FR2977027A1 - Procede et dispositif de detection d'un niveau de phase dans un recipient - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détection d'un niveau d'une phase dans un récipient contenant deux phases de capacitances thermiques différentes par mesure de l'impédance d'un capteur résistif qui varie en fonction de sa température, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - plonger le capteur dans le récipient, et - actionner manuellement l'alimentation électrique de ce capteur, le contrôle du fonctionnement de ce capteur, la mesure de l'impédance de ce capteur, et la comparaison de l'impédance mesurée avec au moins un seuil en vue de déterminer le niveau d'une des deux phases dans le récipient une fois le fonctionnement de ce capteur contrôlé.

Description

La présente invention concerne un procédé de détection du niveau d'une phase dans un récipient contenant deux phases de capacitances thermiques différentes par mesure de l'impédance d'un capteur résistif dont l'impédance varie en fonction de sa température. Elle concerne également un dispositif qui met en oeuvre ce procédé.

Il est connu des capteurs résistifs dont l'impédance varie en fonction de leur température. Par exemple, en alimentant ces capteurs par un courant électrique, leur température augmente et se stabilise à une valeur particulière qui dépend de l'intensité du courant électrique qui les traverse et de la capacitance thermique de la phase (liquide ou gazeuse) dans laquelle se trouvent ces capteurs. Ces capteurs sont habituellement reliés à un conditionneur traduisant sous la forme d'un signal électrique leurs variations d'impédance. Ce conditionneur se présente classiquement sous la forme d'un pont de résistance dont l'un de ces éléments est le capteur en question. La variation d'impédance de ce capteur provoque alors un déséquilibre dans le pont qu'il est facile de détecter par une mesure de tension aux bornes du pont.

Il est également connu d'utiliser de tels capteurs pour détecter le niveau d'une phase liquide dans un récipient contenant deux phases (liquide ou gazeuse) de capacitances thermiques différentes. A cet effet, le capteur est fixé à un niveau déterminé à l'intérieur du récipient pour être en contact avec le liquide lorsque ce dernier atteint le niveau déterminé. La détection du niveau de ce liquide se fait donc par contrôle de la tension aux bornes de ce capteur. Cette tension varie en fonction de l'impédance du capteur qui est elle-même fonction de la température de ce capteur qui est elle-même fonction de la capacitance thermique de la phase dans laquelle se trouve ce capteur. De tels capteurs nécessitent d'être régulièrement contrôlés pour s'assurer qu'ils fonctionnent correctement et, notamment, que leur comportement vis-à-vis de leur température reste stable au cours du temps. Comme ce (ou généralement ces) capteur est fixé dans le récipient à une (des) hauteur(s) différente(s) pour détecter un (plusieurs) niveau de la phase liquide, il est alors nécessaire d'ouvrir le récipient, de déconnecter les câblages reliés au capteur et de les reconnecter, pour effectuer ce contrôle. Ceci pose problème, car il requiert des temps de maintenance relativement longs et fréquents. Le problème résolu par la présente invention est de remédier à cet inconvénient. A cet effet, la présente invention concerne un procédé de détection d'un niveau d'une phase dans un récipient contenant deux phases de capacitances thermiques différentes par mesure de l'impédance d'un capteur résistif qui varie en fonction de sa température, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - plonger le capteur dans le récipient, et - actionner manuellement l'alimentation électrique de ce capteur, le contrôle du fonctionnement de ce capteur, la mesure de l'impédance de ce capteur, et la comparaison de l'impédance mesurée avec au moins un seuil en vue de déterminer le niveau d'une des deux phases dans le récipient une fois le fonctionnement de