CH288775A - Procédé et dispositif de contrôle d'un niveau liquide. - Google Patents

Description

  
 



  Procédé et dispositif de contrôle d'un niveau liquide.



   La présente invention a pour objet un procédé de contrôle d'un niveau liquide, applicable à tous liquides non isolants du point de vue électrique. L'invention vise également un dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé.



   Le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce que   l'on    dispose un organe de contact électrique vibrant verticalement, de telle sorte qu'il pénètre dans le liquide pendant une fraction de chaque période de vibration et en ce que   l'on    mesure ladite hauteur par la valeur de ladite fraction.   



   En n insérant l'interrupteur périodique que forme l'organe de contact vibrant et la : masse    liquide dans un circuit électrique de mesure comprenant une source de courant, il suffit par exemple de mesurer le courant moyen parcourant le circuit pour obtenir une grandeur représentant avec une grande précision la hauteur du plan liquide et se prêtant avec toute la souplesse désirable à la commande de dispositifs de régulation, de contrôle ou d'enregistrement.



   L'organe de contact vibrant peut être formé par une pointe dirigée vers le bas, ce qui lui permet de percer à chaque oscillation la couche superficielle de liquide en la déplagant très peu. La fréquence de vibration étant choisie relativement rapide, l'influence de la tension superficielle se trouve pratiquement éliminée: ce résultat est atteint très facilement et très commodément en choisissant la fréquence du secteur de 50 périodes par seconde par exemple.   



   Ce e dispositif permet de réaliser des me-    sures d'une très grande précision, d'ailleurs variable suivant l'amplitude de la vibration de la pointe.



   Le dessin montre, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution du dispositif de contrôle d'un niveau liquide, objet de l'invention.



   La fig. 1 montre schématiquement un dispositif simplifié permettant la mise en   oeuvre    du procédé suivant - l'invention.



   Les fig. 2 et 3 sont des diagrammes relatifs au fonctionnement de ce dispositif.



   La fig. 4montre schématiquement un exemple d'application d'un dispositif régulateur de niveau.



   La   fig. .5    est un schéma représentant un dispositif enregistreur de niveau suivant l'invention.



   La fig. 6 est un schéma relatif à un dispositif différentiel.



   Suivant le dispositif représenté par la fig. 1, il est disposé au-dessus   du niveau    à contrôler d'une masse liquide 10, une pointe fine verticale 11 (aiguille à coudre par exemple) entraînée en une vibration verticale périodique par la bobine mobile d'un moteur de  haut-parleur 12. La pointe 11 est insérée dans   un    circuit électrique de mesure comprenant une source de courant 13, une résistance 14 relativement élevée, qui peut être réglable, et un appareil de mesure 15, un micro-ampèremètre par exemple. Le circuit se ferme par une électrode immergée 16. La résistance 14 est choisie suffisamment élevée par rapport à la résistance de passage entre la pointe 11 et le liquide. La vibration de la pointe 11 peut être sinusoïdale ou non, mais doit être bien périodique.



   Le moteur 12 étant, par exemple, du type à aimant permanent, il suffit de relier sa bobine mobile 17 à une source de courant alternatif en 18 (le secteur par exemple); un rhéostat 19 permettant d'ajuster l'intensité du courant absorbé par cette bobine, donc l'amplitude des mouvements de la pointe. On voit que dans ces conditions, la pointe forme avec la masse liquide un interrupteur périodique, le courant étant établi ou rompu dans le circuit de mesure suivant que la pointe se trouvera immergée ou non.



   A la fig. 2, on a représenté tout d'abord en A, en fonction du temps, la cote de l'extrémité inférieure de la pointe 11, qui oscille périodiquement entre les limites inférieure H1 et supérieure   112.    On voit que si le plan liquide est compris entre ces deux cotes, à la hauteur H par exemple, la pointe sera immergée à chaque oscillation pendant   mi    temps qui sera fonction de la hauteur du plan liquide; il en résulte dans le circuit de mesure un courant pulsé représenté par la courbe
B, sa valeur moyenne étant, dans ce cas, celle indiquée par le trait interrompu, soit I.



