EP0683892A1 - Procede de mesure d'au moins une caracteristique d'une solution liquide et moyens pour la mise en oeuvre de la dite solution - Google Patents

Procede de mesure d'au moins une caracteristique d'une solution liquide et moyens pour la mise en oeuvre de la dite solution

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EP0683892A1
EP0683892A1 EP94906251A EP94906251A EP0683892A1 EP 0683892 A1 EP0683892 A1 EP 0683892A1 EP 94906251 A EP94906251 A EP 94906251A EP 94906251 A EP94906251 A EP 94906251A EP 0683892 A1 EP0683892 A1 EP 0683892A1
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EP
European Patent Office
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electrodes
gauge
conductance
electrode
pair
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Withdrawn
Application number
EP94906251A
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German (de)
English (en)
Inventor
Jean Claude Diverrez
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Original Assignee
Individual
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/24—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of resistance of resistors due to contact with conductor fluid
    • G01F23/241—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of resistance of resistors due to contact with conductor fluid for discrete levels
    • G01F23/243—Schematic arrangements of probes combined with measuring circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/24—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of resistance of resistors due to contact with conductor fluid
    • G01F23/241—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of resistance of resistors due to contact with conductor fluid for discrete levels

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring at least one characteristic of a liquid solution, in particular with a view to determining its homogeneity and the level of the free surface of said solution.
  • the invention relates to methods and devices relating to methods based on the electrical properties of the liquid.
  • a device is known (US-A-3,911,744) comprising:
  • a gauge an elongated element called a gauge on which are associated: a plurality of so-called emission electrodes distributed at a determined pitch along the longitudinal axis of the gauge, a so-called reception electrode which also extends parallel to the abovementioned longitudinal axis and is spaced from the emission electrodes by a predetermined distance,
  • - Detection means which provide an output signal indicative of the response to the excitation of the electrodes.
  • These detection means essentially consist of a visual indication of the conduction detection carried out by a diode which lights up at the first immersed upper pads providing an approximate estimate of the level of the liquid.
  • these detection means include a galvanometer which makes it possible to determine the degree of immersion of the last electrode subject to knowing precisely the nature of the liquid, which is not the case for measuring the level of a liquid. whose nature evolves over time and whose resistivity varies enormously. It will be remembered that the resistivity can vary in a ratio of a few thousand depending on the nature of the liquid.
  • the electrodes are housed in a tube and therefore such a device is not suitable for operation in a charged environment.
  • This method requires the intervention of a manipulator and high voltages (two 15-volt batteries).
  • FR-A-2,368,521 and FR-A-2,657,691 are devices which consist of an elongated element called a gauge, made of electrically insulating material, according to which devices:
  • reception electrodes extend parallel to the longitudinal axis
  • the emission electrodes distributed parallel to the reception electrode, according to a defined pitch are separated from the previous ones in a direction perpendicular to the longitudinal axis by a predefined distance
  • the metallic or metallized electrodes have an active surface flush with the external surface of said elongated element
  • the electrical means then make it possible to detect the conduction or the non-conduction between the emission / reception electrodes; a binary and global count totals the number of pulses received in return and,
  • the height is calculated based on the average obtained over different counting cycles.
  • Binary information counting requires setting a prior filtering threshold.
  • the precision of the result in discrete values depends on the number of electrodes, the pitch retained, the spacing and the thickness of the electrodes.
  • This precision may be low in certain cases but it may be advantageous to increase this precision without increasing the number of electrodes and therefore multiplying the number of connections and the complexity of the circuits.
  • the filtering threshold must be set according to the nature of the liquid which, as mentioned above, is not necessarily known.
  • Such a device does not make it possible to measure layers of non-homogeneous liquids.
  • the electrodes are metallic, therefore very sensitive to corrosion.
  • the subject of the invention is a method for measuring at least one characteristic of a solution of charged or uncharged liquid, in particular with a view to determining its homogeneity, which method uses a measuring device comprising an elongated element called a dipstick immersed in the solution along a predetermined axis, which dipstick carries a plurality of pairs of so-called emission and reception electrodes distributed along the longitudinal axis of the dipstick, each of the electrodes having an active face of geometry predetermined parallel to the longitudinal axis of the gauge, the said active faces of the same pair being spaced from each other in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the gauge by a predefined distance, in which method , for the measurement of at least one characteristic of a solution:
  • a predetermined pair of electrodes is selected.
  • an electrical signal is sent to the selected transmission electrode of which at least one characteristic is known, such as its amplitude,
  • FI which is a correlation function relating the immersed surface of an electrode of a given type to the variation in conductance
  • F2 which is a correlation function which links the variation in conductance on the surface electrode as a function of distance from a reference point of this electrode to the free surface of liquid.
