FR2643454A1

FR2643454A1 - Method and apparatus for measuring the hydrostatic pressure of a liquid in a tank

Info

Publication number: FR2643454A1
Application number: FR8902363A
Authority: FR
Inventors: Denis J Cadiot
Original assignee: MCCA
Current assignee: MCCA
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1989-02-23
Publication date: 1990-08-24
Anticipated expiration: 2009-02-23
Also published as: FR2643454B1

Abstract

The invention relates to the measurement of the hydrostatic pressure within a liquid 2 contained in a tank 1, in which is immersed a pressure probe consisting of a tube 3 emerging at 3a at the place where it is desired to measure the pressure; this tube is connected with a gas accumulator 7 previously inflated to a pressure greater than the pressure to be measured, such that the gas escapes from the tube 3 to form bubbles, whilst the pressure in the accumulator 7 consequently decreases; the value of the latter, measured when the bubbles cease to escape, is equal to the hydrostatic pressure in question.

Description

Procédé et appareillage de mesure de la pression hydrostatique
d'un liquide dans un réservoir
La présente invention a tout d'abord pour objet un procédé de mesure de la pression hydrostatique au sein d'un liquide contenu dans un réservoir.Method and apparatus for measuring hydrostatic pressure
of a liquid in a tank
The present invention firstly relates to a method for measuring the hydrostatic pressure within a liquid contained in a reservoir.

On utilise traditionnellement, pour effectuer de telles mesures1 un capteur de pression hydrostatique comprenant un tube-sonde plongé dans le liquide et relié à une source de pression par l'intermédiaire d'un régulateur de débit. La pression dans le tube augmente jusqu'à s'équilibrer avec la pression hydrostatique. Traditionally, a hydrostatic pressure sensor comprising a probe tube immersed in the liquid and connected to a pressure source by means of a flow regulator is used to carry out such measurements1. The pressure in the tube increases until it equilibrates with the hydrostatic pressure.

A partir de ce moment, des bulles s'échappent en permanence avec le débit fixé par le régulateur. La pression qui règne dans le tube-sonde, image de la pression hydrostatique, est disponible en permanence sur un orifice pour être lue à distance sur un manomètre ou traduite en grandeur électrique au moyen d'un transducteur.From this moment, bubbles escape continuously with the flow rate set by the regulator. The pressure prevailing in the probe tube, image of the hydrostatic pressure, is permanently available on an orifice to be read remotely on a pressure gauge or translated into electrical magnitude by means of a transducer.

Ce type de capteur exige deux canalisations de raccordement : l'une vers la source de pression et l'autre vers le dispositif de lecture. Le régulateur de débit exige un mécanisme de précision onéreux et il n'est pas possible de l'éloigner du tubesonde, car les pertes de charge induisent des erreurs de mesures. This type of sensor requires two connection lines: one to the pressure source and the other to the reading device. The flow regulator requires an expensive precision mechanism and it is not possible to move it away from the tube, since the pressure losses induce measurement errors.

L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients grâce à un procédé de mesure qui consiste à immerger dans le liquide une sonde de pression constituée par un tube débouchant à l'endroit ou l'on désire mesurer la pression, e mettre en communication ce tube avec un accumulateur de gaz préalablement gonflé è une pression supérieure à la pression à mesurer, de sorte que le gaz s'échappe du tube en formant des bulles tandis que la pression décroît de ce fait dans l'accumulateur, et à mesurer la valeur de celle-ci au moment où prend fin l'échappement de bulles1 laquelle est égale à la pression hydrostatique cherchée. The object of the invention is to remedy these drawbacks by means of a measurement method which consists in immersing in the liquid a pressure probe constituted by a tube opening at the place where it is desired to measure the pressure, and to put in communication. this tube with a gas accumulator previously inflated to a pressure higher than the pressure to be measured, so that the gas escapes from the tube by forming bubbles while the pressure thereby decreases in the accumulator, and to measure the value of this at the moment when the bubbles1 escape ends which is equal to the hydrostatic pressure sought.

