FR3101706A1 - Dispositif de mesure d’une masse volumique et d’une variation d’un niveau d’un liquide - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif (100) de mesure d’une masse volumique et d’une variation du niveau d’un liquide (110), comprenant une sonde (140) suspendue à un capteur de force (120) unique, la sonde comprenant deux parties (160) ayant chacune une masse volumique supérieure à la masse volumique du liquide, la première partie (1601) ayant une forme longiligne destinée à mesurer une variation du niveau du liquide, la deuxième partie (1602) ayant une forme quelconque d’un volume supérieur au volume de la première partie, la deuxième partie étant apte à plonger intégralement dans le liquide afin de mesurer la masse volumique dudit liquide. figure pour l’abrégé : figure 1
Description
Le domaine de l’invention est celui de la métrologie.
Plus précisément, l’invention concerne un dispositif de mesure d’une masse volumique et d’une variation d’un niveau d’un liquide.
L’invention trouve notamment des applications dans la mesure d’un liquide au repos d’un réservoir, d’une nappe phréatique, d’un barrage, d’une lagune, d’un lac ou de tout autre étendue liquide.
Il est connu de l’art antérieur des techniques permettant de mesurer la masse volumique ou le niveau d’un liquide.
De telles techniques sont par exemple basées sur la mesure du poids d’une sonde de masse connue par un capteur afin d’en déduire soit la masse volumique du liquide, soit la variation d’un niveau du liquide.
L’inconvénient de ces techniques est qu’elles ne permettent pas de mesurer simultanément la masse volumique et la variation d’un niveau du liquide.
Afin de remédier à ce problème, il est connu de mettre un deuxième capteur en parallèle.
Toutefois, outre le fait que la consommation électrique du dispositif de mesure est augmentée, réduisant ainsi son autonomie, les techniques à deux capteurs nécessitent un calibrage minutieux des deux capteurs afin de pouvoir obtenir des mesures de la masse volumique et de la variation du niveau du liquide, qui soient précises et fiables.
Aucun des systèmes actuels ne permet de répondre simultanément à tous les besoins requis, à savoir de proposer une technique qui permette d’obtenir un dispositif de mesure de la masse volumique et d’une variation du niveau du liquide qui soit compact, économe en énergie et fiable, et dont les mesures soient très précises et reproductibles.
La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’état de la technique cités ci-dessus.
À cet effet, l’invention vise un dispositif de mesure d’une masse volumique et d’une variation du niveau d’un liquide, comprenant une sonde suspendue à un capteur de force.
Le liquide objet de la mesure peut être par exemple de l’eau douce, de l’eau potable, de l’eau salée, de l’eau lacustre ou de l’eau saumâtre. Le dispositif de mesure peut également être utilisé pour mesurer les caractéristiques d’autres types de liquide, comme par exemple un jus, un hydrocarbure ou un alcool.
Le liquide objet de la mesure est généralement inclus dans un réservoir qui est par définition un bassin naturel ou artificiel, fermé ou ouvert. On entendra ainsi par réservoir tout type de bassin apte à contenir le liquide, tel qu’une nappe phréatique, une lagune, un lac, une étendue maritime, un cours d’eau, un barrage, un récipient, etc.
Il convient de souligner que la mesure réalisée est celle d’une masse par unité de volume, couramment appelée masse volumique. A partir de la mesure de la masse volumique, il est alors possible de déterminer la valeur de la densité correspondante qui est égale au rapport de la masse volumique mesurée à la masse volumique de l’eau pure dans les conditions de mesure.
Dans le cas particulier de mesures de densité d’eaux, et connaissant la masse volumique de l’eau pure dans les conditions de mesure, il est possible d’obtenir la salinité du liquide, c’est-à-dire la proportion en sels ou en impuretés dissous dans le liquide, par une équation d’état du liquide.
Il convient de souligner que le dispositif de mesure permet de déterminer une variation du niveau du liquide, voire le niveau du liquide par rapport à un niveau absolu de référence, tel que le niveau zéro de la mer, si l’altitude du capteur est connue.
Selon l’invention, le capteur de force est unique, la sonde comprenant deux parties ayant chacune une masse volumique supérieure à la masse volumique du liquide, la première partie ayant une forme longiligne destinée à mesurer une variation du niveau du liquide, la deuxième partie ayant une forme quelconque d’un volume supérieur au volume de la première partie, la deuxième partie plongeant intégralement dans le liquide afin de mesurer la masse volumique du liquide.