   Lorsque le niveau liquide passe de H   en H'    (fig. 3), la durée de chaque fermeture, donc de chaque impulsion de courant, augmente, ainsi qu'il est montré par la courbe B', et la valeur moyenne du courant devient I'.



   L'instrument 15 indiquera, par conséquent, pourvu seulement que sa période propre soit beaucoup plus importante que la période de vibration de la pointe, un courant moyen qui sera fonction du niveau du liquide.



  Ce courant sera nul pour un niveau inférieur
 ou égal à la cote minimum   Hi;    il sera cons
 tant (Io) pour un niveau supérieur ou égal
 à la cote maximum   Hz;    cette valeur constante
   lo    dépend uniquement de la tension de la
 source 13 et de la valeur de la résistance 14;
 le courant moyen mesuré en 15 varie entre
 zéro et cette valeur constante lorsque le ni
 veau monte de   H1    à   112.    La relation entre la
 variation du courant et la variation du niveau entre les deux valeurs   H1    et H2 est fonction
 de la forme de la vibration de l'aiguille. Elle
 serait linéaire si la courbe représentant la
 cote de   l'extrémité    de l'aiguille en fonction du
 temps était une courbe en dents de scie.

   Pour
 une vibration   sinusoïdale    de l'aiguille, ladite
 relation est linéraire au moins aux environs
 du point moyen de cette vibration.



   Toutes choses égales d'ailleurs, la précision
 de la mesure est d'autant plus grande que
 l'amplitude de la vibration de l'aiguille est
 plus faible.



   La fréquence du mouvement oscillatoire
 de l'aiguille peut être quelconque. Il convient   - cependant    qu'elle soit choisie assez rapide
 pour que la tension superficielle ne joue plus,
 l'aiguille perçant à chaque oscillation la cou
 che superficielle en le déplaçant très peu. Une
 fréquence commode qui satisfait à cette condi
 tion est celle de 50 périodes par seconde.



   L'expérience montre que les mesures effec
 tuées par un dispositif de ce genre sont par
 faitement fidèles; les plus petites différences
 de niveau décelables, qui sont fonction de
 l'amplitude du mouvement de la pointe, peu
 vent atteindre le   igloo    mm. L'expérience a
 montré qu'une couche mince d'un produit
 étranger quelconque tendant à modifier la
 tension superficielle du liquide ne perturbe
 pas la mesure.



   Dans le cas de l'eau ou d'une solution
 aqueuse, si   l'on    utilise une source de tension continue dans le circuit de mesure, il est pré
 férable de relier le pôle négatif à la pointe,
 de sorte que l'électrolyse n'y fasse pas déga
 ger l'oxygène naissant qui pourrait l'oxyder
 à la longue.



   Au lieu de mesurer directement la valeur
 moyenne du courant dans le circuit, on   pour     rait également mesurer la différence de potentiel aux bornes d'un condensateur shuntant une résistance insérée dans ce circuit.



   C'est le cas du dispositif représenté par la fig. 4, où on trouve dans le circuit de la pointe 21 une résistance 22 shuntée par un condensateur 23; la tension aux bornes de ce condensateur est appliquée à l'entrée d'un amplificateur comportant dans le cas présent une double triode 24 fonctionnant en étage différentiel. Les deux cathodes sont polarisées par   une    résistance commune 25, et l'une des grilles, soit 26, est mise à la masse à travers une résistance de fuite, l'autre grille 26a recevant la tension développée aux bornes de l'ensemble 22, 23, à laquelle on peut ajouter une tension de réaction, ainsi qu'il sera exposé plus bas.

   Deux courants traversent la résistance 22 en sens opposés; cette résistance se trouve insérée en effet dans deux circuits comprenant respectivement les parties 27 et 28 d'une source, la tension de la partie 27 étant réglée pour donner lieu à un courant permanent   i,,    tandis que la partie 28 fournit un courant pulsé i.