Le procédé ainsi défini écarte la nécessité de prévoir un régulateur de débit pour l'alimentation en gaz du tube constituant la sonde de pression, lequel se contente en outre d'une seule canalisation de raccordement à l'accumulateur de pression, qui permet ô la fois l'alimentation du tube et la lecture de pression. The method thus defined eliminates the need to provide a flow regulator for supplying gas to the tube constituting the pressure probe, which is also content with a single pipe connecting to the pressure accumulator, which allows the both tube supply and pressure reading.

Le matériel de mise en oeuvre s'en trouve simplifié et moins coûteux; de plus, la mesure de pression est faite à l'atteinte d'un équilibre de pression entre le tube et l'accumulateur, c'est-à-dire à un moment où il n'y a plus d'écoulement gazeux dans la canalisation de raccordement; toute erreur due à une perte de charge dans celle-ci est éliminée, quelle que soit sa longueur.The implementation equipment is simplified and less expensive; moreover, the pressure measurement is made on reaching a pressure equilibrium between the tube and the accumulator, that is to say at a time when there is no longer any gas flow in the connecting pipe; any error due to a pressure drop in it is eliminated, regardless of its length.

Avantageusement, on effectue des mesures de la pression dans l'accumulateur de façon répétée et on détermine le moment où prend fin l'échappement de bulles comme étant celui où l'écart entre deux valeurs de pressions relevées consécutivement est inférieur à un seuil prédéterminé de faible niveau. Advantageously, the pressure in the accumulator is measured repeatedly and the moment when the escape of bubbles ends is determined to be that when the difference between two pressure values recorded consecutively is less than a predetermined threshold of Low level.

L'invention a également pour objet un appareillage de mesure de la pression hydrostatique au sein d'un liquide contenu dans un réservoir. Cet appareillage, qui permet de mettre en oeuvre le procédé défini ci-dessus, comprend un tube descendant dans le réservoir jusqu'à la profondeur où doit être faite la mesure de pression, un accumulateur de gaz sous pression, un dispositif de commutation comportant des organes commandés de misé en communication de l'accumulateur soit, dans une phase préliminaire, avec une source d'alimentation en gaz comprimé, soit, dans une phase de mesure, avec le tube précité, un transducteur de pression connecté à l'accumulateur et permettant de mesurer la pression régnant dans celui-ci, et une unité de gestion du fonctionnement des différents éléments de l'appareillage. The invention also relates to an apparatus for measuring the hydrostatic pressure within a liquid contained in a reservoir. This apparatus, which makes it possible to implement the process defined above, comprises a tube descending into the tank to the depth where the pressure measurement must be made, an accumulator of gas under pressure, a switching device comprising organs controlled by placing the accumulator in communication either, in a preliminary phase, with a compressed gas supply source, or, in a measurement phase, with the aforementioned tube, a pressure transducer connected to the accumulator and for measuring the pressure prevailing therein, and a unit for managing the operation of the various elements of the apparatus.

Plus particulièrement, il convient que l'unité de gestion comprenne un dispositif de traitement du signal de mesure fourni par le transducteur de pression, un dispositif de commande des organes du dispositif de commutation et un calculateur pilotant les dispositifs de traitement et de commande de façon que, durant une phase de mesure, le dispositif de traitement effectue une lecture dudit signal à intervalles réguliers et délivre une mesure de pression lorsque l'écart entre deux valeurs de pression lues consécutivement est inférieur à un seuil prédéterminé de faible niveau. More particularly, the management unit should comprise a device for processing the measurement signal supplied by the pressure transducer, a device for controlling the members of the switching device and a computer controlling the processing and control devices so that, during a measurement phase, the processing device reads said signal at regular intervals and delivers a pressure measurement when the difference between two pressure values read consecutively is less than a predetermined low level threshold.

Le dispositif de commutation peut comporter en outre un organe commandé de mise en communication de l'accumulateur avec l'atmosphère, lequel permet de déterminer le faux-zéro du transducteur. The switching device may further comprise a controlled member for placing the accumulator in communication with the atmosphere, which makes it possible to determine the false zero of the transducer.

Tous les organes commandés que renferme le dispositif de commutation sont de préférence des électrovannes. All the controlled members which the switching device contains are preferably solenoid valves.