ce capteur contrôlé. Le procédé permet de valider le fonctionnement du capteur avant toute prise de décision quant au niveau de phase détecté par ce capteur. Le contrôle du capteur remplace alors les phases de maintenance habituellement requises qui nécessitent habituellement le démontage de ce capteur. Selon un mode de réalisation, le contrôle du fonctionnement de ce capteur est réalisé par comparaison d'une mesure de l'impédance de ce capteur avec au moins un seuil. Ce mode de réalisation est avantageux car il permet de déterminer si le capteur présente un court-circuit ou une coupure. Selon un mode de réalisation de ce procédé, destiné à être mis en oeuvre par un dispositif comportant plus d'un capteur, le fonctionnement de chaque capteur est en plus contrôlé par comparaison entre elles des mesures individuelles d'impédance de ces capteurs. Ce mode de réalisation est avantageux car il permet de déterminer toute anomalie de fonctionnement du dispositif. Selon un mode de réalisation, l'action manuelle est maintenue pour obtenir une pluralité de mesures indépendantes de l'impédance de chaque capteur pendant un intervalle de temps, et pour déterminer si la pluralité de mesures correspond à des fausses détections ou à la détection du niveau de la phase dans le récipient. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux pour fiabiliser la détection du niveau d'une phase bouillonnante dans un récipient. En effet, lorsque le niveau d'une phase bouillonnante, telle que par exemple l'azote liquide, doit être détecté, la transition entre cette phase et une autre phase, par exemple gazeuse, n'est temporairement pas franche, c'est-à-dire que le capteur se trouve momentanément dans une phase puis dans l'autre. Un capteur du type de celui suscité fournira alors de fausses détections du niveau d'une phase, car l'impédance du capteur oscillera pour indiquer tantôt que le capteur se trouve dans une phase, tantôt dans l'autre provoquant alors une imprécision sur le niveau réel de la phase, telle que l'azote liquide, dans le récipient. Selon un mode de réalisation, la pluralité de mesures correspond à une fausse détection si la variation de deux moyennes successives de mesures de l'impédance calculées sur des intervalles de temps est supérieure à un seuil. La présente invention concerne également un dispositif destiné à détecter un niveau d'une phase dans un récipient contenant deux phases de capacitances thermiques différentes, caractérisé en ce qu'il comporte : - une poignée, - une gaine fixée à une extrémité de la poignée, - au moins un capteur résistif, logé dans la gaine, dont l'impédance varie en fonction de la température, - une source d'alimentation, logée dans la poignée, qui est prévue pour alimenter ledit au moins un capteur, - des moyens, logés dans la poignée, pour mesurer individuellement l'impédance de chaque capteur, - des moyens, logés dans la poignée, pour contrôler le fonctionnement de chaque capteur, - des moyens, logés dans la poignée, pour comparer chaque impédance mesurée avec des seuils en vue de déterminer le niveau d'une des deux phases dans le récipient, et - des moyens, logés dans la poignée, pour actionner manuellement la source d'alimentation, les moyens pour mesurer individuellement l'impédance de chaque capteur, les moyens pour contrôler le fonctionnement de chaque capteur, et les moyens pour comparer chaque impédance mesurée avec les seuils. Le dispositif est portable c'est-à-dire qu'il n'est pas fixé sur le récipient, amovible et indépendant d'une source électrique externe. La fonction des moyens pour actionner est de couper l'alimentation afin d'économiser les ressources énergétiques du dispositif et ainsi accroître son autonomie, et d'alimenter l'ensemble des moyens embarqués dans la poignée dés que l'utilisateur presse ce bouton. La durée de l'activation de ce bouton définit, selon un mode de réalisation, un intervalle de temps pendant lequel une pluralité de mesures est prise par capteur.