  • FIG. 1 a measuring device shown in the form of a block diagram
  • FIG. 2 a gauge
  • FIG. 5 a graphic representation of the FI function
  • a device 14 for measuring at least one characteristic of any liquid solution 5 which comprises an elongated element 15, called a gauge 15, immersed in the solution along a predetermined axis, which gauge carries a plurality of pairs of electrodes called emission Ei and reception Ri distributed along the longitudinal axis 17 of the gauge, each of the electrodes having an active face 16 of predetermined geometry parallel to the longitudinal axis of the gauge, said faces active of the same couple being spaced from each other in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the gauge by a predefined distance.
  • an electrical signal is sent to the selected emission electrode of which at least one characteristic is known, such as its amplitude
  • FI which is a correlation function linking the immersed surface of an electrode of a given type to the variation in conductance
  • F2 which is a correlation function which links the variation in conductance on the surface electrode as a function of the distance from a reference point of this electrode to the free surface of liquid. It is not a specific conductivity but a value representative of the conductance.
  • this representative value will be called conductance.
  • the ratio between the known characteristic of the transmitted signal and the characterizing value of the response is calculated.
  • the method according to the invention refers to a measurement of conductance between an emission electrode and a reception electrode and the response of which is a function of the signal emitted and the conductance of the liquid which is in particular proportional to the surface of the perpendicular section. to the deflection of the current and inversely proportional to the distance separating two electrodes.
  • the invention does not seek to establish the specific conductivity value but it endeavors to establish in particular the variations of the conductance according to the level of immersion and, by analysis of the results obtained, to indicate if the solution is a liquid of composition homogeneous or if there are different layers of fluids.
  • the result of the conductance of each layer is provided on a scale which can be very wide, for example, from alcohol to ammonia through demineralized water, rain water, tap water, sewage, etc.
  • the level of the free surface is calculated relative to a reference frame Z, such as the bottom of the gauge or the bottom of a tank, and for this: - the number of pairs of electrodes called reference couples whose conductance is substantially identical,
  • the conductance value called the reference value is extracted at least from the last highest reference torque
  • this reference value is compared to the conductance value of the pair of so-called surface electrodes located at least immediately above the last pair of aforementioned reference electrodes, - at least one correlation function FI is applied to said comparison (K, Cm, Ss), F2 (k, Cm) predetermined linking the conductance variations due both to the immersed fraction of the surface of the so-called surface electrode and to the distance separating a reference point from this electrode of surface of the free surface of the liquid and,
  • the total height of the liquid is calculated according to the different results of these comparisons and determination as well as the construction parameters of the gauge, such as the distance separating the bottom of the pair of electrodes located lowest and the pitch separating each pair d 'electrodes.
  • H represents the height of total liquid
  • Ho represents the height of the bottom of the lower pair of electrodes relative to a reference frame of level o
  • Cm represents the conductance recorded on the pairs of so-called reference electrodes
  • Fo is equal to the step P multiplied by the number n of reference couples having an identical conductance Cm
  • Ss is equal to the submerged surface of the pair of surface electrodes
  • k is the ratio between the conductance recorded on the pair of surface electrodes and the conductance Cm
  • FI is a correlation function linking the submerged surface of a electrode of a type given to the variation in conductance
  • F2 is a correlation function which links the change in conductance on the surface electrode as a function of the distance from a reference point of this electrode to the liquid free surface.
  • FI and F2 are expressed initially from the geometric parameters of implantation of the electrodes as well as the shape of their section and their active surface. It has thus been shown that, if in a measurement domain the conductance ratio evolves in a range from zero to a few hundred, the functions depend, as a first approximation, only on k.
  • At least the conductances are corrected as a function of the temperature of the liquid.
  • the measurement accuracy, for homogeneous solutions, is greater than the construction pitch and is determined by the functions FI (k, Cm, Ss) and F2 (k, Cm).
  • the means further comprise:
  • - means for selecting a predetermined pair of electrodes - means for sending an electrical signal of which at least one characteristic is known, such as its amplitude, to the selected emission electrode.
  • these means further comprise: - means for extracting from the signal received at least one value characterizing the said signal received,
  • the electrodes made of stainless or carbon / graphic material are, for example, arranged equidistantly, preferably, along a bar of electrically neutral material on the surface of which they are flush.
  • the means for selecting the electrodes and transmitting signals to the emission electrodes include, for example:
  • an addressing module 3 which controls a series of analog switches 4, 6 for electrically connecting the signal generator to the different electrodes Ei.
  • the signals received on the reception electrode Ri are sent to a response analyzer 8 which quantifies the conductance of the liquid 5 and this is either converted into digital value 10 and transferred to a computer via a bus 13, or transmitted in analog form.
  • the response of the temperature probe 7 is transmitted to a correction module 9 and to a converter analog / digital (not shown) then transferred to bus 13.
  • the stainless electrodes are then formed by bars of rectangular or cylindrical section, the surface of which is flush with the resin body.
  • the present invention differs from other conductimeters or limnigraphs by the use of graphite carbon studs and not by the use of metal electrodes which are strongly subjected to oxidation and whose lifetime is limited or the use of metals, such as gold or platinum whose cost becomes prohibitive.