Ainsi, le dispositif de mesure ne disposant que d’un unique capteur pour mesurer la masse volumique et les variations du niveau du liquide, est facile à mettre en œuvre, et économe en énergie.
En outre, les mesures obtenues par le dispositif de mesure sont précises et reproductibles. Cette précision et cette reproductibilité sont dues pour la mesure d’une variation à la forme longiligne de la première partie et pour la mesure de la masse volumique à un volume de la deuxième partie plus important que celui de la première partie.
Il convient de souligner que le rapport de volume entre la deuxième et la première partie de la sonde est avantageusement quelconque.
Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, la sonde est suspendue au capteur de force par un moyen de suspension inextensible.
Le moyen de suspension inextensible peut comprendre un fil, une chaine, un crochet, un anneau ou tout autre moyen connu de l’homme du métier.
Le moyen de suspension inextensible peut également être un moyen de solidarisation entre deux éléments, tel qu’un adhésif ou une soudure.
Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, le rapport de volume entre la deuxième et la première partie de la sonde est supérieur à 1:10.
Avantageusement, le rapport de volume entre la deuxième et la première partie de la sonde est supérieur à 1:100.
Ainsi, la précision de la mesure de la masse volumique est accrue lorsqu’au moins la deuxième partie de la sonde est immergée.
Il convient de souligner que l’augmentation du rapport de volume entre les deux parties entraîne une meilleure précision de la mesure de la masse volumique.
En outre, la sonde est plus stable verticalement, augmentant en conséquence la précision de la mesure d’une variation du niveau du liquide.
Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, la masse volumique de la première partie de la sonde est égale à la masse volumique de la deuxième partie de la sonde.
Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, la masse volumique de la première partie de la sonde est différente de la masse volumique de la deuxième partie de la sonde.
Il convient de souligner que les valeurs de masse volumique de chaque partie de la sonde sont avantageusement connues.
Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, la deuxième partie de la sonde est suspendue à la première partie de la sonde par un moyen de suspension inextensible.
Le moyen de suspension inextensible entre les deux parties de la sonde est équivalent au moyen de suspension inextensible entre la sonde et le capteur de force.
Dans d’autres modes de réalisation particuliers de l’invention, les deux parties de la sonde forment une pièce unique.
Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, les deux parties de la sonde sont pleines.
Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, la première partie de la sonde comprend une longueur supérieure d’un ordre de grandeur à une dimension caractéristique de la section de la première partie, la longueur étant verticale lorsque le dispositif de mesure est en fonctionnement.
Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, le dispositif de mesure comprend également un moyen de réglage de la hauteur de la sonde par rapport au niveau du liquide.
Ainsi, la précision des mesures de la masse volumique et d’une variation du niveau du liquide est accrue. Le moyen de réglage de la hauteur peut comprendre une échelle, une poulie ou tout autre élément permettant de régler la hauteur ou l’élévation de tout ou partie du dispositif de mesure par rapport au sol.
Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, le dispositif de mesure comprend également un moyen d’acquisition de données et de transmission sans fil.
Ainsi, le dispositif de mesure peut être installé à distance d’un centre de contrôle du réservoir.
D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier des dispositifs et procédés objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse.
On note, dès à présent, que les figures ne sont pas à l’échelle.
Exemple d’un mode de mise de réalisation particulier
Exemple d’un mode de mise de réalisation particulier
La figure 1 est une vue schématique d’un dispositif 100 selon l’invention permettant de mesurer la masse volumique et le niveau d’un liquide 110 qui est ici de l’eau salée dans un réservoir 115. Le dispositif 100 comprend à cet effet un unique capteur de force 120 auquel est suspendue une sonde 140 par un moyen de suspension inextensible 130. Le capteur de force 120 qui est ici un capteur à jauge de contrainte, conçu sur le principe du pont de Wheastone, permet de mesurer le poids de la sonde 140 en le convertissant en un signal électrique traité par un circuit électronique 150.
Afin de mesurer conjointement la masse volumique et le niveau du liquide 110 avec l’unique capteur de force 120, la sonde 140 comprend deux éléments 160 disjoints, formant une première et une deuxième partie de la sonde 140. Les deux éléments 160 sont, dans le présent exemple non limitatif de l’invention, suspendus l’un à l’autre par un deuxième moyen de suspension inextensible 170.
