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WO1997018439A1 - Hydrostatic height measurement system and method - Google Patents

Hydrostatic height measurement system and method Download PDF

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Publication number
WO1997018439A1
WO1997018439A1 PCT/FR1996/001788 FR9601788W WO9718439A1 WO 1997018439 A1 WO1997018439 A1 WO 1997018439A1 FR 9601788 W FR9601788 W FR 9601788W WO 9718439 A1 WO9718439 A1 WO 9718439A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid
vessels
connection circuit
circuit
measurement
Prior art date
Application number
PCT/FR1996/001788
Other languages
French (fr)
Inventor
Patrick Leteurtre
Jean Leteurtre
Original Assignee
Nanotec Ingenierie
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanotec Ingenierie filed Critical Nanotec Ingenierie
Publication of WO1997018439A1 publication Critical patent/WO1997018439A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C5/00—Measuring height; Measuring distances transverse to line of sight; Levelling between separated points; Surveyors' levels
    • G01C5/04—Hydrostatic levelling, i.e. by flexibly interconnected liquid containers at separated points

Definitions

  • the water level has been known since Antiquity.
  • leveling systems exist; many use the principle of communicating vessels.
  • the free surface of the liquid filling the communicating vessels approximates the local geoid, therefore a horizontal plane if the different vessels are close (one hundred meters) from each other.
  • an effort has been made to improve the accuracy of leveling measurements made according to the hydrostatic. Mention may in particular be made of the HLS sensor developed by Daniel ROUX of the ESRF in Grenoble, whose precision is 5 ⁇ m over a total length between vessels of the order of 1 kilometer.
  • the difference between the local horizontal plane and the local geoid quickly becomes significant: if d is the distance between two points on the surface of the local geoid, the difference in level between one of these points and the local horizontal plane of the other point is
  • the liquid used for these precision measurements is water simply added with fungicidal and bactericidal product in very low concentration. Users frequently add fluorescein for the sole purpose of better visualizing the correct filling of the communication between vases.
  • These tubes are generally made of translucent polyethylene resistant to radiation.
  • HLS sensor liquids
  • an antifreeze mixture for uses up to a temperature of 125 ° C, see more if the measurement electronics is maintained at a value compatible with the components used; mercury was used by MOREAU, ONERA [1978] to measure tilt fluctuations with an accuracy better than 1 nanoradian with two vases cut from a block of stainless steel, the two vases, with a diameter of 50 mm, being about 180 mm apart.
  • the detection of the position of the free surface is carried out by capacitive means.
  • FIG. 1 illustrates this problem: two vases 10, 20, connected by tubes 3, 4, are partially filled with a liquid 9 up to the respective heights a1, a2.
  • the communication tube 3 is also filled with this liquid.
  • the rest of the vessels 10, 20 and the second communication tube 4 are filled with a gas 8.
  • PT is the specific mass of the fluid at temperature T and located in the slice [z, z + dz]
  • indices L for the liquid
  • indices G for the gas.
  • T (s) and T (s') be the respective temperatures of the liquid and gas along the respective curvilinear abscissae s and s of the communication tubes 3, 4
  • Al, A2 be the points located respectively in the base of the vessels 10, 20, and therefore in the liquid 9
  • O, be the lowest point of the communication tube 3
  • O ' be the highest point of the communication tube 4
  • X be any point located in a fluid, liquid or gas, from the two communicating vessels 10, 20.
  • the pressure at point X is P (X).
  • SUBSTITUTE SHEET 100, 200. More often, it is the variations over time of these distances d10, d20, ... which are considered to measure the fluctuations of these differences in altitude.
  • the liquid 9 can be pure or salted water, because the specific mass of these liquids passes through a maximum around 4 ° C and that around one extremum, the variations are second order.
  • the constraint of positioning the liquid communication tubes 3 would then be lifted as horizontal and as close as possible to the geoid surface passing through the liquid / gas interfaces in the various vessels, as illustrated in FIG. 3. Indeed, between 3, 6 and 4.5 ° C, the specific mass of water is constant to within lppm (IO -6 ); the slope of ⁇ p water / p water as a function of temperature is negative for T> 4 ° C. At 10 ° C, it is 88.10 "6 / ° C;
  • the liquid used is water, pure or salted, maintained around the maximum density temperature (4 ° C), 3) or the connecting tubes between communicating vessels must be placed at a distance as short as possible under the plane defined by the liquid / gas interface in the vessels, the optimum being the single tube 6, proposed by S. Takeda, who does not interrupt the liquid / gas interface 5.
  • the object of the present invention is to eliminate these restrictive conditions which today prohibit the use of precise hydrostatic measurements of differences in level or of fluctuations in differences in level when an easy and rapid implementation of the hydrostatic measurement is desired, in particular for applications in civil engineering, that is to say applications for which the connection tubes 3 between vessels can neither be maintained at 4 ° C, nor instrumented for measurement, the entire length of their length, nor carefully placed in the almost plane horizontal of the liquid / gas interfaces 5, all the more so since the differences in height to be measured greatly exceed the barely centimeter measurement range of current precision altimeter sensors.
  • FIG. 4 illustrates an example of the shape of a connecting tube in a hydrostatic altimetry system
  • FIG. 5 represents a first embodiment of an altimetry system according to the invention
  • FIG. 6 represents a second embodiment of a system according to the invention, corresponding to the case where the altitudes to be monitored are almost identical and where the hydraulic connection circuit is not too long
  • FIG. 7 represents a third embodiment of a system according to the invention, also corresponding to the case where the altitudes to be monitored are almost identical, but for a link circuit which can: be long;
  • FIG. 8 shows a particular embodiment of an altimetry system according to the invention, for measuring differences in altitudes
  • FIGS. 10 and 11 show yet another simplified embodiment of an altimetry system according to the invention, in which only one valve is used per vessel; and - Figures 10 and 11 illustrate two exemplary embodiments of capacitive sensors for measuring the levels of liquid in the vessels; these two sensors are robust, in the sense that these sensors are indestructible and cannot be damaged by electrolysis, as is the case for sensors whose metal electrodes can (accidentally) come into contact with water: both examples of FIGS. 10 and 11 are sensors, the electrodes of which are protected by a layer of dielectric material.
  • a communication or connection tube between several vases placed at different points to be monitored altimetrically this tube cannot be horizontal or placed in the plane of the vases, but can have the arbitrary shape shown in Figure 4.
  • This tube has lower parts zo and parts higher than the vases, the high point having an altitude zh, provided, however, that the pressure at this altitude zh remains greater than 0.2 bar absolute (i.e. the siphon thus created does not defuse).
  • the reduction in altimetric measurement uncertainties is obtained by homogenizing the temperature of the liquid in the communication tubes, homogenization obtained by means of a device shown in FIG. 5.
  • the device according to the invention comprises at least the following four elements:
  • the reservoir 19 is preferably placed above the circuit 3 and that a leak valve 28, of small flow, placed in parallel (by-pass) between the reservoir 19 and the connection circuit 3, in parallel on the pump 18 and the valve 25, makes it possible to fill the connection circuit 3 and the vessels while a second small flow valve 29, placed as a bypass on the connection circuit 3, allows to purge this one and the vases of a possible excess of water.
  • a pressure gauge 27, placed downstream of the pump 18 and preferably between the latter and the valve 25, makes it possible to verify the proper functioning of the circulation of the liquid: excessive pressure will thus indicate a too powerful pump or a circuit of blocked connection; insufficient pressure will indicate a broken link circuit or a faulty pump.
  • the altimetric measurement system operates cyclically with a first phase in which the altimetric measurement is not operational but during which the pump 18 circulates the liquid , the valves 25, 26 being open: as the volume of the reservoir 19 is very large compared to the volume of all the vessels and of the circuit 3, the liquid contained in the circuit (and possibly in the vessels if these are installed in series on the circuit), will mix., to the volume V of the reservoir 19.
  • the temperature of the liquid 9 in the connection circuit 3 quickly becomes homogeneous; after a few turns of the circuit, the latter then has a constant temperature T (t) to within ⁇ T (t), ⁇ T (t) being the very small residual fluctuation of T (t).
  • altimetric measurement will be carried out at time [t + ⁇ t] after a new cycle: circulation / mixing of the liquid, then altimetric measurement.
  • the conventional HLS altimetric measurement system provides a continuous measurement of elevation differences and their fluctuations
  • the altimetric measurement system according to the invention is intrinsically discontinuous. On the other hand, it does not impose any constraint on the arrangement of the link circuit 3 between the various vases 10, 20, n 0 used.
  • a first solution (FIG. 6), preferred when the gas connection circuit is not too long, that is to say if the pressure drop is not too excessive, consists in equipping each vessel 10, 20,. n ⁇ of an isolation valve 11, 21, n ] _.
  • the vessels are crossed by the liquid connection circuit 3.
  • the valves 11, 21, ..n ⁇ are closed: the air trapped in the upper part of each vessel is compressed until the dynamic pressure water and pressure in the vessel are equalized.
  • All the vases being equipped with a temperature probe 14, 2A,. . n ⁇ , we can follow the water temperature equalization throughout the liquid connection circuit 3.
  • the sensors 15, 25, ..n5 equipping each vessel measure the water level (which has risen) and, if a threshold value is crossed, stop or reduce the flow rate of the pump 18.
  • the temperature of the liquid being homogenized the measurement sequence then begins, with the closing of the valves 25, 26, the opening of the valves isolation 11, 2], ..n ⁇ _ then the acquisition of the measurements after a period of time devoted to the return to equilibrium.
  • the liquid connection circuit 3 is too long, it is no longer possible to make the compromise between a high flow rate ensuring good homogenization of the temperature of the liquid in the liquid connection circuit 3 and the need not to flood the vessels beyond measure.
  • the vessels 10, jo, ng are bypassed and are respectively connected to the liquid connection circuit. 3 by junctions 13, J3, n3 the circuit sections 16, jg, ng located between these junctions and the corresponding vessels are horizontal and equipped with an isolation valve 12, J2, ⁇ -2.
