WO1989006346A1 - Tank level gauge with servo-controlled feeler - Google Patents

Tank level gauge with servo-controlled feeler Download PDF

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WO1989006346A1
WO1989006346A1 PCT/FR1988/000644 FR8800644W WO8906346A1 WO 1989006346 A1 WO1989006346 A1 WO 1989006346A1 FR 8800644 W FR8800644 W FR 8800644W WO 8906346 A1 WO8906346 A1 WO 8906346A1
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WO
WIPO (PCT)
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level
drum
gauge
variation
rotation
Prior art date
Application number
PCT/FR1988/000644
Other languages
French (fr)
Inventor
Danny James KHOÏ
Original Assignee
Khoi Danny James
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Khoi Danny James filed Critical Khoi Danny James
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/0023Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm with a probe suspended by a wire or thread

Definitions

  • the present invention relates to a tank level gauge with 5 slave probe.
  • a gauge of this type is for example described in FR-A-1 430 366, of the same inventor ' ; this device uses a probe suspended from a rope wound on a drum driven by a servomotor controlled by the reaction of the drum to the forces exerted on the rope.
  • the probe When the probe is at the level to be measured, its own weight is balanced by the combined actions of the vertical reaction of the medium whose level is measured (if this medium is a liquid, this vertical reaction is constituted by Archimedes' thrust) and a reaction force, equal to the apparent weight
  • has a structure which makes it conform to very strict safety standards, taking into account the risk of explosion inherent in many liquids whose level must be measured, especially liquid hydrocarbons.
  • One of the aims of the present invention is to propose such a gauge which, without compromising on the measurement accuracy, is of a more rational design in its structure, in order to reduce the manufacturing cost and to increase it. reliability.
  • Another object of the present invention is to provide such a gauge which is suitable for modern techniques of digital signal transmission and processing, by directly providing a digitized measurement signal without passing through an analog / digital converter circuit as was the case. case with conventional gauges.
  • Another object of the present invention is to provide a gauge whose zero adjustment 0 ("time setting") can be achieved by remote control.
  • Another object of the present invention is to provide a gauge which makes it possible to automatically detect two different levels within the same tank (for example, in addition to the liquid / gas interface corresponding to the surface of the liquid, the level d 'a
  • Another object of the present invention is to provide a gauge which can be made entirely autonomous, both as regards its power supply and as regards the transmission of data to a remote control center; this will avoid the use of connecting cables (power and data transmission) which can be • very long (typically several kilometers, in the case of refineries for example, or even several tens of kilometers in the case of oil pipelines and pipelines).
  • the apparatus of the present invention has a number of design features which ensure that it consumes much less electrical energy than conventional apparatus, thereby making it possible to envisage the possibility of self- power (for example from photovoltaic cells), while such a possibility was incompatible with the level of consumption of current devices.
  • the apparatus of the present invention makes it possible to provide a subsidiary function of concentrator of the signals collected by the various sensors of the same reservoir (levels, pressures, temperatures, etc.), this information being possibly directly processed in situ by the device (for example, to calculate the volume and or the mass of the liquid remaining in the tank), the information, raw or processed, thus collected is then transmitted in block by means of wireless transmission to a remote control station.
  • Another object of the present invention is to be able to significantly increase the measurement height, while maintaining the same accuracy.
  • conventional devices such as those described in the aforementioned FR-A-1 430 366, are limited to a maximum tank height of 25 meters, corresponding for example to the storage spheres of liquefied petroleum gas. It will indeed be seen that the invention, because of its particular measurement system, makes it possible to raise this maximum height without difficulty to approximately 50 meters, always with an accuracy of ⁇ 1 mm, which has the advantage of allowing use of this gauge with liquefied natural gas tanks, the height of which is generally 45 meters.
  • the present invention provides a feeler type gauge enslaved, that is to say comprising (as in FR-A-1 430 366):
  • - servomotor control means operating in response to the detector means so as to actuate the servomotor until the probe is repositioned at the level to be gauged, - means for measuring the rotation of the drum, delivering a signal depending on the length of unrolled line, representative of the level to be gauged,
  • this gauge has the following combination of characteristics:
  • the servomotor is a stepper servomotor
  • the detector means are means indicating the existence or not of a variation of the reaction force and, in the event of variation, the direction of this variation,
  • the control means are means for causing, in the event of a detected variation, the rotation of a motor pitch in the opposite direction to the direction of the detected variation, and
  • the measurement means are means for counting / counting down the number of engine rotation steps.
  • the number of steps per revolution of the engine and the diameter of the drum are chosen so that, for each pitch of rotation of the engine, the drum rotates at its periphery by an arc length equal to a unit of level measurement, so that the counting / down counting of the number of engine rotation steps directly delivers a numerical value representative of the level measured in the tank;
  • the detection means comprise a first magnetic crown integral in rotation with the drum rotor and provided with a plurality of permanent magnets, a second magnetic crown integral in rotation with the rotor of the booster and provided with a plurality of permanent magnets, so that the reaction torque applied to the drum rotor results from the component tangential of the magnetic forces due to the angular offsetdes between the two magnetic rings, and means for detecting variations ⁇ of the angular offset ⁇ between the two rings, this variation of the offset corresponding to variations in the reaction force and therefore to variations the relative position of the probe relative to the level to be gauged;
  • the means for detecting angular offset variations are photoelectric means comprising a photoreceptor photoemitter assembly mounted on a support integral in rotation with one
  • - means are provided for detecting variations in a second angular offset value, making it possible to detect a second level inside the tank, in particular the level of a
  • - Means are provided for detecting variations of a third angular offset value corresponding to a reaction force greater than the self-weight of the probe, so as to cause the latter to rise and come into abutment against a surface d
  • Means are provided for adjusting the angular position of the support of the photoemitter / photoreceptor assembly, so that
  • these adjustment means advantageously include, driven by a a radial rod, u
  • the angular encoder disc is made integral in rotation with the drum roto by means of a magnetic coupling don the homologous elements are located on either side of a paro
  • FIG. 1 is a sectional view, in elevation, of the gauge of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-section along the line II-II in FIG. 1, showing the two magnetic rings facing each other,
  • - Figure 3 is a detailed view of the angular encoder disc and the optical readers with which it cooperates
  • - Figures 4 and 5 are detailed views of the support plate of one of these optical readers, to illustrate the way in which their setpoint adjustment is adjusted, this plate being seen respectively along line IV-IV of FIG. 3 and along line VV of FIG. 4,
  • - Figures 6 and 7 represent the position of the various photoelectric elements of the reader optical with respect to the sectors of the encoder disc, respectively in the case of detection of the level and in that of resetting the counter to zero
  • FIG. 8 is an electrical diagram showing the configuration of the various measurement circuits
  • Figure 9 is a detail showing the shape of the brushes of the collector.
  • FIG. 10 is an overview showing the gauge placed at the top of a tank and equipped with its photovoltaic supply e of its means of wireless data transmission.
  • the reference 100 generally designates the gauge housing, for example made of aluminum, this housing essentially comprising a central element 101 entirely dividing, and sealingly, the gauge in two parts: part I, at left of the middle broken line, brings together the purely mechanical organs and, after closing by a cover 102, will form a sealed enclosure in communication with the sky of the tank; the fact that this part I contains only mechanical parts, it is not necessary to take special precautions with regard to safety, except to ensure sufficient resistance to the pressure prevailing in the tank (typically 25 to 50 bars in the case of liquefied gases).
  • the second part II contains all of the electromechanical (in particular the servomotor 150) and electronic organs, which will be isolated on the one hand from the interior volume of part I due to the central block 101 which has no opening, and on the other hand from the ambient atmosphere by a closing cover 103 forming an explosion-proof enclosure; this cover 103 may optionally include a window 104 in the rear part allowing an operator to read indications presented by a display device (for example a liquid crystal display) placed inside the explosion-proof housing.
  • a display device for example a liquid crystal display
  • conduit 105 is provided for the passage of the power and antenna cables, as will be explained in more detail with reference to FIG. 10; this passage will of course be completely closed by a cable gland so as to maintain the seal and the character explosion-proof enclosure.
  • the echanic part I is of classical construction, comparable to that of the current gauges. 5 It essentially comprises a drum 200 on which is wound a rope (not visible in the section of FIG. 1) at the end of which is suspended a probe (generally denser than the medium to be gauged, partially submerged on the surface of the medium Typically, the rope is made up of a metallic wire with a very low 0 temperature coefficient of 6/10 e of mm in diameter, the probe is for example a metallic aluminum disc of 150 mm in diameter and mass 150 g.
  • the casing is extended in the lower part by a foot 106 which will be fixed to the top of the tank to be gauged (FIG. 10), this foot being provided with the central part of an orifice 107 for guiding the probe wire.
  • This rope is wound on the drum 200 whose outer peripheral surface 201 is machined with very high dimensional precision so that the measured angle of rotation of the drum corresponds as closely as possible to the length of rope wound or unwound by this.
  • the drum 200 is provided with a central hub 202 integral in rotation - but not in translation - with a central drive shaft 21 (note: the elements integral in rotation with the drum will always be designated by a reference of the form 2xx) .
  • the rotary drive 2 of the hub 202, and therefore of the drum 200, is provided by a key 20 sliding axially in a groove homologous to the drive shaft 210.
  • the drive shaft 210 is supported at one of its ends by a bearing 211 mounted on a chair 110 ensuring the support of the assembly
  • the chair 110 is rigidly mounted on the central part 101 of the card by means of fixing screws 111-.
  • the hub 202 is closed by an end piece comprising a threaded orifice 204 engaged on a hollow endless vi 120 mounted on the chair 110 (note: the fixed elements c 'is to say integral with the housing 100, will all be designated by a reference of the form lxx).
  • the hollow worm is crossed by the shaft
  • the shaft 210 carries a crown 220 (also visible in FIG. 2) comprising a plurality of peripheral magnets 221 in even number (eight in the example shown), including the north axis south is oriented radially and whose magnetization is reversed by a magnet to the neighbor, all the poles facing inwards of these magnets being joined by an annular yoke 222 made of mild steel.
  • this configuration makes it possible, through the continuous wall 108 (of non-magnetic material, for example aluminum) of the central part 101 of the casing, to slide a magnetic coupling with a ring of homologous magnets 320 comparable, integral with the servomotor rotor.
  • the magnets can be screwed or glued to the cylinder head (the magnets must indeed resist forces of attraction exerted by the homologous magnets located opposite) and embedded or inserted in a protective covering (resin or nylon for example).
  • the shaft 210 also carries a second ring 230 of magnets 231, for example four in number (FIG. 2), of cylindrical shape with their main magnetic axis oriented axially, these magnets being provided at their free end with a pole piece 231 allowing them to conform to the inclination of the wall 108 of the central part 105 of the casing which is opposite, and are joined at their other end by a culase 232 made of mild steel in the form of a flat crown.
  • This second series of magnets 230 cooperates, as will be indicated below, with a homologous ring 240 of magnets 241 placed opposite, on the other side of the wall 109, in order to cause rotation of an angular encoder disc 246.
  • the essential part located in this part II is a movable assembly 300 driven by the shaft 311 of the booster 160, the stator of which is mounted on a fixed plate 130 secured to the casing 100 (note: in the same manner as above, all the members secured in rotation of this moving part will bear a reference of the form 3xx).
  • the mobile assembly carries a crown 320 of magnets 321 (also visible in FIG. 2), homologous to the crown 220 of magnets 221 secured to the drive shaft of the drum.
  • magnets are in number equal to that of the magnets of the crown 220, with a reverse magnetization direction so as to achieve an attraction effect between the magnets facing each other; all the poles facing outwards of the magnets 321 are joined by a cylinder head 322 made of mild steel.
  • photoelectric means essentially comprising a photoemitter / photoreceptor assembly 330 (for example, a light-emitting diod (LED) placed opposite a photodiode), which will be called hereafter "optical reader”.
  • This optical reader is of conventional type, and one can for example use a model such as l
  • This optical reader is integral with the crew 300 (donating identically to the crown 320), and cooperates with an angular coding disc (that is to say a disc comprising concentric tracks alternately having alternately opaque sectors e
  • the disc 246 is mounted coaxially on an equipment rack receiving a ring 240 of magnets 241 joined by a pole piece 242,
  • magnets 231 located opposite the shaft 210, on the other side of the non-magnetic wall 109.