Par ailleurs, il convient, pour obtenir une bonne résolution de mesure, de donner au volume de l'accumulateur, augmenté de celui des éléments auxquels il est relié pendent une phase de mesure, une valeur considérablement plus grande que le volume de chacune des bulles émises par le tube dans le liquide. Furthermore, in order to obtain a good measurement resolution, it is necessary to give the volume of the accumulator, increased by that of the elements to which it is connected during a measurement phase, a value considerably greater than the volume of each of the bubbles. emitted from the tube into the liquid.

L'appareillage peut comporter au moins un autre tube semblable au tube précité, installé comme celui-ci dans le réservoir et relié à l'accumulateur de la même façon, mais par une voie distincte. Ainsi, l'appareillage peut être doté de multiples voies de prise de pression, permettant par exemple de faire des mesures de pression hydrostatique à différents niveaux dans le réservoir. The apparatus may include at least one other tube similar to the aforementioned tube, installed like this in the tank and connected to the accumulator in the same way, but by a separate route. Thus, the apparatus can be provided with multiple pressure tap paths, making it possible for example to make hydrostatic pressure measurements at different levels in the tank.

D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en regard du dessin annexé, d'un exemple de réalisation non limitatif. Other features and advantages of the invention will emerge from the description which follows, with reference to the appended drawing, of a nonlimiting exemplary embodiment.

La figure unique représente schématiquement un appareillage selon l'invention, doté d'une seule voie de mesure de pression hydrostatique. The single figure schematically represents an apparatus according to the invention, provided with a single hydrostatic pressure measurement channel.

On voit sur la figure un réservoir 1 contenant un liquide 2 dont on désire mesurer la pression hydrostatique PH à une profondeur p dans le réservoir, en vue de la détermination de la hauteur H du liquide au-dessus du niveau de mesure. A cet effet, un tube rigide 3 est installé verticalement dans le réservoir 1, sont extrémité inférieure 3a étant située à ladite profondeur p. We see in the figure a tank 1 containing a liquid 2 whose hydrostatic pressure PH is to be measured at a depth p in the tank, with a view to determining the height H of the liquid above the measurement level. For this purpose, a rigid tube 3 is installed vertically in the tank 1, the lower end 3a being located at said depth p.

Le tube 3 est relié, par un tuyau souple 4 et une tubulure 5 entre lesquels est interposée une électrovanne 6, à un accumulateur 7 de gaz sous pression, en l'occurrence de l'air (on pourrait utiliser tout autre gaz qui soit neutre pour le liquide). Cet accumulateur peut être gonflé par un compresseur 8 via une tubulure 9, une électrovanne 10, un filtre Il et un dispositif d'assèchement 12.The tube 3 is connected, by a flexible pipe 4 and a tube 5 between which is interposed a solenoid valve 6, to an accumulator 7 of gas under pressure, in this case air (one could use any other gas which is neutral for liquid). This accumulator can be inflated by a compressor 8 via a tube 9, a solenoid valve 10, a filter II and a dewatering device 12.

La tubulure 5 qui est connectée à l'accumulateur 7 est en outre reliée à un transducteur de pression 13 et à une électrovanne 14 d'échappement à l'atmosphère. Le transducteur 13 est un appareil différentiel pourvu d'une première entrée 13a reliée à la tubulure 5 et d'une seconde entrée 13b mise à l'atmosphère; il délivre à sa sortie 13c un signal électrique proportionnel à la différence entre la pression dans la tubulure 5 et la pression atmosphérique, qui est appliqué à un dispositif de traitement 15 relié à un dispositif d'affichage 16 et piloté par un calculateur 17. Ce dernier pilote également un dispositif de commande 18 qui régit le fonctionnement du dispositif de commutation 19 formé par les trois électrovannes 6, 10 et 14, ainsi que du compresseur 8.The tubing 5 which is connected to the accumulator 7 is further connected to a pressure transducer 13 and to a solenoid valve 14 for escaping to the atmosphere. The transducer 13 is a differential device provided with a first inlet 13a connected to the pipe 5 and a second inlet 13b vented; it delivers at its output 13c an electrical signal proportional to the difference between the pressure in the tubing 5 and the atmospheric pressure, which is applied to a processing device 15 connected to a display device 16 and controlled by a computer 17. This the latter also controls a control device 18 which governs the operation of the switching device 19 formed by the three solenoid valves 6, 10 and 14, as well as of the compressor 8.