  • the valves 25, 26 are open; the isolation valves 12, J2, n2 are closed and the pump 18 is running.
  • the flow of liquid in the liquid connection circuit 3 is no longer limited except by the resistance of the connection tubes and by the capacity of the pump 18.
  • the temperature of the liquid connection circuit 3 quickly becomes constant, but it is desirable to place thermal probes 701, 702, ..
  • the altimetric measurement system maintains the principle of cyclic operation with a circulation time of the liquid and a measurement time after the temperature equilibrium has been reached. But as this system is intended to measure with precision the evolution of the altitudes of each point jo and because these evolutions are minute, the flow rates between vessels and confluent with the liquid connection circuit 3 are also minute and do not modify the temperature liquid near junctions 13, J3, n3. In addition, as the sections 16, jg, ng are horizontal, any temperature differenceb along each of these sections has no effect on the accuracy of the altimetric measurements. On the other hand, the temperature of each vase is measured to allow correction of the pressure in the liquid contained in each vase. Only the effects of the fluctuations ⁇ T Q of the gas temperature along the gas connection circuit 4 are neglected.
  • any natural degassing of the water in the connection circuit 3 is swept away perfectly well during the first phase of the cycle.
  • the points to be monitored have altitudes that vary from 1 m, or 10 m, or 100 m and more.
  • the sensor for measuring differences in altitude between several points or fluctuations in time in the altitude of a point relative to other points then combines a measurement of pressure in the gas ⁇ e each vessel and a measurement of height of water in each of these same vases.
  • each vessel has its temperature measuring means and its measuring means. the water height.
  • this latter version comprises a much more complex gas circuit
  • this gas circuit comprises two lines H, L corresponding respectively to a high pressure line and a low pressure line.
  • the high pressure line H is connected to a source of compressed gas 37 via a precise pressure regulator 47
  • the low pressure line L is connected on the one hand to the atmosphere via a valve 48 and on the other hand, to the line H via a valve 49.
  • a precision pressure gauge 57 and its isolation valves 58, 59 are arranged between the lines H and L.
  • Each vessel ⁇ 0 is pneumatically connected to the two lines H and L by small section conduits provided respectively with valves 15 between ⁇ 0 and H and ig between ⁇ 0 and L. These valves are closed except for a short time during which the one of them is open for control, adjustment or measurement
  • the hydraulic circuit is similar to that of FIG.
  • each vessel has a low inlet but two outlets, one low, the other high located halfway up the vessel, closable respectively by valves ⁇ 2 , ⁇ 2 '-
  • the valves 12 are closed and the valves 12 'are open.
  • the level of liquid in all the vessels ⁇ 0 therefore exceeds the level of ⁇ 2 'which is median; the gas (air) which initially occupied the internal volume of each vase was first discharged via circuit 3 to the tank from which it escaped, this until the liquid reaches the level of the valve connection 12 '•
  • the volume of air therefore trapped between the liquid and the closed valves 15 and ig has been compressed until equilibrating the hydrostatic pressure defined by the altitude of the highest bridge in the circuit 3 to which is added the dynamic pressure imposed by the reservoir 18, the length of the circuit 3 and the importance of the flow of liquid in the circuit 3.
  • the pump 18 is stopped, the valves 12 ⁇ , 25, and 26 are closed.
  • the valves 12 are open.
  • the pressure in circuit 3 is adjusted so that the pressure at the highest point of circuit 3 exceeds 1 bar. So, whatever the maximum difference in altitudes between the highest point and the lowest point of circuit 3, that -this will remain filled without risk of defusing any part of the circuit 3
  • Each vase io has a temperature measurement probe and means for measuring the height of liquid ai in the vase.
  • FIG. 8 The installation diagram shown in Figure 8 can be simplified by retaining only one valve ⁇ 2, j2 .. for each vessel io, jo, ...
  • This installation diagram in Figure 8 is the analog for large elevations in the serial assembly diagram shown in Figure 6 for small elevations
  • the parallel mounting (or bypass) of Figure 7 can be extrapolated for large elevations as shown in Figure 9, which also represents a mode of the system according to the invention.
  • the same elements are found there, the large tank 19, the pump 18, the isolation valves 25, 26 and the circuit 3.
  • the pneumatic circuits with the isolation valves ⁇ 5, 16 for the io vessel, the valves d 'isolation j5, j6 for the vessel jo, .., the pipes H, L, the valves 48, 49, the reserve of compressed air 37 and its valve 47, and the pressure gauge 57 with its two valves 58, 59, are identical for FIGS. 8 and 9.
  • the valves i5 and i6 are always closed, except briefly opened for a control operation, adjustment of the liquid level in the corresponding vessel or to carry out a pressure measurement as described previously.
  • the commissioning of the device of FIG. 9 begins with a state where all the vessels io, jo are empty, all the valves i2 are closed, where the liquid circulates in the circuit 3, the valves 25, 26 are open and the pump 18 is on.
  • the liquid is introduced into a vessel io by opening the valve i2 and by monitoring the water level ai by adjusting the gas pressure by opening the valve i5 open on the line H at too high initial pressure.
  • the compressed air from the unit 37 leaks in the connection circuit 3 via the valve i2. Then this pressure decreasing, the water can fill the vase io to half height.
  • the valves i2 and i5 are then closed. The same operation of half-filling a vessel continues until all of the vessels are filled. Then all the i2 valves are open; the liquid circulates in circuit 3; the pump 18 is stopped for a short time (about a minute) to allow the vessels to statically balance. (they were in dynamic equilibrium with the pump 18 running).
  • connection circuit 3 of thermally insulated tubes or in general any improvement in the thermal insulation of circuit 3, io vessels and valves i2, i2 ', in particular by multilayer coating of alumized mylar or any product insulating, allows to improve the homogeneity of the temperature T of the circuit, and therefore the accuracy of the altimetric measurements.
  • a super-insulated hydraulic circuit and a tank 19 regulated at 4 ° C or at a temperature close to 4 ° C so that the entire circuit remains at 4 ° C ⁇ 1 ° C during the measurement time allow such precise altimetric measurements than the differential pressure gauge 57.
  • FIG. 8 represents this embodiment of an altimetric system according to the invention.
  • the measurement of the difference in altitude zi-zj still requires knowledge of the heights of liquid ai and aj in the vessels io and jo; heights to be measured by a sensor with an accuracy adapted to the expected quality of the measurement zi-zj.
  • the level detector can be capacitive, without contact, like for example the HLS sensor described in patent FR 89 17003 (ROUX), that is to say with capacitive and guard measurement electrodes made of metal (dilver or kovar) sealed to each other and to the body of the sensor by glass.
  • This capacitive sensor can also be produced in a conventional manner by depositing the same measurement and guard electrodes on a ceramic substrate (to guarantee dimensional stability) or even by producing these electrodes with a conventionally double-sided circuit, usual in electronics, but then dimensional stability is not very good in the long run. Because these sensors operate in an almost saturated humid atmosphere, it is advantageous to cover the electrodes with a glass deposit (for deposits on ceramic (hybrid electronics technique)) or with a varnish deposit for circuits metallic epoxy or polyimide-glass. All these techniques are known. However, it appeared that the new idea producing these sensors by depositing metal 71, 72 on a silica wafer (or even glass) 70, has several significant advantages: chemical or electrochemical resistance, therefore robustness,
  • the manufacture of two electrodes, measuring electrode 71 and guard electrode 72 can be carried out: - by depositing an electrical conductor, whatever the chemical nature of this conductor (gold, silver-palladium, epoxy charged with gold, copper, ..., various conductive inks, ...) by screen printing or pad printing (carry over to the pad); - or by removing a conductor groove previously uniformly deposited on the silica or glass wafer by sputtering (sputtering) or by vacuum evaporation, this removal of material, carried out by a laser beam (preferably ultraviolet) or by mechanical action, creating two conductive surfaces electrically isolated from each other, the central one 71 being the measuring electrode and the peripheral part being the guard electrode 72,
  • a laser beam preferably ultraviolet
  • FIG. 11 shows this type of capacitive level detector consisting of a closed tube of silica or glass, internally metallized or filled with mercury, the internal conductor constituting the capacitive measurement electrode 67, while the water is the another armature of the capacitor whose capacity is measured.
  • the repeatability of this type of measurement is better than 10 ⁇ m.
  • a well-calibrated cylindrical conductor for example a stainless steel rod, sheathed by a retractable Teflon sheath, constitutes a good choice for the production of this sensor.

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Abstract

A hydrostatic height measurment system including a set of vessels (10, 20, no) containing a liquid (9) and fitted with level sensors (15, 25, n5), and means for interconnecting the vessels (10, 20, no) via a connecting circuit (3). The system further includes, in series with said connecting circuit, a liquid tank (19) with a volume far greater than the total volume of the set of vessels (10, 20, no) and the connecting circuit (3), a pump (18) for circulating the liquid (9) through said connecting circuit (3), and valves (25, 26) arranged at both ends of the connecting circuit (3) for controlling the flow of liquid (9) in the connecting circuit (3). The method using said system includes basic measurement cycles that each comprise a first homogenising step and a second measurement step. Said system and method are particularly useful in civil engineering.

Description

"Système et procédé de mesure altimétrique par moyen hydrostatique" LIZSCRIPTION La présente invention concerne un système de mesure altimétrique par moyen hydrostatique. Elle vise également un procédé mis en oeuvre dans ce système. "System and method of altimetric measurement by hydrostatic means" LIZSCRIPTION The present invention relates to a system of altimetric measurement by hydrostatic means. It also relates to a method implemented in this system.
Le niveau à eau est connu depuis l'Antiquité.The water level has been known since Antiquity.
