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LU84185A1 - Appareil de mesure - Google Patents

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LU84185A1
LU84185A1 LU84185A LU84185A LU84185A1 LU 84185 A1 LU84185 A1 LU 84185A1 LU 84185 A LU84185 A LU 84185A LU 84185 A LU84185 A LU 84185A LU 84185 A1 LU84185 A1 LU 84185A1
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Description

2 L'invention concerne un appareil de mesure, plus spécialement un appareil permettant de mesurer dynamiquement les propriétés d'un liquide, telles que la quantité, la densité, la viscosité et éventuellement la température.
L'invention vise plus spécialement : le mesurage de niveaux de liquide par rapport à un ou plusieurs points de repère; le mesurage des surfaces de séparation de densités dans les liquides et à déterminer ces surfaces par rapport à un ou plusieurs points > de repère,; le mesurage de densités de liquides à différents niveaux; le mesurage de viscosités de liquides à différents niveaux; veaux; le mesurage de températures de liquides à différents ni-* veaux; le mesurage des dimensions verticales du conteneur de li quide ou des canaux de liquide, ainsi que les différences en hauteur par rapport aux niveaux de liquide et/ou les surfaces de séparation de densités.
L'appareil selon l'invention sera avantageusement appliqué dans toutes sortes de conteneurs ou de canaux de liquides, plus spécialement dans les cas où il existe ou peuvent se manifester, au-dessus du liquide, momentanément ou en permanence, des vapeurs et/ou gaz pouvant constituer un danger d'explosion et contre lesquels il faut prendre des mesures préventives, ainsi que dans les cas où sont emmagasinés des liquides et/ou des gaz dont la pression est supérieure à la pression atmosphérique.
A cet effet, l'appareil selon l'invention permettant les susdits mesurages et autres encore fait usage d'un principe con- λ nu en soi, notamment le mesurage de la tension dans un câble, une . corde ou similaire au moyen d'oscillations provoquées dans ledit câble ou corde.
Des avantages obtenus avec l'appareil selon l'invention sont entre autres les suivants : - il permet la séparation totale de l'intérieur du conteneur de liquide de 1'atmosphère et des éléments à commandes électriques eventuelles; - il évite des signaux électriques dans la zone dangereuse au-dessus du niveau liquide et/ou dans la zone en surpression; - il permet son placement et/ou l'enlèvement sans la néces- 3 sité d’extraire des produits dangereux éventuels du conteneur; - il permet, même lors d'une permière installation, de déterminer, d'une manière autonome, les dimensions verticales du conteneur de liquide ainsi que les différences absolues en hauteur du liquide ou des surfaces de séparation de densités par rapport au conteneur et d'indiquer ces différences dans une unité convenue, par exemple en millimètres ou de fractions de millimètres.
L'appareil selon l'invention pouvant satisfaire,entre autres, aux susdites conditions, consiste substantiellement en la combinaison d'un dispositif de mesure; d'un élément de mesure fixé, par l'une de ses extrémités, audit dispositif de mesure.; d'un corps de mesure, fixé sur l'extrémité libre dudit élément de mesure; d'un balancier pouvant faire osciller ledit élément de mesure; de moyens pour entraîner ledit dispositif de mesure; de moyens pour entraîner ledit balancier et d'une unité de contrôle logique.
Afin de mieux faire ressortir les caractéristiques de la présente invention, une forme d'exécution préférée est décrite ci-après, à titre d'exemple, sans caractère limitatif, en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente, en élévation et schématiquement, un appareil selon l'invention; la figure 2 représente une vue selon la flèche F2 à la figure 1; la figure 3 représente, schématiquement,un balancier simple; la figure 4 représente une application de 1'appareil selon 1'invention; la figure 5 représente une variante permettant le mesurage de la température d'un liquide.
L'appareil selon l'invention, tel que représenté dans les figures 1 et 2, est constitué par un tambour 1, un fil, une corde, un ruban, un câble ou similaire 2, un corps 3, un balancier 4 et un filtre mécanique 5.
Le fil 2 est, en l'occurrence, guidé entre deux paires de guides fixes 6-7 et 8-9, un guide fixe K*, et deux guides mobiles.
4 fixés sur le balancier 4, respectivement 11-12.
Le tambour 1 est dimensionné de manière à pouvoir recevoir une quantité de fils permettant le déplacement du corps 3 sur toute la hauteur de mesure. Il peut être pourvu d'une rainure hélicoïdale afin d'obtenir une grande précision.