Les deux moyens de suspension inextensible 130 et 170 comprennent par exemple un fil inextensible, une chaine, un crochet et/ou un anneau. Les deux moyens de suspension inextensible 130 et 170 peuvent être du même type ou d’un type différent. Ils sont dans le présent exemple non limitatif de l’invention formés par un fil inextensible reliant le capteur de force 120 au premier élément 1601de la sonde 140, ou les deux éléments 160 ensembles.
Le premier élément 1601de la sonde 140, correspondant à la première partie de la sonde, est destiné à mesurer le niveau du liquide, tandis que le deuxième élément 1602de la sonde 140 est destiné à mesurer la masse volumique du liquide.
Il convient de souligner que le premier élément 1601de la sonde 140 comprend une partie inférieure 161 qui est immergeable et une autre partie supérieure 162 qui reste généralement au-dessus du niveau du liquide 110.
Les deux éléments 160 de la sonde 140 sont ici pleins et formés dans le même matériau qui présente une masse volumique supérieure à celle du liquide afin que la sonde 140 ait une flottabilité négative. Toutefois, les deux éléments 160 peuvent être formés dans un matériau de masse volumique distincte ou variable, à condition que la flottabilité résultante soit négative.
Il convient de souligner que les moyens de suspension inextensibles 130 et 170 étant sous tension, leurs masses volumiques respectives peuvent être quelconques.
Lorsque la sonde 140 est en position de mesure, les deux éléments 160 de la sonde 140 sont alignés par gravité, verticalement avec le capteur de force 120, le deuxième élément 1602étant située en-dessous du premier élément 1601. Le deuxième élément 1602est intégralement plongé dans le liquide tandis que le premier élément 1601est en partie immergé dans le liquide 110.
Les deux éléments 160 présentent des formes distinctes. Le deuxième élément 1602est généralement d’une forme quelconque dont le volume est supérieur ou égal au volume de la partie immergeable 161 du premier élément 1601. Le premier élément 1601est quant à lui de forme longiligne. Dans la position de mesure l’axe du premier élément 1601est vertical, parallèle aux moyens de suspension inextensibles 130 et 170.
Il convient de souligner que la section du premier élément 1601peut être quelconque. Toutefois, afin d’obtenir une mesure précise de la variation du niveau du liquide 110, la dimension caractéristique de la section est avantageusement au moins d’un ordre de grandeur inférieur à la longueur du premier élément 1601. Dans le cas présent, la section du premier élément 1601est ronde afin de minimiser les perturbations liées à l’écoulement du liquide 110 autour du premier élément 1601.
Le capteur de force 120 mesure le poids résultant de la sonde 140 dont un seul des éléments 160 est généralement entièrement plongé dans le liquide 110. Le poids résultant mesuré par le capteur de force 120 est égal à la résultante de l’ensemble des forces hydrostatiques qui est l’opposé du poids du volume de liquide déplacé par la sonde 140 selon le principe suivant :
Supposons un corps quelconque, immergé dans un liquide de masse volumique ρl, dont la partie immergée a un volume V quelconque délimité par une surface fermée S, et soumis à un champ de pesanteur g, la force résultante est égale à :
En considérant que le volume de la partie immergée du premier élément 1601est négligeable par rapport au volume du deuxième élément 1602, ce qui sera d’autant plus vrai que le rapport 1602 : 1601sera grand, la masse volumique du liquide 110 est égale à :
où ρlreprésente la masse volumique du liquide 110, dont la masse volumique est déduite en divisant cette valeur par la masse volumique de l’eau pure aux mêmes conditions de mesure, m2la masse de l’élément 1602, mrla masse résultante mesurée par le capteur de force 120 et V le volume du deuxième élément 1602.
Il convient de souligner que le volume du deuxième élément 1602de la sonde 140 est avantageusement supérieur d’au moins un ordre de grandeur au volume de la partie immergeable 161 du premier élément 1601de la sonde 140 afin de pouvoir considérer que le volume de la partie immergée du premier élément 1601est négligeable par rapport au volume du deuxième élément 1602, quel que soit la hauteur de la partie immergée du premier élément 1601. En prenant soin de déterminer parfaitement le niveau d’immersion de la sonde 160, le volume V immergé peut être connu et la précision de la mesure améliorée. En outre, ce volume important du deuxième élément 1602induit une masse importante qui permet de stabiliser verticalement la sonde 140.