  • these magnets 241 have their axially oriented magnetic axis and are provided with a pole piece 243 conforming to the wall 109. This equipment is supported by two bearings 244 (mounted on the part
  • the electrical connections between the moving part 300 (which carries the optical reader 330) and the rest of the circuits mounted fixed on the casing are provided by a rotary joint formed by a series of annular tracks 340 d sposées on a plate 312 (these tracks are shown schematically in FIG. 8) and cooperating with a series of brushes 140 fixed on the plate 130 already supporting the servomotor 160.
  • the brushes 140 which consist of conventional bent elastic blades, are arranged alternately from one track to another and are in even number, so that the forces of friction of these brushes 140 on the tracks 340 does not produce a different friction torque from one direction of rotation to the other, so as not to distort the measurements.
  • the plate 312 also supports a series of electronic cards represented schematically at 400, arranged in a square around the servomotor 160.
  • a drum circumference 200 is chosen which, measured in millimeters, is a multiple of the number of steps per revolution of rotation of the booster; this makes it possible to directly have an indication of the length of rope unwound or wound up by counting or counting down the number of motor rotation steps (ie the number of control pulses sent to it): the cumulative value of this count gives directly the absolute value of the length of the unwound rope and therefore the level in the tank.
  • the angular encoder 140, 246 is only used to detect the presence or absence of a variation ⁇ with respect to the set value ⁇ and does not carry out any measurement of this variation ⁇ nor of the angle ⁇ ) or an analog sensor (as in FR-A-1 430 366) followed by an analog / digital converter, since the servomotor itself performs the double drive function d on the one hand and measurement on the other hand, this measurement being by nature very digital since it is a stepping motor.
  • a drum whose circumference is 480 mm, with a servomotor 160 whose output shaft rotates by one revolution for 480 steps (for example a 48-step motor is used with an output train gears ratio 10: 1): thus, for each step of rotation of the motor, we will have unwound or wound exactly 1 mm of rope, and it will suffice to count or count the number of steps, without any conversion, to obtain directly the length of the rope in metric units (for other units of measurement, it suffices to choose a drum with a circumference of different value).
  • the device for detecting the relative difference between the crew 300 and the drum 200 comprising the encoder disc 246 integral in rotation with the drum on which the fili is wound (we ignore the 'magnetic coupling 231, 241, which plays no functional role), and the optical reader 330 integral in rotation with the moving element 300 driven by the servomotor.
  • the optical reader 330 includes two LED / photodiod pairs
  • the encoder disc 246 carries the sectors illustrated in FIG. 6 such that, if there is no variation, the photodiodes 335A and 335B are all obscured. If, for example, the level in the tank drops, the apparent weight of the probe will increase due to its lower immersion e thus causing an imbalance increasing the angle ⁇ : due to this variation, one of the photodiodes, for example the photodiode 335A will be obscured by the corresponding transparent track of the disc 246, thus becoming illuminated by the LED located opposite. On the other hand, the photodiode 335B will not change state, since it will always be in front of an opaque window of the disc 246.
  • This information will be transmitted to servo means (described in more detail below with reference to FIG. 8) which will cause the sending of a pulse to the servomotor step by step in the direction tending to restore the level d 'initial immersion, i.e. in the direction allowing an additional length of rope to be unwound in order to bring the probe down to the new level to be gauged.
  • the photodiode 335B will be deactivated, causing the servomotor to rotate in the opposite direction in order to raise the probe until it returns to its initial level of immersion, corresponding to the new level to be gauged.
  • a second optical reader 330 ′ is provided, identified with the optical reader 330, and cooperating with tracks on the same disc 24 arranged in an identical manner.
  • the only difference from the optical reader 330 is that this optical reader 330 'is set to a sliding angle ⁇ ' different from the angle ⁇ corresponding to the level of the liquid / gas interface.
  • This second set value can in particular correspond to a liquid liquid interface such as an oil / water interface.
  • a third optical reader 330 " of a structure comparable to optical readers 330 and 330 ', but comprising (FIG. 7) a third LED / photodiode couple 335C aligned on the median radius and cooperating with a third track of the encoder disc comprising only "a narrow window, appreciably the width of the photodiode 335C.
  • the photodiodes 335A and 335B control the servomotor in exactly the same way as in the case of the optical readers 330 and 330", but with an adjustment of the set position on a sliding angle ⁇ "corresponding to an apparent weight greater than the self-weight of the probe in air (for example a setting at 4N (400 gf) for a probe having a mass of 250 g).
  • This brief electrical pulse will be used as a reset pulse for the servomotor step counter so that, after reconnecting to one of the optical readers 330 or 330 'to make a level measurement, the cumulative value of the number of steps
  • a very simple and fully automatic reset of the system is thus obtained ("time setting"), since it is obtained simply by adding a third optical reader 330 "to the encoder disc 246, and since the resetting the time is done by simple switching of the optical readers
  • This switching can therefore be remote-controlled, for example, or triggered automatically at periodic intervals, without the intervention of an operator and a fortiori without the latter having ⁇ need to physically access the gauge organs; this last point is particularly interesting when you remember that these gauges are often placed at the top of tanks several tens of meters high (in oil refineries, for example), are eg accessible, and can also be very distant (from several kilometers or tens of kilometers) from the control room.
  • each optical reader for example the optical reader 330 is fixed on a plate 331 (seen in isolation from above in FIG. 4 and in fac in FIG. 5 in isolation) comprising two oblong slots 332 coming to engage in counterparts 351 secured to the crew body
  • the optical reader 330 is thus guaranteed a degree of freedom and rotation around the central axis of the gauge (ie the axis of the angular coder 246).
  • the fine adjustment of the desired position is achieved by means 35 comprising an eccentric 353 movable inside a homologous lumen 333 of the plate 331.
  • This eccentric which moves in rest in a tangential plane, is driven by a radial rod 352 emerging in a radial orifice 355 easily accessible from outside the body of the crew 300.
  • a spring 354 allows the rod 352 to be immobilized in the desired position.
  • these adjustment means 350 are extremely easy to handle by the operator, to which it suffices to remove the cover 103 (FIG. 1) to directly access the three orifices 355, 355 'and 355 "allowing the respective adjustment. setpoint positions of each of the three optical readers, this adjustment being for example carried out by means of a simple screwdriver.
  • the control signals of the electronic circuits are those delivered by the three optical readers 330 330 'and 330 "which we have just described.
  • the three photodiodes 335A (figures 6 and 7) are coupled in parallel on the one of the circuits of the rotary joint 140 1 340, the corresponding sign being brought to a control unit 410 (for example, microcomputer), on an S + input thereof.
  • the three photodiodes 335B are mounted in parallel and connected to the S- d input of this same control unit 410.
  • the photodiode 335C of the optical reader 335 " its signal is applied to a reset RZ input while the common point of all the photodiodes is connected at the common mass.
  • Switching to one of the three optical readers 330, 330 'or 330 "s is done by means of a switch 420 which selectively supplies only one of the three inputs E, E' and E" for supplying the LEDs of the optical readers.
  • the optical reader 330 In position A, the optical reader 330 will be switched to slave the system to a set point corresponding to the level of the liquid to be gauged; in position A ', the optical reader 330' will be switched, slaving the system on an oil / water interface, while for position A ", the probe will be raised until it comes into abutment with the plane reference, this coming into abutment producing, as indicated above, a brief impulse which will be found on the reset input RZ of the control unit 410.
  • the control of the switch 420 can be carried out manually, automatically by the control unit 410 (which triggers, for example at periodic intervals, a "reset to the time" of the system), or even by remote control from a remote control station.
  • control unit 410 When the control unit 410 detects the appearance of a variation with respect to the set point, it sends to a unit 430 for controlling the servomotor 160 a pulse causing the latter to rotate in
  • This counter is indicated on a display 440, for example visible through the window 104 (FIG. 1), this display & giving directly, as indicated above, the length of the unwound rope, and therefore the level of the tank , without any other form of conversion.
  • the information produced by the control unit 410 is transmitted remotely on a bus 411, for example using the RS-232 standard, this bus can also transmit, in addition
  • 35 derivatives calculated in situ by the control unit 410, for example the density of the liquid, the volume of the latter in the reservoir, its mass, etc.
  • a high frequency transmitter circuit 450 delivering signals to an antenna 451 which can be placed (FIG. 10) above the gauge and supported by it; as the gauge is generally located at the top of a large tank, it is advantageous to be able to place an antenna in this high point.
  • the high frequency circuit 450 can also include receiver circuits receiving orders sent from a remote control room and transmitting these to the control unit via the bus 411, which is then bidirectional. For example, you can remotely switch from level measurement to that of the oil / water interface, resetting the system time, etc.
  • a power supply 480 comprising a panel of photovoltaic cells 481 supplying a regulator 482 making it possible to charge a series of batteries 483 (for example Cd-Ni batteries ensuring the supply of the various electrical circuits and electronic.
  • the electromechanical members of the gauge of the present invention are all members with low consumption, a necessary condition to be able to supply them with solar energy (the efficiency of the photovoltaic cells is indeed generally very weak and only allows a low voltage).
  • the use of a stepping servomotor ensures that the consumption thereof is practically zero when the system is in the equilibrium position, then no impulse is sent to it as long as this equilibrium remains.
  • the use of purely magnetic couplings ensures that these couplings do not consume any energy to maintain the equilibrium position.
  • FIG. 10 shows the general layout of the various elements of the power supply 480, which can in particular be placed in a parallelepiped trunk of small thickness overhanging the gauge, but of length and width sufficiently large to be able to receive a substantial number of cells photovoltaic 481 and, in addition, provides a sun visor and / or weather protection function for the gauge located below. It can also be seen that this configuration does not prevent easy access to the various organs of the gauge, access which will be obtained simply by removing the protective casings 102 and 103, the supply cabinet remaining mounted on the central part 101 of the casing of the gauge, itself mounted on the foot 106 fixed to the tank.

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Abstract

The gauge comprises a drum (200) on which is wound a line at the end of which is suspended a feeler which, when taking a measurement, comes to the level to be gauged, its weight being balanced both by the reaction of the medium whose level is detected and by a reaction force imposed to the line via a reaction torque applied to the drum rotor; a reversible servo-motor (160) for driving the drum; means for detecting variations of said reaction force, indicating a variation of the relative position of the feeler with respect to the level to be gauged; servo-motor control means, operating in response to the detection means so as to actuate the servo-motor until the feeler is repositioned to the level to be gauged; means for measuring the drum rotation, delivering a signal which is a function of the unwound line length, representative of the level to be gauged. According to the invention, the servo-motor is a stepping servo-motor (160), the detection means are means which indicate the presence or absence of a reaction force variation and, in the case of variation, the direction of such variation; the control means are means which cause, upon a detected variation, the rotation of the motor by one step in the direction contrary to the direction of the detected variation; and the measuring means are means for counting up/counting down the number of rotation steps of the motor.

Description

JAUGEUR DE NIVEAU DE RÉSERVOIR À PALPEUR ASSERVI RESERVOIR LEVEL GAUGE WITH CONTROLLED PROBE
La présente invention concerne un jaugeur de niveau de réservoir à 5 palpeur asservi.The present invention relates to a tank level gauge with 5 slave probe.
Un jaugeur de ce type est par exemple décrit dans le FR-A-1 430 366, du même inventeur '; cette appareil utilise un palpeur suspendu à un filin enroulé sur un tambour entraîné par un servomoteur asservi sur la ° réaction du tambour aux efforts exercés sur le filin. Lorsque le palpeur se trouve au niveau à mesurer, son poids propre est équilibré par les actions conjuguées de la réaction verticale du milieu dont on mesure le niveau (si ce milieu est un liquide, cette réaction verticale est constituée par la poussée d'Archimède) et d'une force de réaction, égale au poids apparentA gauge of this type is for example described in FR-A-1 430 366, of the same inventor ' ; this device uses a probe suspended from a rope wound on a drum driven by a servomotor controlled by the reaction of the drum to the forces exerted on the rope. When the probe is at the level to be measured, its own weight is balanced by the combined actions of the vertical reaction of the medium whose level is measured (if this medium is a liquid, this vertical reaction is constituted by Archimedes' thrust) and a reaction force, equal to the apparent weight
~-° du palpeur partiellement immergé, imposée au filin via un couple de réaction correspondant appliqué au rotor du tambour. En cas de variation du niveau, le poids apparent du palpeur va varier et la variation corrélative de la force de réaction sera détectée et provoquera la mise en route du servomoteur réversible jusqu'au repositionnement du palpeur au ~ - ° of the partially submerged probe, imposed on the rope via a corresponding reaction torque applied to the drum rotor. If the level changes, the apparent weight of the probe will vary and the corresponding change in the reaction force will be detected and will cause the reversible actuator to start up until the probe is repositioned at
20 niveau à jauger.20 level to gauge.