Lorsqu'une mesure de pression hydrostatique au sein du liquide 2 contenu dans le réservoir 1 doit être effectuée, le dispositif de commande 18 fait se mettre en marche le compresseur 8 et s'ouvrir l'électrovanne 10, les deux autres électrovannes 6 et 14 étant maintenues fermées. L'accumulateur 7, ainsi alimenté en air comprimé filtré et asséché, voit sa pression interne augmenter, jusqu'à une valeur supérieure à la valeur maximale que peut prendre la pression hydrostatique PH lorsque le réservoir 1 est complètement rempli de liquide. Il est alors mis fin au gonflage de l'accumulateur 7 par fermeture de l'électrovanne 10 et arrêt du compresseur 8. Puis l'électrovanne 6 est mise en position d'ouverture, de sorte que l'air sous pression de l'accumulateur 7 se communique au tube 3 immergé dans le liquide 2, d'oô il s'échappe par l'extrémité inférieure 3a sous forme de bulles. Il s'ensuit que la pression dans l'accumulateur diminue progressivement tandis que l'échappement de bulles va en stamenui- sant jusqu'à cesser complètement. A ce moment, la pression dans l'accumulateur 7 est égale à la pression hydrostatique PH à mesurer. When a hydrostatic pressure measurement within the liquid 2 contained in the tank 1 must be carried out, the control device 18 turns on the compressor 8 and opens the solenoid valve 10, the two other solenoid valves 6 and 14 being kept closed. The accumulator 7, thus supplied with filtered and dried compressed air, sees its internal pressure increase, up to a value greater than the maximum value that the hydrostatic pressure PH can take when the tank 1 is completely filled with liquid. The inflation of the accumulator 7 is then terminated by closing the solenoid valve 10 and stopping the compressor 8. Then the solenoid valve 6 is placed in the open position, so that the pressurized air of the accumulator 7 communicates with the tube 3 immersed in the liquid 2, from where it escapes through the lower end 3a in the form of bubbles. As a result, the pressure in the accumulator gradually decreases while the escape of bubbles decreases until it ceases completely. At this time, the pressure in the accumulator 7 is equal to the hydrostatic pressure PH to be measured.

Plus en détail, le dispositif de traitement 15 effectue, sous la commande du calculateur 17, des lectures du signal de sortie du transducteur 13 à intervalles réguliers. Les valeurs de pression mesurées décroissent, à partir de la mise en communication de l'accumulateur 7 avec la tube 3, et ce de plus en plus lentement à mesure que la pression interne de l'accumulateur se rapproche de la pression hydrostatique PH à l'extrémité 3a du tube 3.Par comparaison mutuelle, effectuée dans le dispositif de traitement, des écart-s entre les valeurs successives de lecture et une quantité prédéterminée, le moment où ces écarts deviennent inférieurs à cette quantité est déterminé : ce moment est celui où l'échappement des bulles dans le liquide 2 est considéré comme terminé, et la lecture de pression faite à ce moment-là est affichée par le dispositif 16 comme étant la pression hydrostatique PH cherchée. Ainsi, le calculateur 17 procède à une analyse de la décroissance de la pression dans l'accumulateur qui, isolé de sa source d'alimentation en gaz, se vide progressivement via la tubulure 5, l'électrovanne 6, le tuyau 4 et le tube 3, et à une appréciation de l'instant auquel doit être fait le relevé qui correspond ô la pression hydrostatique à mesurer.Etant donné que ce relevé de pression s'effectue lorsque l'émission de bulles dans le liquide tend à disparaître, c'est-à-dire quand la pression hydrostatique est égale à la pression dans l'accumulateur, la valeur de pression relevée est indépendante de la perte de charge dans la tuyauterie de raccordement, puisque le débit y est voisin de zéro. In more detail, the processing device 15 performs, under the control of the computer 17, readings of the output signal from the transducer 13 at regular intervals. The measured pressure values decrease, from the connection of the accumulator 7 with the tube 3, and this more and more slowly as the internal pressure of the accumulator approaches the hydrostatic pressure PH at l end 3a of the tube 3. By mutual comparison, carried out in the processing device, of the deviations between the successive reading values and a predetermined quantity, the moment when these deviations become less than this quantity is determined: this moment is that where the escape of the bubbles in the liquid 2 is considered to be finished, and the pressure reading made at this time is displayed by the device 16 as being the hydrostatic pressure PH sought. Thus, the computer 17 performs an analysis of the decrease in pressure in the accumulator which, isolated from its gas supply source, gradually empties via the pipe 5, the solenoid valve 6, the pipe 4 and the tube 3, and to an appreciation of the instant at which the reading must be made which corresponds to the hydrostatic pressure to be measured. Since this pressure reading takes place when the emission of bubbles in the liquid tends to disappear, that is to say when the hydrostatic pressure is equal to the pressure in the accumulator, the value of pressure recorded is independent of the pressure drop in the connection piping, since the flow rate is close to zero.