Le rapport entre le volume du premier élément 1601et le volume du deuxième élément 1602est ainsi préférentiellement supérieur à 1:10, plus préférentiellement à 1:100.
Toutefois, le rapport entre le volume du premier élément 1601et le volume du deuxième élément 1602peut être compris entre 1:1 et 1:10, sans perte importante au niveau de la précision, notamment si le premier élément 1601est faiblement immergé dans le liquide 110, ou si la mesure de la masse volumique est effectuée avant l’immersion du premier élément 1601dans le liquide 110.
Il convient de souligner que le volume du deuxième élément 1602peut être choisi en fonction de la précision du capteur et de la précision recherchée dans la mesure de la masse volumique du liquide.
Par ailleurs, la masse résultante correspond à la somme des masses de la sonde 140, des moyens de suspension inextensible 130 et 170, auquel est retranché la masse du volume de liquide déplacé par la sonde 140.
En première approximation, la masse des moyens de suspension inextensible 130 et 170 et le volume du moyen de suspension inextensible 170 n’est pas considérée dans le calcul de la masse résultante. Toutefois, dans la mesure où ils sont connus, ceux-ci peuvent être rajoutés afin d’améliorer la précision des résultats.
Après avoir déterminé la masse volumique du liquide 110, il est possible d’obtenir la variation du niveau du liquide 110 en fonction du volume de la sonde 140 qui est immergée. En effet, lorsque le niveau du liquide change, le volume de sonde immergée varie en proportion.
Soit h(i) un niveau initial du liquide, et h(j) un niveau après changement de niveau. La variation de volume résultante, reliée à la variation de hauteur, est :
Il convient de souligner que cette variation du niveau du liquide 110 suppose que la masse volumique du liquide 110 est constante le temps des mesures.
Par ailleurs, le niveau h(i) initial peut être également déterminé par cette méthode, pourvu que l’on connaisse le niveau de référence au sol, l’ensemble des éléments de construction de la sonde étant parfaitement connus.
Dans le cas particulier de mesures de masse volumique d’eaux, à partir de la masse volumique du liquide 110, il est possible d’en déduire directement la salinité du liquide 110 en connaissant l’équation d’état correspondante au liquide 110. Les caractéristiques de la sonde étant parfaitement connues, aucune calibration préalable n’est nécessaire.
Afin d’améliorer les mesures, le dispositif de mesure 100 peut également comprendre un thermomètre 170 et un baromètre 180 afin de connaître respectivement la température ambiante et la pression atmosphérique. Ces valeurs permettent d’obtenir des valeurs plus précises de masse volumique et de variation de niveau du liquide 110, en prenant en compte des variations d’état du liquide 110 sous l’effet de la température et de la pression.
Le dispositif de mesure 100 peut également comprendre un moyen 195 de réglage de la hauteur de la sonde 140 permettant notamment d’adapter le dispositif de mesure 100 à différentes configurations de réservoir 115. Le moyen de réglage 195 qui est ici une réglette verticale comprenant des encoches afin de maintenir le capteur de force 120 à des hauteurs prédéterminées permet également de limiter la partie immergée du premier élément 1601, afin d’augmenter la précision des mesures.
Dans des variantes de ce mode de réalisation particulier de l’invention, le moyen 130 de suspension inextensible comprend un moyen de réglage de la hauteur comprenant préférentiellement plusieurs niveaux prédéterminés.
Par ailleurs, le moyen 195 de réglage de la hauteur de la sonde 140 peut être dynamique afin de permettre de n’immerger dans un premier temps que le deuxième élément 1602de la sonde 140, pour mesurer précisément la masse volumique du liquide 110. Lorsque cette mesure de masse volumique est effectuée, une partie du premier élément 1601est immergée, ce qui permet de déterminer dans le temps des variations du niveau du liquide 110 en considérant que la masse volumique du liquide est constante sur cet intervalle de temps.
Le dispositif de mesure 100 comprend également dans le présent exemple non limitatif de l’invention une batterie électrique stockant de l’énergie électrique afin de conférer au dispositif de mesure 100 une autonomie supérieure à 5 ans.