Ce type de jaugeur est employé avec succès depuis près de 25 ans ; il procure en effet une précision absolue de l'ordre de ± 1 mm sur 25 mètres} précision qui ne peut être atteinte ou dépassée que par des dispositifs beaucoup plus complexes et moins robustes. En outre, le dispositif précitéThis type of gauge has been used successfully for almost 25 years; it in fact provides absolute precision of the order of ± 1 mm over 25 meters} precision which can only be achieved or exceeded by much more complex and less robust devices. In addition, the aforementioned device
^ possède une structure qui le rend conforme aux normes très strictes de' sécurité, compte tenu des risques de déflagration inhérents à de nombreux liquides dont on doit mesurer le niveau, tout particulièrement les hydrocarbures liquides.^ has a structure which makes it conform to very strict safety standards, taking into account the risk of explosion inherent in many liquids whose level must be measured, especially liquid hydrocarbons.
L'un des buts de la présente invention est de proposer un tel jaugeur qui, sans compromis sur la précision de mesure, soit d'une conception plus rationnelle dans sa structure, afin d'en diminuer le coût de fabrication et d'en accroître la fiabilité.One of the aims of the present invention is to propose such a gauge which, without compromising on the measurement accuracy, is of a more rational design in its structure, in order to reduce the manufacturing cost and to increase it. reliability.
Un autre but de la présente invention est de proposer un tel jaugeur qui soit adapté aux techniques modernes de transmission et de traitement numérique du signal, en fournissant directement un signal de mesure numérisé sans passer par un circuit convertisseur analogique/ numérique comme c'était le cas avec les jaugeurs classiques.Another object of the present invention is to provide such a gauge which is suitable for modern techniques of digital signal transmission and processing, by directly providing a digitized measurement signal without passing through an analog / digital converter circuit as was the case. case with conventional gauges.
Un autre but de la présente invention est de proposer un jaugeur dont le 0 réglage du zéro ("mise à l'heure") puisse être réalisé par télécommande.Another object of the present invention is to provide a gauge whose zero adjustment 0 ("time setting") can be achieved by remote control.
Un autre but de la présente invention est de proposer un jaugeur qui permette de détecter automatiquement deux niveaux différents à l'intérieur d'un même réservoir (par exemple, outre l'interface liquide/gaz correspondant à la surface du liquide, le niveau d'uneAnother object of the present invention is to provide a gauge which makes it possible to automatically detect two different levels within the same tank (for example, in addition to the liquid / gas interface corresponding to the surface of the liquid, the level d 'a
-~^ interface huile/eau au sein du liquide) de façon entièrement automatique et sans augmentation significative de la complexité d'ensemble du système.- ~ ^ oil / water interface within the liquid) fully automatically and without significantly increasing the overall complexity of the system.
Un autre but de la présente invention est de proposer un jaugeur qui puisse être rendu entièrement autonome, à la fois en ce qui concerne son alimentation et en ce qui concerne la transmission des données vers un centre de contrôle distant ; on évitera ainsi le recours à des câbles de liaison (d'alimentation et de transmission de données) qui peuvent être très longs (typiquement plusieurs kilomètres, dans le cas des raffineries par exemple, ou même plusieurs dizaines de kilomètres dans le cas des oléoducs et gazoducs).Another object of the present invention is to provide a gauge which can be made entirely autonomous, both as regards its power supply and as regards the transmission of data to a remote control center; this will avoid the use of connecting cables (power and data transmission) which can be very long (typically several kilometers, in the case of refineries for example, or even several tens of kilometers in the case of oil pipelines and pipelines).
Le coût de ces liaisons par câbles est en effet d'autant plus élevé que l'ensemble du système doit être réalisé, dans la plupart des cas, entièrement en sécurité intrinsèque (notion définie par la norme CENELEC), ce qui impose un certain nombre de choix particuliers de conception du système de télémesure. Concernant ce dernier point, on se reportera notamment au FR-A-2 545 248, du même inventeur, qui propose un tel système de télémesure en sécurité intrinsèque).The cost of these cable connections is in fact higher the more the whole system must be made, in most cases, entirely intrinsically safe (concept defined by the CENELEC standard), which imposes a certain number specific design choices for the telemetry system. Regarding this last point, reference is made in particular to FR-A-2,545,248, by the same inventor, which offers such an intrinsically safe telemetry system).
A cet égard, l'appareil de la présente invention présente un certain nombre de caractéristiques de conception qui lui assurent une consommation d'énergie électrique très inférieure à celle des appareils classiques, permettant par là même d'envisager la possibilité de l'auto- alimenter (par exemple à partir de cellules photovoltaïques), alors qu'une telle possibilité était incompatible avec le niveau de consommation des appareils actuels.In this regard, the apparatus of the present invention has a number of design features which ensure that it consumes much less electrical energy than conventional apparatus, thereby making it possible to envisage the possibility of self- power (for example from photovoltaic cells), while such a possibility was incompatible with the level of consumption of current devices.
En outre, comme on le verra par la suite, l'appareil de la présente invention permet d'assurer une fonction subsidiaire de concentrateur des signaux recueillis par les différents capteurs d'un même réservoir (niveaux, pressions, températures, etc.), ces informations étant éventuellement directement traitées in situ par l'appareil (par exemple, pour calculer le volume et ou la masse du liquide subsistant dans le réservoir), les informations, brutes ou traitées, ainsi collectées étant ensuite transmises en bloc par des moyens de transmission sans fil à un poste de contrôle distant.In addition, as will be seen below, the apparatus of the present invention makes it possible to provide a subsidiary function of concentrator of the signals collected by the various sensors of the same reservoir (levels, pressures, temperatures, etc.), this information being possibly directly processed in situ by the device (for example, to calculate the volume and or the mass of the liquid remaining in the tank), the information, raw or processed, thus collected is then transmitted in block by means of wireless transmission to a remote control station.
Un autre but de la présente invention est de pouvoir augmenter de façon significative la hauteur de mesure, tout en conservant la même précision. En effet, les dispositifs classiques tels que ceux décrits dans le FR-A- 1 430 366 précité, sont limités à une hauteur de réservoir maximale de 25 mètres, correspondant par exemple aux sphères de stockage de gaz de pétrole liquéfié. On verra en effet que l'invention, du fait de son système de mesure particulier, permet de porter cette hauteur maximale sans difficulté à 50 mètres environ, toujours avec une précision de ± 1 mm, ce qui a l'avantage de permettre l'utilisation de ce jaugeur avec les réservoirs de gaz naturel liquéfié, dont la hauteur est généralement de 45 mètres.Another object of the present invention is to be able to significantly increase the measurement height, while maintaining the same accuracy. Indeed, conventional devices such as those described in the aforementioned FR-A-1 430 366, are limited to a maximum tank height of 25 meters, corresponding for example to the storage spheres of liquefied petroleum gas. It will indeed be seen that the invention, because of its particular measurement system, makes it possible to raise this maximum height without difficulty to approximately 50 meters, always with an accuracy of ± 1 mm, which has the advantage of allowing use of this gauge with liquefied natural gas tanks, the height of which is generally 45 meters.
A cet effet, la présente invention propose un jaugeur du type à palpeu asservi, c'est à dire comprenant (comme dans le FR-A-1 430 366) :To this end, the present invention provides a feeler type gauge enslaved, that is to say comprising (as in FR-A-1 430 366):
— un tambour sur lequel est enroulé un filin à l'extrémité duquel est suspendu un palpeur qui, lors d'une mesure, doit venir au niveau à g jauger, son poids y étant équilibré à la fois par la réaction du milieu dont on détecte le niveau et par une force de réaction imposée au filin via un couple de réaction appliqué au rotor du tambour,- a drum on which is wound a rope at the end of which hangs a probe which, during a measurement, must come to the level to be gauged, its weight being balanced there at once by the reaction of the medium which is detected the level and by a reaction force imposed on the rope via a reaction torque applied to the drum rotor,
— un servomoteur réversible d'entraînement de ce tambour,- a reversible servomotor for driving this drum,
— des moyens détecteurs des variations de cette force de réaction, Q indiquant une variation de la position relative du palpeur par rapport au niveau à jauger,Means for detecting variations in this reaction force, Q indicating a variation in the relative position of the probe relative to the level to be gauged,
— des moyens de commande du servomoteur, fonctionnant en réponse aux moyens détecteurs de manière à actionner le servomoteur jusqu'à repositionnement du palpeur au niveau à jauger, — des moyens de mesure de la rotation du tambour, délivrant un signal fonction de la longueur de filin déroulée, représentatif du niveau à jauger,- servomotor control means, operating in response to the detector means so as to actuate the servomotor until the probe is repositioned at the level to be gauged, - means for measuring the rotation of the drum, delivering a signal depending on the length of unrolled line, representative of the level to be gauged,
De façon caractéristique de la présente invention, ce jaugeur présente la combinaison de caractéristiques suivante :Characteristically of the present invention, this gauge has the following combination of characteristics:
— le servomoteur est un servomoteur pas à pas,- the servomotor is a stepper servomotor,
— les moyens détecteurs sont des moyens indiquant l'existence ou non d'une variation de la force de réaction et, en cas de variation, le sens de cette variation,The detector means are means indicating the existence or not of a variation of the reaction force and, in the event of variation, the direction of this variation,
— les moyens de commande sont des moyens pour provoquer, en cas de variation détectée, la rotation d'un pas du moteur dans le sens contraire du sens de la variation détectée, etThe control means are means for causing, in the event of a detected variation, the rotation of a motor pitch in the opposite direction to the direction of the detected variation, and
— les moyens de mesure sont des moyens de comptage/décomptage du nombre de pas de rotation du moteur.- The measurement means are means for counting / counting down the number of engine rotation steps.