  • connection of the carbon electrodes to the electrical circuit cannot be carried out by welding.
  • connection means 18 comprising:
  • the internal face of these holes is covered with a layer 21 of electrically conductive material connected to an electric line 22 itself constituted by a layer of electrically conductive material thus forming a printed circuit board and each electrode is partially engaged in the holes.
  • the active faces 16 of the reception electrodes are in a plane intersecting the plane in which the active faces of the emission electrodes extend.
  • the analysis of the conductance measurement does not require a juxtaposition of the facing electrodes or their placement on the same face.
  • All the reception electrodes Ri can be electrically connected or advantageously replaced by a single continuous bar arranged vertically over the entire height of the gauge.
  • the associated electronics are embedded in a waterproof non-conductive resin resistant to chemical attack by the products to be measured.
  • the junction of the electronics with the external environment and in particular the connections with a central control unit or a computer as well as the power supply are made using a waterproof connector (not shown).
  • the gauge For a correction of the conductance as a function of the temperature, the gauge includes a temperature sensor which will be placed at the low level of the gauge.
  • the measurement is unique and instantaneous (a few milliseconds).
  • FIG. 5 the variation of the measurement made on an electrode with a radius of three millimeters is shown as a function of the level of the fluid which evolves between the bottom of the electrode and the top of the latter.
  • FIG. 6 the variation of the conductivity linked to the functions FI, F2 in various electrolytes is shown alongside two electrodes measured on the highest level electrode.
  • the device is independent of the intrinsic conductance of the liquid.
  • the device is equally suitable for laboratory measurements, determination of levels in a tank or container, in a river, a pond, a well, in a water pipe, in a storm overflow, etc. .

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Abstract

L'invention se rapporte à un procédé de mesure d'au moins une caractéristique d'une solution liquide mettant en ÷uvre un dispositif de mesure qui comprend un élément allongé (15), appelé jauge (15), plongé dans la solution selon un axe prédéterminé, laquelle jauge porte une pluralité de couples d'électrodes dites d'émission (Ei) et de réception (Ri) réparties selon l'axe (17) longitudinal de la jauge. Il est caractérisé en ce que, pour chaque mesure: on extrait du signal recueilli, au moins une valeur caractérisant ledit signal reçu, on mémorise cette valeur caractérisante puis on quantifie pour chaque couple d'électrodes la conductance relative à chaque niveau correspondant.

Description

PROCEDE DE MESURE D'AU MOINS UNE CARACTERISTIQUE D'UNE SOLUTION LIQUIDE ET MOYENS POUR LA MISE EN OEUVRE DE LA DITE SOLUTION
L'invention se rapporte à un procédé de mesure d'au moins une caractéristique d'une solution liquide notamment en vue d'en déterminer son homogénéité et le niveau de la surface libre de la dite solution.
Elle se rapporte également aux moyens pour la mise en oeuvre du procédé.
Notamment pour la détermination du niveau d'une solution liquide s'écoulant dans une canalisation ou contenue dans un récipient quelconque, on connait principalement trois familles de méthodes qui sont citées ici à titre indicatif :
- les méthodes hydrostatiques avec traducteur électrique, tel que l'assemblage d'un flotteur ou d'un plongeur et d'un capteur dynamométrique ou encore les capteurs à pression différentielle,
- les méthodes basées sur les propriétés électriques du liquide, soit conductimétriques, soit capacitives,
- les méthodes par rayonnement utilisant soit le phénomène d'absorption, soit l'intervalle de temps séparant l'émission et la réception d'ondes acoustiques (ultrasons) . L'invention concerne les méthodes et dispositifs relatifs aux méthodes basées sur les propriétés électriques du liquide. Pour déterminer le niveau d'un hydrocarbure contenu dans une cuve, on connait (US-A-3.911.744) un dispositif comprenant:
- un élément allongé appelé jauge sur lequel sont as¬ sociés : . une pluralité d'électrodes dites d'émission réparties selon un pas déterminé le long de l'axe longitudinal de la jauge, une électrode dite de réception qui s'étend également parallèlement à l'axe longitudinal précité et est écartée des électrodes d'émission d'une distance prédéterminée,
- des moyens pour appliquer successivement aux électrodes d'émission une tension d'excitation déterminée par rapport à un potentiel de référence fixe et pour indiquer simultanément quelles électrodes sont excitées et,
- des moyens de détection qui fournissent un signal de sortie indicatif de la réponse à l'excitation des électrodes. Ces moyens de détection consistent essentiellement en une indication visuelle de la détection de conduction réalisée par une diode qui s'allume aux premiers plots supérieurs immergés fournissant une estimation approximative du niveau du liquide. En outre, ces moyens de détection comprennent un galvanomètre qui permet de déterminer le degré d'immersion de la dernière électrode sous réserve de connaître précisément la nature du liquide, ce qui n'est pas le cas de la mesure du niveau d'un liquide dont la nature évolue au cours du temps et dont la résistivité varie énormément. On se rappellera que la résistivité peut varier dans un rapport de quelques milliers selon la nature du liquide. Par ailleurs, les électrodes sont logées dans un tube et de ce fait un tel dispositif ne peut convenir pour un fonctionnement en milieu chargé.