Cette batterie peut être rechargeable et avantageusement complétée par un équipement de production autonome d’électricité afin de prolonger l’autonomie du dispositif.
Afin de réduire la consommation électrique du dispositif de mesure 100, les mesures peuvent être effectuées à intervalles réguliers, paramétrables.
En outre, le dispositif de mesure 100 comprend également un moyen 190 de transmission de données sans fil afin de communiquer les mesures effectuées à un serveur distant afin de pouvoir contrôler les caractéristiques du liquide 110 présent dans le réservoir 115 sans avoir à se déplacer. Le moyen de transmission 190 comprend ainsi un modem et une antenne reliée au circuit électronique 150.
Le serveur distant peut délivrer les données de façon continue aux utilisateurs par toute interface appropriée afin de leur en faciliter l’accès.
La figure 2 illustre un système 300 de surveillance et de mesure d’une masse volumique et d’une variation du niveau d’un liquide comprenant dans le présent exemple non limitatif de l’invention trois dispositifs 100 de mesure. Les trois dispositifs 100 de mesure comprenant chacun un une partie immergée 305 suspendue par un moyen de suspension inextensible 130 à un capteur de force 120 (« Se » pour le terme anglais « sensor » sur la figure 3), permettent de mesurer les caractéristiques d’un liquide présent dans un réservoir unique afin notamment de voir les variations de ce liquide dans le réservoir, ou de mesurer les caractéristiques de trois liquides contenus chacun dans un réservoir distinct.
Les données mesurées par les trois dispositifs 100 de mesure sont enregistrées par un enregistreur de données 310 (« Da » pour le terme anglais « Data Loger » sur la figure 2) compris par chaque dispositif 100 de mesure, puis transmises à intervalles réguliers au serveur distant 320 (« Su » pour le terme anglais « supervisor » sur la figure 2) par l’intermédiaire de moyens d’émission et de réception d’ondes, comprenant notamment un transmetteur 315 (« Tr » pour le terme anglais « transmitter » sur la figure 2) et des antennes relais 316. Il convient de souligner que la liaison sans fil utilisée est préférentiellement de type à faible consommation énergétique, tel que LPWAN (acronyme du terme anglais « Low-Power Wide-Area Network »). Les enregistreurs de données 310 font office de mémoire tampon dans la transmission des données sans fil avec le serveur distant 320.
Les données enregistrées par les dispositifs 100 de mesure sont ensuite traitées puis affichées sur un écran d’un dispositif électronique 330 permettant de contrôler ou de suivre l’état du ou des liquide(s). Le dispositif électronique 330 (« Mo » pour le terme anglais « monitor » sur la figure 2) peut être par exemple un ordinateur fixe ou portable, une tablette ou un téléphone portable intelligent (couramment appelé par le terme anglais « smartphone »).
Résultats expérimentaux
Les tableaux 1 et 2 illustrent les résultats expérimentaux obtenus avec le dispositif de 100 de mesure dans le réservoir 115 ouvert en partie supérieure, de diamètre intérieur 380 mm et de hauteur 1000 mm. Le capteur de force 120 est relié à un système d’acquisition électronique adapté permettant de convertir les variations de tension à la sortie du capteur 120 en variation de poids.
Le liquide 110 du réservoir 115 est ici de l’eau déminéralisée à laquelle est ajouté du chlorure de sodium (NaCl) en proportion variable afin de faire évoluer de façon connue la masse volumique de l’eau.
Le premier élément 1601de la sonde 140 est ici formé par un tube cylindrique plein de diamètre 40 mm, de longueur total 800 mm, de masse volumique supérieure à la masse volumique de l’eau salée.
Le deuxième élément 1602de la sonde 140 est un parallélépipède plein de cotés 178,3 mm suspendu par un de ses sommets. Le volume du deuxième élément 1602est de l’ordre de 5,67 litres (L), soit une masse volumique de 998 g/L. Préférentiellement, le deuxième élément 1602est un cube.
La masse volumique du deuxième élément 1602est différente de la masse volumique du premier élément 1601tout en étant supérieure à la masse volumique du liquide dans toutes les conditions de l’expérience.
Les moyens de suspension 130 et 170 sont ici chacun une chainette métallique fine dont la résistance à l’élongation est largement supérieure au poids de la sonde 140.