Selon un mode de réalisation, les moyens pour contrôler le fonctionnement de chaque capteur sont prévus pour comparer une mesure de l'impédance de chaque capteur avec au moins un seuil. Selon un mode de réalisation, les moyens pour contrôler le fonctionnement de chaque capteur sont également prévus pour comparer entre elles des mesures d'impédance de ces capteurs. Selon un mode de réalisation, les moyens pour mesurer sont prévus pour obtenir indépendamment l'une de l'autre, une pluralité de mesures de l'impédance de chaque capteur pendant un intervalle de temps, le dispositif comporte alors des moyens pour déterminer si la pluralité de mesures correspond à des fausses détections ou à la détection du niveau de la phase dans le récipient. Selon un mode de réalisation, la poignée comporte un microcontrôleur comme moyen de mesure de l'impédance d'un capteur et/ou moyen de contrôle du fonctionnement d'un capteur et/ou moyen de comparaison de l'impédance mesurée avec des seuils et/ou moyen pour déterminer si la pluralité de mesures correspond à des fausses détections ou à la détection du niveau de la phase dans le récipient. Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte une pluralité de capteurs positionnés dans la gaine à différentes distances de la poignée et des moyens, logés au niveau de la poignée, pour afficher visuellement et/ou pour avertir par un signal sonore et/ou de transmettre, le niveau de la phase dans le récipient en fonction du niveau détecté par lesdits capteurs et/ou un dysfonctionnement d'un capteur. L'invention concerne également un programme d'ordinateur, qui peut être stocké sur un support et/ou téléchargé d'un réseau de communication, afin d'être lu par un microprocesseur ou microcontrôleur. Ce programme d'ordinateur comprend des instructions pour implémenter le procédé mentionné ci-dessus, lorsque ledit programme est exécuté par les moyens intégrés dans la poignée du dispositif. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: La Fig. 1 représente un dispositif de détection d'un niveau d'une phase liquide dans un récipient selon l'invention.

La Fig. 2 représente schématiquement les différents blocs fonctionnels qui sont embarqués dans le dispositif pour mettre en oeuvre l'invention. La Fig. 3 représente un diagramme des étapes du procédé de détection du niveau d'une phase liquide dans un récipient. La Fig. 4 représente un mode de réalisation du contrôle du fonctionnement de chaque capteur et de la comparaison de l'impédance mesurée de chaque capteur avec au moins un seuil en vue de déterminer le niveau de l'azote liquide dans le récipient. La Fig. 5 représente un mode de réalisation de détermination de fausses détections. La Fig. 1 représente un mode de réalisation d'un dispositif D de détection d'un niveau d'une phase liquide dans un récipient R. Le récipient R est prévu pour contenir deux phases liquides ou gazeuses dont les capacitances thermiques sont différentes. Par la suite on considérera que l'une de ces deux phases est de l'azote gazeux et que l'autre est de l'azote liquide. Le dispositif D comporte une poignée P, une gaine G dont la matière est adaptée aux deux phases qui sont contenues dans le récipient R. La gaine G est fixée à une extrémité de la poignée. La gaine G comporte au moins un capteur résistif dont l'impédance varie en fonction de la température. Selon un mode de réalisation, la gaine G comporte quatre capteurs résistifs R1, R2, R3 et R4 qui sont fixés dans la gaine à différentes distances de la poignée P. Chacun de ces capteurs détermine un certain niveau de l'azote liquide dans le récipient lorsque le dispositif est positionné dans le récipient R. Par exemple, ces capteurs sont des sondes Pt1000 positionnées dans la gaine en des points correspondants à un remplissage du récipient de 25%, 50%, 75% et 100% de ses capacités nominales lorsque la gaine touche le fond comme illustré à la Fig. 1. La poignée P comporte une source d'alimentation S telle qu'une pile ou batterie qui est prévue pour alimenter les capteurs R1, R2, R3 et R4. La poignée P comporte également des moyens Ml pour mesurer individuellement l'impédance de chaque capteur, des moyens M2 pour contrôler le fonctionnement de chaque capteur, et des moyens M3 pour comparer chaque impédance mesurée avec des seuils en vue de déterminer le niveau d'une des deux phases dans le récipient R. La poignée P comporte également des moyens pour actionner manuellement la source d'alimentation S et les moyens Ml, M2 et M3.