Cette méthode nécessite l'intervention d'un manipulateur et des tensions importantes (deux batteries de 15 volts) .
On connaît également (FR-A-2.368.521 et FR-A- 2.657.691) des dispositifs qui sont constitués par un élément allongé appelé jauge, en matériau isolant électriquement, selon lesquels dispositifs :
- une ou plusieurs électrodes de réception s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal, - les électrodes d'émission réparties parallèlement à l'électrode de réception, selon un pas défini, sont écartées des précédentes selon une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal d'une distance prédéfinie,
- les électrodes métalliques ou métallisées ont une surface active à la rase de la surface externe du dit élément allongé,
- des trains d'impulsion sont envoyés par cycle sur les différentes électrodes d'émission,
- les moyens électriques permettent alors de détecter la conduction ou la non conduction entre les électrodes d'émission/réception ; un comptage binaire et global totalise le nombre d'impulsions reçues en retour et,
- la hauteur est calculée d'après la moyenne obtenue sur différents cycles de comptage.
Ces dispositifs nécessitent l'emploi d'un générateur exclusivement d'impulsions.
Le comptage d'informations binaire oblige à se fixer un seuil de filtrage préalable.
Il s'agit d'un principe de détection en tout ou rien et l'amplitude du signal de retour n'est pas mesurée. De part sa définition, il ne tient pas compte des variations de résistivité et s'affranchit des effets .de surface en fixant un seuil de filtrage.
La précision du résultat en valeurs discrètes dépend du nombre d'électrodes, du pas retenu, de l'écartement et de l'épaisseur des électrodes.
Cette précision peut être faible dans certains cas mais il peut être intéressant d'augmenter cette précision sans pour autant augmenter le nombre d'électrodes et donc multiplier le nombre de connexions et la complexité des circuits.
Le seuil de filtrage doit être fixé en fonction de la nature du liquide qui, comme rappelé précédemment, n'est pas nécessairement connu.
Un tel dispositif ne permet pas de mesurer des couches de liquides non homogènes.
Par ailleurs, si une électrode quelconque fonctionne mal, par exemple, lorsqu'elle est recouverte par un papier ou un quelconque matériau, l'amplitude de l'impulsion correspondante sera affaiblie et sera éliminée en raison du seuil préalablement fixé et, de ce fait, ne sera pas comptabilisée d'où une erreur d'estimation de la hauteur de liquide. II résulte de ce mode d'exploitation une incapacité de déceler l'incident de fonctionnement.
Dans tous ces dispositifs, les électrodes sont métalliques donc très sensibles à la corrosion.
De nombreux liquides dont on cherche à mesurer le niveau transportent ou contiennent une multitude de substances corrosives à l'égard de tous les métaux (eaux usées, par exemple) .
Ces dispositifs sont également soumis à l'effet d'électrolyse et la polarisation dans le temps, inévitable en courant continu, crée une force contre électromotrice pouvant amener la conductivité au dessous d'un seuil fixé arbitrairement.
Un des résultats que l'invention vise à obtenir est de remédier notamment aux problèmes précités. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de mesure d'au moins une caractéristique d'une solution de liquide chargé ou non chargé notamment en vue d'en déterminer son homogénéité, lequel procédé met en oeuvre un dispositif de mesure comprenant un élément allongé appelé jauge plongé dans la solution selon un axe prédéterminé, laquelle jauge porte une pluralité de couples d'électrodes dites d'émission et de réception réparties selon l'axe longitudinal de la jauge, chacune des électrodes présentant une face active de géométrie prédéterminée parallèle à l'axe longitudinal de la jauge, les dites faces actives d'un même couple étant écartées l'une de l'autre selon une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal de la jauge d'une distance prédéfinie, dans lequel procédé, pour la mesure d'au moins une caractéristique d'une solution :
- on sélectionne un couple d'électrodes prédéterminé. - on envoie sur l'électrode d'émission sélectionnée un signal électrique dont au moins une caractéristique est connue, telle son amplitude,
- on recueille simultanément sur l'électrode de réception la réponse électrique au signal émis précité, et
- on renouvelle les opérations précitées pour au moins certains des autres couples d'électrodes restant jusqu'au balayage complet de ces couples, ce procédé étant caractérisé en ce que, pour chaque mesure :
- on extrait du signal recueilli, au moins une valeur caractérisant le dit signal reçu,
- on mémorise cette valeur caractérisante puis
- on quantifie pour chaque couple d'électrodes la conductance relative à chaque niveau correspondant à l'aide d'au moins une fonction FI (k. Cm, Ss) , F2 ( , Cm) :
FI qui est une fonction de corrélation liant la surface immergée d'une électrode d'un type donné à la variation de conductance et F2 qui est une fonction de corrélation qui lie la variation de conductance sur l'électrode de surface en fonction de la distance d'un point de référence de cette électrode à la surface libre de liquide.