Afin de contrôler les mesures de masse volumique, il a été procédé à des mesures complémentaires, notamment dans la mesure du possible avec un conductivimètre et avec un hydromètre.
En outre, les expériences étant réalisées à une altitude de 46 mètres, la pression relative à la pression atmosphérique a été considérée comme constante et égale à 0 bar.
La température a été relevée régulièrement à l’aide du thermomètre intégré au conductivimètre.
La salinité est connue à tout moment par le calcul de la teneur en sel ajouté à l’eau déminéralisée.
La salinité peut être calculée à partir de la conductivité (par exemple à partir de la formule de Landolt-Bornstein).
La salinité et la masse volumique mesurée par la sonde 140 sont reliées à l’aide de l’équation d’état de l’eau de mer (par exemple Millero et Poisson).
La précision des mesures dépend également de la connaissance de la température et du facteur TDS (acronyme du terme anglais « Total dissolved solids » ou « Solide Dissous Totaux ») qui est notamment utilisé pour déduire directement la salinité de la conductivité.
Afin de contrôler les mesures de variation de hauteur, un limnimètre est utilisé pour contrôler le niveau du liquide dans le réservoir.
Dans un premier temps, la sonde140 est installée et immergée en prenant soin d’immerger uniquement le deuxième élément 1602de la sonde 140 dans le liquide 110.
Le tableau 1 correspond aux résultats obtenus dans ces conditions en faisant varier la salinité du liquide 110. Une comparaison entre la valeur théorique de la masse volumique avec les mesures effectuées montre une très bonne adéquation des résultats expérimentaux avec une erreur de mesure moyenne de l’ordre de 0,1 %.
| VALEURS DE SALINITE THEORIQUES COMPAREES AUX RESULTATS EXPERIMENTAUX | ||||||
| Conductivité initiale eau 518 µS ~= 274 mg/l en salinité NaCl - Temp. 20,8°C - Pression relative 0 bar | ||||||
| VALEURS EXPERIMENTALES | VALEURS THEORIQUES | |||||
| Sel cumulé g dissous dans le réservoir | Concentration en sel dissous dans le réservoir (salinité) (g/L) | Valeur Capteur mesurée (Force résultante) (g) | Force (Masse) hydrostatique déduite de cette valeur (g) | Masse Volumique déduite de la Force hydrostatique (g/L) | Masse volumique déduite de la salinité expérimentale (g/L) | Salinité déduite de la masse volumique expérimentale (g/L) |
| 14 | 0,27 | 1669 | -5660 | 998,24 | 998,25 | 0,27 |
| 24 | 0,47 | 1668 | -5661 | 998,41 | 998,4 | 0,49 |
| 74 | 1,45 | 1665 | -5664 | 998,94 | 999,14 | 1,19 |
| 84 | 1,65 | 1664 | -5665 | 999,12 | 999,29 | 1,42 |
| 109 | 2,14 | 1663 | -5666 | 999,29 | 999,66 | 1,65 |
| 119 | 2,33 | 1662 | -5667 | 999,47 | 999,81 | 1,88 |
| 144 | 2,82 | 1661 | -5668 | 999,65 | 1000,18 | 2,12 |
| 154 | 3,02 | 1659 | -5670 | 1000 | 1000,33 | 2,59 |
| 194 | 3,8 | 1655 | -5674 | 1000,71 | 1000,93 | 3,51 |
| 214 | 4,2 | 1654 | -5675 | 1000,88 | 1001,22 | 3,74 |
| 254 | 4,98 | 1653 | -5676 | 1001,06 | 1001,82 | 4,68 |
| 284 | 5,57 | 1648 | -5681 | 1001,94 | 1002,26 | 5,14 |
| 309 | 6,06 | 1645 | -5684 | 1002,47 | 1002,63 | 5,84 |
| 334 | 6,55 | 1643 | -5686 | 1003 | 1002,93 | 6,54 |
| 364 | 7,14 | 1641 | -5688 | 1003,17 | 1003,45 | 6,78 |
| 374 | 7,33 | 1639 | -5690 | 1003,53 | 1003,6 | 7,24 |
| 384 | 7,53 | 1638 | -5691 | 1003,7 | 1003,74 | 7,48 |
Dans un deuxième temps, une nouvelle série de mesure est effectuée après avoir vidé et rincé la cuve, installé la sonde 140, et rempli le réservoir d’eau déminéralisé, avec cette fois une partie du premier élément 1601afin de mesurer également la hauteur du liquide 110. Le liquide 110 est également au début de l’expérience de l’eau déminéralisé dans laquelle est dissous à intervalle régulier du sel.