Afin de corriger la valeur de pression mesurée de l'erreur de faux-zéro du transducteur 13, on fait se refermer l'électrovanne 6 et s'ouvrir l'électrovanne 14, qui met à l'atmosphère la tubulure 5 en vidant complètement l'accumulateur 7. Le transducteur reçoit dès lors sur ses deux entrées 13a, 13b la pression atmosphérique, et le signal de pression PA qu'il délivre correspond à son faux-zéro. In order to correct the measured pressure value of the false-zero error of the transducer 13, the solenoid valve 6 is closed and the solenoid valve 14 is opened, which sets the tubing 5 to the atmosphere by completely emptying the 'accumulator 7. The transducer therefore receives atmospheric pressure on its two inputs 13a, 13b, and the pressure signal PA which it delivers corresponds to its false zero.

Le transducteur 13 est conçu pour délivrer un signal de mesure sous forme d'une tension analogique à sa sortie 13c. Ce signal, après amplification, est transformé, à l'aide d'un oscillateur commandé par une tension, en un signal impulsionnel à fréquence variable, la valeur de celle-ci traduisant le niveau de pression appliqué au transducteur. Par comptage, répété régulièrement, du nombre d'impulsions de ce signal qui sont contenues dans un intervalle de temps constant, la valeur moyenne, durant cet intervalle de temps, de la pression variable régnant dans l'accumulateur est déterminée.L'écart de chaque compte d'impulsions avec le précédent est calculé et comparé à un seuil prédéterminé de très bas niveau; c'est au moment où l'écart devient inférieur à ce seuil que l'émission de bulles par le tube 3 est considérée comme terminée, la pression hydrostatique PH à son extrémité 3a étant équilibrée par la pression régnant dans l'accumulateur 7 à cet instant. The transducer 13 is designed to deliver a measurement signal in the form of an analog voltage at its output 13c. This signal, after amplification, is transformed, using an oscillator controlled by a voltage, into a pulse signal with variable frequency, the value of this reflecting the level of pressure applied to the transducer. By counting, repeated regularly, the number of pulses of this signal which are contained in a constant time interval, the average value, during this time interval, of the variable pressure prevailing in the accumulator is determined. each pulse count with the previous one is calculated and compared to a very low level predetermined threshold; it is at the moment when the difference becomes less than this threshold that the emission of bubbles by the tube 3 is considered to be ended, the hydrostatic pressure PH at its end 3a being balanced by the pressure prevailing in the accumulator 7 at this instant.

Les valeurs FH et FA de la fréquence du signal impulsionnel, relevées respectivement au moment où la formation de bulles dans le liquide prend fin et lors de la mesure du faux-zéro du transducteur 13, sont mémorisées, et le calculateur 17 détermine, à partir de celles-ci, la valeur de la pression hydrostatique PH d'après la relation : PH CFH - FA) f étant la fonction de conversion fréquence/pression de la chaine fvrmée par le transducteur, l'amplificateur et l'oscillateur précités. Cette fonction est déterminée par étalonnage. The values FH and FA of the frequency of the impulse signal, recorded respectively at the time when the formation of bubbles in the liquid ends and during the measurement of the false-zero of the transducer 13, are memorized, and the computer 17 determines, from of these, the value of the hydrostatic pressure PH according to the relation: PH CFH - FA) f being the frequency / pressure conversion function of the chain supplied by the above-mentioned transducer, amplifier and oscillator. This function is determined by calibration.