   La différence de potentiel s'établissant entre les anodes aux bornes des deux résistances de charge symétriques 32 et 33, est appliquée à un moteur à courant continu 34, de préférence du type à excitation indépendante, qui entraîne un appareil de réglage de niveau non représenté.



   Lorsque la valeur moyenne de courant pulsé i est égale au courant   i,,    c'est-à-dire lorsque la tension aux bornes de l'ensemble 22, 23 appliquée à la grille   26    est nulle, les courants anodiques traversant les résistances 32 et 33 sont égaux, la différence de potentiel entre les bornes du moteur 34 est nulle et le régulateur n'est pas actionné; le niveau liquide se trouve alors à mi-distance entre les cotes extrêmes atteintes par la pointe 21; dès que le niveau monte ou descend par rapport à cette position, qui dépend du courant   io    c'està-dire de la position du plot 29, le moteur sera alimenté dans le sens approprié par un branchement dans le sens convenable de ses connexions d'alimentation.



   Etant donné qu'un tel dispositif peut entrer en auto-oscillations dans certains cas, on peut obtenir une contre-réaction en appliquant à l'entrée de l'amplificateur une tension proportionnelle à chaque instant à l'action de correction exercée.   Ceei    peut être réalisé par exemple en munissant l'induit du moteur 34   d'un    deuxième enroulemént représenté en 35 et jouant le rôle d'une dynamo tachymétrique. Celle-ci fournit aux bornes d'un potentiomètre 36 une tension proportionnelle à la vitesse du moteur et dont on ramène une fraction ajustable à l'entrée de l'amplificateur en l'ajoutant à la tension de commande.



   L'expérience montre d'ailleurs que cette stabilisation est souvent inutile; cela dépendra bien entendu de l'ensemble des paramètres de réglage tels que l'inertie de la masse liquide, celle des organes de manoeuvre (vannages, etc.), les vitesses des variations possibles, etc.



   En variante, la pointe de l'organe de contact 21 est portée, dans le cas de la fig. 4, à l'extrémité d'une lame de ressort 40 placée dans le champ alternatif d'un électro-aimant 41 branché sur le secteur ou sur toute autre source de tension alternative.



   La fig. 5 montre un dispositif d'enregistrement de la variation de niveau d'un liquide.



  La pointe 42, ainsi que son moteur 43, sont suspendus ici à l'extrémité d'un câble 44 passant sur   une    poulie de guidage 45 et s'enroulant sur un tambour 46 calé sur l'arbre   d'un    moteur 47. Ce moteur est alimenté par un amplificateur 48, pouvant être du type décrit ci-dessus en référence à la fig. 3 ou de tout autre type approprié et adapté à entraîner le moteur 47, de façon à maintenir la pointe 42 à une hauteur telle que la hauteur moyenne de son extrémité inférieure coïncide avec celle du plan liquide. Comme il ressort clairement de l'exposé qui précède, cela revient à maintenir à une valeur donnée le courant moyen dans le circuit de mesure comprenant la pointe 42 et la masse liquide.



   Un style inscripteur 49 porté par le câble 44 permet d'enregistrer la variation du niveau  liquide sur une bande d'enregistrement 50 que l'on fait dérouler à une vitesse appropriée d'une bobine réservoir 51 sur lune bobine réceptrice 52.



   La fig. 6 montre d'une manière schématique un exemple d'application du procédé suivant l'invention, sous   une    forme différentielle, en vue de la mesure de différences de niveaux très faibles; dans le cas représenté, il s'agit par exemple de la perte de charge dans   lin    conduit tel que 60, siège d'un courant liquide, entre deux tubes manométriques tels que 61 et 62.



   On trouvera d'abord une pointe suiveuse 63, qui est asservie de manière à rester en permanence en contact avec le niveau liquide dans le tube 62, au moyen d'un dispositif du genre décrit en référence à la fig. 5 et comprenant un amplificateur 64 et un moteur 65.



  Ce dernier règle à chaque instant la hauteur de la pointe 63, de sorte que le plan liquide coïncide toujours avec le niveau moyen de sa vibration verticale.



