Procédé de mesure du niveau d'un liquide dans un réservoir étanche
et dispositif pour la mise en oeuvre du procédé
La présente invention a pour objets un procédé de mesure du niveau d'un liquide contenu dans un réservoir étanche, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
La mesure du niveau du liquide contenu dans un réservoir se fait souvent par la détermination de la poussée qu'exerce le liquide sur un corps partiellement immergé. Ce corps peut prendre la forme d'un cylindre suspendu verticalement à un point d'appui. La masse de ce corps étant égale à M, on mesure la réaction Q exercée sur le point d'appui, réaction égale à la force due à la pesanteur Mg diminuée de la poussée hydrostatique HSâ due au déplacement du liquide dont le poids spécifique est égal à b par le corps de section horizontale S immergé de la hauteur H.
La formule qui donne la valeur de la réaction Q est la suivante:
Q = Mg - HS6 (1)
Lorsque le réservoir doit etre maintenu entièrement fermé et cela de façon étanche, la transmission des forces à l'extérieur du réservoir présente des difficultés que l'on a résolues dans certains cas en utilisant des circuits électriques. Toutefois, une telle solution ne convient pas en milieu inflammable ou explosif.
Le but de la présente invention est de fournir un procédé et un dispositif permettant d'effectuer une mesure précise du niveau du liquide indépendamment de la pression régnant à l'intérieur du réservoir en n'utilisant pour la transmission des valeurs à mesurer que des organes mécaniques et en assurant l'étanchéité complète du réservoir.
Pour cela, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on équilibre un équipage mobile soumis à la poussée d'un ressort et à la résultante du poids et de la poussée hydrostatique s'exerçant sur une masse partiellement immergée dans le réservoir, au moyen d'une force pneumatique obtenue par une pression d'air et agissant sur ledit équipage mobile de façon à maintenir ce dernier dans une position déterminée, et en ce qu'on mesure la pression d'air pour laquelle l'équipage mobile se trouve dans ladite position.
Le dispositif est caractérisé en ce que l'équipage mobile comprend un bras pivotant situé hors du réservoir et une tige reliant le bras pivotant à la masse partiellement immergée et en ce que deux soufflets opposés fixés de façon étanche chacun par une de leurs extrémités à la tige et par l'autre à un élément fixe solidaire de la paroi du réservoir et communiquant tous deux avec l'intérieur du réservoir, assurent l'étanchéité de ce dernier au passage de la tige, de façon telle que les actions qu'ils exercent sur la tige se compensent exactement.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, un mode de mise en oeuvre du procédé. Il représente deux formes d'exécution différentes du dispositif objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe partielle de la première forme d'exécution, et
la fig. 2, une vue analogue de la seconde forme d'exécution.
Comme on le voit sur la fig. 1, dans une pièce de fonderie 1 est articulé en 0, sur le roulement à billes 2, un levier 3 qui reçoit en A la résultante de la force du ressort 4 et du soufflet 5 rempli d'air à la pression d'équilibre telle que définie ci-après.
En B le levier reçoit, par l'intermédiaire d'un roulement à billes 6, la résultante de la pesanteur exercée par l'équipage mobile 7, ici constitué par un cylindre vertical non représenté, et de la poussée hydrostatique, et également la résultante des forces élastiques et de la pression exercée par des soufflets 8 et 9 permettant de réaliser l'étanchéité entre l'intérieur du réservoir et l'atmosphère.
Comme ces deux soufflets sont identiques et soumis à la même pression, grâce au tube 10 qui met en communication l'intérieur du soufflet 8, du soufflet 9 et du réservoir, cette dernière résultante est nulle, et en définitive le levier 3 ne reçoit en B que la résultante du poids du plongeur et de la poussée hydrostatique.
Soit Q la force exercée en B à la distance L de l'axe O, F la force de rappel du ressort 4, s la section effective du soufflet 5, P la pression dans le soufflet à l'équilibre, et l la distance O - A.
On a;
Q= (F - Ps) (2)
L
Rapprochant cette relation de la relation (1), on en tire:
Mg-HS#=l/L(F-Ps) (3)
P@ étant la pression de référence désirée correspondant au niveau minimum du liquide dans le réservoir, on ajuste F pour satisfaire l'équation:
L
F I Mg t P,s (4)
et l'on a: H is P-P0 (5)
LS ô
On voit que la variation de la pression d'air
P- P, dans le soufflet est proportionnelle à la hauteur immergée H du plongeur et à la densité ô du liquide. La pression P est réglée automatiquement à une valeur convenable, telle que le levier 3 demeure dans sa position de référence.
On utilise à cet effet, par exemple, un relais pneumatique, dit sans fuite, classique, qui peut d'ailleurs avantageusement être logé à l'intérieur du soufflet 5.
