Appareil à flotteur indiquant à distance et en permanence
le niveau du liquide contenu dans un réservoir
La présente invention concerne un appareil à flotteur indiquant à distance et en permanence le niveau du liquide contenu dans un réservoir, notamment un réservoir étanche.
On connaît plusieurs types d'appareils indicateurs de niveau, et notamment les appareils à flotteur et les appa- reils à sonde suiveuse: les appareils à flotteur utilisant un contrepoids relié au flotteur par un câble ou un ruban qui s'enroule sur un treuil; quant aux appareils à sonde suiveuse, ils font appel à un élément sensible qui affleure à la surface libre du liquide et qui est fixé à l'extrémité d'un ruban ou d'un câble. La lecture du niveau est faite directement sur ce ruban ou sur un tambour autour duquel le câble s'enroule au moyen d'un moteur commandé par tout ou rien par la sonde suiveuse.
De tels appareils ne permettent pas l'indication à distance du niveau du liquide contenu dans les réservoirs sur lesquels ils sont installés; de plus, en raison de leur construction, tous ces appareils ne peuvent s'adapter qu'à des réservoirs à l'air libre, et ils ne peuvent donc pas, en particulier, fonctionner sur des réservoirs de liquides à vapeurs corrosives.
La présente invention concerne un appareil qui s'apparente aux appareils de ces deux types connus mais qui, contrairement à ceux-ci, indique à distance le niveau du liquide du réservoir; de plus, suivant une forme de réalisation particulièrement intéressante, L'appareil peut s'adapter aux réservoirs étanches, et notamment aux réservoirs de liquides à vapeurs corrosives.
L'appareil à flotteur, objet de l'invention, est caractérisé par le fait qu'il comprend un fil dont une extrémité pénètre dans le réservoir et est terminée par un flotteur tandis que son autre extrémité est enroulée sur un disque, ce fil passant, entre ce disque et le réservoir, sur une poulie solidaire d'un levier pivotant, un transformateur différentiel dont le noyau mobile est suspendu audit levier pivotant, un moteur diphasé commandé par ce transformateur différentiel et commandant à son tour la rotation du disque, et un dispositif de transmission à distance solidaire de l'ensemble de ce moteur et de ce disque et servant à transmettre toute rotation de cet ensemble,
le fonctionnement de l'appareil étant tel qu'à toute variation du niveau du liquide dans le réservoir corresponde un déplacement du noyau mobile du transformateur différentiel dans un sens qui dépend du sens de variation de ce niveau, ce transformateur différentiel envoyant alors un signal au moteur diphasé qui provoque la rotation du disque dans un sens tel que le flotteur subit un déplacement de même sens que la variation de niveau du liquide, le transformateur différentiel étant réglé de façon que son signal soit nul quand la tension du fil auquel est attaché le flotteur correspond à une hauteur donnée d'immersion de ce flotteur dans le liquide, grâce à quoi, quelle que soit la variation du niveau du liquide, ce flotteur a toujours tendance à revenir à une position correspondant à cette hauteur d'immersion.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, trois formes d'exécution de l'invention.
Sur ce dessin,
la fig. 1 représente l'ensemble d'un appareil selon l'invention appliqué à un réservoir étanche et dont le dispositif de transmsision est de type pneumatique;
la fig. 2 représente, seul, un dispositif de transmission de type électrique adaptable à l'appareil de la fig. 1 et susceptible de remplacer le dispositif de transmission représenté sur la fig. 1 ; enfin,
la fig. 3 représente, seul, un dispositif de transmission de type électronique adaptable à l'appareil de la fig. 1 et susceptible de remplacer le dispositif de transmission pneumatique de la fig. 1 ou le dispositif de transmission électrique de la fig. 2.
L'appareil représenté sur la fig. 1 sert à indiquer à tout instant et à distance le niveau d'un liquide 1 contenu dans un réservoir étanche 2; ce réservoir est traversé de haut en bas par un tube 3 en acier inoxydable amagnétique et l'étanchéité est assurée par un raccordement 4 à brides.
L'appareil représenté comprend un fil 5 en acier inoxydable dont une extrémité pénètre dans le tube 3 tandis que son autre extrémité est enroulée sur un disque 6. Un noyau magnétique 7 logé dans le tube 3 est fixé au fil 5. Un flotteur 8 renferme un aimant annulaire 9 et peut glisser le long de la paroi extérieure du tube 3.
Lorsque le noyau magnétique 7 est approché du flotteur, il est fortement attiré au centre de l'aimant 9 et il suit ensuite le flotteur dans tous ses déplacements le long du tube. L'ensemble noyau-flotteur peut donc être considéré comme une pièce monobloc suspendue au fil 5.