Selon un certain nombre d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention :According to a certain number of other advantageous characteristics of the invention:
— le nombre de pas par tour du moteur et le diamètre du tambour sont choisis de manière que, pour chaque pas de rotation du moteur, le tambour tourne à sa périphérie d'une longueur d'arc égale à une unité de mesure du niveau, de sorte que le comptage/décomptage du nombre de pas de rotation du moteur délivre directement une valeur numérique représentative du niveau mesuré dans le réservoir ;The number of steps per revolution of the engine and the diameter of the drum are chosen so that, for each pitch of rotation of the engine, the drum rotates at its periphery by an arc length equal to a unit of level measurement, so that the counting / down counting of the number of engine rotation steps directly delivers a numerical value representative of the level measured in the tank;
— les moyens de détection comprennent une première couronne magnétique solidaire en rotation du rotor de tambour et pourvue d'une pluralité d'aimants permanents, une seconde couronne magnétique solidaire en rotation du rotor du servomoteur et pourvue d'une pluralité d'aimants permanents, de sorte que le couple de réaction appliqué au rotor de tambour résulte de la composante tangentielle des forces magnétiques dues au décalage angulaire θ entre les deux couronnes magnétiques, et des moyens détecteurs de variations Δθ du décalage angulaire θ entre les deux couronnes, ce variations du décalage correspondant à des variations de la force d 5 réaction et donc à des variations de la position relative du palpeu par rapport au niveau à jauger ;The detection means comprise a first magnetic crown integral in rotation with the drum rotor and provided with a plurality of permanent magnets, a second magnetic crown integral in rotation with the rotor of the booster and provided with a plurality of permanent magnets, so that the reaction torque applied to the drum rotor results from the component tangential of the magnetic forces due to the angular offset deux between the two magnetic rings, and means for detecting variations Δθ of the angular offset θ between the two rings, this variation of the offset corresponding to variations in the reaction force and therefore to variations the relative position of the probe relative to the level to be gauged;
— les moyens détecteurs des variations de décalage angulaire sont de moyens photoélectriques comprenant un ensemble photoémetteur photorécepteur monté sur un support solidaire en rotation de l'unThe means for detecting angular offset variations are photoelectric means comprising a photoreceptor photoemitter assembly mounted on a support integral in rotation with one
10 des couronnes, coopérant avec un disque codeur angulaire solidair en rotation de l'autre couronne ;10 of the rings, cooperating with an angular encoder disc integral in rotation with the other ring;
— il est prévu des moyens détecteurs des variations d'une second valeur de décalage angulaire, permettant de détecter un secon niveau à l'intérieur du réservoir, notamment le niveau d'un- means are provided for detecting variations in a second angular offset value, making it possible to detect a second level inside the tank, in particular the level of a
---* interface huile/eau ;--- * oil / water interface;
— il est prévu des moyens détecteurs des variations d'une troisièm valeur de décalage angulaire correspondant à une force de réactio supérieure au poids propre du palpeur, de manière à provoquer un remontée et une venue en butée de celui-ci contre une surface d- Means are provided for detecting variations of a third angular offset value corresponding to a reaction force greater than the self-weight of the probe, so as to cause the latter to rise and come into abutment against a surface d
20 référence et à délivrer une impulsion de remise à zéro des moyen de comptage/décomptage lorsque la force de tension du filin franchi la valeur de force de réaction correspondante ;20 reference and to deliver a reset pulse to the up / down counting means when the tension force of the rope exceeds the corresponding reaction force value;
— il est prévu des moyens d'ajustement de la position angulaire d support de l'ensemble photoémetteur/photorécepteur, de manière- Means are provided for adjusting the angular position of the support of the photoemitter / photoreceptor assembly, so that
25 ajuster le décalage angulaire entre ce support et la position d référence du disque codeur angulaire sur la position correspondant pour un milieu de densité donnée, à la position exacte du palpeur a niveau à jauger, ces moyens d'ajustement comprenan avantageusement, entraîné par une une tige radiale, u25 adjust the angular offset between this support and the reference position of the angular encoder disc on the corresponding position for a medium of given density, at the exact position of the level probe to be gauged, these adjustment means advantageously include, driven by a a radial rod, u
30 excentrique mobile dans un plan tangentiel coopérant avec un lumière du support de l'ensemble photoémetteur/photorécepteur ;30 eccentric movable in a tangential plane cooperating with a light of the support of the photoemitter / photoreceptor assembly;
— le disque codeur angulaire est rendu solidaire en rotation du roto de tambour par l'intermédiaire d'un accouplement magnétique don les éléments homologues sont situés de part et d'autre d'une paro- the angular encoder disc is made integral in rotation with the drum roto by means of a magnetic coupling don the homologous elements are located on either side of a paro
*** amagnétique séparant également les deux couronnes magnétiques*** non-magnetic also separating the two magnetic crowns
— il est prévu des moyens autonomes d'alimentation et des moyens d télétransmission des informations délivrées par les moyens d mesure.- Autonomous means of supply and means of remote transmission of the information delivered by the measuring means are provided.
40 D'autres caractéristiques et avantages de la présente inventio apparaîtront la lecture de la description détaillée ci-dessous d'un mode d réalisation, en référence aux dessins annexés sur lesquels :40 Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the detailed description below of an embodiment, with reference to the appended drawings in which:
— la figure 1 est une vue en coupe, en élévation, du jaugeur de l 45 présente invention, — la figure 2 est une coupe transversale, selon la ligne II-II de la figure 1, montrant les deux couronnes magnétiques en vis-à-vis,FIG. 1 is a sectional view, in elevation, of the gauge of the present invention, FIG. 2 is a cross-section along the line II-II in FIG. 1, showing the two magnetic rings facing each other,
— la figure 3 est une vue détaillée du disque codeur angulaire et des lecteurs optiques avec lesquels il coopère, — les figures 4 et 5 sont des vues de détail de la platine support de l'un de ces lecteurs optiques, permettant d'illustrer la manière dont on ajuste leur réglage de consigne, cette platine étant vue respectivement selon la ligne IV-IV de la figure 3 et selon la ligne V-V de la figure 4, , — les figures 6 et 7 représentent la position des différents éléments photoélectriques du lecteur optique par rapport aux secteurs du disque codeur, respectivement dans le cas de la détection du niveau et dans celui de la remise à zéro du compteur,- Figure 3 is a detailed view of the angular encoder disc and the optical readers with which it cooperates, - Figures 4 and 5 are detailed views of the support plate of one of these optical readers, to illustrate the way in which their setpoint adjustment is adjusted, this plate being seen respectively along line IV-IV of FIG. 3 and along line VV of FIG. 4,, - Figures 6 and 7 represent the position of the various photoelectric elements of the reader optical with respect to the sectors of the encoder disc, respectively in the case of detection of the level and in that of resetting the counter to zero,
— la figure 8 est un schéma électrique montrant la configuration des différents circuits de mesure,FIG. 8 is an electrical diagram showing the configuration of the various measurement circuits,
— • la figure 9 est un détail montrant la forme des balais du collecteur, et- • Figure 9 is a detail showing the shape of the brushes of the collector, and
— la figure 10 est une vue d'ensemble montrant le jaugeur placé au sommet d'un réservoir et équipé de son alimentation photovoltaïque e de ses moyens de transmission hertzienne des données.- Figure 10 is an overview showing the gauge placed at the top of a tank and equipped with its photovoltaic supply e of its means of wireless data transmission.
Sur la figure 1, la référence 100 désigne de façon générale le carter du jaugeur, par exemple réalisé en aluminium, ce carter comprenant essentiellement un élément central 101 divisant entièrement, et de façon étanche, le jaugeur en deux parties : la partie I, à gauche de la ligne brisée médiane, rassemble les organes purement mécaniques et, après fermeture par un capot 102, formera une enceinte étanche en communication avec le ciel du réservoir ; du fait que cette partie I ne contient que des organes mécaniques, il n'est pas nécessaire de prendre de précautions particulières en ce qui concerne la sécurité, si ce n'est pour assurer une tenue suffisante à la pression régnant dans le réservoir (typiquement de l'ordre de 25 à 50 bars dans le cas de gaz liquéfiés).In FIG. 1, the reference 100 generally designates the gauge housing, for example made of aluminum, this housing essentially comprising a central element 101 entirely dividing, and sealingly, the gauge in two parts: part I, at left of the middle broken line, brings together the purely mechanical organs and, after closing by a cover 102, will form a sealed enclosure in communication with the sky of the tank; the fact that this part I contains only mechanical parts, it is not necessary to take special precautions with regard to safety, except to ensure sufficient resistance to the pressure prevailing in the tank (typically 25 to 50 bars in the case of liquefied gases).
En revanche, la seconde partie II, à droite de la ligne brisée médiane, renferme l'ensemble des organes électromécaniques (notamment le servomoteur 150) et électroniques, qui se trouveront isolés d'une part du volume intérieur de la partie I du fait du bloc central 101 qui ne présente aucune ouverture, et d'autre part de l'atmosphère ambiante par un capot de fermeture 103 formant une- enceinte antidéflagrante ; ce capot 103 peut éventuellement comporter une fenêtre 104 en partie arrière permettant la lecture par un opérateur d'indications présentées par un dispositif d'affichage (par exemple un afficheur à cristaux liquides) placé à l'intérieur du boîtier antidéflagrant.On the other hand, the second part II, to the right of the middle broken line, contains all of the electromechanical (in particular the servomotor 150) and electronic organs, which will be isolated on the one hand from the interior volume of part I due to the central block 101 which has no opening, and on the other hand from the ambient atmosphere by a closing cover 103 forming an explosion-proof enclosure; this cover 103 may optionally include a window 104 in the rear part allowing an operator to read indications presented by a display device (for example a liquid crystal display) placed inside the explosion-proof housing.
Enfin, il est prévu un conduit 105 pour le passage des câbles d'alimentation et d'antenne, comme cela sera expliqué plus en détail à propos de la figure 10 ; ce passage sera bien entendu entièrement obturé par un presse-étoupe de manière à conserver l'étanchéité et le caractère antidéflagrant de l'enceinte.Finally, a conduit 105 is provided for the passage of the power and antenna cables, as will be explained in more detail with reference to FIG. 10; this passage will of course be completely closed by a cable gland so as to maintain the seal and the character explosion-proof enclosure.
La partie écanique I est de construction classique, comparable à cell des jaugeurs actuels. 5 Elle comprend essentiellement un tambour 200 sur lequel est enroul un filin (non visible sur la coupe de la figure 1) au bout duquel es suspendu un palpeur (généralement plus dense que le milieu à jauger venant partiellement s'immerger à la surface du milieu à jauger. Typiquement, le filin est constitué d'un fil métallique à très faibl 0 coefficient de température de 6/10e de mm de diamètre, le palpeur étan par exemple un disque métallique en aluminium de 150 mm de diamètr et de masse 150 g.The echanic part I is of classical construction, comparable to that of the current gauges. 5 It essentially comprises a drum 200 on which is wound a rope (not visible in the section of FIG. 1) at the end of which is suspended a probe (generally denser than the medium to be gauged, partially submerged on the surface of the medium Typically, the rope is made up of a metallic wire with a very low 0 temperature coefficient of 6/10 e of mm in diameter, the probe is for example a metallic aluminum disc of 150 mm in diameter and mass 150 g.
Le carter est prolongé en partie basse par un pied 106 qui viendra s fixer au sommet du réservoir à jauger (figure 10), ce pied étant pourvu e 5 partie centrale d'un orifice 107 de guidage du filin de palpeur.The casing is extended in the lower part by a foot 106 which will be fixed to the top of the tank to be gauged (FIG. 10), this foot being provided with the central part of an orifice 107 for guiding the probe wire.
Ce filin vient s'enrouler sur le tambour 200 dont la surface périphériqu extérieure 201 est usinée avec une très grande précision dimensionnelle de sorte que l'angle de rotation mesuré du tambour corresponde le plu exactement possible à la longueur de filin enroulée ou déroulée par cettThis rope is wound on the drum 200 whose outer peripheral surface 201 is machined with very high dimensional precision so that the measured angle of rotation of the drum corresponds as closely as possible to the length of rope wound or unwound by this.
* rotation.* rotation.
Le tambour 200 est pourvu d'un moyeu central 202 solidaire en rotatio — mais non en translation — d'un arbre d'entraînement central 21 (nota : les éléments solidaires en rotation du tambour seront tou désignés par une référence de la forme 2xx). L'entraînement en rotatio 2 du moyeu 202, et donc du tambour 200, est assuré par une clavette 20 coulissant axialement dans une gorge homologue de l'arbr d'entraînement 210.The drum 200 is provided with a central hub 202 integral in rotation - but not in translation - with a central drive shaft 21 (note: the elements integral in rotation with the drum will always be designated by a reference of the form 2xx) . The rotary drive 2 of the hub 202, and therefore of the drum 200, is provided by a key 20 sliding axially in a groove homologous to the drive shaft 210.
L'arbre d'entraînement 210 est supporté à l'une de ses extrémités pa un palier 211 monté sur une chaise 110 assurant le support de l'ensemblThe drive shaft 210 is supported at one of its ends by a bearing 211 mounted on a chair 110 ensuring the support of the assembly
30 arbre-tambour en laissant pendre librement le filin enroulé sur c dernier ; à son autre extrémité, l'arbre 210 est supporté par un palier 21 monté sur la pièce centrale 101 du carter.30 shaft-drum, allowing the coiled rope to hang freely on the latter; at its other end, the shaft 210 is supported by a bearing 21 mounted on the central part 101 of the casing.
La chaise 110 est montée rigidement sur la pièce centrale 101 du carte au moyen de vis de fixation 111-.The chair 110 is rigidly mounted on the central part 101 of the card by means of fixing screws 111-.
^5 A l'opposé de l'arbre d'entraînement, le moyeu 202 est fermé par un pièce d'extrémité comportant un orifice taraudé 204 engagé sur une vi sans fin creuse 120 montée sur la chaise 110 (nota : les éléments fixes c'est à dire solidaires du carter 100, seront tous désignés par un référence de la forme lxx). lia vis sans fin creuse est traversée par l'arbr^ 5 Opposite the drive shaft, the hub 202 is closed by an end piece comprising a threaded orifice 204 engaged on a hollow endless vi 120 mounted on the chair 110 (note: the fixed elements c 'is to say integral with the housing 100, will all be designated by a reference of the form lxx). The hollow worm is crossed by the shaft
40 210 pour permettre l'appui de celui-ci sur le palier 211 formant roulemen d'extrémité ; on obtient ainsi un couple de frottement en rotation minimal assurant typiquement une sensibilité de détection de variation de la forc de réaction exercée sur le palpeur de l'ordre de 0,03 N (3 gf).40 210 to allow the support thereof on the bearing 211 forming an end bearing; a minimal rotational friction torque is thus obtained, typically ensuring a detection sensitivity of variation of the reaction force exerted on the probe of the order of 0.03 N (3 gf).
