FR2704647A1 - Device for high-precision measurement and self-monitoring of the height of a liquid in an enclosure - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE MESURE A HAUTE PRECISION ET AUTO-CONTROLE
DE LA HAUTEUR D'UN LIQUIDE DANS UNE ENCEINTE
La présente invention a trait à la mesure précise et autocontrôlée de la hauteur d'un liquide dans une enceinte, notamment des liquides tels que des hydrocarbures ou des liquides alimentaires ou industriels, contenus dans des réservoirs, cuves ou citernes de transport routier ou ferroviaire.HIGH PRECISION AND SELF-CONTROLLED MEASURING DEVICE
OF THE HEIGHT OF A LIQUID IN A CHAMBER
The present invention relates to precise and self-controlled measurement of the height of a liquid in an enclosure, in particular liquids such as hydrocarbons or food or industrial liquids, contained in tanks, vats or tanks for road or rail transport.
Les camions-citernes et wagons-citernes sont munis de dispositifs de jaugeage du contenu de leurs compartiments constitués par des jauges dénommées sabres dans le jargon du métier, qui sont des règles graduées de plusieurs dizaines de centimètres de longueur, introduites manuellement par une trappe d'accès au compartiment, généralement un trou d'homme, ménagée en partie supérieure de ce dernier et positionnées à la verticale par rapport à un taquet dit de jaugeage, agencé à proximité de la trappe d'accès, en vue d'apprécier, à l'oeil, la hauteur du liquide dans le compartiment, lue sur la graduation du sabre. Tank trucks and tank wagons are fitted with gauging devices for the contents of their compartments consisting of gauges called sabers in the jargon of the trade, which are graduated rulers of several tens of centimeters in length, introduced manually by a trap door. access to the compartment, generally a manhole, formed in the upper part of the latter and positioned vertically with respect to a so-called gauging cleat, arranged near the access hatch, in order to appreciate, the eye, the height of the liquid in the compartment, read on the scale of the saber.
Etant donné les conditions de lecture et les erreurs de parallaxe dues au fait que le niveau du liquide à détecter se situe généralement à plusieurs décimètres de profondeur dans la cuve, la précision d'une telle "mesure" est aléatoire et de l'ordre de un ou plusieurs millimètres. S'agissant de cuves de capacités de plusieurs hectolitres, une telle mesure approximative peut se traduire par une erreur, quant au volume effectivement contenu, de plusieurs litres, voire plusieurs dizaines de litres, ce qui n'est nullement négligeable pour des liquides tels que des hydrocarbures, vins, alcools, etc... Given the reading conditions and the parallax errors due to the fact that the level of the liquid to be detected is generally several decimeters deep in the tank, the accuracy of such a "measurement" is random and of the order of one or more millimeters. In the case of tanks with capacities of several hectoliters, such an approximate measurement may result in an error, as to the volume actually contained, of several liters, or even several tens of liters, which is by no means negligible for liquids such as hydrocarbons, wines, alcohols, etc ...
par exemple.for example.
La présente invention vise à substituer au sabre de jaugeage et autres dispositifs imprécis, un dispositif à la fois bien plus précis dans la mesure de la hauteur effective de liquide dans le compartiment et assurant un auto-contrôle, c'est-à-dire capable au moins de signaler si la mesure qui vient d'être faite s'effectue toujours à l'intérieur de tolérances fixées à la fabrication du dispositif. The present invention aims to replace the gauging saber and other imprecise devices, a device that is both much more precise in measuring the effective height of liquid in the compartment and ensuring self-checking, that is to say capable at least to indicate whether the measurement which has just been made is still carried out within the tolerances fixed to the manufacture of the device.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de mesure à haute précision et auto-contrôle de la hauteur d'un liquide dans une enceinte, caractérisé en ce qu'il comprend
- une vis sans fin micrométrique fixée libre en
rotation sur une platine dite de référence
susceptible d'être placée de manière amovible en
partie supérieure de l'enceinte, au dessus du
liquide, dans une position prédéterminée, ladite vis
s'étendant verticalement à l'intérieur de l'enceinte
et plongeant dans le liquide,
- des moyens d'entraînement en rotation de la vis,
- un codeur incrémental monté sur la vis et susceptible
de délivrer un signal électrique proportionnel à la
rotation de celle-ci,
- une noix montée de manière coulissante le long de la
vis ;;
- au moins deux sondes de détection du niveau du
liquide, agencées sur la noix avec une différence de
hauteur entre elles prédéterminée
- et des moyens reliés aux moyens moteurs, au codeur
incrémental et aux sondes pour
i) commander la descente des sondes au moins
jusqu'à ce que les deux aient délivré leur
signal de détection du niveau du liquide ;
ii) puis remonter la noix porte-sondes dans une
position de repos prédéterminée, au-dessus du