Tant que le niveau de liquide 1 n'atteint pas le flotteur 8, L'ensemble noyau-flotteur exerce sur le fil 5 une tension égale à la somme des poids du noyau 7, du flotteur 8 et de l'aimant 9 (les forces de frottement étant supposées négligeables). Si le liquide 1 monte, la tension du fil 5 est diminuée de la poussée d'Archimède du liquide dès que celui-ci a atteint le flotteur 8 et cette poussée augmente au fur et à mesure que le liquide monte, jusqu'à ce qu'elle compense totalement la tension exerce par les parois du noyau, du flotteur et de l'aimant. A ce moment, le flotteur 9 flotte et la tension du fil 5 est nulle. Ainsi, la tension du fil passe de la valeur maxima à la valeur zéro pour une variation du niveau du liquide 1 égale à une fraction de la hauteur du flotteur.
Le fil 5. sur la portion de sa longueur comprise entre le disque 6 et le réservoir 2 passe dans les gorges de trois poulies 10, 11 et 12. Les poulies 10 et 11 sont fixes et la poulie 12 est montée sur un bras de levier 13 pivotant en 57. A l'extrémité 14 de ce bras de levier est suspendu un axe 15 portant le noyau mobile 16 d'un transformateur différentiel 17 (18 désigne son bobinage primaire et 19 ses bobines secondaires). Ce transformateur envoie (dans des conditions qui seront précisées plus loin) un signal à l'un des enroulements 20 d'un moteur diphasé 21 après passage dans un ensemble transistorisé 22 (alimentation en continu 23, amplificateur de tension 24, amplificateur de puissance push-pull 25, transformateur de sortie 26 élévateur de tension).
L'autre enroulement 27 du moteur 21 est directement alimenté (ligne 28) par le courant du secteur 29.
Ce moteur 21 commande la rotation du disque 6 d'enroulement du fil par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse 30.
La référence 31 désigne un contrepoids de réglage et la référence 32 un transformateur.
Le dispositif de transmission à distance qui, sur la fig. 1 est du type pneumatique, comprend, dans le cas de cette figure, un relais de puissance 33 qui reçoit de l'air sous pression (par exemple sous une pression de 1,4 kg/ cm2) par une canalisation 34 et qui est relié à un équilibreur souple 35 et à un gicleur 36 dont la distance à une plaque pivotante 37 est réglée par un ressort 38 dont le prolongement 39 s'enroule sur un pignon 40 entraîné par l'axe 41 solidaire du disque 6. Du relais 33 part une canalisation 42 de sortie qui envoie de l'air modulé (flèche 1 : F1) dans un indicateur pneumatique ou un enre- gistreur pneumatique (non représenté).
Le dispositif de transmission de type électrique représenté sur la fig. 2 peut remplacer celui de la fig. 1 qui vient d'être décrit: il est, lui aussi, lié à l'axe 41 solidaire du disque 6. I1 comporte essentiellement un dispositif 43 d'alimentation stabilisée branché par les deux fils 44 sur le secondaire du transformateur 32 de 1a fig. 1, et relié électriquement à un potentiomètre 45 (par exemple potentiomètre trois tours linéaire), lui-même relié, mécaniquement, à l'axe 41 du disque 6. Du dispositif 43 et du potentiomètre 45 partent des fils 46 reliés (flèche F2) à un indicateur ou un enregistreur millivoltmètre (non représentés).
Enfin, le dispositif de transmission de type électronique représenté sur la fig. 3 peut remplacer celui de la fig. 1 ou celui de la fig. 2. Il comprend une porte électronique 48 branchée sur le moteur diphasé 21, un circuit de mise en forme 50, un circuit de comptage 52, un amplificateur 47 relié à une cellule photo-électrique 56, un circuit de mise en forme 49, un circuit de décomptage 51, un moteur pas-à-pas reversible 53 dont l'axe 55 entraîne l'aiguille d'un cadran indicateur 54.
Le principe de l'appareil est d'assurer l'enroulement ou le déroulement automatique du fil 5 sur le disque tambour 6 de façon telle que la tension de ce fil (résultante de l'ensemble des poids du noyau 7, du flotteur 8 et de l'aimant 9, et de la poussée d'Archimède exercée sur le flotteur 8 par le liquide 1) reprenne automatiquement une certaine valeur (égale par exemple à la moitié de la tension maximum), valeur à laquelle correspond toujours la même hauteur d'immersion du flotteur 8 dans le liquide 1. De la sorte, la longueur dont le fil 5 se déroule ou s'enroule est égale au déplacement du niveau du liquide 1.