Plusieurs systèmes de nivellement existent; beaucoup utilisent le principe des vases communicants. La surface libre du liquide remplissant le vases communicants épouse à peu près le géoïde local, donc un plan horizontal si les différents vases sont proches (cent mètres) les uns des autres. Depuis une trentaine d'années, un effort est accompli pour améliorer la précision des mesures de nivellement effectuées selon l'hydrostatique. On peut en particulier citer le capteur HLS développé par Daniel ROUX de 1 'ESRF de Grenoble, dont la précision est de 5 μm sur une longueur totale entre vases de l'ordre de 1 kilomètre.Several leveling systems exist; many use the principle of communicating vessels. The free surface of the liquid filling the communicating vessels approximates the local geoid, therefore a horizontal plane if the different vessels are close (one hundred meters) from each other. For the past thirty years, an effort has been made to improve the accuracy of leveling measurements made according to the hydrostatic. Mention may in particular be made of the HLS sensor developed by Daniel ROUX of the ESRF in Grenoble, whose precision is 5 μm over a total length between vessels of the order of 1 kilometer.
S. TAKEDA, de KEK-Tokyo, a amélioré le capteur HLS pour atteindre la précision de 1 μm sur une longueur hectométrique du circuit hydraulique.S. TAKEDA, of KEK-Tokyo, improved the HLS sensor to reach the precision of 1 μm over a hectometric length of the hydraulic circuit.
La différence entre le plan horizontal local et le géoïde local devient rapidement significative: si d est la distance entre deux points de la surface du géoïde local, la différence de niveau entre l'un des ces points et le plan horizontal local de l'autre point estThe difference between the local horizontal plane and the local geoid quickly becomes significant: if d is the distance between two points on the surface of the local geoid, the difference in level between one of these points and the local horizontal plane of the other point is
Figure imgf000003_0001
où d et R, rayon terrestre, sont exprimé en mètres.
Figure imgf000003_0001
where d and R, terrestrial radius, are expressed in meters.
Cet écart n'est pas à considérer ici que dans la mesure où l'objectif est de mesurer des variations d'altitude dans le temps en un point ou des différences d'altitude entre divers points.This difference is not to be considered here only insofar as the objective is to measure variations in altitude over time at a point or differences in altitude between various points.
Le liquide utilisé pour ces mesures de précision est de l'eau simplement additionnée de produit fongicide et bactéricide en concentration très faible. Les utilisateurs ajoutent fréquemment de la fluorescéïne dans le seul but de mieux visualiser le bon remplissage des tubes de communication entre vases. Ces tubes sont généralement constitués en polyéthylène translucide résistant à l'irradiation. D'autres liquides peuvent être employés avec le capteur HLS, par exemple, un mélange antigel, le glycol ou la glycérine ou une huile siliconé, pour des utilisations jusqu'à une température de 125°C, voir plus si l'électronique de mesure est maintenue à une valeur compatible avec les composants utilisés; le mercure a été utilisé par MOREAU, ONERA [1978] pour mesurer des fluctuations d'inclinaison avec une précision meilleure que 1 nanoradian avec deux vases taillés dans un bloc d'acier inoxydable, les deux vases, d'un diamètre de 50 mm, étant distants d'environ 180 mm. Dans tous les cas mentionnés jusqu'ici, la détection de la position de la surface libre est effectuée par des moyens capacitifs.The liquid used for these precision measurements is water simply added with fungicidal and bactericidal product in very low concentration. Users frequently add fluorescein for the sole purpose of better visualizing the correct filling of the communication between vases. These tubes are generally made of translucent polyethylene resistant to radiation. Other liquids can be used with the HLS sensor, for example, an antifreeze mixture, glycol or glycerin or a silicone oil, for uses up to a temperature of 125 ° C, see more if the measurement electronics is maintained at a value compatible with the components used; mercury was used by MOREAU, ONERA [1978] to measure tilt fluctuations with an accuracy better than 1 nanoradian with two vases cut from a block of stainless steel, the two vases, with a diameter of 50 mm, being about 180 mm apart. In all the cases mentioned so far, the detection of the position of the free surface is carried out by capacitive means.
D'autres mesures, beaucoup moins précises, ont été mises en oeuvre. On peut citer la détection résistive du contact entre une pointe métallique mobile verticalement et la surface libre du liquide (eau) dans chaque vase. La mesure de la position de la surface libre a aussi été effectuée par des moyens ultrasonores ou optiques. Enfin, cette surface libre peut être remplacée par la surface d'un flotteur, avec toutes les imprécisions liées aux phénomènes de mouillage entre liquide et flotteur et de friction solide-solide entre flotteur et vase; en revanche, des moyens inductifs, notamment par courant de Foucault, peuvent être utilisés.Other measures, much less precise, have been implemented. Mention may be made of resistive detection of the contact between a vertically movable metal tip and the free surface of the liquid (water) in each vase. The measurement of the position of the free surface was also carried out by ultrasonic or optical means. Finally, this free surface can be replaced by the surface of a float, with all the inaccuracies linked to the phenomena of wetting between liquid and float and of solid-solid friction between float and vase; on the other hand, inductive means, in particular by eddy current, can be used.
La précision ultime des mesures altimétπques est limitée par les fluctuations de la masse spécifique du liquide remplissant vases et tubes de communication entre vases. Ces fluctuations résultent de la non-homogénéité de la température. La figure 1 illustre ce problème: deux vases 10, 20, reliés par des tubes 3, 4, sont partiellement remplis d'un liquide 9 jusqu'aux hauteurs respectives al, a2. Le tube de communication 3 est également rempli de ce liquide. Le reste des vases 10, 20 et le second tube de communication 4 sont remplis d'un gaz 8. Si la température était uniformément égale à To dans tout l'espace occupé par les vases et les tubes de communication à l'équilibre, dans toute tranche horizontale placée entre les altitudes z et z+dz, la masse spécifique du liquide ou celle du gaz auraient exactement la même valeur et donc la surface libre du liquide, c'est à dire l'interface liquide/gaz serait exactement à la même altitude dans les deux vases. Les mesures des niveaux al, a2 dans les vases 10, 20 fourniraient donc exactement la valeur de la différence d'altitude zl-z2 des vases 10, 20, quelle que soit la distance horizontale entre les vases 10, 20 On néglige ici les variations horizontales de la gravité g.The ultimate accuracy of altimetric measurements is limited by fluctuations in the specific mass of the liquid filling vessels and communication tubes between vessels. These fluctuations result from the non-homogeneity of the temperature. FIG. 1 illustrates this problem: two vases 10, 20, connected by tubes 3, 4, are partially filled with a liquid 9 up to the respective heights a1, a2. The communication tube 3 is also filled with this liquid. The rest of the vessels 10, 20 and the second communication tube 4 are filled with a gas 8. If the temperature was uniformly equal to To in all the space occupied by the vases and the communication tubes in equilibrium, in any horizontal slice placed between the altitudes z and z + dz, the specific mass of the liquid or that of the gas would have exactly the same value and therefore the surface free of liquid, ie the liquid / gas interface would be at exactly the same altitude in the two vessels. The measurements of the levels a1, a2 in the vases 10, 20 would therefore give exactly the value of the difference in altitude zl-z2 of the vases 10, 20, whatever the horizontal distance between the vases 10, 20 The variations are neglected here gravity horizontal g.
En réalité, la température n'est pas homogène: elle est mesurée dans les vases 10, 20 où elle vaut respectivement Tl et T2. Il faudrait en fait la mesurer en tous points des parties non horizontales des tubes de communication 3, 4 pour pouvoir calculer la variation de pression dans une tranche comprise entre les altitudes z et z+dz : Δp(z) = g.pτ.dz (1)In reality, the temperature is not homogeneous: it is measured in the vessels 10, 20 where it is respectively Tl and T2. It would in fact be necessary to measure it at all points of the non-horizontal parts of the communication tubes 3, 4 in order to be able to calculate the pressure variation in a section comprised between the altitudes z and z + dz: Δp (z) = gp τ .dz ( 1)
où PT est la masse spécifique du fluide à la température T et situé dans la tranche [z, z+dz] Dans la suite, on utilisera des indices L pour le liquide et des indices G pour le gaz .where PT is the specific mass of the fluid at temperature T and located in the slice [z, z + dz] In the following, we will use indices L for the liquid and indices G for the gas.
On note que dans les parties horizontales respectives BC, DE des tubes 3, 4, dz=0, Δp(z)=0, la pression est constante, indépendamment des variations de température le long de ces parties horizontales des tubes de communication 3, 4.It is noted that in the respective horizontal parts BC, DE of the tubes 3, 4, dz = 0, Δp (z) = 0, the pressure is constant, independently of the temperature variations along these horizontal parts of the communication tubes 3, 4.