L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-aprés faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement :
- figure 1 : un dispositif de mesure représenté sous forme de schéma bloc, - figure 2 : une jauge,
- figure 3 : un détail de la jauge,
- figure 4 : une vue en coupe selon IV-IV de la figure
3,
- figure 5 : une représentation graphique de la fonc- tion FI,
- figure 6 : une représentation graphique des fonctions FI + F2 pour divers liquides. En se reportant au dessin, on voit un dispositif 14 de mesure d'au moins une caractéristique d'une solution liquide 5 quelconque qui comprend un élément allongé 15, appelé jauge 15, plongé dans la solution selon un axe prédéterminé, laquelle jauge porte une pluralité de couples d'électrodes dites d'émission Ei et de réception Ri réparties selon l'axe 17 longitudinal de la jauge, chacune des électrodes présentant une face active 16 de géométrie prédéterminée parallèle à l'axe longitudinal de la jauge, les dites faces actives d'un même couple étant écartées l'une de l'autre selon une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal de la jauge d'une distance prédéfinie.
Pour la mesure d'au moins une caractéristique d'une solution : - on sélectionne un couple d'électrodes prédéterminé,
- on envoie sur l'électrode d'émission sélectionnée un signal électrique dont au moins une caractéristique est connue, telle son amplitude,
- on recueille simultanément sur l'électrode de réception la réponse électrique au signal émis précité, et
- on renouvelle les opérations précitées pour au moins certains des autres couples d'électrodes restant jusqu'au balayage complet de ces couples.
Selon l'invention, pour chaque mesure : - on extrait du signal recueilli, au moins une valeur caractérisant le signal reçu,
- on mémorise cette valeur caractérisante, puis
- on quantifie pour chaque couple d'électrodes la conductance relative à chaque niveau correspondant à l'aide d'au moins une fonction FI (k, Cm, Ss) , F2 (k, Cm) :
FI qui est une fonction de corrélation liant la surface immergée d'une électrode d'un type donné à la variation de conductance et
F2 qui est une fonction de corrélation qui lie la variation de conductance sur l'électrode de surface en fonction de la distance d'un point de référence de cette électrode à la surface libre de liquide. Il s'agit non pas d'une conductivité spécifique mais d'une valeur représentative de la conductance.
Pour faciliter la compréhension, cette valeur représentative sera appelée conductance. Pour quantifier la conductance, on calcule le rapport entre la caractéristique connue du signal émis et la valeur caractérisante de la réponse.
On peut visualiser ces différentes conductances et tracer la variation de celle-ci en fonction du niveau de mesure.
Le procédé selon l'invention se réfère à une mesure de conductance entre une électrode d'émission et une électrode de réception et dont la réponse est fonction du signal émis et de la conductance du liquide qui est notamment proportionnelle à la surface de la section perpendiculaire à la déviation du courant et inversement proportionnelle à la distance séparant deux électrodes.
L'invention ne cherche pas à établir la valeur de conductivité spécifique mais elle s'attache à établir notamment les variations de la conductance suivant le niveau d'immersion et, par analyse des résultats obtenus, à indiquer si la solution est un liquide de composition homogène ou s'il existe différentes couches de fluides.
Le résultat de la conductance de chaque couche est fourni sur une échelle qui peut être très étendue, par exemple, de l'alcool à l'ammoniaque en passant par l'eau déminéralisée, l'eau de pluie, l'eau du robinet, les eaux usées, etc ...
Il n'est pas nécessaire de connaître à priori la conductivité du liquide.
En première approximation de la répartition des strates de liquides de conductivité différente, on compare de proche en proche les valeurs représentatives de la conductance relevée, on détermine, notamment en fonction de critères de comparaison déterminée, le nombre de niveaux ayant la même conductance puis on déduit l'épaisseur de chaque couche de liquide de nature différente en tenant compte du pas entre deux couples d'électrodes. Notamment dans le cas d'une solution dite homogène, on calcule le niveau de la surface libre par rapport à un référentiel Z, tel le bas de la jauge ou le fond d'une cuve, et pour cela : - on détermine le nombre de couples d'électrodes dits couples de référence dont la conductance est sensiblement identique,
- on extrait la valeur de conductance dite valeur de référence au moins du dernier couple de référence situé le plus haut,
- on compare cette valeur de référence à la valeur de conductance du couple d'électrodes dit de surface situé au moins immédiatement au dessus du dernier couple d'électrodes de référence précité, - on applique à la dite comparaison au moins une fonction de corrélation FI (K, Cm, Ss) , F2 (k, Cm) prédéterminée liant les variations de conductance dues tant à la fraction immergée de la surface de l'électrode dite de surface qu'à la distance séparant un point de référence de cette électrode de surface de la surface libre du liquide et,
- on calcule la hauteur totale du liquide en fonction des différents résultats de ces comparaisons et détermination ainsi que des paramètres de construction de la jauge, tels la distance séparant le fond du couple d'électrodes situé le plus bas et le pas séparant chaque couple d'électrodes.