Le tableau 2 présente les résultats obtenus avec une comparaison avec le niveau théorique du liquide 110 dans le réservoir 115, contrôlé par un limnimètre.
|
VALEURS THEORIQUES ET RESULTATS EXPERIMENTAUX
(VARIATION DE HAUTEUR) |
||||
| Remplissage en eau déminéralisée conductivité 3,33 µS température 20.8°C Niveau initial : 500 mm (sonde salinité 160-2 entièrement immergée) = point zéro Capteur de force sonde totale suspendue à vide = 7329 g Capteur de force sonde 160-2 entièrement immergée = 1670 g Force hydrostatique 5659 g Masse volumique de l’eau calculée 998,06 g/L Salinité de l’eau déminée déduite de la conductivité 15 mg/L Salinité de l’eau déminée déduite de la masse volumique mesurée 29 mg/L |
||||
| Quantité d'eau dans la cuve cumulée en poids d'eau déminéralisée | Hauteur d'eau dans la cuve déduite de l'eau versée | Contrôle de hauteur Limnimétrique | Force résultante Capteur à jauge de contrainte | Conversion Poids Variation de hauteur (min) |
| (cm3) | (mm) | (mm) | (g) | mm |
| Point Zéro | 0,00 | 1670 | ||
| 1000 | 8,82 | 1674 | ||
| 1900 | 16,75 | 1671 | ||
| 1925 | 16,97 | 1671 | ||
| 1930 | 17,02 | 517 | 1671 | |
| 1930 | 17,02 | 1671 | 17,00 | |
| 2000 | 17,64 | 1670 | 17,68 | |
| 3000 | 26,56 | 1658 | 26,95 | |
| 3062 | 27,11 | 1658 | 27,38 | |
| 3174 | 28,11 | 1656 | 28,47 | |
| 3286 | 29,11 | 1655 | 29,55 | |
| 3398 | 30,11 | 530 | 1654 | 30,41 |
| 4060 | 36,01 | 1647 | 36,04 | |
| 5000 | 44,39 | 1635 | 45,55 | |
| 11000 | 97,89 | 595 | 1578 | 91,19 |
| 21000 | 187,05 | 1463 | 182,24 | |
| 31000 | 276,21 | 1329 | 289,08 | |
| 41000 | 365,37 | 865 | 1234 | 365,00 |
Les tableaux 3 et 4 présentent respectivement l’influence des variations de conductivité et de température dans les conditions d’expérience, et l’erreur relative sur la salinité due à l’immersion partielle du premier élément 1601de la sonde 140.
|
Influence des variations de conductivité et température
dans les conditions d'expérience |
|||||
| mesurée | mesurée | déduite | déduite de | Conversion | variation |
| de Cond. | salinité | Poids | (erreur) max | ||
| µS | °C | mg/l | mg/l | variation de | dans les |
| conductivité | temp. | Salinité | M. Vol. | hauteur mm | conditions |
| 3,33 | 20,9 | 11 | 998,02 | 456,09 | d'expérience |
| 3,25 | 20,9 | 11 | 998,02 | 456,09 | -0,01% |
| 3,20 | 20,9 | 11 | 998,02 | 456,09 | |
| 2,30 | 20,7 | 10 | 998,07 | 456,06 | |
| 2,21 | 20,6 | 10 | 998,09 | 456,05 | |
| 1,61 | 20,6 | 10 | 998,09 | 456,05 | |
| 1,21 | 20,5 | 10 | 998,11 | 456,04 | |
| 1,14 | 20,5 | 10 | 998,11 | 456,04 | |
| 1,08 | 20,5 | 10 | 998,11 | 456,04 | |
| 0,00 | 21 | 0 | 998,08 | 456,06 |
| Erreur sur la salinité due à l'immersion partielle du premier élément 160 1 de la sonde 140 | |||||
| hauteur immergée (mm) |
Volume immergé (L) |
Erreur sur l’élément 1602 (% volume) |
Erreur relative sur la salinité | Erreur sur point zéro mal positionné (10% de la hauteur) | Erreur relative à la position sur la salinité |
| 365 | 0,46 | 7,50% | 13 mg/l | 0,75% | 1,3 mg/l |
En conclusion, il est intéressant, dans le cas de l’eau, de connaitre la Teneur en matières dissoutes (TDS) ou la salinité afin d’une part d’avoir un indicateur de potabilité de l’eau, et d’autre part un indicateur de son évolution. Les mesures traditionnelles par hydrométrie sont trop peu précises pour délivrer cette information. Les mesures par conductivimètre sont tout à fait adaptées à cette mesure, mais les instruments nécessitent une alimentation électrique s’ils sont immergés, et, de fait, ne permettent pas une surveillance continue sauf avec un coût important. La sonde 140 permet quant à elle de donner une indication de la potabilité et une indication des matières dissoutes et de leur évolution par la salinité de l’eau, sans électronique immergée et avec une consommation électrique très réduite, pourvu que la température de l’eau soit connue ou constante.