Soient T(s) et T(s') les températures respectives du liquide et du gaz le long des abscisses curvilignes respectives s et s' des tubes de communication 3, 4 Soient Al, A2 des points situés respectivement dans l'embase des vases 10, 20, et donc dans le liquide 9 Soient O, le point le plus bas du tube de communication 3, et O', le point le plus élevé du tube de communication 4 Soit encore X, un point quelconque situé dans un fluide, liquide ou gaz, des deux vases communiquants 10, 20. La pression au point X est P{X) . On considère un circuit en forme de boucle partant du point X et revenant à ce même point X après être passé par les deux vases 10, 20 et les deux tubes de communication 3 , 4. La pression aura évolué au cours de ce circuit, mais, partie de la valeur P(X) , elle revient exactement à la même valeur P(X) . On considère maintenant le point Al, on remonte dans le vase 10, on va vers l'autre vase 20 par le tube 4, puis on retourne vers le premier vase 10 par 1 'autre tube 3 rZ2+CT> rZ\Let T (s) and T (s') be the respective temperatures of the liquid and gas along the respective curvilinear abscissae s and s of the communication tubes 3, 4 Let Al, A2 be the points located respectively in the base of the vessels 10, 20, and therefore in the liquid 9 Let O, be the lowest point of the communication tube 3, and O ', be the highest point of the communication tube 4 Let X, be any point located in a fluid, liquid or gas, from the two communicating vessels 10, 20. The pressure at point X is P (X). We consider a loop-shaped circuit starting from point X and returning to this same point X after having passed through the two vessels 10, 20 and the two communication tubes 3, 4. The pressure will have evolved during this circuit, but , part of the value P (X), it returns to exactly the same value P (X). We now consider the point Al, we go back up in the vase 10, we go to the other vase 20 by the tube 4, then we return to the first vase 10 by the other tube 3 rZ2 + CT> rZ \
0 = a,.pL(T,0) + J ^ pG(T< ).dz - a2.pL(T20) + l pL(Ts) dz (2)0 = a, .p L (T, 0 ) + J ^ p G (T <) .dz - a 2 .p L (T 20 ) + lp L (Ts) dz (2)
Sauf si T(s) et T(s') sont connues en tout point des tubes de communication 3 , 4 , les intégrales dans l'équation (2) ne peuvent être calculées et induisent des erreurs dans la mesure hydrostatique des dénivelées (z2- zl) ; seules les sections horizontales BC du tube 3 et DE du tube 4 n'induisent pas d'erreur. La version la plus précise du capteur altimétrique est donc celle adoptée par S.Takeda, comme l'illustre la figure 2, avec un seul tube de communication 6 pour le liquide et pour le gaz, et donc un interface liquide/gaz 5 ininterrompu le long de tout le circuit des n vases utilisés 100, 200. Le terme f pL (Ts) dz qui est la cause majeure d'incertitude des mesures altimétngues hydrostatiques devient ici particulièrement petit puisque la différence d'altitude entre le point le plus bas et celui le plus élevé est ici nécessairement bien inférieure au diamètre du tube de liaison 6. La précision de mesure grandement améliorée a une contrepartie: l'installation d'un tube unique β doit être soignée. S.Takeda a montré que cette configuration permet d'obtenir une précision de mesure altimétrique de 1 μm, malgré des fluctuations thermiques de plusieurs degrés centigrades entre vases adjacents. La mesure des distances dlO, d20, ... effectuée très précisément par le capteur HLS, par des moyens capacitifs, oermet de connaître la différence d'altitude des vasesUnless T (s) and T (s') are known at all points of the communication tubes 3, 4, the integrals in equation (2) cannot be calculated and induce errors in the hydrostatic measurement of elevation differences (z2 - zl); only the horizontal sections BC of the tube 3 and DE of the tube 4 do not induce an error. The most precise version of the altimeter sensor is therefore that adopted by S. Takeda, as illustrated in FIG. 2, with a single communication tube 6 for the liquid and for the gas, and therefore an uninterrupted liquid / gas interface 5 on along the entire circuit of the n vessels used 100, 200. The term fp L (Ts) dz which is the major cause of uncertainty in hydrostatic altimeter measurements here becomes particularly small since the difference in altitude between the lowest point and the highest is here necessarily much smaller than the diameter of the connecting tube 6. The greatly improved measurement accuracy has a counterpart: the installation of a single tube β must be taken care of. S. Takeda has shown that this configuration allows an altimetric measurement accuracy of 1 μm, despite thermal fluctuations of several degrees centigrade between adjacent vessels. The measurement of the distances dlO, d20, ... carried out very precisely by the HLS sensor, by capacitive means, allows to know the difference in altitude of the vessels
FEUILLE DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) 100, 200. Plus souvent, ce sont les variations dans le temps de ces distances dlO, d20, ... qui sont considérées pour mesurer les fluctuations de ces écarts d'altitude.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) 100, 200. More often, it is the variations over time of these distances d10, d20, ... which are considered to measure the fluctuations of these differences in altitude.
Un autre cas idéal pour des mesures altimétriques ultra précises serait de réguler tout le circuit de communication liquide 3 autour de 4°C, le liquide 9 pouvant être de l'eau pure ou salée, parce que la masse spécifique de ces liquides passe par un maximum vers 4°C et qu'autour d'un extremum, les variations sont du second ordre. Serait alors levée la contrainte du positionnement des tubes de communication liquide 3 aussi horizontal et aussi près que possible de la surface géoïde passant par les interfaces liquide/gaz dans les divers vases, comme l'illustre la figure 3. En effet, entre 3,6 et 4,5 °C, la masse spécifique de l'eau est constante à lppm (IO-6) près; la pente de Δpeau/peau en fonction de la température est négative pour T>4°C. A 10°C, elle vaut 88.10"6/°C;Another ideal case for ultra-precise altimetric measurements would be to regulate the entire liquid communication circuit 3 around 4 ° C., the liquid 9 can be pure or salted water, because the specific mass of these liquids passes through a maximum around 4 ° C and that around one extremum, the variations are second order. The constraint of positioning the liquid communication tubes 3 would then be lifted as horizontal and as close as possible to the geoid surface passing through the liquid / gas interfaces in the various vessels, as illustrated in FIG. 3. Indeed, between 3, 6 and 4.5 ° C, the specific mass of water is constant to within lppm (IO -6 ); the slope of Δp water / p water as a function of temperature is negative for T> 4 ° C. At 10 ° C, it is 88.10 "6 / ° C;
150,1.10' à 15°C; 206,4.10-6/°C 20°C; 257,8.10" a150.1.10 ' at 15 ° C; 206,4.10- -6 / ° C 20 ° C; 257.8.10 "a
25°C; 299,2.10~6/°C à 30°C. En d'autres termes, pour garantir la valeur de peau à 10"5 près, il faut assurer la constance de la température de cette eau à: 0,58°C à 10°C, 0,0666°C à 15°C, 0, 0485°C à 20°C, 0, 0389°C à 25°C, 0, 0335°C à 30°C. En résumé, les mesures très précises de dénivelées exigent jusqu'à présent de satisfaire à l'une des conditions suivantes: 1) ou tout le circuit du liquide a une température connue, hormis dans les portions horizontales de tubes 3,25 ° C; 299.2.10 ~ 6 / ° C to 30 ° C. In other words, to guarantee the value of p e to within 10 "5 , it is necessary to ensure the constancy of the temperature of this water at: 0.58 ° C at 10 ° C, 0.0666 ° C at 15 ° C, 0, 0485 ° C at 20 ° C, 0, 0389 ° C at 25 ° C, 0, 0335 ° C at 30 ° C. In summary, very precise measurements of elevation require until now to satisfy one of the following conditions: 1) or the entire circuit of the liquid has a known temperature, except in the horizontal portions of tubes 3,
2) ou le liquide utilisé est de l'eau, pure ou salée, maintenue autour de la température de densité maximum (4°C) , 3) ou les tubes de liaison entre vases communicants doivent être placés à une distance aussi courte que possible sous le plan défini par l'interface liquide/gaz dans les vases, l'optimum étant le tube unique 6 , proposé par S.Takeda, qui n'interrompt pas l'interface liquide/gaz 5.2) or the liquid used is water, pure or salted, maintained around the maximum density temperature (4 ° C), 3) or the connecting tubes between communicating vessels must be placed at a distance as short as possible under the plane defined by the liquid / gas interface in the vessels, the optimum being the single tube 6, proposed by S. Takeda, who does not interrupt the liquid / gas interface 5.
La présente invention a pour but de supprimer ces conditions restrictives qui aujourd'hui interdisent l'emploi des mesures hydrostatiques précises dε dénivelées ou de fluctuations de dénivelées quand on veut une mise en oeuvre facile et rapide de la mesure hydrostatique, notamment pour des applications en génie civil, c'est à dire des applications pour lesquelles les tubes de liaison 3 entre vases ne peuvent être ni maintenus à 4°C, ni instrumentés pour mesurex leux Leαipéxature SUÎ- toute leur longueur, ni placés avec soin dans le plan quasi- horizontal des interfaces liquide/gaz 5, d'autant que les dénivelées à mesurer dépassent très largement la gamme d'étendue de mesure à peine centimetrique des capteurs altimétriques de précision actuels. Ici, on vise des applications où la précision de mesure altiπrétrique est typiquement 10~5, soit:The object of the present invention is to eliminate these restrictive conditions which today prohibit the use of precise hydrostatic measurements of differences in level or of fluctuations in differences in level when an easy and rapid implementation of the hydrostatic measurement is desired, in particular for applications in civil engineering, that is to say applications for which the connection tubes 3 between vessels can neither be maintained at 4 ° C, nor instrumented for measurement, the entire length of their length, nor carefully placed in the almost plane horizontal of the liquid / gas interfaces 5, all the more so since the differences in height to be measured greatly exceed the barely centimeter measurement range of current precision altimeter sensors. Here, we are targeting applications where the altiπretric measurement accuracy is typically 10 ~ 5 , ie:
10 μm, si l'amplitude de dénivelée est 1 m, 0,1 mm, si l'amplitude de dénivelée est 10m,10 μm, if the difference in elevation is 1 m, 0.1 mm, if the difference in elevation is 10m,
1 mm, si l'amplitude de dénivelée est 100m.1 mm, if the difference in height is 100m.