Pour le calcul de cette hauteur de liquide, on peut ι ainsi appliquer une formule du type : H = Ho + Fo (Cm,n) + FI (k, Cm, Ss) + F2 (k, Cm) où :
H représente la hauteur de liquide total, Ho représente la hauteur du bas du couple d'électrodes inférieur par rapport à un référentiel de niveau o, Cm représente la conductance relevée sur les couples d'électrodes dits de référence,
Fo est égal au pas P que multiplie le nombre n de couples de référence ayant une conductance identique Cm, Ss est égal à la surface immergée du couple d'électrodes dit de surface, k est le rapport entre la conductance relevée sur le couple d'électrodes de surface et la conductance Cm, FI est une fonction de corrélation liant la surface immergée d'une électrode d'un type donné à la variation de conductance,
F2 est une fonction de corrélation qui lie la variation de conductance sur l'électrode de surface en fonction de la distance d'un point de référence de cette électrode à la surface libre de liquide.
FI et F2 sont exprimées initialement à partir des paramètres géométriques d'implantation des électrodes ainsi que de la forme de leur section et de leur surface active. C'est ainsi que l'on a montré que, si dans un domaine de mesure le rapport de conductance évolue dans une fourchette de zéro à quelques centaines, les fonctions ne dépendent, en première approximation, que de k.
On choisit l'écarte ent P entre deux électrodes tel que celui-ci soit au plus égal à la valeur de F2 (Cm, k) pour k = 1.
Selon l'invention, on corrige au moins les conductances en fonction de la température du liquide.
La précision de la mesure, pour des solutions homogènes, est supérieure au pas de construction et est déterminée par les fonctions FI (k, Cm, Ss) et F2 (k, Cm) .
Il est possible de placer les surfaces actives 16 des électrodes d'émission dans un plan sécant à celui dans lequel sont placées les faces actives des électrodes de réception.
Pour la mise en oeuvre du procédé, les moyens comprennent en outre :
- des moyens pour sélectionner un couple d'électrodes prédéterminé, - des moyens pour envoyer sur l'électrode d'émission sélectionnée un signal électrique dont au moins une caractéristique est connue, telle son amplitude. - des moyens pour recueillir simultanément sur l'électrode de réception la réponse électrique au signal émis précité.
Selon l'invention, ces moyens comprennent en ou-re : - des moyens pour extraire du signal recueilli au moins une valeur caractérisant le dit signal reçu,
- des moyens pour mémoriser cette valeur caractérisante,
- des moyens pour renouveler les opérations précitées pour au moins certains des autres couples d'électrodes restant jusqu'au balayage complet de ces couples puis, des moyens pour quantifier pour chaque couple d'électrodes la conductance relative à chaque niveau correspondant à l'aide d'au moins une fonction FI (k. Cm, Ss) et F2 (k, Cm) .
Dans le présent dispositif, les électrodes en matériau inoxydable ou carbone/graphique sont, par exemple, disposées de façon équidistante, de préférence, le long d'une barre en matériau électriquement neutre à la surface de laquelle elles affleurent.
Les moyens, pour sélectionner les électrodes et émettre des signaux vers les électrodes d'émission, comprennent, par exemple :
- un module de décodage 1 des commandes présentées sur un bus 13,
- un générateur de signaux 2,
- un module d'adressage 3 qui commande une série d'interrupteurs analogiques 4, 6 pour relier électriquement le générateur de signal aux différentes électrodes Ei. Les signaux reçus sur l'électrode de réception Ri sont envoyés à un analyseur de réponse 8 qui quantifie la conductance du liquide 5 et celle-ci est, soit convertie en valeur numérique 10 et transférée sur un calculateur par l'intermédiaire d'un bus 13, soit transmise sous forme analogique.
La réponse de la sonde de température 7 est transmise à un module de correction 9 et sur un convertisseur analogique/numérique (non représenté) puis transférée sur le bus 13.
Les électrodes inoxydables sont alors constituées par des barreaux de section rectangulaire ou cylindrique dont la surface affleure le corps en résine.
La présente invention se distingue d'autres conductimètres ou limnigraphes par l'utilisation de plots en carbone graphite et non par l'utilisation d'électrodes métalliques fortement soumises à l'oxydation et dont la durée de vie est limitée ou à l'utilisation de métaux, tels que l'or ou le platine dont le coût devient prohibitif.
La connexion des électrodes de carbone au circuit électrique ne peut être réalisée par soudure.
Selon l'invention, les électrodes d'un même type sont reliées électriquement par un moyen de connexion 18 comprenant:
- une plaque 19 en matériau isolant percée de trous 20 de section complémentaire à la section des électrodes et,
- la face interne de ces trous est recouverte d'une couche 21 de matériau électriquement conducteur reliée à une ligne électrique 22 constituée elle-même par une couche de matériau électriquement conducteur formant ainsi une plaque de circuit imprimé et chaque électrode est engagée partiellement dans les trous. Avantageusement, les faces actives 16 des électrodes de réception sont dans un plan sécant au plan dans lequel s'étendent les faces actives des électrodes d'émission.