Selon un mode de réalisation, ces moyens pour actionner se présentent sous la forme d'un bouton-poussoir BP qui ferme un interrupteur IN lorsqu'il est manuellement actionné. De préférence, la poignée a une forme ergonomique, cylindrique selon l'exemple de la Fig. 1, qui est adaptée pour être contenue dans une main de l'opérateur et le bouton-poussoir BP est logé sur une extrémité de la poignée de manière à ce que l'opérateur puisse appuyer avec l'un de ses doigts, son pouce selon l'exemple de la Fig. 1, sur ce bouton BP. Selon un mode de réalisation, les moyens Ml sont prévus pour obtenir indépendamment l'une de l'autre, une pluralité de mesures de l'impédance de chacun des capteurs R1, R2, R3 et R4 pendant un intervalle de temps T. Par exemple, l'intervalle de temps T est défini pendant le maintien d'une action sur le bouton BP. Le dispositif comporte alors des moyens M4 pour déterminer si la pluralité de mesures correspond à des fausses détections ou à la détection d'un niveau de l'azote liquide dans le récipient R. Ces moyens M4 sont alimentés par la source d'alimentation S lorsque l'interrupteur IN est fermé. Tout ou partie du programme décrit ci-après en relation avec la Fig. 3 peut être implémenté sous forme logicielle par exécution d'un ensemble d'instructions par une machine programmable, tel qu'un DSP (Digital Signal Processor en anglais ou Unité de Traitement de Signal Numérique en français) ou un microcontrôleur, tel que le microcontrôleur MC de la Fig. 2, ou être implémenté sous forme matérielle par une machine ou un composant dédié, tel qu'un FPGA (Field-Programmable Gate Array en anglais ou Matrice de Portes Programmable sur Champ en français) ou un ASIC (Application-Specific Integrated Circuit en anglais ou Circuit Intégré Spécifique à une Application en français). Selon un mode de réalisation illustré à la Fig. 2, la poignée P comporte un microcontrôleur MC qui comporte un programme dont les instructions mettent en oeuvre le procédé décrit en relation avec la Fig. 3 lorsque ce microcontrôleur MC exécute ces instructions. En particulier, le microcontrôleur MC assure les fonctions des moyens Ml et/ou des moyens M2 et/ou des moyens M3 et/ou des moyens M4. La source d'alimentation S alimente alors ce microcontrôleur MC lorsque l'interrupteur IN est fermé, et le microcontrôleur MC alimente chaque capteur résistif et les moyens Ml, M2, M3 et M4. Ce microcontrôleur MC est également prévu pour mesurer individuellement chaque impédance de chaque capteur en faisant circuler un courant dans ce capteur. A cet effet, une quantité numérique représentant la tension aux bornes de ce capteur est obtenue par le microcontrôleur MC qui en déduit une valeur d'impédance à partir de cette quantité numérique et de l'intensité du courant. Selon un mode de réalisation, la poignée P comporte des moyens pour afficher le niveau de l'azote liquide dans le récipient R en fonction des niveaux détectés par les capteurs R1, R2, R3 et R4. Ces moyens peuvent se présenter sous forme de LED, L1, L2, L3 et L4, qui sont éventuellement protégées par une matière transparente telle que du plastique. Ainsi, si le dispositif D a détecté un niveau à partir d'une pluralité de mesures relatives à un capteur, le microcontrôleur MC émet un signal pour que la LED (ou les LED) relative à ce niveau s'allume. Selon une variante, la poignée P comporte également des moyens sonores tel qu'un buzzer pour indiquer qu'un niveau a été atteint. Selon un mode de réalisation, la poignée P comporte aussi des moyens pour transmettre un signal porteur d'une information concernant un niveau de la phase dans le récipient et/ou un dysfonctionnement d'un capteur. Ces moyens peuvent transmettre soit sur un réseau filaire soit sur un réseau sans fil tel qu'un réseau Zigbee. La Fig. 3 représente un diagramme des étapes du procédé de détection d'un niveau d'une phase dans un récipient R contenant deux phases de capacitances thermiques différentes par mesure de l'impédance d'un capteur résistif qui varie en fonction de sa température. Le procédé comporte les étapes suivantes : plonger la gaine dans le récipient R, éventuellement jusqu'à ce qu'elle touche le fond de ce récipient, et actionner manuellement le bouton BP pour fermer l'interrupteur IN de manière à ce que les capteurs R1, R2, R3 et R4 soient alimentés. Les moyens Ml mesurent alors indépendamment l'une de l'autre l'impédance de chacun des capteurs, les moyens M2 contrôlent le fonctionnement de chaque capteur et les moyens M3 comparent l'impédance mesurée de chaque capteur avec au moins un seuil en vue de déterminer le niveau d'une des deux phases dans le récipient R une fois le fonctionnement de ce capteur contrôlé. Dans le cas où plusieurs capteurs sont logés dans la gaine, tels que les capteurs R1, R2, R3 et R4, la mesure d'impédance d'un capteur est réalisée indépendamment de la mesure de l'impédance de tout autre capteur. La Fig. 4 représente des modes de réalisation du contrôle du fonctionnement de chaque capteur et de la comparaison de l'impédance mesurée de chaque capteur avec au moins un seuil en vue de déterminer le niveau de l'azote liquide dans le récipient R.