liquide, en sorte de mesurer et afficher la hauteur du liquide à partir de la mesure du déplacement de la noix porte-sondes et de délivrer un signal dans le cas où l'écart, mesuré en angle de rotation de la vis, entre les détections de niveau respectives des deux sondes, est supérieur à un seuil prédéterminé.To this end, the subject of the invention is a device for high-precision measurement and self-checking of the height of a liquid in an enclosure, characterized in that it comprises
- a micrometric worm screw fixed free in
rotation on a so-called reference plate
likely to be removably placed in
upper part of the enclosure, above the
liquid, in a predetermined position, said screw
extending vertically inside the enclosure
and plunging into the liquid,
- means for driving the screw in rotation,
- an incremental encoder mounted on the screw and capable
to deliver an electrical signal proportional to the
rotation of it,
- a nut slidingly mounted along the
screws;
- at least two level detection probes
liquid, arranged on the nut with a difference of
predetermined height between them
- and means connected to the motor means, to the encoder
incremental and probes for
i) command the descent of the probes at least
until the two have issued their
liquid level detection signal;
ii) then reassemble the probe holder nut in a
predetermined rest position, above the
liquid, so measure and display the height of the liquid from the measurement of the displacement of the probe holder nut and deliver a signal in the case where the difference, measured in angle of rotation of the screw, between the detections level of the two probes, is higher than a predetermined threshold.
Ainsi, le dispositif non seulement fournit une indication particulièrement précise de la hauteur du liquide dans l'enceinte, grâce au déplacement précis, répétitif, fiable et parfaitement retranscrit par le codeur incrémental, mais s'auto-contrôle, c'est-à dire est capable de signaler si la mesure qu'il vient d'effectuer entre dans les normes de tolérance fixées par construction et mises en mémoire dans le dispositif.Plus précisément, le dispositif mesure toute dérive ou hystérésis dans le déclenchement de chaque sonde lorsque son élément sensible de détection est à hauteur de l'interface air-liquide et émet un signal lorsque cette mesure de dérive dépasse un seuil prédéterminé, en-deça duquel la dérive est tolérée, tient compte du vieillissement naturel des sondes et se traduit par une erreur sur la hauteur effective du liquide acceptable, notamment par la réglementation légale. Thus, the device not only provides a particularly precise indication of the height of the liquid in the enclosure, thanks to the precise, repetitive, reliable displacement and perfectly transcribed by the incremental encoder, but self-checking, that is to say is capable of signaling whether the measurement it has just taken falls within the tolerance standards set by construction and stored in the device. More specifically, the device measures any drift or hysteresis in the triggering of each probe when its element sensitive detection is at the level of the air-liquid interface and emits a signal when this drift measurement exceeds a predetermined threshold, below which drift is tolerated, takes into account the natural aging of the probes and results in an error on the effective height of the liquid acceptable, in particular by legal regulations.
C'est ainsi que le dispositif de l'invention peut permettre une mesure d'une hauteur de liquide dans une cuve à 1 mm près ou 1/10 de mm ou 1/100 de mm ou même davantage, selon la précision de la vis, de ses moyens d'entraînement et du codeur incrémental. Thus the device of the invention can allow a measurement of a height of liquid in a tank to within 1 mm or 1/10 of mm or 1/100 of mm or even more, depending on the precision of the screw. , its drive means and the incremental encoder.
Lorsqu'un signal indicatif de conditions de mesure hors normes préfixées est émis par le dispositif, ce dernier doit alors être démonté et révisé en atelier notamment pour changer la ou les sondes et pour un nouvel étalonnage en vue de son remontage sur une cuve ou autre enceinte. When a signal indicative of non-standard measurement conditions prefixed is emitted by the device, the latter must then be dismantled and serviced in the workshop, in particular to change the probe (s) and for a new calibration with a view to reassembly on a tank or other pregnant.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard du dessin annexé sur lequel la figure unique représente schématiquement en élévation un dispositif conforme à l'invention. Other characteristics and advantages will emerge from the description which follows of an embodiment, description given by way of example only and with reference to the appended drawing in which the single figure schematically shows in elevation a device according to the invention. .
Sur cette figure unique on a représenté en 1 une cuve contenant un liquide dont le niveau est désigné par 2 et se trouve à une hauteur par rapport au fond de la cuve 1 désignée par HL. In this single figure there is shown in 1 a tank containing a liquid whose level is designated by 2 and is at a height relative to the bottom of the tank 1 designated by HL.