11 y a donc à résoudre deux problèmes:There are therefore two problems to be solved:
1) réduire les incertitudes de mesure engendrées par les fluctuations de température le long du circuit hydraulique sans utiliser aucune des trois conditions décrites précédemment,1) reduce the measurement uncertainties caused by temperature fluctuations along the hydraulic circuit without using any of the three conditions described above,
2) trouver un moyen de mesure altimétrique qui permette la mesure précise et robuste des dénivelées d'amplitude supérieure ou égale à 1 mètre. L'ensemble de ces moyens nouveaux mis en oeuvre pour résoudre les deux problèmes énoncés ci-dessus constitue le système de mesure altimétrique précise et de grande amplitude, objet de la présente invention.2) find a means of altimetric measurement that allows precise and robust measurement of elevation differences of amplitude greater than or equal to 1 meter. All of these new means used to solve the two problems set out above constitute the precise altimeter measurement system of large amplitude, object of the present invention.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci -après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs:Other features and advantages of the invention will appear in the description below. In the appended drawings given by way of nonlimiting examples:
- la figure 4 illustre un exemple de forme d'un tube de liaison dans un système d'altimétrie hydrostatique; la figure 5 représente une première forme de réalisation d'un système d'altimétrie selon l'invention; la figure 6 représente une seconde forme de réalisation d'un système selon l'invention, correspondant au cas où les altitudes à surveiller sont quasi-identiques et où le circuit de liaison hydraulique n'est pas trop long; la figure 7 représente une troisième forme de réalisation d'un système selon l'invention, correspondant également au cas où les altitudes à surveiller sont quasi- identiques, mais poux un circuit de liaison pouvant: être long;- Figure 4 illustrates an example of the shape of a connecting tube in a hydrostatic altimetry system; FIG. 5 represents a first embodiment of an altimetry system according to the invention; FIG. 6 represents a second embodiment of a system according to the invention, corresponding to the case where the altitudes to be monitored are almost identical and where the hydraulic connection circuit is not too long; FIG. 7 represents a third embodiment of a system according to the invention, also corresponding to the case where the altitudes to be monitored are almost identical, but for a link circuit which can: be long;
- la figure 8 représente une forme particulière de réalisation d'un système d'altimétrie selon l'invention, pour la mesure de différences d'altitudes;- Figure 8 shows a particular embodiment of an altimetry system according to the invention, for measuring differences in altitudes;
- la figure 9 représente encore une autre forme de réalisation simplifiée d'un système d'altimétrie selon l'invention, dans laquelle on n'utilise qu'une seule vanne par vase; et - les figures 10 et 11 illustrent deux exemples de réalisation de capteurs capacitifs pour mesurer les niveaux de liquide dans les vases; ces deux capteurs sont robustes, au sens où ces capteurs sont indestructibles et ne peuvent pas être endommagés par électrolyse, comme c ' est le cas pour les capteurs dont les électrodes métalliques peuvent (accidentellement) être mises en contact avec l'eau: les deux exemples des figures 10 ec 11 sont des capteurs dont les électrodes dont protégées par une couche de matériau diélectrique. On considère un tube de communication ou de liaison entre plusieurs vases placés en différents points à surveiller altimétriquement, ce tube ne pouvant pas être horizontal, ni placé dans le plan des vases, mais pouvant avoir la forme arbitraire représentée en figure 4. Ce tube présente des parties basses zo et des parties plus hautes que les vases, le point haut ayant une altitude zh, à condition toutefois que la pression à cette altitude zh reste supérieure à 0,2 bar absolu (c'est à dire que le siphon ainsi créé ne se désamorce pas) . La réduction des incertitudes de mesure altimétrique est obtenue par l'homogénéisation de la température du liquide dans les tubes de communication, homogénéisation obtenue grâce à un dispositif représenté en figure 5.- Figure 9 shows yet another simplified embodiment of an altimetry system according to the invention, in which only one valve is used per vessel; and - Figures 10 and 11 illustrate two exemplary embodiments of capacitive sensors for measuring the levels of liquid in the vessels; these two sensors are robust, in the sense that these sensors are indestructible and cannot be damaged by electrolysis, as is the case for sensors whose metal electrodes can (accidentally) come into contact with water: both examples of FIGS. 10 and 11 are sensors, the electrodes of which are protected by a layer of dielectric material. We consider a communication or connection tube between several vases placed at different points to be monitored altimetrically, this tube cannot be horizontal or placed in the plane of the vases, but can have the arbitrary shape shown in Figure 4. This tube has lower parts zo and parts higher than the vases, the high point having an altitude zh, provided, however, that the pressure at this altitude zh remains greater than 0.2 bar absolute (i.e. the siphon thus created does not defuse). The reduction in altimetric measurement uncertainties is obtained by homogenizing the temperature of the liquid in the communication tubes, homogenization obtained by means of a device shown in FIG. 5.
Ce dispositif permet de réduire très fortement, voire supprimer, les incertitudes de mesure dues aux tubes de liaison des capteurs altimétriques . Quelle que soit la façon dont les divers vases utilisés sont raccordés au circuit de liaison 3 pour communiquer entre eux, le dispositif selon l'invention comprend au moins les quacre éléments suivants:This device makes it possible to very greatly reduce, or even eliminate, the measurement uncertainties due to the connection tubes of the altimeter sensors. Whatever the way in which the various vessels used are connected to the connection circuit 3 to communicate with each other, the device according to the invention comprises at least the following four elements:
- un réservoir 19 de volume V très supérieur au volume total v de l'ensemble des vases et des tubes de liaison constituant un circuit 3, et rempli du même liquide que celui utilisé pour les vases et le circuit 3; une pompe 18 qui peut soutirer le liquide 9 du réservoir 19 et le faire circuler dans le circuit 3 jusqu'à retour audit réservoir 19; - deux vannes 25, 26 encadrant l'ensemble des vases 10, 20, .., no (non représentés) placés sur le circuit 3.- A reservoir 19 of volume V much greater than the total volume v of all the vessels and the connecting tubes constituting a circuit 3, and filled with the same liquid as that used for the vessels and the circuit 3; a pump 18 which can draw the liquid 9 from the reservoir 19 and circulate it in the circuit 3 until it returns to the said reservoir 19; - two valves 25, 26 surrounding all of the vessels 10, 20, .., no (not shown) placed on the circuit 3.
Outre ces quatre éléments, il est intéressant d'ajouter que le réservoir 19 est de préférence placé au- dessus du circuit 3 et qu'un robinet à fuite 28, de débit petit, placé en parallèle (by-pass) entre le réservoir 19 et le circuit de liaison 3, en parallèle sur la pompe 18 et la vanne 25, permet de remplir le circuit de liaison 3 et les vases tandis qu'un second robinet de débit petit 29, placé en dérivation sur le circuit de liaison 3, permet de purger celui-ci et les vases d'un excès éventuel d'eau. Enfin, un manomètre 27, placé en aval de la pompe 18 et de préférence entre celle-ci et la vanne 25, permet la vérification du bon fonctionnement de la ciircuïation du liquide: une pression excessive indiquera ainsi une pompe trop puissante ou un circuit de liaison bouché; une pression insuffisante indiquera un circuit de liaison éclaté ou une pompe en panne. Quels que soient les capteurs proprement dits et la disposition des vases, le système de mesure altimétrique selon 1 ' invention fonctionne de façon cyclique avec une première phase dans laquelle la mesure altimétrique n'est pas opérationnelle mais pendant laquelle la pompe 18 fait circuler le liquide, les vannes 25, 26 étant ouvertes: comme le volume du réservoir 19 est très grand devant le volume de l'ensemble des vases et du circuit 3, le liquide contenu dans le circuit (et éventuellement dans les vases si ceux-ci sont installés en série sur le circuit) , va se mélange., au volume V du réservoir 19. La températuie du liquide 9 dans le circuit de liaison 3 devient rapidement homogène; après quelques tours du circuit, ce dernier présente alors une température T(t) constante à ΔT(t) près, ΔT(t) étant la fluctuation résiduelle très petite de T(t) .In addition to these four elements, it is interesting to add that the reservoir 19 is preferably placed above the circuit 3 and that a leak valve 28, of small flow, placed in parallel (by-pass) between the reservoir 19 and the connection circuit 3, in parallel on the pump 18 and the valve 25, makes it possible to fill the connection circuit 3 and the vessels while a second small flow valve 29, placed as a bypass on the connection circuit 3, allows to purge this one and the vases of a possible excess of water. Finally, a pressure gauge 27, placed downstream of the pump 18 and preferably between the latter and the valve 25, makes it possible to verify the proper functioning of the circulation of the liquid: excessive pressure will thus indicate a too powerful pump or a circuit of blocked connection; insufficient pressure will indicate a broken link circuit or a faulty pump. Whatever the sensors themselves and the arrangement of the vessels, the altimetric measurement system according to the invention operates cyclically with a first phase in which the altimetric measurement is not operational but during which the pump 18 circulates the liquid , the valves 25, 26 being open: as the volume of the reservoir 19 is very large compared to the volume of all the vessels and of the circuit 3, the liquid contained in the circuit (and possibly in the vessels if these are installed in series on the circuit), will mix., to the volume V of the reservoir 19. The temperature of the liquid 9 in the connection circuit 3 quickly becomes homogeneous; after a few turns of the circuit, the latter then has a constant temperature T (t) to within ΔT (t), ΔT (t) being the very small residual fluctuation of T (t).
Alors commence la deuxième phase du cycle avec 1 ' arrêt de la pompe 18, la fermeture des vannes 25, 26; les vases, qui avaient été isolés d'une façon ou d'une autre, sont remis en communication; on attend que l'équilibre soit atteint pour relever des mesures altimétriques.Then begins the second phase of the cycle with the stopping of the pump 18, the closing of the valves 25, 26; the vases, which had been isolated in one way or another, are put back into communication; we wait until equilibrium is reached before taking altimetric measurements.
La mesure altimétrique suivante sera effectuée au temps [t+Δt] après un nouveau cycle: circulation/brassage du liquide, puis mesure altimétrique. Alors que les système de mesure altimétrique HLS classique fournit une mesure continue des dénivelées et de leurs fluctuations, le système de mesure altimétrique selon l'invention est intrinsèquement discontinu En revanche, il n'impose aucune contrainte sur la disposition du circuit de liaison 3 entre les divers vases 10, 20, n0 utilisés .The following altimetric measurement will be carried out at time [t + Δt] after a new cycle: circulation / mixing of the liquid, then altimetric measurement. While the conventional HLS altimetric measurement system provides a continuous measurement of elevation differences and their fluctuations, the altimetric measurement system according to the invention is intrinsically discontinuous. On the other hand, it does not impose any constraint on the arrangement of the link circuit 3 between the various vases 10, 20, n 0 used.