   Or, ce même moteur commande ici en même temps une pointe vibrante 66 en contact avec le niveau du liquide dans le tube 61, de telle sorte que la position de la pointe vibrante 66 se trouve à   tout    moment identique à celle de la pointe 63. La pointe 66 est insérée dans un circuit de mesure habituel comprenant par   exemple won    instrument indicateur à aiguille   (micro-anipèreinètre)    67.



   Dans ces conditions, on voit que si le niveau en 61 est le même qu'en 62, le courant moyen dans le circuit de mesure de la pointe 66 sera égal à la moitié de sa valeur maximum (pour une vibration de forme symétrique,   c'est-à-dire    dépourvue d'harmoniques d'ordre   pair);    dès que le niveau en 61 monte ou descend par rapport au niveau en 62, le courant moyen dans le circuit de   mesure    change et la déviation correspondante dans   l'ici    ou l'autre sens de l'aiguille de l'instrument 67 indiquera avec une très grande sensibilité l'écart des niveaux.



   Un tel dispositif différentiel permet de mesurer ou de contrôler des pertes de charge beaucoup plus faibles que tous les dispositifs connus jusqu'à présent, grâce à sa très grande sensibilité; son utilisation permettra par exemple de diminuer notablement les dimensions des maquettes dans de nombreuses   étu-    des utilisant des modèles réduits. De nombreuses autres applications sont évidemment possibles, par exemple dans le domaine très étendu du contrôle des débits liquides; on peut asservir ainsi le débit dans un conduit tel que 60 à une valeur déterminée du courant moyen dans le circuit de mesure de la pointe 66; en insérant dans ces conditions un élément variable (à came par exemple) dans la transmission entre le moteur 65 et la pointe 66, on pourra réaliser une loi d'écoulement donnée en fonction du temps, etc.



   La source de courant du circuit de mesure peut être aussi bien une source alternative dont la fréquence sera choisie nettement différente de celle de la source alimentant le moteur de l'organe de contact vibrant. Elle pourra être par exemple plus élevée, et on aura dans ce cas dans le circuit de mesure un courant de haute fréquence sujet à une ondulation du type à impulsions de durée variable. La mesure de la durée des impulsions qui caractérise en fin de compte le résultat recherché pourra s'effectuer suivant divers procédés bien connus dans la technique des télécommunications.



   Sans sortir du cadre de l'invention, on pourrait   aisément    multiplier les très nombreuses applications possibles du procédé décrit, soit à la mesure, soit à la régulation ou à   tons    les problèmes de contrôle en général d'un niveau liquide quelconque, pourvu seulement que le liquide en question ne soit pas électriquement isolant.



   Il ne parait pas nécessaire d'insister sur les avantages qui découlent de la souplesse remarquable, de la précision surprenante et de la simplicité des moyens nécessaires pour la mise en oeuvre de ce procédé.
 



      REVENDICATIONS:   
 I. Procédé de contrôle de la hauteur du niveau d'un liquide non isolant du point de vue électrique, caractérisé en ce que   l'on    dis 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.



   

Claims (1)

1. **ATTENTION** debut du champ CLMS peut contenir fin de DESC **. liquide sur une bande d'enregistrement 50 que l'on fait dérouler à une vitesse appropriée d'une bobine réservoir 51 sur lune bobine réceptrice 52.

   La fig. 6 montre d'une manière schématique un exemple d'application du procédé suivant l'invention, sous une forme différentielle, en vue de la mesure de différences de niveaux très faibles; dans le cas représenté, il s'agit par exemple de la perte de charge dans lin conduit tel que 60, siège d'un courant liquide, entre deux tubes manométriques tels que 61 et 62.

   On trouvera d'abord une pointe suiveuse 63, qui est asservie de manière à rester en permanence en contact avec le niveau liquide dans le tube 62, au moyen d'un dispositif du genre décrit en référence à la fig. 5 et comprenant un amplificateur 64 et un moteur 65.