La valeur de la pression hydrostatique PH est appliquée au dispositif d'affichage 16 et, éventuellement, à un enregistreur. The value of the hydrostatic pressure PH is applied to the display device 16 and, optionally, to a recorder.

On peut en outre calculer, connaissant la densité du liquide 2, la hauteur H de celui-ci dans le réservoir 1, puis l'afficher et l'enregistrer de même. It is also possible to calculate, knowing the density of the liquid 2, the height H of the latter in the tank 1, then display and record it likewise.

L'appareillage de mesure décrit peut être aisément adapté pour permettre la mesure de la pression hydrostatique à un deuxième niveau dans le liquide 2 que contient le réservoir 1. Il suffit d'installer dans ce dernier un deuxième tube 3, descendant au niveau désiré; et de le raccorder à la tubulure par un tuyau 4 et une électrovanne 6 complémentaires, le fonctionnement de celle-ci étant de même gouverné par le dispositif de commande 18. Une telle disposition permet de mesurer la densité du liquide 2 et de tenir compte de la valeur obtenue pour ce paramètre dans le calcul de la hauteur H de liquide à partir de la pression hydrostatique PH mesurée. The described measuring apparatus can be easily adapted to allow the measurement of the hydrostatic pressure at a second level in the liquid 2 contained in the reservoir 1. It suffices to install in the latter a second tube 3, descending to the desired level; and to connect it to the tubing by a pipe 4 and a complementary solenoid valve 6, the operation of the latter being likewise governed by the control device 18. Such an arrangement makes it possible to measure the density of the liquid 2 and to take account of the value obtained for this parameter in the calculation of the height H of liquid from the hydrostatic pressure PH measured.

Claims

1. Method for measuring the hydrostatic pressure within a liquid contained in a tank, characterized in that it consists in immersing in the liquid (2) a pressure probe constituted by a tube (3) opening out to the '' where it is desired to measure the pressure, to put this tube in communication with a gas accumulator (7) previously inflated ô a pressure greater than the pressure to be measured, so that the gas escapes from the tube (3) by forming bubbles while the pressure thereby decreases in the accumulator (7), and to measure the value of the latter at the moment when the escape of bubbles ends, which is equal to the hydrostatic pressure sought.

2. Method according to claim 1, characterized in that the pressure measurements in the accumulator (7) are carried out repeatedly and that the moment when the escape of bubbles ends is determined to be that when the difference between two pressure values recorded consecutively is less than a predetermined low level threshold.

3. Apparatus for measuring the hydrostatic pressure within a liquid contained in a tank, characterized in that it comprises a tube (3) descending into the tank (1) to the depth (p) where must be made the pressure measurement, a pressurized gas accumulator (7), a switching device (19) comprising controlled members (1E, 6) for communication of the accumulator either, in a preliminary phase, with a compressed gas supply source (8), that is, in a measurement phase, with the aforementioned tube (3), a pressure transducer (13) connected to the accumulator (7) and making it possible to measure the pressure prevailing in the latter, and a unit (20) for managing the operation of the various elements of the apparatus.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the management unit (20) comprises a device (15) for processing the measurement signal supplied by the pressure transducer (13), a device (18) for controlling members of the switching device (19) and a computer (17) controlling the processing and control devices so that, during a measurement phase, the processing device (15) reads said signal at regular intervals and delivers a pressure measurement when the difference between two pressure values read consecutively is less than a predetermined low level threshold.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the switching device (19) further comprises a controlled member (14) for placing the accumulator (7) in communication with the atmosphere.

6. Apparatus according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the controlled members (6, 10, 14) of the switching device are solenoid valves.

7. Apparatus according to any one of claims 3 to 6, characterized in that the volume of the accumulator (7), increased by that of the elements to which it is connected during a measurement phase, is considerably greater than that of each of the bubbles emitted by the tube (3) in the liquid.

8. Apparatus according to any one of claims 3 to 7, characterized in that it comprises at least one other tube similar to the aforementioned tube (3), installed like this in the tank (1) and connected to the 'accumulator (7) in the same way, but by a separate channel.