On va maintenant décrire en détail un exemple de réalisation d'un système de mesure altimétrique selon 1 ' invention. Dans un premier temps, on va considérer n vases supposés placés à peu près à la même altitude, "à peu près" signifiant que les écarts d'altitude entre les différents vases sont inférieurs à l'étendue de mesure des capteurs visant la position de la surface libre de l'eau dans chaque vase. Cette situation de position quasi- horizontale de tous les vases donne lieu à deux variantes du système selon l'invention. Dans un système de mesure altimétrique 60, représenté en figure 6, dont tous les vases sont sensiblement à la même hauteur, les atmosphères des vases communiquent via un circuit de liaison gazeuse 4 pendant la mesure, comme c'est le cas dans ur système de mesure altimétrique HLS classique. Mais pendant la phase de circulation, la communication entre vases doit être interrompue et chaque vase doit être isolé, soit par l'air, soit par le liquide. En effet, la pression dynamique engendrée par la perte de charge dans le circuit de liaison gazeuse 3 et la nécessité de n'ironder aucun vase impose de mettre en oeuvre des solutions spécifiques telles qu'illustrées en figure 6 et en figure 7.We will now describe in detail an embodiment of an altimetric measurement system according to the invention. First, we will consider n vases assumed to be placed at approximately the same altitude, "approximately" meaning that the differences in altitude between the various vessels are less than the measurement range of the sensors aiming at the position of the free surface of the water in each vase. This situation of almost horizontal position of all the vases gives rise to two variants of the system according to the invention. In an altimetric measurement system 60, represented in FIG. 6, of which all the vessels are substantially at the same height, the atmospheres of the vessels communicate via a gas connection circuit 4 during the measurement, as is the case in our classic HLS altimetric measurement. But during the circulation phase, the communication between vessels must be interrupted and each vessel must be isolated, either by air or by liquid. In fact, the dynamic pressure generated by the pressure drop in the gas connection circuit 3 and the need not to irradiate any vessel requires the implementation of specific solutions as illustrated in FIG. 6 and in FIG. 7.
Une première solution (figure 6) , préférée lorsque le circuit de liaison gazeuse n'est pas trop long, c'est à dire si la perte de charge n'est pas trop excessive, consiste à équiper chaque vase 10, 20, ..nσ d'une vanne d'isolement 11, 21, n]_. Les vases sont traversés par le circuit de liaison liquide 3. Pendant le pompage, les vannes 11, 21, ..n^ sont closes: l'air emprisonné dans la partie haute de chaque vase se comprime jusqu'à ce que la pression dynamique de l'eau et la pression dans le vase s'égalisent. Tous les vases étant équipés d'une sonde de température 14, 2A , . . n^ , on peut suivre l'égalisation de température de l'eau dans tout le circuit de liaison liquide 3. Pendant cette phase de pompage, αes capteurs 15, 25, ..n5 équipant chaque vase mesurent le niveau d'eau (qui a monté) et, si une valeur seuil est franchie, arrêtent ou réduisent le débit de la pompe 18. La température du liquide étant homogénéisée, la pnase de mesure commence alors, avec la fermeture des vannes 25, 26, l'ouverture des vannes d'isolement 11, 2], ..nη_ puis l'acquisition des mesures après un laps de temps consacré au retour à l'équilibre. Lorsque le circuit de liaison liquide 3 est trop long, il n'est plus possible de réaliser le compromis entre un fort débit assurant une bonne homogénéisation de la température du liquide dans le circuit de liaison liquide 3 et la nécessité de ne pas inonder les vases outre mesure. On adopte alors une seconde solution illustrée par la figure 7.A first solution (FIG. 6), preferred when the gas connection circuit is not too long, that is to say if the pressure drop is not too excessive, consists in equipping each vessel 10, 20,. n σ of an isolation valve 11, 21, n ] _. The vessels are crossed by the liquid connection circuit 3. During the pumping, the valves 11, 21, ..n ^ are closed: the air trapped in the upper part of each vessel is compressed until the dynamic pressure water and pressure in the vessel are equalized. All the vases being equipped with a temperature probe 14, 2A,. . n ^, we can follow the water temperature equalization throughout the liquid connection circuit 3. During this pumping phase, the sensors 15, 25, ..n5 equipping each vessel measure the water level (which has risen) and, if a threshold value is crossed, stop or reduce the flow rate of the pump 18. The temperature of the liquid being homogenized, the measurement sequence then begins, with the closing of the valves 25, 26, the opening of the valves isolation 11, 2], ..nη_ then the acquisition of the measurements after a period of time devoted to the return to equilibrium. When the liquid connection circuit 3 is too long, it is no longer possible to make the compromise between a high flow rate ensuring good homogenization of the temperature of the liquid in the liquid connection circuit 3 and the need not to flood the vessels beyond measure. We then adopt a second solution illustrated in FIG. 7.
Au lieu que les vases soient en série sur le circuit de liaison liquide 3 comme c'est le cas dans la première solution représentée en figure 6, les vases 10, jo, ng sont mis en dérivation et sent respectivement reliés au circuit de liaison liquide 3 par des jonctions 13, J3, n3 les tronçons de circuit 16, jg, ng situés entre ces jonctions et les vases correspondants sont horizontaux et équipés d'une vanne d'isolement 12, J2, Ω-2. Pendant la phase de circulation, les vannes 25, 26 sont ouvertes; les vannes d'isolement 12, J2, n2 sont fermées et la pompe 18 est en marche. Dans cette configuration, le débit de liquide dans le circuit de liaison liquide 3 n'est plus limité que par la résistance des tubes de liaison et par la capacité de la pompe 18. La température du circuit de liaison liquide 3 devient rapidement constante, mais il est souhaitable de placer des sondes thermiques 701, 702, .. réparties le long du circuit de liaison liquide 3 pour suivre l'homogénéisation de la température dans le circuit 3, mais pas nécessairement dans les tronçons horizontaux 16, jg, ng . Dans cette seconde solution, les atmosphères des vases communiquent également via un circuit de liaison gazeuse 4. On va maintenant considérer des cas où les vases sont à peu près placés dans un même plan horizontal, à savoir que les écarts admissibles entre les altitudes de tous les vases sont inférieurs à l'étendue de mesure des capteurs visant la position de la surface libre du liquide dans chaque vase. Il s'agit en outre de cas où les écarts d'altitude des points à surveiller, ou à mesurer relativement les uns aux autres, peuvent prendre n'importe quelle valeur arbitraire: Im, 10m, voir même 100m. Le système de mesure altimétrique conserve le principe de fonctionnement cyclique avec un temps de circulation du liquide et un temps de mesure après que l'équilibre de température ait été atteint. Mais comme ce système est destiné à mesurer avec précision l'évolution des altitudes de chaque point jo et parce que ces évolutions sont infimes, les débits entre vases et confluents avec le circuit de liaison liquide 3 sont eux aussi infimes et ne modifient pas la température du liquide à proximité des jonctions 13, J3, n3 . De plus, comme les tronçons 16, jg, ng sont horizontaux, les éventuelles différenceb de température le long de chacun de ces tronçons sont sans effet sur la précision des mesures altimétπques . Par contre, la température de chaque vase est mesurée pour permettre la correction de pression dans Le liquide contenu dans chaque vase. Seuls sont négligés les effets des fluctuations ΔTQ de la température du gaz le long du circuit de liaison gazeuse 4 Avec ce système, des variations d'altitude de ±2 μm ont pu être identifiées avec un circuit de liaison liquide 3 de 100 m de long et surtout des oscillations verticales du circuit de liaison liquide 3 de +1 m à -2 m par rapport au niveau de l'eau dans les vases. Donc la précision de mesure altimétrique pour des points d'altitudes très voisines est, avec ce nouveau procédé, égale à celle obtenue dans les meilleures conditions avec les systèmes de mesure altimétrique précédents, mais sans aucune contrainte sur l'horizontalité du circuit de liaison liquide 3 Un second intérêt de ce nouveau système selon l' inventLon est la disparition totale d'un problème non évoqué jusqu'ici, mais qui constitue une gène: l'eau du circuit de liaison liquide 3 peut dégazer Tant que les bulles d'air sont petites par rapport au diamètre interne du tube de liaison, la gène est faible: ces bulles ne font que freiner le passage du liquide dans le circuit 3, c'est à dire la mise en équilibre d'un système classique de mesure en continu. Par contre, une bulle qui grossirait jusqu'à occuper toute la section du tube mettrait le système de mesure en défaut. Avec le système selon l'invention, tout dégazage naturel de l'eau dans le circuit de liaison 3 est balayé parfaitement bien pendant la première phase du cycle On considère maintenant le ca le plus commun en génie civil, les points à surveiller (ou à mesurer) ont des altitudes qui varient de 1 m, ou 10 m, ou 100 m et plus. Le capteur de mesure des différences d'altitude entre plusieurs points ou des fluctuations dans le temps de l'altitude d'un point par rapport à d'autres points conjugue alors une mesure de pression dans la gaz αe chaque vase et une mesure de hauteur d'eau dans chacun de ces mêmes vases .Instead of the vessels being in series on the liquid connection circuit 3, as is the case in the first solution shown in FIG. 6, the vessels 10, jo, ng are bypassed and are respectively connected to the liquid connection circuit. 3 by junctions 13, J3, n3 the circuit sections 16, jg, ng located between these junctions and the corresponding vessels are horizontal and equipped with an isolation valve 12, J2, Ω-2. During the circulation phase, the valves 25, 26 are open; the isolation valves 12, J2, n2 are closed and the pump 18 is running. In this configuration, the flow of liquid in the liquid connection circuit 3 is no longer limited except by the resistance of the connection tubes and by the capacity of the pump 18. The temperature of the liquid connection circuit 3 quickly becomes constant, but it is desirable to place thermal probes 701, 702, .. distributed along the liquid connection circuit 3 to follow the homogenization of the temperature in the circuit 3, but not necessarily in the horizontal sections 16, jg, ng. In this second solution, the atmospheres of the vessels also communicate via a gas connection circuit 4. We will now consider cases where the vessels are roughly placed in the same horizontal plane, namely that the permissible differences between the altitudes of all the vessels are less than the measuring range of the sensors aiming at the position of the free surface of the liquid in each vessel. They are also cases where the differences in altitude of the points to be monitored, or to be measured relatively to each other, can take any arbitrary value: Im, 10m, or even 100m. The altimetric measurement system maintains the principle of cyclic operation with a circulation time of the liquid and a measurement time after the temperature equilibrium has been reached. But as this system is intended to measure with precision the evolution of the altitudes of each point jo and because these evolutions are minute, the flow rates between vessels and confluent with the liquid connection circuit 3 are also minute and do not modify the temperature liquid near junctions 13, J3, n3. In addition, as the sections 16, jg, ng are horizontal, any temperature differenceb along each of these sections has no effect on the accuracy of the altimetric measurements. On the other hand, the temperature of each vase is measured to allow correction of the pressure in the liquid contained in each vase. Only the effects of the fluctuations ΔT Q of the gas temperature along the gas connection circuit 4 are neglected. With this system, variations in altitude of ± 2 μm could be identified with a liquid connection circuit 3 of 100 m long and above all vertical oscillations of the liquid connection circuit 3 from +1 m to -2 m above the water level in the vessels. So the altimetric measurement accuracy for points of very close altitudes is, with this new process, equal to that obtained under the best conditions with the previous altimetric measurement systems, but without any constraint on the horizontality of the liquid link circuit 3 A second advantage of this new system according to the inventLon is the total disappearance of a problem not mentioned so far, but which constitutes a gene: the water of the liquid connection circuit 3 can degas As long as the air bubbles are small compared to the internal diameter of the connecting tube, the gene is weak: these bubbles only slow down the passage of the liquid in circuit 3, that is to say the balancing of a conventional continuous measurement system . On the other hand, a bubble which would grow until occupying the entire section of the tube would put the system of faulty measurement. With the system according to the invention, any natural degassing of the water in the connection circuit 3 is swept away perfectly well during the first phase of the cycle We now consider the most common AC in civil engineering, the points to be monitored (or measure) have altitudes that vary from 1 m, or 10 m, or 100 m and more. The sensor for measuring differences in altitude between several points or fluctuations in time in the altitude of a point relative to other points then combines a measurement of pressure in the gas αe each vessel and a measurement of height of water in each of these same vases.
