu'il consiste, à la suite d'une variation de pression ou de volume dans le réservoir provoquant des oscillations du niveau de liquide dans la colonne (20), à détecter au moins le premier pic (P1) des oscillations du niveau de liquide dans la colonne et à en déduire, par comparaison à des mesures d'étalonnage, la variation de la pression ou du volume de liquide dans le réservoir (10). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à détecter au moins les deux premiers pics (P1, P2) d'oscillation du niveau de liquide dans la colonne pour en déduire la variation de pression ou de volume de liquide dans le réservoir (10). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste ensuite à ouvrir le réservoir (10) ou à le mettre à l'échappement et à fermer au moins une fois le passage de liquide (18) entre le réservoir et la colonne après la mesure quand les niveaux de liquide dans le réservoir et dans la colonne sont sensiblement identiques. 4. Dispositif pour l'exécution du procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant un réservoir de liquide (10), une colonne de mesure (20), un passage de liquide (18) reliant le réservoir à la colonne, et des moyens de mesure du niveau de liquide dans la colonne (20), caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens (26, 42) d'ouverture et de fermeture du passage de liquide (18) et des moyens (28) de commande de ces moyens d'ouverture et de fermeture en fonction du niveau de liquide dans la colonne (20). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'ouverture et de fermeture comprennent au moins une électrovanne (26) fonctionnant en tout ou rien. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'ouverture et de fermeture comprennent deux électrovannes (42) montées en parallèle et en sens inverse. 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'ouverture et de fermeture comprennent une chambre (44) remplie de liquide et reliée par des conduits (46, 48) au réservoir (10) et à la colonne (20), un clapet (50) déplaçable dans la chambre entre une position d'ouverture et une position de fermeture du débouché d'un des conduits dans la chambre, et des moyens électromagnétiques (52) de déplacement du clapet entre ces deux positions. 8. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la colonne (20) est transparente et les moyens de détection du niveau de liquide dans la colonne comprennent des moyens (24) d'éclairage de la colonne et des moyens (22) de prise d'image, tels qu'une caméra CCD ou analogue, placés de part et d'autre de la colonne (20). 9. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les moyens de détection du niveau de liquide dans la colonne comprennent un capteur à ultrasons (30) immergé dans la colonne et orienté vers la surface libre du liquide dans la colonne. 10. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les moyens de détection du niveau de liquide dans la colonne comprennent des capteurs photoélectriques (36, 38) ou capacitifs (34).