   Ce dernier règle à chaque instant la hauteur de la pointe 63, de sorte que le plan liquide coïncide toujours avec le niveau moyen de sa vibration verticale.

   Or, ce même moteur commande ici en même temps une pointe vibrante 66 en contact avec le niveau du liquide dans le tube 61, de telle sorte que la position de la pointe vibrante 66 se trouve à tout moment identique à celle de la pointe 63. La pointe 66 est insérée dans un circuit de mesure habituel comprenant par exemple won instrument indicateur à aiguille (micro-anipèreinètre) 67.

   Dans ces conditions, on voit que si le niveau en 61 est le même qu'en 62, le courant moyen dans le circuit de mesure de la pointe 66 sera égal à la moitié de sa valeur maximum (pour une vibration de forme symétrique, c'est-à-dire dépourvue d'harmoniques d'ordre pair); dès que le niveau en 61 monte ou descend par rapport au niveau en 62, le courant moyen dans le circuit de mesure change et la déviation correspondante dans l'ici ou l'autre sens de l'aiguille de l'instrument 67 indiquera avec une très grande sensibilité l'écart des niveaux.

   Un tel dispositif différentiel permet de mesurer ou de contrôler des pertes de charge beaucoup plus faibles que tous les dispositifs connus jusqu'à présent, grâce à sa très grande sensibilité; son utilisation permettra par exemple de diminuer notablement les dimensions des maquettes dans de nombreuses étu- des utilisant des modèles réduits. De nombreuses autres applications sont évidemment possibles, par exemple dans le domaine très étendu du contrôle des débits liquides; on peut asservir ainsi le débit dans un conduit tel que 60 à une valeur déterminée du courant moyen dans le circuit de mesure de la pointe 66; en insérant dans ces conditions un élément variable (à came par exemple) dans la transmission entre le moteur 65 et la pointe 66, on pourra réaliser une loi d'écoulement donnée en fonction du temps, etc.

   La source de courant du circuit de mesure peut être aussi bien une source alternative dont la fréquence sera choisie nettement différente de celle de la source alimentant le moteur de l'organe de contact vibrant. Elle pourra être par exemple plus élevée, et on aura dans ce cas dans le circuit de mesure un courant de haute fréquence sujet à une ondulation du type à impulsions de durée variable. La mesure de la durée des impulsions qui caractérise en fin de compte le résultat recherché pourra s'effectuer suivant divers procédés bien connus dans la technique des télécommunications.

   Sans sortir du cadre de l'invention, on pourrait aisément multiplier les très nombreuses applications possibles du procédé décrit, soit à la mesure, soit à la régulation ou à tons les problèmes de contrôle en général d'un niveau liquide quelconque, pourvu seulement que le liquide en question ne soit pas électriquement isolant.

   Il ne parait pas nécessaire d'insister sur les avantages qui découlent de la souplesse remarquable, de la précision surprenante et de la simplicité des moyens nécessaires pour la mise en oeuvre de ce procédé.

   REVENDICATIONS: I. Procédé de contrôle de la hauteur du niveau d'un liquide non isolant du point de vue électrique, caractérisé en ce que l'on dis pose un organe de contact électrique vibrant verticalement, de telle sorte qu'il pénètre dans le liquide pendant une fraction de chaque période de vibration et en ce que l'on mesure ladite hauteur par la valeur de ladite fraction.

   II. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de contact électique formé par une pointe verticale, la pointe dirigée vers le bas, un organe moteur permettant d'entraîner ledit organe de contact en vibration verticale, de telle sorte qu'il pénètre dans le liquide pendant une fraction de chaque période de vibration, et un circuit de mesure comprenant l'interrupteur périodique formé ainsi par ledit organe de contact vibrant et la masse liquide.

   SOUS-REVENDICATIONS: 1. Procédé de contrôle suivant la revendication I, caractérisé en ce que l'on insère l'interrupteur périodique que forme l'organe de contact vibrant et la masse liquide dans un circuit de mesure comprenant une source de tension et en ce que l'on mesure la valeur moyenne du courant pulsé parcourant le circuit.