L'alimentation en air comprimé dans le soufflet 5 se fait par l'orifice 11. Le réglage de la tension du ressort 4 se fait au moyen du capuchon fileté 12 en vue de satisfaire l'équation (4).
Un système de vis 13 et de contre-écrou 14 permet de régler la position de référence du levier 3 en déplaçant le soufflet 5 parallèlement à son axe.
D'autre part, la pièce 15, qui contient le ressort 4 et le soufflet 5, peut coulisser parallèlement à l'axe 3, de façon à régler l'éloignement du point d'appui A, c'est-à-dire à ajuster 1 à la valeur convenable pour que l'indication du manomètre couvre la gamme de mesure de niveau désirée, compte tenu de la valeur de la densité ô du liquide.
Comme on le voit sur la fig. 2, dans une pièce de fonderie 1 est articulé en O, sur le roulement à billes 2, un levier 3 qui reçoit en A la résultante de la force du ressort 4 et du soufflet 5 rempli d'air comprimé à la pression d'équilibre, telle que définie précédemment.
En B, le levier reçoit la résultante des forces de pesanteur exercée par l'équipage mobile ici constitué par un cylindre vertical 16, suspendu à l'anneau 17, de la poussée hydrostatique et de la résultante des forces élastiques et de pression exercée par les soufflets 8 et 9 dont les intérieurs sont mis en communication entre eux et avec l'intérieur de la cuve par le tube 10 auquel ils sont soudés.
Le soufflet 9 est soudé excentré par rapport à l'axe 18 du soufflet 8. L'ensemble constitué par le cylindre 16, le crochet 17, les soufflets 8 et 9, le tube 10, peut être orienté autour de l'axe 18 du tube 10 et ainsi la distance L' entre l'axe 19 du soufflet 9 et l'axe O peut être réglée.
Un système de vis 20 et un joint 21 permettent ensuite d'immobiliser d'une façon étanche cet ensemble dans la pièce 1 et, de même, une pièce non figurée permet de solidariser le tube 10 et le levier 3, par pincement en B du tube 10.
Si L est la distance OB de l'axe O à l'axe 18 du soufflet 8, si P est la pression qui règne dans les deux soufflets 8 et 9, de sections effectives respectives S et S', le moment résultant des forces de pression développées dans les soufflets 8 et 9 par rapport à l'axe
O, sera:
M = PSL - PS'L' P P(SL - S'L')
La pression n'interviendra pas si l'on règle la lon
gueur L' de façon que: L'= L
S'
REVENDICATIONS
I.
Procédé de mesure du niveau d'un liquide contenu dans un réservoir étanche, caractérisé en ce qu'on équilibre un équipage mobile soumis à la poussée d'un ressort et à la résultante du poids et de la poussée hydrostatique s'exerçant sur une masse partiellement immergée dans le réservoir, au moyen d'une force pneumatique obtenue par une pression d'air et agissant sur ledit équipage mobile de façon à maintenir ce dernier dans une position déterminée, et en ce qu'on mesure la pression d'air pour laquelle l'équipage mobile se trouve dans ladite position.
Method for measuring the level of a liquid in a sealed tank
and device for implementing the method
The present invention relates to a method for measuring the level of a liquid contained in a sealed tank, as well as a device for implementing this method.
The level of the liquid contained in a reservoir is often measured by determining the thrust exerted by the liquid on a partially submerged body. This body can take the form of a cylinder suspended vertically from a fulcrum. The mass of this body being equal to M, we measure the reaction Q exerted on the fulcrum, reaction equal to the force due to gravity Mg minus the hydrostatic thrust HSâ due to the displacement of the liquid whose specific weight is equal to b by the body of horizontal section S submerged at height H.
The formula which gives the value of the reaction Q is as follows:
Q = Mg - HS6 (1)
When the reservoir must be kept completely closed and that in a sealed manner, the transmission of forces outside the reservoir presents difficulties which have been solved in certain cases by using electrical circuits. However, such a solution is not suitable in a flammable or explosive environment.
The aim of the present invention is to provide a method and a device making it possible to perform a precise measurement of the level of the liquid independently of the pressure prevailing inside the tank by using only organs for the transmission of the values to be measured. mechanical and ensuring the complete seal of the tank.
For this, the method according to the invention is characterized in that a mobile unit subjected to the thrust of a spring and the resultant of the weight and the hydrostatic thrust exerted on a mass partially submerged in the tank is balanced. , by means of a pneumatic force obtained by an air pressure and acting on said mobile unit so as to maintain the latter in a determined position, and in that the air pressure for which the mobile unit is measured is in said position.