Cette configuration permet, lorsque le tambour est entraîné en rotationThis configuration allows, when the drum is rotated
45 déroulant ou enroulant une certaine longueur de filin, de lui faire subi simultanément une translation axiale (flèche 205) permettant de maintenir le filin toujours à l'aplomb de l'orifice 107, malgré l'enroulement ou le déroulement d'une certaine longueur de celui-ci à la périphérie du tambour. Du côté de la partie centrale 101 du carter, l'arbre 210 porte une couronne 220 (visible également figure 2) comportant une pluralité d'aimants périphériques 221 en nombre pair (huit sur l'exemple représenté), dont l'axe nord-sud est orienté radialement et dont la magnétisation est inversée d'un aimant au voisin, l'ensemble des pôles tournés vers l'intérieur de ces aimants étant réunis par une culasse annulaire 222 en acier doux.45 unwinding or winding a certain length of rope, to subject it simultaneously an axial translation (arrow 205) making it possible to keep the rope still in line with the orifice 107, despite the winding or unwinding of a certain length thereof at the periphery of the drum. On the side of the central part 101 of the casing, the shaft 210 carries a crown 220 (also visible in FIG. 2) comprising a plurality of peripheral magnets 221 in even number (eight in the example shown), including the north axis south is oriented radially and whose magnetization is reversed by a magnet to the neighbor, all the poles facing inwards of these magnets being joined by an annular yoke 222 made of mild steel.
Comme on le décrira par la suite, cette configuration permet de réaliser, au travers de la paroi continue 108 (en matériau amagnétique, par exemple en aluminium) de la pièce centrale 101 du carter, un accouplement magnétique glissant avec une couronne d'aimants homologue 320 comparable, solidaire du rotor du servomoteur.As will be described later, this configuration makes it possible, through the continuous wall 108 (of non-magnetic material, for example aluminum) of the central part 101 of the casing, to slide a magnetic coupling with a ring of homologous magnets 320 comparable, integral with the servomotor rotor.
En ce qui concerne la réalisation de cette couronne (de même que celle des couronnes 320, 230 et 240, que l'on décrira par la suite), les aimants peuvent être vissés ou collés à la culasse (les aimants doivent en effet résister aux forces d'attraction exercées par les aimants homologues situés en vis-à-vis) et noyés ou insérés dans un habillage protecteur (résine ou nylon par exemple).With regard to the production of this crown (as well as that of the crowns 320, 230 and 240, which will be described later), the magnets can be screwed or glued to the cylinder head (the magnets must indeed resist forces of attraction exerted by the homologous magnets located opposite) and embedded or inserted in a protective covering (resin or nylon for example).
L'arbre 210 porte également une seconde couronne 230 d'aimants 231, par exemple au nombre de quatre (figure 2), de forme cylindrique avec leur axe magnétique principal orienté axialement, ces aimants étant pourvus à leur extrémité libre d'une pièce polaire 231 leur permettant de se conformer à l'inclinaison de la paroi 108 de la pièce centrale 105 du carter qui se trouve en vis à vis, et sont réunis à leur autre extrémité par une culase 232 en acier doux en forme de couronne plate. Cette seconde série d'aimants 230 coopère, comme on l'indiquera par la suite, avec une couronne homologue 240 d'aimants 241 placés en vis-à-vis, de l'autre côté de la paroi 109, afin d'entraîner en rotation un disque codeur angulaire 246.The shaft 210 also carries a second ring 230 of magnets 231, for example four in number (FIG. 2), of cylindrical shape with their main magnetic axis oriented axially, these magnets being provided at their free end with a pole piece 231 allowing them to conform to the inclination of the wall 108 of the central part 105 of the casing which is opposite, and are joined at their other end by a culase 232 made of mild steel in the form of a flat crown. This second series of magnets 230 cooperates, as will be indicated below, with a homologous ring 240 of magnets 241 placed opposite, on the other side of the wall 109, in order to cause rotation of an angular encoder disc 246.
Ayant décrit la partie purement mécanique I (à gauche sur la figure 1), on va maintenant décrire la partie électromécanique et électronique II (à droite sur la figure 1) ; comme on l'a déjà mentionné plus haut, ces deux parties sont physiquement séparées par la pièce centrale 101 du carter 100 qui assure une étanchéité totale entre ses deux faces, le couplage étant uniquement assuré par effet magnétique au travers des parois étanches et continues 108, 109.Having described the purely mechanical part I (on the left in FIG. 1), we will now describe the electromechanical and electronic part II (on the right in FIG. 1); as already mentioned above, these two parts are physically separated by the central part 101 of the casing 100 which provides total sealing between its two faces, the coupling being only ensured by magnetic effect through the watertight and continuous walls 108 , 109.
La pièce essentielle située dans cette partie II est un équipage mobile 300 entraîné par l'arbre 311 du servomoteur 160 dont le stator monté sur une platine fixe 130 solidaire du carter 100 (nota : de la même manière que précédemment, tous les organes solidaires en rotation de cet équipage mobile porteront une référence de la forme 3xx). Tout d'abord, l'équipage mobile porte une couronne 320 d'aimants 321 (visible également figure 2), homologue de la couronne 220 d'aimants 221 solidaire de l'arbre d'entraînement du tambour. Ces aimants sont en nombre égal à celui des aimants de la couronne 220, avec un sens de magnétisation inverse de manière à réaliser un effet d'attraction entre les aimants en vis-à-vis ; l'ensemble des pôles tournés vers l'extérieur des aimants 321 sont réunis par une culasse 322 en acier doux.The essential part located in this part II is a movable assembly 300 driven by the shaft 311 of the booster 160, the stator of which is mounted on a fixed plate 130 secured to the casing 100 (note: in the same manner as above, all the members secured in rotation of this moving part will bear a reference of the form 3xx). First of all, the mobile assembly carries a crown 320 of magnets 321 (also visible in FIG. 2), homologous to the crown 220 of magnets 221 secured to the drive shaft of the drum. These magnets are in number equal to that of the magnets of the crown 220, with a reverse magnetization direction so as to achieve an attraction effect between the magnets facing each other; all the poles facing outwards of the magnets 321 are joined by a cylinder head 322 made of mild steel.
Comme on peut le voir sur la figure 2, il existe entre les couronnes d'aimants 321 et 221 un décalage angulaire θ dû à la force de réaction 0 compensant le poids apparent F du palpeur partiellement immergé. Cet angle de glissement θ est ainsi caractéristique du niveau d'immersion d palpeur, pour un poids de palpeur donné et pour un milieu de densit donnée. Toute variation Δθ en plus ou en moins de cet angle de glissement θ indiquera que le poids apparent du palpeur a varié, soit dans un sens soit dans l'autre, donc que le palpeur n'est plus exactement au niveau jauger et qu'il y aura alors lieu d'actionner le servomoteur réversible 160 en sens inverse jusqu'à rétablissement du niveau d'immersion initial.As can be seen in Figure 2, there is between the magnet rings 321 and 221 an angular offset θ due to the reaction force 0 compensating for the apparent weight F of the partially submerged probe. This sliding angle θ is thus characteristic of the probe immersion level, for a given probe weight and for a medium of given density. Any variation Δθ in more or less of this sliding angle θ will indicate that the apparent weight of the probe has varied, either in one direction or in the other, therefore that the probe is no longer exactly at the gauging level and that it It will then be necessary to actuate the reversible servomotor 160 in the opposite direction until the initial immersion level is restored.
La détection de cette condition, c'est à dire la détection des variations Δθ de l'angle de glissement θ autour d'une valeur prédéterminée, est réaliséThe detection of this condition, that is to say the detection of the variations Δθ of the sliding angle θ around a predetermined value, is carried out
20 par des moyens photoélectriques comprenant essentiellement u ensemble photoémetteur/photorécepteur 330 (par exemple, une diod électroluminescente (LED) placée en vis-à-vis d'une photodiode), que l'o appellera par la suite "lecteur optique". Ce lecteur optique est de typ conventionnel, et l'on peut par exemple utiliser un modèle tel que l20 by photoelectric means essentially comprising a photoemitter / photoreceptor assembly 330 (for example, a light-emitting diod (LED) placed opposite a photodiode), which will be called hereafter "optical reader". This optical reader is of conventional type, and one can for example use a model such as l
-** KLH 212 commercialisé par MCB, ou tout lecteur comparable.- ** KLH 212 marketed by MCB, or any comparable reader.
Ce lecteur optique est solidaire de l'équipage 300 (tournant don identiquement à la couronne 320), et coopère avec un disque codeu angulaire (c'est à dire un disque comportant des pistes concentriques présentant alternativement des secteurs alternativement opaques eThis optical reader is integral with the crew 300 (donating identically to the crown 320), and cooperates with an angular coding disc (that is to say a disc comprising concentric tracks alternately having alternately opaque sectors e
30 transparents s'interposant entre la LED et la photodiode du lecteu optique), ce disque tournant identiquement à la couronne 220, c'est à dire identiquement au tambour.30 transparencies interposed between the LED and the photodiode of the optical reader), this disc rotating identically at the crown 220, that is to say identically at the drum.
Plus précisément, le disque 246 est monté coaxialement sur un équipag recevant une couronne 240 d'aimants 241 réunis par une pièce polaire 242,More specifically, the disc 246 is mounted coaxially on an equipment rack receiving a ring 240 of magnets 241 joined by a pole piece 242,
35 en nombre égal aux aimants 231 situés en vis-à-vis sur l'arbre 210, d l'autre côté de la paroi amagnétique 109. Comme les aimants 231, ces aimants 241 ont leur axe magnétique orienté axialement et sont pourvus d'une pièce polaire 243 se conformant à la paroi 109. Cet équipage est supporté par deux paliers 244 (monté sur la parti35 equal in number to the magnets 231 located opposite the shaft 210, on the other side of the non-magnetic wall 109. Like the magnets 231, these magnets 241 have their axially oriented magnetic axis and are provided with a pole piece 243 conforming to the wall 109. This equipment is supported by two bearings 244 (mounted on the part
4 centrale 101 du carter) et 245 (monté sur l'équipage mobile 300), et il es monté fou de sorte que, fonctionnellement, on peut le considérer comm solidaire en rotation de l'arbre 210 (c'est pour cette raison que tous se éléments sont référencés sous la forme 2xx), en faisant abstraction d système à accouplement magnétique constitué par les aimants 231, 244 central 101 of the casing) and 245 (mounted on the moving element 300), and it is mounted insane so that, functionally, it can be considered comm integral in rotation with the shaft 210 (it is for this reason that all these elements are referenced in the form 2xx), disregarding a system with magnetic coupling constituted by the magnets 231, 24
4 qui ne présente aucun glissement (à la différence de l'accouplemen constitué par les aimants 221, 321).4 which shows no slippage (unlike the coupling constituted by magnets 221, 321).
Enfin, les liaisons électriques entre l'équipage mobile 300 (qui porte l lecteur optique 330) et le reste des circuits montés fixes sur le carter son assurées par un joint tournant formé d'une série de pistes annulaires 340 d sposées sur une platine 312 (ces pistes sont représentées de faço schématique sur la figure 8) et coopérant avec une série de balais 140 fixé sur la platine 130 supportant déjà le servomoteur 160.Finally, the electrical connections between the moving part 300 (which carries the optical reader 330) and the rest of the circuits mounted fixed on the casing are provided by a rotary joint formed by a series of annular tracks 340 d sposées on a plate 312 (these tracks are shown schematically in FIG. 8) and cooperating with a series of brushes 140 fixed on the plate 130 already supporting the servomotor 160.
De préférence, .comme illustré plus en détail sur la figure 9, les balais 140, qui sont constitués de lames élastiques coudées classiques, son disposés alternés d'une piste à l'autre et sont en nombre pair, de manière que les efforts de frottement de ces balais 140 sur les pistes 340 ne produisent pas de couple de frottement différent d'un sens de rotation à l'autre, afin de ne pas fausser les mesures.Preferably, as illustrated in more detail in FIG. 9, the brushes 140, which consist of conventional bent elastic blades, are arranged alternately from one track to another and are in even number, so that the forces of friction of these brushes 140 on the tracks 340 does not produce a different friction torque from one direction of rotation to the other, so as not to distort the measurements.