   2. Procédé de contrôle suivant la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé en ce que l'on choisit l'impédance du circuit de mesure suffisamment élevée pour que les impulsions de courant soient pratiquement rectangulaires.

   3. Procédé de contrôle suivant la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé en ce que l'on règle la sensibilité de la mesure en modifiant l'amplitude des oscillations de l'organe de contact vibrant.

   4. Procédé de contrôle suivant la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé en ce que, en vue d'une commande de régulation, on oppose le courant moyen mesuré à un courant de référence.

   5. Procédé de contrôle suivant la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé en ce que la source de tension du circuit de mesure est une source alternative de fréquence différente de celle de la vibration de l'organe de contact.

   6. Procédé de contrôle suivant la revendi- cation I appliqué à la mesure différentielle de l'écart de deux plans liquides, caractérisé en ce qu'on maintient un organe de contact vibrant au contact de l'un des plans liquides, de sorte que le niveau de ce plan coïncide à tout moment avec la hauteur moyenne de sa vibration, on associe un second organe de contact vibrant à l'autre plan liquide, on maintient ce second organe de contact vibrant en permanence au niveau du premier et on mesure dans ces conditions la fraction de temps d'immersion dudit second organe de contact.

   7.. Dispositif de contrôle suivant la revendication II, caractérisé en ce que l'organe moteur de l'organe de contact vibrant est un moteur de haut-parleur.

   8. Dispositif de contrôle suivant la revendication II, caractérisé en ce que l'organe moteur de l'organe de contact vibrant est un vibreur.

   9. Dispositif de contrôle suivant la revendication II, caractérisé en ce que l'organe moteur de l'organe de contact vibrant est alimenté par le secteur de distribution d'énergie.

   10. Dispositif de contrôle suivant la revendication II, caractérisé en ce que le circuit de mesure comprend une source de courant, une résistance élevée et un organe de mesure.

   11. Dispositif suivant la revendication II et la sous-revendication 10, caractérisé en ce que l'organe de mesure est un instrument indicateur, de période propre très supérieure à la période de vibration de l'organe de contact vibrant.

   12. Dispositif suivant la revendication II et la sous-revendication 10, caractérisé on ce que l'organe de mesure est un dispositif de mesure de tension, branché aux bornes d'une résistance insérée dans le circuit de mesure.

   13. Dispositif suivant la revendication II, appliqué à la régulation d'un niveau liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un amplificateur commandé par la valeur moyenne du courant dans le circuit de mesure et commandant à son tour un moteur de manoeuvre d'organes de réglage dudit niveau.

   14. Dispositif suivant la revendication II et la sous-revendication 13, caractérisé en ce qu'une contre-réaction est appliquée à l'entrée de l'amplificateur par ime une fraction appropriée de la tension développée aux bornes d'une dynamo tachymétrique solidaire du motour de manoeuvre.

   15. Dispositif suivant la revendication II, appliqué à l'enregistrement d'un niveau liquide, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison un amplificateur, un moteur de manoeuvre et une transmission appropriée entre ledit moteur et le support de l'organe de contact vibrant, de manière à maintenir constante la valeur moyenne du courant dans le circuit de mesure, et un dispositif d'enregistrement recevant et inscrivant les mouvements verticaux dudit support.

   16. Dispositif de contrôle suivant la revendication II appliqué à la mesure de la différence de niveau entre deux plans liquides, caractérisé en ce qu'il comprend un premier organe de contact vibrant, dans le circuit de mesure qu'il forme avec le premier plan liquide, ce premier organe étant asservi de manière que le courant moyen reste constant dans ce circuit, un second organe de contact vibrant formant interrupteur avec le deuxième plan liquide, lin dispositif d'asservissement des- tiné à maintenir ledit second organe de contact vibrant à la même hauteur moyenne que le premier organe de contact vibrant, et un circuit de mesure comprenant l'interrupteur périodique formé par ledit second organe de contact et le second plan liquide.