Selon un mode de réalisation, le contrôle du fonctionnement d'un capteur est réalisé par comparaison d'une mesure de l'impédance de ce capteur avec au moins un seuil. Selon l'exemple de la Fig. 3, quatre seuils sont utilisés. Le seuil marqué « 0 » indique que l'impédance mesurée est nulle, ce qui correspond à un court-circuit du capteur. Le seuil marqué « infinie » indique que l'impédance mesurée est infinie, ce qui correspond à une coupure du capteur. Une fois que l'impédance mesurée est supérieure à « 0 » et inférieure à « infinie », cette impédance est comparée à deux autres seuils TH 1 et TH2. Si cette impédance est inférieure à TH1, il est considéré que le capteur se trouve dans l'azote liquide et si elle est supérieure à TH2 le capteur est considéré comme étant dans l'azote gazeux. D'autres stratégies utilisant plus ou moins de quatre seuils peuvent également être mis en place sans pour autant sortir de la portée de la présente invention. Selon un mode de réalisation, le fonctionnement de chaque capteur est en plus contrôlé par comparaison entre elles des mesures d'impédance de ces capteurs. Par exemple, en reprenant la configuration des quatre capteurs R1, R2, R3 et R4 illustrée à la Fig. 2, si il est conclu à partir de l'impédance mesurée de R2 que R2 se trouve dans l'azote liquide et que R3 (qui se trouve plus bas dans le récipient) se trouve dans l'azote gazeux, il est conclu que R3 ou R2 présente un dysfonctionnement. Au travers de cet exemple, on comprend qu'il est possible de mettre en place une stratégie de cohésion entre elles des mesures d'impédance des capteurs pour détecter tout dysfonctionnement d'un capteur à partir de la comparaison entre elles des mesures d'impédance de ces capteurs. Selon un mode de réalisation, le procédé est également prévu pour détecter le niveau de la source d'alimentation S. Selon un mode de réalisation, l'action manuelle sur le bouton BP est maintenue pour obtenir une pluralité de mesures de l'impédance de chaque capteur R1, R2, R3 et R4 pendant un intervalle de temps T, chaque mesure d'impédance d'un capteur étant indépendante d'une mesure d'impédance d'un autre capteur et deux mesures d'impédance d'un même capteur étant également indépendantes l'une de l'autre. Lors du maintien du bouton BP il est également déterminé si la pluralité de mesures pour chaque capteur R1, R2, R3 et R4 correspond à des fausses détections ou à la détection du niveau de l'azote liquide dans le récipient R.

Selon un mode de réalisation, la pluralité de mesures correspond à une fausse détection si la variation de deux moyennes successives de mesure d'impédance calculées sur des intervalles de temps est supérieure à un seuil. Ce mode de réalisation est illustré à la Fig. 5 qui représente un chronogramme de sept mesures de l'impédance d'un capteur logé dans la gaine G. Une première moyenne MOY1 est calculée pendant un intervalle de temps Tl, en l'occurrence sur trois mesures de l'impédance et une seconde moyenne MOY2 est calculée pendant un autre intervalle de temps T2, en l'occurrence sur quatre mesures. Si la différence absolue entre MOY1 et MOY2 est supérieure au seuil, alors il y a fausse détection. Les intervalles de temps Tl et T2 peuvent se chevaucher et leurs durées peuvent être égales.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1) Procédé de détection d'un niveau d'une phase dans un récipient contenant deux phases de capacitances thermiques différentes par mesure de l'impédance d'un capteur résistif qui varie en fonction de sa température, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes - plonger le capteur dans le récipient, et - actionner manuellement l'alimentation électrique de ce capteur, le contrôle du fonctionnement de ce capteur, la mesure de l'impédance de ce capteur, et la comparaison de l'impédance mesurée avec au moins un seuil en vue de déterminer le niveau d'une des deux phases dans le récipient une fois le fonctionnement de ce capteur contrôlé.