L'arête 23 où s'intersectent alors ces plans permet d'éliminer ou de diminuer la rémanence introduite par une brusque diminution du niveau de l'électrolyte.
En effet, le film du liquide qui reste en dépôt pendant un certain temps fera apparaître une faible conductance en niveau haut.
Pour un électrolyte de concentration homogène la conductance relevée sur les électrodes non immergées va diminuer très fortement jusqu'à disparation, au bout de quelques secondes tout au plus. Ce phénomène (diminution de la conductance sur les électrodes de niveau haut) permet, pour des mesures rapprochées, de retracer le mouvement du liquide et notamment les tourbillons ou vagues. La présente disposition permet également de mesurer des projections de liquide sur la jauge même si celle-ci n'est pas totalement immergée.
L'analyse de la mesure de la conductance ne nécessite pas une juxtaposition des électrodes en regard ou leur placement sur une même face.
Celles-ci peuvent être disposées sur deux faces opposées ou jointives d'un barreau en résine epoxy immergé dans la solution à analyser.
Dans la pratique et pour faciliter la fabrication industrielle, il est généralement plus simple de prendre des électrodes de même surface et de les disposer à une distance équivalente verticalement.
Toutes les électrodes de réception Ri peuvent être reliées électriquement ou avantageusement remplacées par un seul barreau continu disposé verticalement sur toute la hauteur de la jauge.
L'électronique associée est noyée dans une résine étanche non conductrice et résistant aux agressions chimiques des produits à mesurer. La jonction de l'électronique avec le milieu extérieur et notamment les connexions avec une centrale de commande ou un calculateur ainsi que l'alimentation sont réalisées à l'aide d'un connecteur étanche (non représenté) .
Pour une correction de la conductance en fonction de la température, la jauge comprend un capteur de température qui sera disposé au niveau bas de la jauge.
La mesure est unique et instantanée (quelques millisecondes) .
L'analyse du signal reçu permet de déterminer la conductance à chaque niveau.
Il s'en déduit le nombre total d'électrodes immergées, les hauteurs de plages sur des liquides non miscibles. Pour un liquide homogène, l'interpolation effectuée sur l'immersion partielle de la dernière électrode et sur le résultat obtenu par l'effet de surface permet de déterminer de façon continue la hauteur entre le bas de la dernière électrode immergée et le niveau réel.
En figure 5, on a représenté la variation de la mesure faite sur une électrode de trois millimètres de rayon en fonction du niveau du liguide qui évolue entre le bas de l'électrode et le haut de celle-ci. En figure 6, on a représenté au côté de deux électrodes la variation de la conductivité liée aux fonctions FI, F2 dans divers électrolytes mesurée sur l'électrode le plus haut niveau.
La mesure devient alors continue et non plus discrète. Dans sa généralité, le dispositif est indépendant de la conductance intrinsèque du liquide.
Toutefois, plusieurs amplificateurs opérationnels de gains différents (non représentés) , associés à un ou plusieurs convertisseurs (non représentés) analogiques/numériques permettent d'obtenir une précision affinée.
Pour certaines applications, il est possible d'établir la relation entre la conductance et la conductivité intrinsèque en même temps que le niveau. Les utilisations industrielles de la présente invention sont multiples.
Le dispositif se prête aussi bien aux mesures en laboratoire, à la détermination de niveaux dans une cuve ou un récipient, dans une rivière, un étang, un puits, dans une canalisation d'eau, dans un déversoir d'orage, etc ...
Dans une canalisation d'eaux usées, il permet de déterminer la hauteur, voire le débit à partir d'autres paramètres, tels que la vitesse, ou par application des formules de transformation hauteur/débit et les variations de conductance dans le temps dont se déduit la qualité des eaux rejetées tels les pluies, eaux polluées, etc ...