Le dispositif de l'invention comprend une platine 3, dite de référence, fixée de manière amovible en partie supérieure de la cuve 1, au-dessus d'un orifice 4 d'accès à l'intérieur de la cuve. The device of the invention comprises a plate 3, called the reference plate, removably fixed in the upper part of the tank 1, above an orifice 4 for access to the interior of the tank.
La platine 3 est agencée à une distance Hp du fond de la cuve 1 parfaitement définie, par construction. The plate 3 is arranged at a distance Hp from the bottom of the tank 1 perfectly defined, by construction.
Sur la platine 3 est montée tourillonnante une vis sans fin micrométrique 5, s'étendant verticalement dans la cuve 1 et plongeant dans le liquide. On the plate 3 is journalled a micrometric worm 5, extending vertically in the tank 1 and immersed in the liquid.
La vis 5 est mue en rotation par un moteur électrique 6 et à l'extrémité supérieure de la vis est monté un codeur incrémental 7, par exemple le codeur modèle ROD 420 D commercialisé par la Société allemande HEIDENHAIN, délivrant un signal électrique, sous forme d'impulsions, proportionnel au nombre de tours, ou à la fraction de tour, réalisé par la vis. The screw 5 is rotated by an electric motor 6 and at the upper end of the screw is mounted an incremental encoder 7, for example the encoder model ROD 420 D sold by the German company HEIDENHAIN, delivering an electrical signal, in the form of pulses, proportional to the number of turns, or to the fraction of a turn, achieved by the screw.
La vis 5 entraîne une noix 8, guidée en coulissement le long de la vis grâce à des moyens de guidage fixes appropriés symbolisés en 9. The screw 5 drives a nut 8, guided in sliding along the screw by means of suitable fixed guide means symbolized at 9.
La noix 8 porte deux sondes S1 et S2 de détection du niveau du liquide 2, par exemple des sondes optiques modèles VP fabriquées par la Société danoise ELECTROMATIC INDUSTRI
A/S.The nut 8 carries two probes S1 and S2 for detecting the level of the liquid 2, for example optical probes models VP manufactured by the Danish company ELECTROMATIC INDUSTRI
A / S.
Les deux sondes S1 et S2 sont décalés en hauteur, c'est-à- dire selon l'axe de la vis 5, la sonde la plus basse S1 étant réprésentée au niveau du liquide 2. The two probes S1 and S2 are offset in height, that is to say along the axis of the screw 5, the lowest probe S1 being represented at the level of the liquid 2.
Le décalage ou écart en hauteur ES des sondes, ou plus précisément des organes sensibles de détection de l'interface air-liquide de ces sondes, est fixe par construction et de l'ordre de un ou quelques millimètres. The offset or difference in height ES of the probes, or more precisely of the sensitive organs for detecting the air-liquid interface of these probes, is fixed by construction and of the order of one or a few millimeters.
La course totale CT des sondes S1,S2 le long de la vis 5 est définie entre l'extrémité inférieure de la vis 5 et une position haute dite de repos 8' de la noix 8, en permanence au-dessus du liquide contenu dans la cuve 1, même lorsque celle-ci est remplie à son taux maximal autorisé. The total stroke CT of the probes S1, S2 along the screw 5 is defined between the lower end of the screw 5 and a so-called high rest position 8 ′ of the nut 8, permanently above the liquid contained in the tank 1, even when it is filled to its maximum authorized rate.
Dans la position de repos de la noix porte-sondes 8, les sondes, plus précisément la sonde S1, se trouve à une distance initiale Hi de la platine 3 parfaitement connue. In the rest position of the probe holder nut 8, the probes, more precisely the probe S1, is at an initial distance Hi from the plate 3 perfectly known.
Le dispositif est relié à un poste (non représenté) de commande-mesure-affichage situé à distance, à l'endroit le plus approprié et accessible pour l'opérateur. The device is connected to a control-measurement-display station located (remotely), at the most suitable location accessible to the operator.