La platine 312 supporte également une série de cartes électroniques représentées schématiquement en 400, disposées en carré autour du servomoteur 160.The plate 312 also supports a series of electronic cards represented schematically at 400, arranged in a square around the servomotor 160.
Par ailleurs, et de façon caractéristique de l'invention, on choisit une circonférence de tambour 200 qui, mesurée en millimètres, soit un multiple du nombre de pas par tour de rotation du servomoteur ; ceci permet de disposer directement d'une indication de la longueur de filin déroulée ou enroulée en comptant ou décomptant le nombre de pas de rotation du moteur (c'est à dire le nombre d'impulsions de commande qui lui ont été envoyées) : la valeur cumulée de ce comptage donne directement la valeur absolue de la longueur de filin déroulée et donc le niveau dans le réservoir.Furthermore, and characteristically of the invention, a drum circumference 200 is chosen which, measured in millimeters, is a multiple of the number of steps per revolution of rotation of the booster; this makes it possible to directly have an indication of the length of rope unwound or wound up by counting or counting down the number of motor rotation steps (ie the number of control pulses sent to it): the cumulative value of this count gives directly the absolute value of the length of the unwound rope and therefore the level in the tank.
On évite ainsi de passer par un codeur angulaire (en effet, le codeur angulaire 140, 246 ne sert qu'à détecter la présence ou l'absence d'une variation Δθ par rapport à la valeur de consigne θ et n'effectue aucune mesure de cette variation Δθ ni de l'angle θ) ou un capteur analogique (comme dans le FR-A-1 430 366) suivi d'un convertisseur analogique/ numérique, puisque le servomoteur assure lui-même la double fonction d'entraînement d'une part et de mesure d'autre part, cette mesure étant par nature même numérique puisqu'il s'agit d'un moteur pas-à-pas.This avoids going through an angular encoder (in fact, the angular encoder 140, 246 is only used to detect the presence or absence of a variation Δθ with respect to the set value θ and does not carry out any measurement of this variation Δθ nor of the angle θ) or an analog sensor (as in FR-A-1 430 366) followed by an analog / digital converter, since the servomotor itself performs the double drive function d on the one hand and measurement on the other hand, this measurement being by nature very digital since it is a stepping motor.
Par exemple, on prévoit un tambour dont la circonférence est de 480 mm, avec un servomoteur 160 dont l'arbre de sortie tourne d'un tour pour 480 pas (on utilise par exemple un moteur à 48 pas/tour avec en sortie un train d'engrenages de rapport 10 : 1) : ainsi, pour chaque pas de rotation du moteur, on aura déroulé ou enroulé exactement 1 mm de filin, et il suffira de compter ou décompter le nombre de pas, sans aucune conversion, pour obtenir directement la longueur du filin en unité métrique (pour d'autres unités de mesure, il suffit de choisir un tambour ayant une circonférence de valeur différente). La figure 3 décrit plus en détail la structure du dispositif de détection d l'écart relatif entre l'équipage 300 et le tambour 200, comprenant le disqu codeur 246 solidaire en rotation du tambour sur lequel est enroulé le fili (on fait abstration de l'accouplement magnétique 231,241, qui ne jou aucun rôle fonctionnel), et le lecteur optique 330 solidaire en rotation d l'équipage mobile 300 entraîné par le servomoteur.For example, there is provided a drum whose circumference is 480 mm, with a servomotor 160 whose output shaft rotates by one revolution for 480 steps (for example a 48-step motor is used with an output train gears ratio 10: 1): thus, for each step of rotation of the motor, we will have unwound or wound exactly 1 mm of rope, and it will suffice to count or count the number of steps, without any conversion, to obtain directly the length of the rope in metric units (for other units of measurement, it suffices to choose a drum with a circumference of different value). FIG. 3 describes in more detail the structure of the device for detecting the relative difference between the crew 300 and the drum 200, comprising the encoder disc 246 integral in rotation with the drum on which the fili is wound (we ignore the 'magnetic coupling 231, 241, which plays no functional role), and the optical reader 330 integral in rotation with the moving element 300 driven by the servomotor.
Cet ensemble est destiné, comme indiqué plus haut, à détecte l'apparition d'une variation Δθ du décalage angulaire θ, en indiquan également le sens de cette variation (augmentation ou diminution de θ). A cet effet, le lecteur optique 330 comporte deux couples LED/photodiodThis assembly is intended, as indicated above, to detect the appearance of a variation Δθ of the angular offset θ, also indicating the direction of this variation (increase or decrease in θ). To this end, the optical reader 330 includes two LED / photodiod pairs
335A et 335B légèrement décalés de part et d'autre d'un rayon médian. L disque codeur 246 porte les secteurs illustrés sur la figure 6 tels que, e l'absence de variation, les photodiodes 335A et 335B sont toutes deu occultées. Si, par exemple, le niveau dans le réservoir vient à baisser, le poid apparent du palpeur va augmenter du fait de son immersion moindre e provoquer ainsi un déséquilibre augmentant l'angle θ : du fait de cette variation, l'une des photodiodes, par exemple la photodiode 335A, va se trouver désoccultée par la piste transparente correspondante du disqu 246, devenant ainsi illuminée par la LED se trouvant en vis à vis. E revanche, la photodiode 335B ne changera pas d'état, puisqu'elle se trouvera toujours en face d'une fenêtre opaque du disque 246.335A and 335B slightly offset on either side of a median radius. The encoder disc 246 carries the sectors illustrated in FIG. 6 such that, if there is no variation, the photodiodes 335A and 335B are all obscured. If, for example, the level in the tank drops, the apparent weight of the probe will increase due to its lower immersion e thus causing an imbalance increasing the angle θ: due to this variation, one of the photodiodes, for example the photodiode 335A will be obscured by the corresponding transparent track of the disc 246, thus becoming illuminated by the LED located opposite. On the other hand, the photodiode 335B will not change state, since it will always be in front of an opaque window of the disc 246.
Cette information sera transmise à des moyens d'asservissemen (décrits plus en détail par la suite en référence à la figure 8) qu provoqueront l'envoi d'une impulsion au servomoteur pas-à-pas dans le sens tendant à rétablir le niveau d'immersion initial, c'est à dire dans le sens permettant de dérouler une longueur supplémentaire de filin afin d faire redescendre le palpeur jusqu'au nouveau niveau à jauger.This information will be transmitted to servo means (described in more detail below with reference to FIG. 8) which will cause the sending of a pulse to the servomotor step by step in the direction tending to restore the level d 'initial immersion, i.e. in the direction allowing an additional length of rope to be unwound in order to bring the probe down to the new level to be gauged.
Inversement, en cas de remontée du liquide, c'est la photodiode 335B qu se trouvera désoccultée, provoquant une rotation du servomoteur dans l sens opposé afin de faire remonter le palpeur jusqu'à ce qu'il retrouve so niveau d'immersion initial, correspondant au nouveau niveau à jauger.Conversely, in the event of a rise in the liquid, the photodiode 335B will be deactivated, causing the servomotor to rotate in the opposite direction in order to raise the probe until it returns to its initial level of immersion, corresponding to the new level to be gauged.
Avantageusement, il est prévu un second lecteur optique 330', identiqu au lecteur optique 330, et coopérant avec des pistes du même disque 24 disposées de façon identique. La seule différence par rapport au lecteu optique 330 tient au fait que ce lecteur optique 330' est réglé sur un angl de glissement θ' différent de l'angle θ correspondant au niveau d l'interface liquide/gaz.Advantageously, a second optical reader 330 ′ is provided, identified with the optical reader 330, and cooperating with tracks on the same disc 24 arranged in an identical manner. The only difference from the optical reader 330 is that this optical reader 330 'is set to a sliding angle θ' different from the angle θ corresponding to the level of the liquid / gas interface.
Cette seconde valeur de consigne peut notamment correspondre à un interface liquide liquide telle qu'une interface huile/eau. Si l'on utilise l lecteur optique 330' en lieu et place du lecteur optique 330, on asservir ainsi la position du palpeur non plus sur le niveau proprement dit d liquide dans le réservoir, mais sur un poids apparent plus faibl correspondant à une interface liquide/liquide (par exemple 1,4 N (140 gf au lieu de 1,85 N (185 gf), pour un palpeur de masse 250 g et un liquide de densité δ = 1,6) : l'asservissement fonctionne alors en "suiveur d'interface" au lieu de fonctionner en "suiveur de niveau".This second set value can in particular correspond to a liquid liquid interface such as an oil / water interface. If the optical reader 330 ′ is used in place of the optical reader 330, the position of the probe is no longer controlled on the actual level of liquid in the reservoir, but on a lower apparent weight corresponding to an interface liquid / liquid (e.g. 1.4 N (140 gf instead of 1.85 N (185 gf), for a 250 g mass probe and a liquid with density δ = 1.6): the servo then operates as an "interface follower" instead of operating as a "follower level".
5 _Q est également prévu, toujours coopérant avec le même disque codeur5 _Q is also provided, always cooperating with the same encoder disc
246, un troisième lecteur optique 330", de structure comparable aux lecteurs optiques 330 et 330', mais comportant (figure 7) un troisième couple LED/photodiode 335C aligné sur le rayon médian et coopérant avec une troisième piste du disque codeur ne comprenant qu'une étroite fenêtre, sensiblement de la largeur de la photodiode 335C. Les photodiodes 335A et 335B asservissent le servomoteur exactement de la même manière que dans le cas des lecteurs optiques 330 et 330', mais avec un réglage de la position de consigne sur un angle de glissement θ" correspondant à un poids apparent supérieur au poids propre du palpeur dans l'air (par 15 exemple un réglage à 4N (400 gf) pour un palpeur ayant une masse de 250 g).246, a third optical reader 330 ", of a structure comparable to optical readers 330 and 330 ', but comprising (FIG. 7) a third LED / photodiode couple 335C aligned on the median radius and cooperating with a third track of the encoder disc comprising only "a narrow window, appreciably the width of the photodiode 335C. The photodiodes 335A and 335B control the servomotor in exactly the same way as in the case of the optical readers 330 and 330", but with an adjustment of the set position on a sliding angle θ "corresponding to an apparent weight greater than the self-weight of the probe in air (for example a setting at 4N (400 gf) for a probe having a mass of 250 g).
On conçoit que, de la sorte, l'asservissement va provoquer une remontée du palpeur sur toute la hauteur du réservoir sans trouver de position d'équilibre, puisque le poids, du palpeur sera toujours inférieur à la valeurIt is understood that, in this way, the servo-control will cause the probe to rise over the entire height of the tank without finding an equilibrium position, since the weight of the probe will always be less than the value
20 de consigne permettant d'arrêter l'asservissement. Cette remontée va se produire jusqu'à ce que le palpeur vienne en butée contre la face inférieure 150 (figure 1) du support du jaugeur. A cet instant, le palpeur étant immobilisé, la rotation prolongée du servomoteur va mettre sous tension la portion de filiii comprise entre le tambour et le palpeur, et cet 20 setpoint for stopping the servo-control. This rise will occur until the probe comes into abutment against the underside 150 (Figure 1) of the gauge support. At this instant, the probe being immobilized, the prolonged rotation of the servomotor will energize the portion of filiii between the drum and the probe, and this
^ effort de tension va très rapidement atteindre la force de consigne de l'asservissement (4 N (400gf) dans l'exemple donné), stabilisant le servomoteur sur cette valeur. A l'instant précis où la valeur de consigne va se trouver atteinte, la fenêtre de la piste intérieure du disque 246 va désocculter pendant un court instant la photodiode 335C, produisant en^ tension force will very quickly reach the setpoint force of the servo (4 N (400gf) in the example given), stabilizing the servomotor at this value. At the precise moment when the set value will be reached, the window of the internal track of the disc 246 will obscure for a short time the photodiode 335C, producing in
3 sortie de celle-ci une brève impulsion électrique.3 output from it a brief electrical pulse.
Cette brève impulsion électrique sera utilisée comme impulsion de remise à zéro du compteur de pas du servomoteur de sorte que, après que l'on se soit reconnecté sur l'un des lecteurs optiques 330 ou 330' pour procéder à une mesure de niveau, la valeur cumulée du nombre des pasThis brief electrical pulse will be used as a reset pulse for the servomotor step counter so that, after reconnecting to one of the optical readers 330 or 330 'to make a level measurement, the cumulative value of the number of steps
35 de commande du servomoteur donnera la valeur absolue de la longueur de filin déroulée à partir de la position de venue en butée, c'est à dire la valeur absolue du niveau comptée à partir de la surface de référence 150.35 of the actuator control will give the absolute value of the length of rope unwound from the stop position, ie the absolute value of the level counted from the reference surface 150.