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de mesure d'au moins une caractéristique d'une solution liquide (5) , lequel procédé met en oeuvre un dispositif (14) de mesure qui comprend un élément allongé (15) , appelé jauge (15) , plongé dans la solution selon un axe prédéterminé, laquelle jauge porte une pluralité de couples d'électrodes dites d'émission (Ei) et de réception (Ri) réparties selon l'axe (17) longitudinal de la jauge, chacune des électrodes présentant une face active (16) de géométrie prédéterminée parallèle à l'axe longitudinal de la jauge, les dites faces actives d'un même couple étant écartées l'une de l'autre selon une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal de la jauge d'une distance prédéfinie, pour la mesure d'au moins une caractéristigue d'une solution :
- on sélectionne un couple d'électrodes prédéterminé,
- on envoie sur l'électrode d'émission sélectionnée un signal électrique dont au moins une caractéristique est connue, on recueille simultanément sur l'électrode de réception la réponse électrique au signal émis précité, et
- on renouvelle les opérations précitées pour au moins certains des autres couples d'électrodes restant jusqu'au balayage complet de ces couples, ce procédé étant CARACTERISE en ce que, pour chaque mesure :
- on extrait du signal recueilli, au moins une valeur caractérisant le signal reçu,
- on mémorise cette valeur caractérisante, puis
- on quantifie pour chaque couple d'électrodes la conductance relative à chaque niveau correspondant à l'aide d'au moins une fonction FI (k, Cm, Ss) , F2 (k, Cm) : FI qui est une fonction de corrélation liant la surface immergée d'une électrode d'un type donné à la variation de conductance et F2 qui est une fonction de corrélation qui lie la variation de conductance sur l'électrode de surface en fonction de la distance d'un point de référence de cette électrode à la surface libre de liquide.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on compare de proche en proche les valeurs représentatives de la conductance relevée, on détermine le nombre de niveaux ayant la même conductance puis on en déduit l'épaisseur de chaque couche de liquides de natures différentes en tenant compte du pas entre deux couples d'électrodes.
3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, dans le cas d'une solution dite homogène, on calcule le niveau de la surface libre par rapport à un référentiel zéro, tel le bas de la jauge, et pour cela :
- on détermine le nombre de couples d'électrodes dits couples de référence dont la conductance est sensiblement identique,
- on extrait la valeur de conductance dite valeur de référence au moins du dernier couple de référence situé le plus haut,
- on compare cette valeur de référence à la valeur de conductance du couple d'électrodes dit de surface situé au moins immédiatement au dessus du dernier couple d'électrodes de référence précité,
- on applique à la dite comparaison au moins une fonction de corrélation FI (k, Cm, Ss) , F2 (k, Cm) prédéterminée liant les variations de conductance dues tant à la fraction immergée de la surface de l'électrode dite de surface qu'à la distance séparant un point de référence de cette électrode de surface de la surface libre du liquide et,
- on calcule la hauteur totale du liquide en fonction des différents résultats de ces comparaisons et détermination ainsi que des paramètres de construction de la jauge, tels la distance séparant le fond du couple d'électrodes situé le plus bas et le pas séparant chaque couple d'électrodes.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 3 caractérisé en ce qu'on établit au moins certaines des fonctions de corrélation en fonction des paramètres géométriques d'implantation des électrodes.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendicationsl à 4 caractérisé en ce qu'on choisit l'écartement entre deux électrodes tel que celui-ci soit au plus égal à la valeur de F2 (k, Cm) pour k = 1.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'on corrige au moins les conductances en fonction de la température du liquide.
7. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on place les surfaces actives des électrodes d'émission dans un plan sécant à celui dans lequel sont placées les électrodes de réception.
8. Moyens pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, lequel procédé met en oeuvre un dispositif (14) de mesure qui comprend un élément allongé (15) , appelé jauge (15) , plongé dans la solution selon un axe prédéterminé, laquelle jauge porte une pluralité de couples d'électrodes dites d'émission (Ei) et de réception (Ri) réparties selon l'axe (17) longitudinal de la jauge, chacune des électrodes présentant une face active (16) de géométrie prédéterminée parallèle à l'axe longitudinal de la jauge, les dites faces actives d'un même couple étant écartées l'une de l'autre selon une direction perpendiculaire à l'axe longitudinal de la jauge d'une distance prédéfinie, comprenant en outre :
- des moyens pour sélectionner un couple d'électrodes prédéterminé,
- des moyens pour envoyer sur l'électrode d'émission sélectionnée un signal électrique dont au moins une caractéristique est connue, telle son amplitude, des moyens pour recueillir simultanément sur l'électrode de réception la réponse électrique au signal émis précité, ces moyens étant caractérisés en ce qu'ils comprennent: - des moyens pour extraire du signal recueilli au moins une valeur caractérisant le signal reçu, des moyens pour mémoriser cette valeur caractérisante, - des moyens pour renouveler les opérations précitées pour chacun des autres couples d'électrodes restant jusqu'au balayage complet de ces couples puis, des moyens pour quantifier pour chaque couple d'électrodes la conductance relative à chaque niveau correspondant à l'aide d'au moins une fonction FI (k, Cm, Ss) et F2 (k, Cm) .
9. Moyens selon la revendication 8 caractérisés en ce que les électrodes d'un même type sont reliées électriquement par un moyen de connexion (18) comprenant : - une plaque (19) en matériau isolant percée de trous
(20) de section complémentaire à la section des électrodes et,
- la face interne de ces trous est recouverte d'une couche (21) de matériau électriquement conducteur reliée à une ligne électrique (22) constituée elle-même par une couche de matériau électriquement conducteur formant ainsi une plaque de circuit imprimé.
10. Moyens selon la revendication 8 caractérisés en ce que les faces actives des électrodes de réception sont dans un plan sécant au plan dans lequel s'étendent les faces actives des électrodes d'émission.
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