Ce poste de commande-mesure-affichage est relié par des conducteurs électriques au moteur 6, au codeur 7 et aux sondes
S1,S2 et comprend un ensemble électronique de mémoire, calcul, affichage et signalisation, muni de moyens de programmation aptes à commander les opérations suivantes
- descente de la noix 8 à partir de la position de
repos 8', au moins jusqu'à ce que les deux sondes S1
et S2 aient détecté le niveau 2,
- puis remontée de la noix jusqu'à la position de
repos 8',
- mesure, à la descente de la noix 8, de la distance
(course Csl) parcourue par la première sonde S1
lorsque son organe sensible détecte l'interface air
liquide 2, la hauteur de liquide HL étant déduite à
partir des valeurs connues et mémorisées Hp et Hi,
- affichage de la hauteur HL du liquide, avec
traduction éventuelle en valeur de volume,
- mesure de l'écart, donné en fraction de tour (ou en
tours) de la vis 5 par le codeur incrémental 7, entre
les signaux de détection délivrés successivement par
les deux sondes S1 et S2 à la descente,
- comparaison de cet écart avec un écart pré-enregistré
correspondant à un seuil maximal acceptable compte
tenu de la précision désirée et du vieillissement
"normal" des sondes,
- génération d'un signal, lumineux et/ou sonore,
informant que l'écart mesuré est supérieur à l'écart
toléré.This control-measurement-display station is connected by electrical conductors to the motor 6, to the encoder 7 and to the probes
S1, S2 and includes an electronic memory, calculation, display and signaling assembly, provided with programming means capable of controlling the following operations
- lowering of the nut 8 from the position of
rest 8 ', at least until the two probes S1
and S2 have detected level 2,
- then raise the nut to the position of
rest 8 ',
- measurement, at the descent of the nut 8, of the distance
(stroke Csl) traversed by the first probe S1
when its sensitive organ detects the air interface
liquid 2, the height of liquid HL being deducted at
from the known and memorized values Hp and Hi,
- display of the height HL of the liquid, with
possible translation in volume value,
- measurement of the deviation, given in fraction of a turn (or in
turns) of screw 5 by the incremental encoder 7, between
the detection signals delivered successively by
the two probes S1 and S2 on the descent,
- comparison of this difference with a pre-recorded difference
corresponding to a maximum acceptable threshold account
given the desired precision and aging
"normal" probes,
- generation of a signal, light and / or sound,
informing that the deviation measured is greater than the deviation
tolerated.
Les déplacements de la noix 8 sont mesurés avec précision grâce à la vis micrométrique 5 dont le pas est connu. Le rapport entre le nombre de tours et/ou fraction de tour de la vis et le déplacement dans l'axe de la vis de la noix 8 est donc connu et le codeur incrémental 7, dont la précision, c'est-à-dire le nombre d'impulsions électriques engendrées pour une fraction de tour unitaire de la vis 5, peut être fixée selon, par exemple, les exigences posées par le cahier des charges, permet de mesurer avec une grande précision tout déplacement de la noix 8, et donc la hauteur effective HL du liquide 2, à partir des valeurs Hp et Hi mises en mémoire. The displacements of the nut 8 are measured with precision using the micrometric screw 5, the pitch of which is known. The relationship between the number of turns and / or fraction of a turn of the screw and the displacement in the axis of the screw of the nut 8 is therefore known and the incremental encoder 7, the precision of which, that is to say the number of electrical pulses generated for a fraction of a unit turn of the screw 5, can be fixed according to, for example, the requirements laid down in the specifications, makes it possible to measure with great precision any displacement of the nut 8, and therefore the effective height HL of the liquid 2, from the values Hp and Hi stored.
Dans l'exemple donné ci-dessus, la mesure de HL est donnée à partir de la détection réalisée par la première sonde S1, mais on pourrait tout aussi bien le faire à partir de la détection opérée par la deuxième sonde S2. In the example given above, the measurement of HL is given from the detection carried out by the first probe S1, but it could just as easily be done from the detection carried out by the second probe S2.
Avantageusement, les deux sondes S1 et S2 seront descendues en dessous du niveau 2, pour pouvoir effectuer, à la remontée, une nouvelle détection différentielle du niveau 2 par les deux sondes S1, S2, afin de contrôler le fonctionnement des sondes au passage du liquide à l'air. Dans ce sens de fonctionnement des sondes S1,S2, qui sont par exemple des sondes optiques, on observe généralement une hystérésis entre le passage physique à l'interface de l'organe sensible de la sonde et l'émission du signal électrique correspondant, qui n'est pas la même que dans le sens du passage de l'air dans le liquide.Cette seconde mesure est comparée à un seuil de tolérance, homologue mais cependant distinct, de celui auquel est comparé ledit écart mesuré à la descente des sondes, en sorte d'assurer un meilleur contrôle de ces dernières, en particulier leur évolution dans le temps. Advantageously, the two probes S1 and S2 will be lowered below level 2, in order to be able to carry out, on ascent, a new differential detection of level 2 by the two probes S1, S2, in order to control the operation of the probes at the passage of the liquid. to the air. In this direction of operation of the probes S1, S2, which are for example optical probes, there is generally observed a hysteresis between the physical passage at the interface of the sensitive organ of the probe and the emission of the corresponding electrical signal, which is not the same as in the direction of the passage of air in the liquid. This second measurement is compared to a tolerance threshold, homologous but nevertheless distinct, from that to which the said difference measured compared to the descent of the probes is compared, so as to ensure better control of the latter, in particular their evolution over time.