Pour cela, le transformateur différentiel 17 est réglé de manière que le signal qu'il envoie normalement dans l'enroulement 20 du moteur diphasé 21 devienne nul lorsque la tension du fil 5 est égale à la valeur moyenne définie ci-dessus: il faut pour cela que le noyau mobile 16 du transformateur 17 occupe sa position médiane (représentée sur la fig. 1) par rapport aux bobines 18 et 19 quand le fil a ladite tension moyenne.
Le réglage s'effectue à l'aide du contrepoids 31.
Le fonctionnement de l'appareil décrit est le suivant: lorsque le niveau du liquide 1 du réservoir 2 varie, la tension du fil 5 varie également; la poulie 12 se rapproche ou s'éloigne de la droite joignant les centres des poulies fixes 10 et 1 1; le bras de levier 13 pivote autour de son axe 57, entraînant le noyau 16 du transformateurdifférentiel 17 (vers le haut ou vers le bas suivant le sens de déplacement du niveau du liquide 1).
Ce transformateur, qui lorsque son noyau 16 était en position médiane (fig. 1) n'émettant aucun signal, se met à envoyer un signal (proportionnel au déplacement du noyau 16) dans l'enroulement 20 du moteur 21, qui entraîne alors le disque 6 (à une vitesse qui varie avec la grandeur du signal, donc avec la tension du fil 5), jusqu'à ce que le fil 5 ait retrouvé sa tension initiale (tension moyenne).
A ce moment, le flotteur 8 ayant ainsi retrouvé sa hauteur d'immersion initiale et sa tension ayant pour valeur la tension moyenne définie plus haut, le noyau 16 du transformateur 17 se trouve de nouveau en position médiane et cesse d'envoyer un signal au moteur 21 qui, par conséquent, s'arrête; de même, le bras de levier 13 et la poulie 12 reprennent leur position initiale.
Le sens de rotation (enroulement ou déroulement du fil 5) est déterminé par la phase du signal émis par le transformateur 17, cette phase s'inversant lorsque le noyau 16 du transformateur se déplace dans un sens ou dans l'autre à partir de sa position médiane, donc quand la tension du fil 5 varie de part et d'autre de sa valeur moyenne définie ci-dessus.
Le moteur, qui fonctionne avec les phases de ses deux enroulements 20 et 27 en quadrature reçoit du transformateur 17 un signal qui est en quadrature avance ou retard avec la phase de référence du secteur (29), ce qui commande son sens de rotation et détermine l'enroulement ou le déroulement du fil 5.
La sensibilité et la précision de l'appareil décrit croissent avec la surface du flotteur 8 et avec la densité du liquide 1 dont on repère le niveau. En effet. la variation de la poussée d'Archimède qui s'exerce sur ce flotteur, et par suite de la tension du fil 5, est d'autant plus importante, pour une même variation de niveau, que le liquide 1 est plus dense et que la surface du flotteur est plus grande. Par exemple, avec un liquide de densité 3,5 et un tube 3 de 18 mm de diamètre extérieur, la sensibilité de détection du niveau du liquide 1 est de l'ordre du millimètre, avec un flotteur 8 de 80 mm de diamètre.
La sensibilité de l'appareil dépend également de la précision avec laquelle on peut mesurer la rotation du disque 6, et de la qualité du dispositif de transmission à distance, soit indicateur, soit enregistreur (de type pneumatique, électrique, électronique, etc.).
Dans le cas d'un dispositif de transmission de type pneumatique (fig. 1), la précision du signal d'air modulé (42) est de 0,5 0/o environ pour les gammes de mesure supérieures à 50 cm.
Pour les mêmes gammes de mesure, on obtient, avec le dispositif de transmission de type électrique (fig. 2), une précision de 0,3 o/o à 0,4 /o.
Enfin, avec le dispositif de transmission électronique (fig. 3), la précision peut atteindre O,20/o.
L'appareil décrit présente de nombreux avantages: dimensions faibles. transmission à distance, temps de réponse inférieur à une seconde pour des vitesses de variation de niveau inférieures à 4 cm/s, possibilité d'utiliser divers types de dispositifs de transmission à distance.
L'appareil a été décrit ci-dessus comme étant monté sur un réservoir étanche, mais il est bien entendu qu'il peut être également monté sur un réservoir à l'air libre.
Le montage est alors simplifié (suppression du tube 5 et remplacement du noyau 7, de l'aimant 9 et du flotteur 8 par un unique flotteur suspendu au fil 5).