On obtient ainsi une remise à zéro du système ("mise à l'heure") très simple et entièrement automatique, puisqu'elle obtenue simplement par ^0 adjonction d'un troisième lecteur optique 330" sur le disque codeur 246, et puisque la remise à l'heure se fait par simple commutation des lecteurs optiques. Cette commutation peut de ce fait être par exemple télécommandée, ou déclenché automatiquement à intervalles périodiques, sans intervention d'un opérateur et a fortiori sans que celui-ci n'ait ^ besoin d'accéder physiquement aux organes du jaugeur ; ce dernier point est particulièrement intéressant lorsque l'on se souvient que ces jaugeur sont souvent disposés au sommet de réservoirs de plusieurs dizaines d mètres de haut (dans les raffineries de pétrole, par exemple), sont pe accessibles, et peuvent être en outre très éloignés (de plusieurs kilomètre ou dizaines de kilomètres) de la salle de contrôle.A very simple and fully automatic reset of the system is thus obtained ("time setting"), since it is obtained simply by adding a third optical reader 330 "to the encoder disc 246, and since the resetting the time is done by simple switching of the optical readers This switching can therefore be remote-controlled, for example, or triggered automatically at periodic intervals, without the intervention of an operator and a fortiori without the latter having ^ need to physically access the gauge organs; this last point is particularly interesting when you remember that these gauges are often placed at the top of tanks several tens of meters high (in oil refineries, for example), are eg accessible, and can also be very distant (from several kilometers or tens of kilometers) from the control room.
On va maintenant décrire le montage mécanique des lecteurs optique 330, 330' et 330". (identique pour chacun de ces trois lecteurs), montag dont la conception permet de simplifier au maximum l'ajustement de positions de consigne (c'est à dire des angles θ, θ' et θ") correspondant chacu des trois lecteurs optiques.We will now describe the mechanical assembly of the optical readers 330, 330 'and 330 ". (Identical for each of these three readers), montag whose design makes it possible to simplify the adjustment of setpoint positions as much as possible (i.e. angles θ, θ 'and θ ") corresponding to each of the three optical readers.
A cet effet, chaque lecteur optique, par exemple le lecteur optique 330 est fixé sur une platine 331 (vue isolément de dessus figure 4 et de fac figure 5 isolément) comportant deux lumières oblongues 332 venan s'engager sur des pions homologues 351 solidaires du corps de l'équipagTo this end, each optical reader, for example the optical reader 330 is fixed on a plate 331 (seen in isolation from above in FIG. 4 and in fac in FIG. 5 in isolation) comprising two oblong slots 332 coming to engage in counterparts 351 secured to the crew body
300 (figure 1) : on assure ainsi au lecteur optique 330 un degré de liberté e rotation autour de l'axe central du jaugeur (c'est à dire l'axe du codeu angulaire 246).300 (FIG. 1): the optical reader 330 is thus guaranteed a degree of freedom and rotation around the central axis of the gauge (ie the axis of the angular coder 246).
Le réglage fin de la position désirée est réalisé par des moyens 35 comportant un excentrique 353 mobile à l'intérieur d'une lumièr homologue 333 de la platine 331. Cet excentrique, qui se déplace en restan dans un plan tangentiel, est entraîné par une tige radiale 352 débouchan dans un orifice radial 355 aisément accessible depuis l'extérieur du corp de l'équipage 300. Un ressort 354 permet d'immobiliser la tige 352 dans l position voulue.The fine adjustment of the desired position is achieved by means 35 comprising an eccentric 353 movable inside a homologous lumen 333 of the plate 331. This eccentric, which moves in rest in a tangential plane, is driven by a radial rod 352 emerging in a radial orifice 355 easily accessible from outside the body of the crew 300. A spring 354 allows the rod 352 to be immobilized in the desired position.
Outre leur structure particulièrement simples, ces moyens de réglag 350 sont extrêmement aisés à manipuler par l'opérateur, auquel il suffi de retirer le capot 103 (figure 1) pour accéder directement aux trois orifice 355, 355' et 355" permettant le réglage respectif des positions de consign de chacun des trois lecteurs optiques, ce réglage étant par exempl effectué au moyen d'un simple tournevis.In addition to their particularly simple structure, these adjustment means 350 are extremely easy to handle by the operator, to which it suffices to remove the cover 103 (FIG. 1) to directly access the three orifices 355, 355 'and 355 "allowing the respective adjustment. setpoint positions of each of the three optical readers, this adjustment being for example carried out by means of a simple screwdriver.
On va maintenant décrire de façon schématique les circuits électrique et électroniques du jaugeur de l'invention, en référence aux figures 8 e 10.We will now describe schematically the electrical and electronic circuits of the gauge of the invention, with reference to FIGS. 8 e 10.
Les signaux de commande des circuits électroniques (figure 8) son ceux délivrés par les trois lecteurs optiques 330 330' et 330" que l'on vien de décrire. Les trois photodiodes 335A (figure 6 et 7) sont couplées e parallèle sur l'un des circuits du joint tournant 1401 340, le signa correspondant étant amené à une unité de commande 410 (par exemple, microcalculateur), sur une entrée S+ de celle-ci. De la même façon, le trois photodiodes 335B sont montées en parallèle et reliées à l'entrée S- d cette même unité de commande 410. Quant à la photodiode 335C du lecteu optique 335", son signal est appliqué à une entrée RZ de remise à zéro tandis que le point commun de toutes les photodiodes est relié à la mass commune. La commutation sur l'un des trois lecteurs optiques 330, 330' ou 330" s fait au moyen d'un commutateur 420 qui alimente sélectivement un seule des trois entrées E, E' et E" d'alimentation des LED des lecteur optiques. 5 Sur la position A, c'est le lecteur optique 330 qui sera commuté asservissant le système sur un point de consigne correspondant au nivea du liquide à jauger ; sur la position A', c'est le lecteur optique 330' qui ser commuté, asservissant le système sur une interface huile/eau, tandis qu pour la position A", le palpeur sera remonté jusqu'à venue en butée ave 10 le plan de référence, cette venue en butée produisant, comme indiqué plus haut, une brève impulsion que l'on retrouvera sur l'entrée de remise à zéro RZ de l'unité de commande 410.The control signals of the electronic circuits (figure 8) are those delivered by the three optical readers 330 330 'and 330 "which we have just described. The three photodiodes 335A (figures 6 and 7) are coupled in parallel on the one of the circuits of the rotary joint 140 1 340, the corresponding sign being brought to a control unit 410 (for example, microcomputer), on an S + input thereof. Similarly, the three photodiodes 335B are mounted in parallel and connected to the S- d input of this same control unit 410. As for the photodiode 335C of the optical reader 335 ", its signal is applied to a reset RZ input while the common point of all the photodiodes is connected at the common mass. Switching to one of the three optical readers 330, 330 'or 330 "s is done by means of a switch 420 which selectively supplies only one of the three inputs E, E' and E" for supplying the LEDs of the optical readers. 5 In position A, the optical reader 330 will be switched to slave the system to a set point corresponding to the level of the liquid to be gauged; in position A ', the optical reader 330' will be switched, slaving the system on an oil / water interface, while for position A ", the probe will be raised until it comes into abutment with the plane reference, this coming into abutment producing, as indicated above, a brief impulse which will be found on the reset input RZ of the control unit 410.
La commande du commutateur 420 peut être effectuée manuellement, automatiquement par l'unité de commande 410 (qui déclenche par 5 exemple à intervalles périodiques une "remise à l'heure" du système), ou encore par télécommande depuis un poste de contrôle distant.The control of the switch 420 can be carried out manually, automatically by the control unit 410 (which triggers, for example at periodic intervals, a "reset to the time" of the system), or even by remote control from a remote control station.
Lorsque l'unité de commande 410 détecte l'apparition d'une variation par rapport au point de consigne, elle envoie à une unité 430 de pilotage du servomoteur 160 une impulsion provoquant une rotation de celui-ci dansWhen the control unit 410 detects the appearance of a variation with respect to the set point, it sends to a unit 430 for controlling the servomotor 160 a pulse causing the latter to rotate in
20 le sens tendant à créer une variation antagoniste, et simultanément incrémente ou décrémente (selon le sens de rotation) d'une unité un compteur interne.20 the direction tending to create an antagonistic variation, and simultaneously increments or decrements (depending on the direction of rotation) by one unit an internal counter.
La valeur cumulée de ce compteur est indiqué sur un afficheur 440, par exemple visible au travers de la fenêtre 104 (figure 1), cet afficheur & donnant directement, comme indiqué plus haut, la longueur de filin déroulée, et donc le niveau du réservoir, sans autre forme de conversion.The cumulative value of this counter is indicated on a display 440, for example visible through the window 104 (FIG. 1), this display & giving directly, as indicated above, the length of the unwound rope, and therefore the level of the tank , without any other form of conversion.
Très avantageusement, les informations élaborées par l'unité de commande 410 sont transmises à distance sur un bus 411, par exemple au standard RS-232, ce bus pouvant également transmettre, outreVery advantageously, the information produced by the control unit 410 is transmitted remotely on a bus 411, for example using the RS-232 standard, this bus can also transmit, in addition
30 l'information de niveau élaborée par le jaugeur de l'invention, des informations de pression, température, etc. délivrées par des capteurs 460,470.30 level information prepared by the gauge of the invention, pressure information, temperature, etc. delivered by 460,470 sensors.
Eventuellement, on transmet non seulement les informations brutes de niveau, pression et température, mais également des informationsOptionally, not only the raw level, pressure and temperature information is transmitted, but also information
35 dérivées, calculées in situ par l'unité de commande 410, par exemple la densité du liquide, le volume de celui-ci dans le réservoir, sa masse, etc.35 derivatives, calculated in situ by the control unit 410, for example the density of the liquid, the volume of the latter in the reservoir, its mass, etc.
A cet égard, on pourra se référer au FR-A-2 545 248 précité, qui indique la manière d'élaborer et de multiplexer ces informations sur une ligne de transmission commune.In this regard, reference may be made to the aforementioned FR-A-2,545,248, which indicates the manner of preparing and multiplexing this information on a common transmission line.
40 Très avantageusement, pour rendre le système autonome, on prévoit la transmission de ces données par voie hertzienne au moyen d'un circuit émetteur haute fréquence 450 délivrant des signaux à une antenne 451 qui peut être placée (figure 10) au dessus du jaugeur et supportée par celui-ci ; comme le jaugeur se trouve en général au sommet d'un réservoir de ^ grande dimension, il est intéressant de pouvoir placer une antenne en ce point élevé.40 Very advantageously, to make the system autonomous, provision is made for the transmission of this data by radio means by means of a high frequency transmitter circuit 450 delivering signals to an antenna 451 which can be placed (FIG. 10) above the gauge and supported by it; as the gauge is generally located at the top of a large tank, it is advantageous to be able to place an antenna in this high point.
Le circuit haute fréquence 450 peut également comprendre des circuits récepteurs recevant des ordres émis depuis une salle de contrôle distante et transmettant ceux-ci vers l'unité de commande via le bus 411, qui es alors bidirectionnel. On peut par exemple télécommander le passage de la mesure de niveau à celle de l'interface huile/eau, la remise à l'heure d système, etc.The high frequency circuit 450 can also include receiver circuits receiving orders sent from a remote control room and transmitting these to the control unit via the bus 411, which is then bidirectional. For example, you can remotely switch from level measurement to that of the oil / water interface, resetting the system time, etc.
Pour rendre le système entièrement autonome, on lui adjoin avantageusement une alimentation 480 comprenant un panneau d cellules photovoltaïques 481 alimentant un régulateur 482 permettant d charger une série de batteries 483 (par exemple de batteries Cd-Ni assurant l'alimentation des divers circuits électriques et électroniques.To make the system completely autonomous, it is advantageously added to it a power supply 480 comprising a panel of photovoltaic cells 481 supplying a regulator 482 making it possible to charge a series of batteries 483 (for example Cd-Ni batteries ensuring the supply of the various electrical circuits and electronic.