La hauteur HL peut ainsi être mesurée à 1/10, 1/100 ou 1/1000 de mm près, par exemple. I1 est à noter que la mesure de la course C81 de la sonde S1 permet de mesurer aussi bien la hauteur du liquide (HL), à savoir le tirant de liquide, que le tirant d'air (Hp - HL) qui est égal à Hi + Csl. The height HL can thus be measured to 1/10, 1/100 or 1/1000 of a millimeter, for example. It should be noted that the measurement of the travel C81 of the probe S1 makes it possible to measure both the height of the liquid (HL), namely the liquid draft, and the air draft (Hp - HL) which is equal to Hi + Csl.
La vitesse de déplacement de la noix 8 est par exemple de l'ordre de quelques centimètres par seconde, correspondant à une rotation de la vis 5 de l'ordre de 1000 à 1500 tr/mn. The speed of movement of the nut 8 is for example of the order of a few centimeters per second, corresponding to a rotation of the screw 5 of the order of 1000 to 1500 rpm.
Si le dispositif émet un signal indiquant que la mesure n'entre pas dans les normes pré-fixées, il sera alors nécessaire de le démonter et de le ramener en atelier pour vérification et/ou changement de la ou des sondes défectueuses. If the device emits a signal indicating that the measurement does not fall within the pre-set standards, it will then be necessary to dismantle it and bring it back to the workshop for verification and / or change of the defective probe (s).
Avant toute installation ou remise en place après changement de sonde, du dispositif de l'invention, il est nécessaire de faire un étalonnage, c'est-à-dire une détermination précise de la position et du déplacement des sondes S1,S2 par rapport à la platine 3, les valeurs d'étalonnage (position initiale Hi de chaque sonde, rapport entre la rotation de la vis 5 et le nombre d'impulsions délivrées par le codeur 7) étant mises en mémoire dans le dispositif électronique de commande du dispositif de l'invention. Before any installation or replacement after changing the probe of the device of the invention, it is necessary to make a calibration, that is to say a precise determination of the position and of the displacement of the probes S1, S2 with respect to at stage 3, the calibration values (initial position Hi of each probe, ratio between the rotation of the screw 5 and the number of pulses delivered by the encoder 7) being stored in the electronic device for controlling the device of the invention.
I1 est à noter par ailleurs que le moyen d'entraînement de la vis 5 peut être un autre moyen moteur qu'un moteur électrique, par exemple un vérin hydraulique, pneumatique ou un moyen manuel. It should also be noted that the means for driving the screw 5 can be another motor means than an electric motor, for example a hydraulic, pneumatic cylinder or a manual means.
On pourrait éventuellement prévoir sur la noix 8, plus de deux sondes, trois par exemple, décalées mutuellement en hauteur, le dispositif fonctionnant sur le même principe en ce qui concerne l'auto-contrôle qui se ferait sur trois références, les trois sondes, au lieu de deux. One could possibly provide on the nut 8, more than two probes, three for example, mutually offset in height, the device operating on the same principle as regards self-checking which would be done on three references, the three probes, instead of two.
Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne la nature du codeur incrémental 7, des sondes S1,S2, l'agencement mutuel, réglable ou non, des sondes et les modalités de mise en place du dispositif par rapport à la cuve ou enceinte dont on veut mesurer la hauteur du liquide contenu. Finally, the invention is obviously not limited to the embodiment shown and described above, but on the contrary covers all variants thereof, in particular as regards the nature of the incremental encoder 7, of the probes S1, S2, the mutual arrangement, adjustable or not, of the probes and the arrangements for setting up the device with respect to the tank or enclosure for which the height of the liquid contained is to be measured.
Claims (3)
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Applications Claiming Priority (1)
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| FR9305471A FR2704647B1 (en) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | HIGH PRECISION AND SELF-CONTROLLED MEASURING DEVICE OF THE HEIGHT OF A LIQUID IN A SPEAKER. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2704647A1 true FR2704647A1 (en) | 1994-11-04 |
| FR2704647B1 FR2704647B1 (en) | 1995-06-30 |
Family
ID=9446869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR9305471A Expired - Lifetime FR2704647B1 (en) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | HIGH PRECISION AND SELF-CONTROLLED MEASURING DEVICE OF THE HEIGHT OF A LIQUID IN A SPEAKER. |
Country Status (1)
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| FR (1) | FR2704647B1 (en) |
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