Il va sans dire que la relation entre la rotation du tambour 1 et le déplacement vertical du corps 3 doit être connu d'une manière très précise., le tambour pouvant être entraîné de • façon quelconque, par exemple par un moteur pas à pas, par un aimant permanent entraîné en rotation par des sollicitations électro-mécaniques, ou similaires.
Le fil 2 doit être suffisamment mince et souple afin de rester tendu sous l'influence de la force minimale à détecter, ce qui est, par exemple, le cas lors de la détection du fond inférieur d'un conteneur de liquide. Il doit également être suffisamment fort de manière à résister à la force maximale à détecter, ce qui est, par exemple, le cas lors de la détection du fond supérieur du conteneur. Le fil 2 doit pouvoir bloquer le système d'enroulement sans déformation, ni rupture.
La précision visée détermine l'allongement admissible du fil sous charge mécanique ainsi que la dilatation admissible du fil sous l'influence de la température ambiante.
Le corps 3 aura, de préférence, une forme cylindrique. Il est exécuté en un matériau dont le poids spécifique est tel que, lors d'une immersion dudit corps 3 dans un liquide dont la densité est la plus haute à prévoir, celui-ci excerce sur ledit fil une force suffisamment grande pour qu'elle maintienne le fil 2 dans un état tendu.
Le finissage dudit corps 3 est tel que, lors de son enlèvement du liquide, il emporte le minimum de liquide.
Le balancier 4, permettant de transformer la tension dans le fil 2 dans un signal de mesure, sera amené vers sa position de repos par le fil 2 et, ce, avec une force fonction du poids dont le fil est chargé, c'est-à-dire le poids apparent du corps 3.
L'oscillation du balancier 4 est obtenue et entretenue par une unité dé contrôle logique pouvant également enregistrer et traiter les signaux de résonance du balancier 4.
5
Dans une forme préférentielle, l’oscillation du balancier est obtenue par un aimant permanent, non représenté dans les dessins, fixé sur l’axe 14 et pouvant être sollicité par un électro-aimant relié à ladite unité de contrôle logique.
Ladite unité de contrôle logique, pourrait être constituée par un microprocesseur contrôlant, à la fois, la position du corps 3 et l'oscillation du balancier 4 et traitant les signaux de résonance du balancier 4. Une telle unité de contrôle peut mettre à la disposition de chaque intéressé des résultats de mesurage et peut recevoir des commandes et éventuellement des paramètres intéressants pour le système.
Le filtre mécanique 5 a pour but d'éviter que les forces d'accélération dans le fil 2, par la suite des oscillations du balancier 4, agissent sur le corps :3.
La fréquence de résonance des éléments 3-5 doit être amortie d'une manière adéquate afin de ne pas influencer la fonction du balancier et elle doit se situer en dehors de la bande de fréquence, laquelle est axialement générée par le balancier 4 dans le fil 2. Le filtre mécanique peut être exécuté en une matière élastique quelconque, telle qu'une résine artificielle ou synthétique, un ressort ou similaire.
Avant de décrire le fonctionnement de l'appareil selon l'invention, il apparaît opportun de partir pour notre exposé du balancier selon la figure 3.
D'un balancier tel que représenté dans la figure 3, est connu que sa fréquence est donnée par la formule : f -_I_ \/jL - lL " 2ïï V J Ij7 dans laquelle : f = la fréquence; μ = une constante déterminante pour le couple autour de A; λ = constante de friction; J = moment d'inertie du balancier; A = point de suspension.
Dans cet exemple : μ = mgl 6 J = ml2 m = la masse de l'objet 15 fixé au balancier (la masse propre du balancier est négligée); g - la constante de gravitation; 1 = la longueur du balancier.
Etant donné que le frottement dans le point A et la résistance à l’air sont à négliger, A sera zéro.
De cette manière la susdite formule devient :
fs,JL\/IÉL
X 2π V 1
De ce gui précède résulte que, J et % étant invariables, la fréquence est déterminée par μ, c'est-à-dire le couple de rappel.
Selon l’invention et tel que représenté à la figure 1., le balancier 4 est pourvu d’un corps de mesure 3 qui influencera le susdit couple de rappel et, ainsi, la fréquence.
Dans ce cas : μ = constante déterminante pour le couple de rappel autour de 14, elle-même déterminée par le poids du balancier 4; le poids du corps 3 et le poids de la partie du fil compris entre les points 16 et 17; J = moment.d’inertie de tous les éléments participants à l’oscillation autour de l’axe 14; λ= friction, autour de l’axe 14, de tous les éléments participants à l’oscillation.
Dans l’appareil selon l’invention, il est admis que le poids du fil, le poids du balancier et la friction dans les points 16 et 18 sont négligés, ce qui signifie que A et J sont des constantes, indépendamment de la longueur de fil déroulée tandis que est déterminé par le poids du corps 3.