Parce que l'appareil de mesure de pression (absolue ou plus souvent différentielle) de très haute qualité est cher, on se limite à un seul manomètre de précision En revanche, chaque vase possède ses moyens de mesure de température et ses moyens de mesure de la hauteur d'eau. On va maintenant décrire ce dernier système selon l'invention, en référence à la figure 8.Because the very high quality (absolute or more often differential) pressure measuring device is expensive, we limit ourselves to a single precision pressure gauge. On the other hand, each vessel has its temperature measuring means and its measuring means. the water height. We will now describe this latter system according to the invention, with reference to FIG. 8.
Par rapport aux autres versions précédemment décrites du système selon l'invention, cette dernière version comporte un circuit gazeux beaucoup plus complexe, ce circuit gazeux comprend deux lignes H, L correspondant respectivement à une ligne de pression haute et une ligne de pression basse. La ligne de pression haute H est reliée à une source de gaz comprimé 37 via un manodétenteur précis 47 La ligne de pression basse L est reliée d'une part à l'atmosphère via une vanne 48 et d'autre part, à la ligne H via une vanne 49. Entre les lignes H et L, sont disposés un manomètre de précision 57 et ses vannes d'isolement 58, 59.Compared with the other previously described versions of the system according to the invention, this latter version comprises a much more complex gas circuit, this gas circuit comprises two lines H, L corresponding respectively to a high pressure line and a low pressure line. The high pressure line H is connected to a source of compressed gas 37 via a precise pressure regulator 47 The low pressure line L is connected on the one hand to the atmosphere via a valve 48 and on the other hand, to the line H via a valve 49. Between the lines H and L, a precision pressure gauge 57 and its isolation valves 58, 59 are arranged.
Chaque vase ι0 est relié pneumatiquement aux deux lignes H et L par des conduits de petite section munis respectivement de vannes 15 entre ι0 et H et ig entre ι0 et L. Ces vannes sont fermées sauf pendant un court instant pendant lequel l'une d'elles est ouverte pour un contrôle, ajustement ou la mesure Le circuit hydraulique est similaire à celui de la figure 6: les vases ι0 sont tous traversés par le circuit de liaison 3, mais, pour des raisons de rapidité et de simplicité de mise en oeuvre, ce qui constitue un critère important dans le génie civil, chaque vase a une entrée basse mais deux sorties, l'une basse, l'autre haute située à mi-hauteur du vase, fermables respectivement par des vannes ι2, ^2 ' - Pendant la phase de circulation- remplissage du circuit 3 pour homogénéiser la température du liquide tout le long du circuit 3, les vannes 12 sont fermées et les vannes 12' sont ouvertes. Le niveau de liquide dans tous les vases ι0 excède donc le niveau de ι2' qui est médian; le gaz (de l'air) qui occupait initialement le volume interne de chaque vase a d'abord été refoulé via le circuit 3 jusqu'au réservoir d'où il s'est échappé, ceci jusqu'à ce que le liquide atteigne le niveau du piquage de la vanne 12 ' • Le volume d'air dès lors emprisonné entre le liquide et les vannes fermées 15 et ig s'est comprimé jusqu'à équilibrer la pression hydrostatique définie par l'altitude du pont le plus élevé du circuit 3 à laquelle s'ajoute la pression dynamique imposée par le réservoir 18, la Longueur du circuit 3 et l'importance du débit de liquide dans le circuit 3. Quand la température est devenue stable à la valeur mesurée T dans le circuit 3, la pompe 18 est arrêtée, les vannes 12 < , 25, et 26 sont fermées. Les vannes 12 sont ouvertes. La pression dans le circuit 3 est réglée pour que la pression au point le plus élevé du circuit 3 excède 1 bar Ainsi, quelle que soit la différence maximum des altitudes entre le point le plus haut et le point le plus bas du circuit 3, celui-ci restera rempli sans risque de désamorçage d'aucune partie du circuit 3 Le liquide s'équilibre entre les n vases dont toutes les vannes 15 et ig restent fermées les différences de pression gazeuse dans les chambres hautes des vases 10 et jo sont à l'équilibre: p (jo) -p (10) =g.pL (T) . [zi-zj+ai-aj] où zi et zj sont les altitudes des embases des vases 10 et jo, et ai, aj sont les hauteurs de liquide à l'équilibre dans les vases 10 et jo; la température T et les grandeurs ai, aj sont mesurées. La gravité ou accélération de la pesanteur g est connue, d'où le calcul de la différence d'altitude (zi-zj) entre les deux vases io et jo, à partir de la mesure de la différence des pressions io et jo mesurée par le manomètre 57 après ouverture des vannes j5, 16, 58 et 59 On a supposé ici que l'altitude du vase io est plus élevée que celle du vase jo. Avant ouverture des vannes j5 et 16, on a pu prérégler les pressions des lignes H et L pour qu'elles soient voisines de celles de p(jo) et p(io) respectivement .Each vessel ι 0 is pneumatically connected to the two lines H and L by small section conduits provided respectively with valves 15 between ι 0 and H and ig between ι 0 and L. These valves are closed except for a short time during which the one of them is open for control, adjustment or measurement The hydraulic circuit is similar to that of FIG. 6: the vessels ι 0 are all crossed by the connection circuit 3, but, for reasons of speed and simplicity of implementation, which constitutes an important criterion in engineering civil, each vessel has a low inlet but two outlets, one low, the other high located halfway up the vessel, closable respectively by valves ι 2 , ^ 2 '- During the circulation phase - filling the circuit 3 to homogenize the temperature of the liquid all along the circuit 3, the valves 12 are closed and the valves 12 'are open. The level of liquid in all the vessels ι 0 therefore exceeds the level of ι 2 'which is median; the gas (air) which initially occupied the internal volume of each vase was first discharged via circuit 3 to the tank from which it escaped, this until the liquid reaches the level of the valve connection 12 '• The volume of air therefore trapped between the liquid and the closed valves 15 and ig has been compressed until equilibrating the hydrostatic pressure defined by the altitude of the highest bridge in the circuit 3 to which is added the dynamic pressure imposed by the reservoir 18, the length of the circuit 3 and the importance of the flow of liquid in the circuit 3. When the temperature has become stable at the measured value T in the circuit 3, the pump 18 is stopped, the valves 12 <, 25, and 26 are closed. The valves 12 are open. The pressure in circuit 3 is adjusted so that the pressure at the highest point of circuit 3 exceeds 1 bar. So, whatever the maximum difference in altitudes between the highest point and the lowest point of circuit 3, that -this will remain filled without risk of defusing any part of the circuit 3 The liquid is balanced between the n vessels of which all the valves 15 and ig remain closed the differences in gas pressure in the upper chambers of the vessels 10 and jo are at 'balance: p (jo) -p (10) = g.pL (T). [zi-zj + ai-aj] where zi and zj are the altitudes of the bases of vases 10 and jo, and ai, aj are the liquid heights at equilibrium in vases 10 and jo; the temperature T and the quantities ai, aj are measured. The gravity or acceleration of gravity g is known, hence the calculation of the difference in altitude (zi-zj) between the two vessels io and jo, from the measurement of the difference in pressures io and jo measured by the pressure gauge 57 after opening the valves j5, 16, 58 and 59 It has been assumed here that the altitude of the vase io is higher than that of the vase jo. Before opening valves j5 and 16, it was possible to preset the pressures of lines H and L so that they were close to those of p (jo) and p (io) respectively.
Chaque vase io possède une sonde de mesure de la température et des moyens de mesure de la hauteur de liquide ai dans le vase.Each vase io has a temperature measurement probe and means for measuring the height of liquid ai in the vase.
Pendant toutes les opérations de mesure des différences de pression entre deux parmi les n vases en service, tous les niveaux ai sont surveillés et éventuellement ramenés dans une fourchette définie, par action pneumatique à partir des éléments 37, 47, ι5 et/ou 16 et 48.During all the operations for measuring the pressure differences between two of the n vessels in service, all the levels ai are monitored and possibly brought back within a defined range, by pneumatic action from elements 37, 47, ι5 and / or 16 and 48.