The device is characterized in that the mobile assembly comprises a pivoting arm located outside the tank and a rod connecting the pivoting arm to the partially submerged mass and in that two opposed bellows each fixed in a sealed manner by one of their ends to the rod and by the other to a fixed element integral with the wall of the tank and both communicating with the interior of the tank, seal the latter to the passage of the rod, so that the actions they exert on the rod exactly offset each other.
The accompanying drawing illustrates, by way of example, an embodiment of the method. It represents two different embodiments of the device which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a partial sectional view of the first embodiment, and
fig. 2, a similar view of the second embodiment.
As seen in fig. 1, in a foundry part 1 is articulated at 0, on the ball bearing 2, a lever 3 which receives at A the resultant of the force of the spring 4 and of the bellows 5 filled with air at the equilibrium pressure such as defined below.
In B the lever receives, by means of a ball bearing 6, the resultant of the gravity exerted by the movable assembly 7, here constituted by a vertical cylinder not shown, and of the hydrostatic thrust, and also the resultant elastic forces and the pressure exerted by bellows 8 and 9 to achieve the seal between the interior of the tank and the atmosphere.
As these two bellows are identical and subjected to the same pressure, thanks to the tube 10 which places the interior of the bellows 8, the bellows 9 and the reservoir in communication, the latter resulting is zero, and ultimately the lever 3 does not receive B that the resultant of the weight of the plunger and the hydrostatic thrust.
Let Q be the force exerted in B at distance L from axis O, F the return force of spring 4, s the effective section of bellows 5, P the pressure in the bellows at equilibrium, and l the distance O - AT.
We have;
Q = (F - Ps) (2)
L
Bringing this relation closer to relation (1), we draw:
Mg-HS # = l / L (F-Ps) (3)
P @ being the desired reference pressure corresponding to the minimum level of the liquid in the tank, we adjust F to satisfy the equation:
L
F I Mg t P, s (4)
and we have: H is P-P0 (5)
LS oh
We see that the variation of the air pressure
P- P, in the bellows is proportional to the immersed height H of the plunger and to the density ô of the liquid. The pressure P is automatically adjusted to a suitable value, such that the lever 3 remains in its reference position.
For this purpose, for example, a conventional, so-called leak-free, pneumatic relay is used, which can moreover advantageously be housed inside the bellows 5.
The compressed air supply to the bellows 5 is through the orifice 11. The tension of the spring 4 is adjusted by means of the threaded cap 12 in order to satisfy the equation (4).
A system of screws 13 and against nut 14 makes it possible to adjust the reference position of the lever 3 by moving the bellows 5 parallel to its axis.
On the other hand, the part 15, which contains the spring 4 and the bellows 5, can slide parallel to the axis 3, so as to adjust the distance from the fulcrum A, that is to say to adjust 1 to the appropriate value so that the pressure gauge indication covers the desired level measurement range, taking into account the density ô value of the liquid.
As seen in fig. 2, in a foundry part 1 is articulated in O, on the ball bearing 2, a lever 3 which receives in A the resultant of the force of the spring 4 and the bellows 5 filled with compressed air at the equilibrium pressure , as defined above.
In B, the lever receives the resultant of the forces of gravity exerted by the mobile equipment here constituted by a vertical cylinder 16, suspended from the ring 17, of the hydrostatic thrust and of the resultant of the elastic and pressure forces exerted by the bellows 8 and 9, the interiors of which are placed in communication with one another and with the interior of the tank by the tube 10 to which they are welded.
The bellows 9 is welded off-center with respect to the axis 18 of the bellows 8. The assembly consisting of the cylinder 16, the hook 17, the bellows 8 and 9, the tube 10, can be oriented around the axis 18 of the bellows. tube 10 and thus the distance L 'between the axis 19 of the bellows 9 and the axis O can be adjusted.
A system of screws 20 and a seal 21 then make it possible to immobilize this assembly in a sealed manner in the part 1 and, similarly, a part not shown makes it possible to secure the tube 10 and the lever 3, by pinching the B of the tube 10.
If L is the distance OB from axis O to axis 18 of bellows 8, if P is the pressure prevailing in the two bellows 8 and 9, of respective effective sections S and S ', the moment resulting from the forces of pressure developed in bellows 8 and 9 with respect to the axis
O, will be:
M = PSL - PS'L 'P P (SL - S'L')
The pressure will not intervene if we adjust the lon
L 'so that: L' = L
S '
CLAIMS
I.
Method for measuring the level of a liquid contained in a sealed tank, characterized in that a mobile unit subjected to the thrust of a spring and the resultant of the weight and the hydrostatic thrust exerted on a mass is balanced partially submerged in the tank, by means of a pneumatic force obtained by an air pressure and acting on said movable assembly so as to maintain the latter in a determined position, and in that the air pressure is measured for in which the mobile unit is in said position.