L’appareil selon l’invention permet de mesurer différentes propriétés d’un liquide et son fonctionnement est comme suit.
Pour mesurer le niveau d’un liquide, il est fait usage du fait que la fréquence d’oscillation du balancier 4 est déterminée par le poids du corps 3. En effet, l’immersion de ce corps 3 dans un liquide a pour effet que le poids apparent diminue, d’où réduction de ladite fréquence.
7
Il est évident que 1*immersion du corps 3, par exemple jusque la moitié de la hauteur du corps 3 dans un liquide, correspond à une fréquence déterminée, par exemple fr qui peut être choisie comme fréquence de référence.
Il en résulte que le mesurage d'un niveau de liquide nécessite un système de réglage pouvant changer la position du corps 3 jusqu'à ce que le balancier oscille à une fréquence fr. Si l'axe 13 est commandé par un moteur pas à pas, ceci signifie que le nombre de pas du moteur dans un même sens détermine la différence en hauteur par rapport à une position de référence.
Pour mesurer un niveau de liquide se situant entre deux liquides il suffit, comme c'est le cas dans l'exemple précédent, de choisir une valeur de fréquence fr prédéterminée; de faire connaître cette valeur à ladite unité de contrôle logique et de mesurer la différence en hauteur par rapport à un point de référence.
Une application courante d'un appareil de mesure selon l'invention est représentée à la figure 4.
Dans cette figure est représenté un réservoir 19 pourvu d'un appareil selon l'invention lequel est, dans cet exemple, monté sur l'extrémité supérieure d'un tube 20. Ce dernier est, de préférence, prolongé dans le réservoir 19 afin de former guidage pour le corps 3. L'intérieur de ce tube 2() est en permanence en communication avec le contenu du réservoir, par exemple au moyen d'une fente prévue sur toute la hauteur du conteneur 19. Ledit contenu consiste, en l'occurrence, en deux liquides, respectivement 21-22, de densité différente dont les niveaux se trouvent sur les lignes A-A et B-B.
Dans le tube 20 seront, de préférence, prévues deux butées, respectivement 23-24, servant de point de références. Ces butées ne sont cependant pas nécessaires étant donné que le fond 25 du réservoir et la partie inférieur de l'appareil selon l'invention peuvent également remplir la fonction de butée.
Pour déterminer le point de répère supérieur, il suffit de déplacer le corps 3 vers le haut contre la butée 24. Par ce contact, on obtient que la tension du ressort 5 augmente et que le poids du corps 3 apparemment augmente également, ce qui a pour résultat l'accroissement de la fréquence de résonance. La valeur 8 ♦ fri de cette fréquence correspond donc à cette position du corps 3 et il suffit de communiquer cette valeur au système de réglage (microprocesseur). Ce point de référence correspond donc à une différence de hauteur zéro.
La détermination du point de repère inférieur (butée 23 ou fond 25) se déroule de la même façon, à l'exception que le contact du corps 3 avec la butée 23 ou fond 25 a pour effet que le poids du corps 3 diminue apparemment avec, comme conséquence, une diminution de la fréquence de résonance. Cette fréquence, communiquée au système de réglage, correspond à une différence de hauteur maximale.
Etant donné que le poids apparent d'un corps dépend de la densité du liquide dans lequel il est immergé, il suffit de situer le corps 3 successivement en dessous des niveaux B-B et A-A afin de pouvoir déterminer la densité des liquides 22 et 21 en partant des signaux de résonance transmis au système de réglage.
De la même façon, il est possible de mesurer la viscosité du liquide. En effet, il est connu que la friction exercée par le liquide sur le corps 3 pendant son trajet à vitesse constante à travers le liquide est proportionnelle à la viscosité. Cette viscosité peut être déterminée en partant de l'augmentation, respectivement la diminution, apparent du poids du corps 3 et l'augmentation, respectivement la diminution, de la fréquence du balancier 4.
L'appareil selon l'invention permet également de mesurer la température dans un liquide.
A cet effet et tel que représenté à la figure 5, le corps 3 sera pourvu d'un capteur de température 26 solidarisé, par une extrémité, au corps 3_ et dont l'autre extrémité 27 est libre.
Le déplacement de l'extrémité 27 par rapport au corps 3^ est une indication pour la température dans et/ou autour du corps 3.
La susdite extrémité libre 27 est pourvue de tiges 28 réliées, à l'extérieur du corps 3, par un anneau 29 formant butée. L'installation est complétée par un élément 30 prenant librement appui sur la butée 24.