Il est important de noter que, du fait de leur conception, les organe électromécaniques du jaugeur de la présente invention sont tous des organes à faible consommation, condition nécessaire pour pouvoir les alimenter par l'énergie solaire (le rendement des cellules photovoltaïque est en effet généralement très faible et ne permet de disposer que d'un basse tension). En effet, l'utilisation d'un servomoteur pas à pas fait en sorte que l consommation de celui-ci est pratiquement nulle lorsque le système est e position d'équilibre, puis aucune impulsion ne lui est envoyée tant que ce équilibre subsiste. De plus, l'utilisation d'accouplements puremen magnétiques (à aimants permanents) fait en sorte que ces accouplements ne consomment aucune énergie pour maintenir la position d'équilibre. I en est de même pour la détection des variations par rapport à la positio de consigne, auparavant réalisée par un transformateur différentiel comportant deux séries de bobinages mobiles les uns par rapport au autres. Par ailleurs, l'ensemble des circuits est compatible avec la faible tensio disponible en sortie d'un panneau de cellules photovoltaïques, typiquement une tension de 12 V, ce qui permet d'utiliser directement la tension aux bornes de la batterie 483 sans avoir besoin d'un convertisseu continu/continu (pour élever éventuellement la tension jusqu'à 24 o 48 V), ni surtout d'un convertisseur continu/alternatif, qui serai indispensable pour alimenter les organes électromagnétiques utilisés dans les jaugeurs actuels utilisant des transformateurs différentiels e des transmissions à selsyns.It is important to note that, due to their design, the electromechanical members of the gauge of the present invention are all members with low consumption, a necessary condition to be able to supply them with solar energy (the efficiency of the photovoltaic cells is indeed generally very weak and only allows a low voltage). Indeed, the use of a stepping servomotor ensures that the consumption thereof is practically zero when the system is in the equilibrium position, then no impulse is sent to it as long as this equilibrium remains. In addition, the use of purely magnetic couplings (with permanent magnets) ensures that these couplings do not consume any energy to maintain the equilibrium position. It is the same for the detection of variations with respect to the setpoint positio, previously carried out by a differential transformer comprising two series of windings movable with respect to each other. Furthermore, all of the circuits are compatible with the low voltage available at the output of a panel of photovoltaic cells, typically a voltage of 12 V, which allows direct use of the voltage across the terminals of the 483 battery without the need for a DC / DC converter (to possibly raise the voltage up to 24 o 48 V), or especially a DC / AC converter, which will be essential to supply the electromagnetic organs used in current gauges using differential transformers e transmissions to selsyns.
Enfin, la figure 10 montre l'implantation générale des divers élément de l'alimentation 480, qui peuvent être notamment placés dans un coffre parallélépipédique de faible épaisseur surplombant le jaugeur, mais d longueur et largeur suffisamment importantes pour pouvoir recevoir u nombre substantiel de cellules photovoltaïques 481 et, en outre, assure une fonction de pare-soleil et/ou de protection contre les intempéries d jaugeur situé en dessous. On voit en outre que cette configuration n'empêche pas un accès aisé aux divers organes du jaugeur, accès qui sera obtenu simplement e retirant les carters de protection 102 et 103, le coffret d'alimentation restant monté sur la partie centrale 101 du carter du jaugeur, elle-même montée sur le pied 106 fixé au réservoir. Finally, FIG. 10 shows the general layout of the various elements of the power supply 480, which can in particular be placed in a parallelepiped trunk of small thickness overhanging the gauge, but of length and width sufficiently large to be able to receive a substantial number of cells photovoltaic 481 and, in addition, provides a sun visor and / or weather protection function for the gauge located below. It can also be seen that this configuration does not prevent easy access to the various organs of the gauge, access which will be obtained simply by removing the protective casings 102 and 103, the supply cabinet remaining mounted on the central part 101 of the casing of the gauge, itself mounted on the foot 106 fixed to the tank.

Claims

REVENDICATIONS
1. Un jaugeur de niveau de réservoir du type à palpeur asservi, comprenant : 51. A tank level gauge of the servo-sensor type, comprising: 5
— un tambour (200) sur lequel est enroulé un filin à l'extrémité duquel est suspendu un palpeur qui, lors d'une mesure, doit venir au niveau à jauger, son poids y étant équilibré à la fois par la réaction du milieu dont on détecte le niveau et par une force de réaction 0 imposée au filin via un couple de réaction appliqué au rotor du tambour,- A drum (200) on which is wound a rope at the end of which hangs a feeler which, during a measurement, must come to the level to be gauged, its weight being balanced there at once by the reaction of the medium whose the level is detected and by a reaction force 0 imposed on the rope via a reaction torque applied to the rotor of the drum,
— un servomoteur réversible (160) d'entraînement de ce tambour,- a reversible servomotor (160) for driving this drum,
— des moyens détecteurs des variations de cette force de réaction, indiquant une variation de la position relative du palpeur par 5 rapport au niveau à jauger,Means for detecting variations in this reaction force, indicating a variation in the relative position of the probe relative to the level to be gauged,
— des moyens de commande du servomoteur, fonctionnant en réponse aux moyens détecteurs de manière à actionner le servomoteur jusqu'à repositionnement du palpeur au niveau à jauger,- actuator control means, operating in response to the detector means so as to actuate the actuator until the probe is repositioned at the level to be gauged,
— des moyens de mesure de la rotation du tambour, délivrant un 20 signal fonction de la longueur de filin déroulée, représentatif du niveau à jauger,Means for measuring the rotation of the drum, delivering a signal which is a function of the length of the unwound rope, representative of the level to be gauged,
caractérisé en ce que :characterized in that:
2 — le servomoteur est un servomoteur pas à pas (160),2 - the servomotor is a stepping servomotor (160),
— les moyens détecteurs sont des moyens indiquant l'existence ou no d'une variation de la force de réaction et, en cas de variation, le sen de cette variation,The detector means are means indicating the existence or no of a variation in the reaction force and, in the event of a variation, the sen of this variation,
— les moyens de commande sont des moyens pour provoquer, en cas dThe control means are means for causing, in the event of
30 variation détectée, la rotation d'un pas du moteur dans le sen contraire du sens de la variation détectée, et30 variation detected, the rotation of a step of the motor in the opposite direction of the direction of the detected variation, and
— les moyens de mesure sont des moyens de comptage/décomptage d nombre de pas de rotation du moteur., orThe measuring means are means for counting / counting down the number of motor rotation steps., Or
00 2. Le jaugeur de la revendication 1, dans lequel le nombre de pas pa tour du moteur et le diamètre du tambour sont choisis de manière que, pour chaque pas de rotation du moteur, le tambour tourne à sa périphérie d'une longueur d'arc égale à une unité de mesure du niveau, de sorte que le comptage/décomptage du nombre de pas de rotation du 00 2. The gauge of claim 1, wherein the number of steps pa revolution of the motor and the drum diameter are selected so that for each step of motor rotation, the drum is rotated at its periphery with a length arc equal to a level measurement unit, so that the counting / counting down of the number of rotation steps of the
40 moteur délivre directement une valeur numérique représentative d niveau mesuré dans le réservoir.40 engine directly delivers a numerical value representative of the level measured in the tank.
3. Le jaugeur de l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les moyen de détection comprennent :3. The gauge of one of claims 1 or 2, in which the detection means comprise:
45 — une première couronne magnétique (220) solidaire en rotation d rotor de tambour et pourvue d'une pluralité d'aimants permanent (221),45 A first magnetic ring (220) integral in rotation with the drum rotor and provided with a plurality of permanent magnets (221),
— une seconde couronne magnétique (320) solidaire en rotation d rotor du servomoteur et pourvue d'une pluralité d'aimants permanents (321),A second magnetic ring (320) integral in rotation with the rotor of the booster and provided with a plurality of permanent magnets (321),
de sorte que le couple de réaction appliqué au rotor de tambour résulte de la composante tangentielle des forces magnétiques dues au décalage angulaire θ entre les deux couronnes magnétiques, etso that the reaction torque applied to the drum rotor results from the tangential component of the magnetic forces due to the angular offset θ between the two magnetic rings, and
— des moyens détecteurs (246, 330) des variations Δθ du décalage angulaire θ entre les deux couronnes, ces variations du décalage correspondant à des variations de la force de réaction et donc à des variations de la position relative du palpeur par rapport au niveau à jauger.- Detector means (246, 330) of the variations Δθ of the angular offset θ between the two rings, these variations of the offset corresponding to variations in the reaction force and therefore to variations in the relative position of the probe relative to the level at gauge.
4. Le jaugeur de la revendication 3, dans lequel les moyens détecteurs des variations de décalage angulaire sont des moyens photoélectriques comprenant un ensemble photoémetteur/photorécepteur (330) monté sur un support (300) solidaire en rotation de l'une des couronnes (320), coopérant avec un disque codeur angulaire (246) solidaire en rotation de l'autre couronne (220).4. The gauge of claim 3, wherein the means for detecting angular offset variations are photoelectric means comprising a photoemitter / photoreceptor assembly (330) mounted on a support (300) integral in rotation with one of the crowns (320 ), cooperating with an angular encoder disc (246) integral in rotation with the other ring (220).
5. Le jaugeur de l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel il est en outre prévu des moyens détecteurs (246, 330') des variations d'une seconde valeur de décalage angulaire, permettant de détecter un second niveau à l'intérieur du réservoir, notamment le niveau d'une interface huile/eau.5. The gauge of one of claims 3 or 4, wherein there is further provided means for detecting (246, 330 ') variations of a second angular offset value, making it possible to detect a second level at the inside the tank, in particular the level of an oil / water interface.
6. Le jaugeur de l'une des revendications 3 à 5, dans lequel il est en outre prévu des moyens détecteurs (246, 330") des variations d'une troisième valeur de décalage angulaire correspondant à une force de réaction supérieure au poids propre du palpeur, de manière à provoquer une remontée et une venue en butée de celui-ci contre une surface de référence (150) et à délivrer une impulsion de remise à zéro des moyens de comptage/décomptage lorsque la force de tension du filin franchit la valeur de force de réaction correspondante.6. The gauge of one of claims 3 to 5, wherein there is further provided means for detecting (246, 330 ") variations of a third angular offset value corresponding to a reaction force greater than the dead weight of the probe, so as to cause it to rise and come into abutment against a reference surface (150) and to deliver a reset pulse to the counting / counting means when the tension force of the rope crosses the corresponding reaction force value.
7. Le jaugeur de l'une des revendications 4 à 6, dans lequel il est prévu des moyens (350) d'ajustement de la position angulaire du support (331) de l'ensemble photoémetteur/photorécepteur, de manière à ajuster le décalage angulaire entre ce support et la position de référence du disque codeur angulaire sur la position correspondant, pour un milieu de densité donnée, à la position exacte du palpeur au niveau à jauger. 7. The gauge of one of claims 4 to 6, wherein there is provided means (350) for adjusting the angular position of the support (331) of the photoemitter / photoreceptor assembly, so as to adjust the offset angle between this support and the reference position of the angular encoder disc on the position corresponding, for a medium of given density, to the exact position of the probe at the level to be gauged.
8. Le jaugeur de la revendication 7, dans lequel les moyens d'ajustement (350) comprennent, entraîné par une tige radiale (352), u excentrique (353) mobile dans un plan tangentiel coopérant avec une lumière (332) du support (331 ) de l'ensemble8. The gauge of claim 7, wherein the adjustment means (350) comprise, driven by a radial rod (352), an eccentric u (353) movable in a tangential plane cooperating with a light (332) of the support ( 331) of the whole
5 photoémetteur/photorécepteur. 5 photoemitter / photoreceptor.
9. Le jaugeur de l'une des revendications 4 à 8, dans lequel le disque codeur angulaire (246) est rendu solidaire en rotation du rotor de tambour par l'intermédiaire d'un accouplement magnétique dont les éléments9. The gauge of one of claims 4 to 8, wherein the angular encoder disc (246) is made to rotate with the drum rotor by means of a magnetic coupling, the elements of which
10 homologues (231, 241) sont situés de part et d'autre d'une paroi amagnétique (109) séparant également les deux couronnes magnétiques (220, 320).10 counterparts (231, 241) are located on either side of a non-magnetic wall (109) also separating the two magnetic rings (220, 320).
10. Le jaugeur de l'une des revendications 1 à 9, comprenant en outre10. The gauge of one of claims 1 to 9, further comprising
-p. des moyens autonomes (481, 482) d'alimentation et des moyens (450, 451) de télétransmission des informations délivrées par les moyens de mesure.-p. autonomous means (481, 482) for supplying and means (450, 451) for remote transmission of the information delivered by the measuring means.
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