2. 2) Procédé selon la revendication 1, dans lequel le contrôle du fonctionnement de ce capteur est réalisé par comparaison d'une mesure de l'impédance de ce capteur avec au moins un seuil.
3. 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2 destiné à être mis en oeuvre par un dispositif comportant plus d'un capteur, le fonctionnement de chaque capteur est en plus contrôlé par comparaison entre elles des mesures d'impédance de ces capteurs.
4. 4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'action manuelle est maintenue pour obtenir une pluralité de mesures indépendantes de l'impédance de chaque capteur pendant un intervalle de temps, et pour déterminer si la pluralité de mesures correspond à des fausses détections ou à la détection du niveau de la phase dans le récipient.
5. 5) Procédé selon la revendication 4, dans lequel la pluralité de mesures correspond à une fausse détection si la variation de deux moyennes successives de mesures de l'impédance calculées sur des intervalles de temps est supérieure à un seuil.
6. 6) Dispositif destiné à détecter un niveau d'une phase dans un récipient contenant deux phases de capacitances thermiques différentes, caractérisé en ce qu'il comporte : - une poignée (P), - une gaine (G) fixée à une extrémité de la poignée, - au moins un capteur résistif (R1, R2, R3, R4), logé dans la gaine, dont l'impédance varie en fonction de la température, - une source d'alimentation (S), logée dans la poignée, qui est prévue pour alimenter ledit au moins un capteur, - des moyens (Ml), logés dans la poignée, pour mesurer individuellement l'impédance de chaque capteur, - des moyens (M2), logés dans la poignée, pour contrôler le fonctionnement de chaque capteur, - des moyens (M3), logés dans la poignée, pour comparer chaque impédance mesurée avec des seuils en vue de déterminer le niveau d'une des deux phases dans le récipient, et - des moyens (BP, IN), logés dans la poignée, pour actionner manuellement la source d'alimentation (S), les moyens (Ml) pour mesurer individuellement l'impédance de chaque capteur, les moyens (M2) pour contrôler le fonctionnement de chaque capteur, et les moyens (M3) pour comparer chaque impédance mesurée avec les seuils.
7. 7) Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les moyens pour contrôler le fonctionnement de chaque capteur sont prévus pour comparer une mesure de l'impédance de chaque capteur avec au moins un seuil et/ou pour comparer entre elles des mesures d'impédance de ces capteurs.
8. 8) Dispositif selon la revendication 6 ou 7, dans lequel les moyens (Ml) pour mesurer sont prévus pour obtenir indépendamment l'une de l'autre, une pluralité de mesures de l'impédance de chaque capteur pendant un intervalle de temps, le dispositif comporte alors des moyens (M4) pour déterminer si la pluralité de mesures correspond à des fausses détections ou à la détection du niveau de la phase dans le récipient.
9. 9) Dispositif selon la revendication 8, dans lequel la poignée comporte un microcontrôleur (MC) comme moyen (Ml) de mesure de l'impédance d'un capteur et/ou moyen (M2) de contrôle du fonctionnement d'un capteur et/ou moyen (M3) de comparaison de l'impédance mesurée avec des seuils et/ou moyen (M4) pour déterminer si la pluralité de mesures correspond à des fausses détections ou à la détection du niveau de la phase dans le récipient.
10. 10) Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, qui comporte une pluralité de capteurs positionnés dans la gaine à différentes distances de la poignée et des moyens (L1, L2, L3, L4), logés au niveau de la poignée, pour afficher visuellement et/ou pour avertir par un signal sonore et/ou transmettre, le niveau de la phase dans le récipient en fonction du niveau détecté par lesdits capteurs et/ou un dysfonctionnement d'un capteur.
11. 11) Programme d'ordinateur, caractérisé en ce qu'il comprend des instructions pour mettre en oeuvre, par un dispositif, le procédé selon l'une des revendications 1 à 5 lorsque ledit programme est exécuté par un dispositif.