En outre, la mesure de la variation de hauteur d’eau obtenue par le dispositif de mesure 100 permet d’obtenir des mesures avec une grande précision.
Autre exemple de mode de réalisation
La figure 3 est une vue schématique d’un dispositif 200 de mesure d’une masse volumique et d’une variation du niveau du liquide 110 selon l’invention qui comprend une sonde 210 suspendue à un moyen de suspension inextensible 220 à un capteur de force 230.
La sonde 210 comprend dans le présent exemple non limitatif de l’invention une pièce unique comportant deux parties de forme distincte, l’une 2501correspondant au premier élément 1601de la sonde 140 du précédent exemple et l’autre 2502au deuxième élément 1602de la sonde 140.
Il convient de souligner que les deux éléments 250 sont soudés l’un à l’autre dans le présent exemple non limitatif de l’invention, la soudure entre les deux éléments 250 faisant office de moyen de suspension inextensible entre les deux éléments 250.
Le fonctionnement du dispositif de mesure 200 est identique au dispositif de mesure 100 du précédent exemple de réalisation.
Les variantes du dispositif de mesure 100 sont également adaptables au dispositif de mesure 200.
Claims (11)
- Dispositif (100 ; 200) de mesure d’une masse volumique et d’une variation du niveau d’un liquide (110), comprenant une sonde (140 ; 210) suspendue à un capteur de force (120 ; 230), caractérisé en ce que le capteur de force est unique, la sonde comprenant deux parties (160 ; 250) ayant chacune une masse volumique supérieure à la masse volumique du liquide, la première partie (1601 ; 2501) ayant une forme longiligne destinée à mesurer une variation du niveau du liquide, la deuxième partie (1602 ; 2502) ayant une forme quelconque d’un volume supérieur au volume de la première partie, la deuxième partie étant apte à plonger intégralement dans le liquide afin de mesurer la masse volumique dudit liquide.
- Dispositif de mesure selon la revendication 1, dans lequel la sonde est suspendue au capteur de force par un moyen de suspension inextensible, tel qu’un fil inextensible.
- Dispositif de mesure selon la revendication 1, dans lequel le rapport de volume entre la deuxième et la première partie de la sonde est quelconque.
- Dispositif de mesure selon la revendication 1, dans lequel le rapport de volume entre la deuxième et la première partie de la sonde est supérieur à 1 :10.
- Dispositif de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la masse volumique de la première partie de la sonde est égale à la masse volumique de la deuxième partie de la sonde.
- Dispositif de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la masse volumique de la première partie de la sonde est différente de la masse volumique de la deuxième partie de la sonde.
- Dispositif de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la deuxième partie de la sonde est suspendue à la première partie de la sonde par un moyen de suspension inextensible (170).
- Dispositif de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les deux parties de la sonde forment une pièce unique (240).
- Dispositif de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les deux parties de la sonde sont pleines.
- Dispositif de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant également un moyen (195) de réglage de la hauteur de la sonde par rapport au niveau du liquide.
- Dispositif de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant également un moyen (190) d’acquisition de données et de transmission sans fil.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
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Citations (7)
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2019
- 2019-10-08 FR FR1911158A patent/FR3101706B1/fr active Active
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2020
- 2020-10-08 WO PCT/FR2020/051780 patent/WO2021069844A1/fr active Application Filing
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