Le déplacement du corps 3 vers le haut a pour effet qu'à un certain moment, l'anneau 29 vient en contact avec l'élément 30 * 9 et le soulève, provoquant ainsi le changement de la fréquence du balancier 4, d’où connaissance parfaite de la position du corps 3 pour une température donnée.
Il en résulte qu’une variation de température du capteur 26 aura pour effet que l’anneau 29 rencontre l'élément 30 dans une autre position du corps 3.
Vu l'amplitude minime du balancier et la friction négligeable dans les guidages du fil, ce dernier peut être déplacé lentement sans déranger le mesurage.
En plus, il est remarquable que la commande du fil 2 est positive, c'est-à-dire que l'oscillation du fil 2 est obtenue par le balancier 4 qui fait mouvoir le fil 2 dans un plan bien déterminé. Il en résulte que des mouvements parasitaires du fil 2 dans d'autres plans sont exclus, d'où une mesure très exacte.
Par la présence du guide 1£, on obtient encore que des oscillations parasitaires du point Y]_ sont amorties.
Il est encore à remarquer que la non-linéarité du balancier est traitée par les éléments 3 et 5.
En effet, la variation en hauteur du point 1/7 est le carré de celle de 1'amplitude angulaire du balancier 4, ce qui donne lieu à des accélérations considérables de ce point 17.
Afin d'éviter que ces accélérations influencent le mesurage, le corps 3 est solidarisé au fil 2 par l'entremise du ressort 5 amortissant ces accélérations.
Ce ressort 5 doit être calculé de manière que la fréquence des éléments 3 et 5 est plus grande que le double de la fréquence la plus grande du balancier.
Donc ^_\/Π> jA/___>4
2ir V m 2π V J 4CT
dans laquelle k est une constante du ressort.
Cette fréquence des éléments 3 et 5 doit, de plus, se situer en dèhors du spectre de fréquence du balancier afin d'éviter que le corps 3 résonnerait sur la fréquence du balancier ou sur une harmonique de cette fréquence.

Claims (19)

  1. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de mesure est constitué par un tambour.
  2. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le susdit élément de mesure est constitué par un élément souple, par exemple un fil, une corde, un câble, un ruban ou similaire.
  3. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité libre de l'élément de mesure est reliée audit corps de mesure par l'intermédiaire d'un filtre mécanique.
  4. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le filtre mécanique est constitué par une matière élastique.
  5. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le filtre mécanique est constitué par un ressort.
  6. 7. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite matière élastique est formée par une résine artificielle ou synthétique.
  7. 8. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de mesure est guidé sur au moins deux niveaux, le point d'attaque du balancier sur le fil étant situé entre ces deux niveaux de guidage.
  8. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les susdits points de guidage et ledit point d'attaque sont, en position de repos du balancier, situés dans un même plan vertical. * « 10»- Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les susdits points de guidage et ledit point d'attaque sont, en position de repos du balancier, situés dans des plans verticaux différents.
  9. 11.- Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les susdits deux points de guidage, ledit point d'attaque et l'axe d'oscillation du balancier sont, en position de repos du balancier, situés dans un même plan vertical.
  10. 12. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les susdits deux points de guidage, ledit point d'attaque et l'axe d'oscillation du balancier sont, en position de repos du balancier, situés dans des plans verticaux différents.
  11. 13. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les susdits deux points de guidage, ledit point d'attaque, l'axe d'oscillation du balancier et l'axe dudit tambour sont, en position de repos du balancier, situés dans un même plan vertical.
  12. 14. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les susdits deux points de guidage, ledit point d'attaque, l'axe d'oscillation du balancier et l'axe dudit tambour sont, en position de repos du balancier, situés dans des plans verticaux différents.
  13. 15. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit fil est complémentairement guidé en-dessous dudit guidage inférieur, ce guide étant situé en dehors du plan vertical passant dans ledit guidage inférieur.
  14. 16. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins ledit point d'attaque du balancier et les guides, se trouvant au-dessus et en-dessous dudit point d'attaque, sont constitués par deux éléments, de préférence des cylindres, situés de part et d'autre dudit fil.
  15. 17. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit tambour est entraîné par un moteur pas à pas.
  16. 18. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le balancier est entraîné par un aimant.
  17. 19. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps de mesure est pourvu, à l'intérieur, d'un capteur de température. » Λ
  18. 20. Appareil selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'audit capteùr sont fixées des tiges pouvant coopérer, à l'extérieur dudit corps, avec une butée déplaçable.
  19. 21. Appareil de mesure, substantiellement tel que décrit précédemment et illustré aux dessins annexés. * îr
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