Le schéma d'installation représenté en figure 8 peut être simplifié en ne retenant qu'une seule vanne ι2, j2.. pour chaque vase io, jo, ... Ce schéma d'installation de la figure 8 est l'analogue pour les grandes dénivelées du schéma de montage série représenté en figure 6 pour des dénivelées petites De même, le montage en parallèle (ou en dérivation) de la figure 7 peut être extrapolé pour les grandes dénivelées comme le montre la figure 9, qui représente aussi un mode de réalisation du système selon l'invention.The installation diagram shown in Figure 8 can be simplified by retaining only one valve ι2, j2 .. for each vessel io, jo, ... This installation diagram in Figure 8 is the analog for large elevations in the serial assembly diagram shown in Figure 6 for small elevations Similarly, the parallel mounting (or bypass) of Figure 7 can be extrapolated for large elevations as shown in Figure 9, which also represents a mode of the system according to the invention.
On y retrouve les mêmes éléments le réservoir de grande dimension 19, la pompe 18, les vannes d'isolement 25, 26 et le circuit 3. Les circuits pneumatiques avec les vannes d'isolement ι5, 16 pour le vase io, les vannes d'isolement j5, j6 pour le vase jo, .. , les conduites H, L, les vannes 48, 49, la réserve d'air comprimé 37 et sa vanne 47, et le manomètre 57 avec ses deux vannes 58, 59, sont identiques pour les figures 8 et 9. Les vannes i5 et i6 sont toujours fermées, sauf brièvement ouvertes pour une opération de contrôle, ajustement du niveau de liquide dans le vase correspondant ou pour effectuer une mesure de pression comme décrit précédemment.The same elements are found there, the large tank 19, the pump 18, the isolation valves 25, 26 and the circuit 3. The pneumatic circuits with the isolation valves ι5, 16 for the io vessel, the valves d 'isolation j5, j6 for the vessel jo, .., the pipes H, L, the valves 48, 49, the reserve of compressed air 37 and its valve 47, and the pressure gauge 57 with its two valves 58, 59, are identical for FIGS. 8 and 9. The valves i5 and i6 are always closed, except briefly opened for a control operation, adjustment of the liquid level in the corresponding vessel or to carry out a pressure measurement as described previously.
La mise en service du dispositif de la figure 9 débute par un état où tous les vases io, jo sont vides, toutes les vannes i2 sont fermées, où le liquide circule dans le circuit 3, les vannes 25, 26 sont ouvertes et la pompe 18 est en marche.The commissioning of the device of FIG. 9 begins with a state where all the vessels io, jo are empty, all the valves i2 are closed, where the liquid circulates in the circuit 3, the valves 25, 26 are open and the pump 18 is on.
Le liquide est introduit dans un vase io en ouvrant la vanne i2 et en surveillant le niveau d'eau ai grâce à l'ajustement de la pression gazeuse par l'ouverture de la vanne i5 ouverte sur la ligne H en pression initiale trop élevée. L'air comprimé de l'unité 37 fuit dans le circuit de liaison 3 via la vanne i2. Puis cette pression diminuant, l'eau peut remplir le vase io jusqu'à mi- hauteur. Les vannes i2 et i5 sont alors fermées. La même opération de demi-remplissage d'un vase se poursuit jusqu'à ce que tous les vases soient remplis. Alors, toutes les vannes i2 sont ouvertes; le liquide circule dans le circuit 3; la pompe 18 est arrêtée pendant un court moment (une minute environ) pour laisser les vases s'équilibrer statiquement . (ils étaient en équilibre dynamique avec la pompe 18 en marche) . Toutes les vannes ι2 fermées, la pompe 18 est remise en marche le temps que tout le liquide du circuit 3 ait été changé. Puis les vannes i2 sont ouvertes pour rééquilibrer dynamiquement les vases io entre eux. Cette opération est répétée plusieurs fois. Le système est alors prêt pour la mesure de comparaison altimétrique de deux points à choisir parmi les n points, exactement selon la même procédure que celle décrite précédemment .The liquid is introduced into a vessel io by opening the valve i2 and by monitoring the water level ai by adjusting the gas pressure by opening the valve i5 open on the line H at too high initial pressure. The compressed air from the unit 37 leaks in the connection circuit 3 via the valve i2. Then this pressure decreasing, the water can fill the vase io to half height. The valves i2 and i5 are then closed. The same operation of half-filling a vessel continues until all of the vessels are filled. Then all the i2 valves are open; the liquid circulates in circuit 3; the pump 18 is stopped for a short time (about a minute) to allow the vessels to statically balance. (they were in dynamic equilibrium with the pump 18 running). All the valves ι2 closed, the pump 18 is restarted until all the liquid in circuit 3 has been changed. Then the i2 valves are opened to dynamically rebalance the io vessels between them. This operation is repeated several times. The system is then ready for the altimetric comparison measurement of two points to be chosen from among the n points, exactly according to the same procedure as that described above.
L'emploi pour le circuit de liaison 3 de tubes isolés thermiquement, ou de façon générale toute amélioration de l'isolation thermique du circuit 3, des vases io et des vannes i2, i2 ' , notamment par enrobage multicouches de mylar alummisé ou tout produit isolant, permet d' améliorer l'homogénéité de la température T du circuit, et donc la précision des mesures altimétriques . Un circuit hydraulique super-isolé et un réservoir 19 régulé à 4°C ou à une température proche de 4°C pour que tout le circuit reste à 4°C ± 1°C pendant le temps de la mesure permettent des mesures altimétriques aussi précises que l'est le manomètre différentiel 57.The use for the connection circuit 3 of thermally insulated tubes, or in general any improvement in the thermal insulation of circuit 3, io vessels and valves i2, i2 ', in particular by multilayer coating of alumized mylar or any product insulating, allows to improve the homogeneity of the temperature T of the circuit, and therefore the accuracy of the altimetric measurements. A super-insulated hydraulic circuit and a tank 19 regulated at 4 ° C or at a temperature close to 4 ° C so that the entire circuit remains at 4 ° C ± 1 ° C during the measurement time allow such precise altimetric measurements than the differential pressure gauge 57.
Enfin, on peut prévoir une simplification du circuit représenté en figure 8 pour des installations où la durée initiale de mise en oeuvre n'est pas critique. Comme dans le système illustré en figure 7, on n'utilise qu'une seule vanne i2 par vase io. Le circuit de liaison est donc identique à celui représenté en figure 8. La figure 8 représente ce mode de réalisation d'un système altimétrique selon l'invention.Finally, provision can be made for a simplification of the circuit shown in FIG. 8 for installations where the initial duration of implementation is not critical. As in the system illustrated in Figure 7, only one valve i2 is used per io vessel. The link circuit is therefore identical to that shown in FIG. 8. FIG. 8 represents this embodiment of an altimetric system according to the invention.
La mesure de la différence d'altitude zi-zj demande encore la connaissance des hauteurs de liquide ai et aj dans les vases io et jo; hauteurs qu'il faut mesurer par un capteur avec une précision adaptée à la qualité attendue de la mesure zi-zj . Le détecteur de niveau peut être capacitif, sans contact, comme par exemple le capteur HLS décrit dans le brevet FR 89 17003 (ROUX) , c'est à dire avec des électrodes de mesure capacitive et de garde réalisées en métal (dilver ou kovar) scellées entre elles et au corps du capteur par du verre. On peut aussi réaliser ce capteur capacitif de façon classique par dépôt des mêmes électrodes de mesure et de garde sur un substrat de céramique (pour garantir la stabilité dimensionnelle) ou encore en réalisant ces électrodes avec un circuit classiquement double face, habituel en électronique, mais alors la stabilité dimensionnelle n'est pas très bonne sur le long terme. Du fait que ces capteurs fonctionnent dans une atmosphère humide presque saturée, il y a intérêt à recouvrir les électrodes par un dépôt de verre (pour les dépôts sur céramique (technique de l'électronique hybride) ) ou par un dépôt de vernis pour les circuits époxy ou polyimide-verre métallisés. Toutes ces techniques sont connues. Il est toutefois apparu que l'idée nouvelle de réaliser ces capteurs par dépôt de métal 71, 72 sur une plaquette de silice (voire de verre) 70, présente plusieurs avantages significatifs: résistance chimique ou électrochimique, donc robustesse,The measurement of the difference in altitude zi-zj still requires knowledge of the heights of liquid ai and aj in the vessels io and jo; heights to be measured by a sensor with an accuracy adapted to the expected quality of the measurement zi-zj. The level detector can be capacitive, without contact, like for example the HLS sensor described in patent FR 89 17003 (ROUX), that is to say with capacitive and guard measurement electrodes made of metal (dilver or kovar) sealed to each other and to the body of the sensor by glass. This capacitive sensor can also be produced in a conventional manner by depositing the same measurement and guard electrodes on a ceramic substrate (to guarantee dimensional stability) or even by producing these electrodes with a conventionally double-sided circuit, usual in electronics, but then dimensional stability is not very good in the long run. Because these sensors operate in an almost saturated humid atmosphere, it is advantageous to cover the electrodes with a glass deposit (for deposits on ceramic (hybrid electronics technique)) or with a varnish deposit for circuits metallic epoxy or polyimide-glass. All these techniques are known. However, it appeared that the new idea producing these sensors by depositing metal 71, 72 on a silica wafer (or even glass) 70, has several significant advantages: chemical or electrochemical resistance, therefore robustness,
- stabilité dimensionnelle parfaite,- perfect dimensional stability,
- coût de fabrication très modeste.- very low manufacturing cost.
La fabrication de deux électrodes, électrode de mesure 71 et électrode de garde 72, peut être réalisée: - par dépôt d'un conducteur électrique, quelle que soit la nature chimique de ce conducteur (or, argent- palladium, époxy chargé à l'or, au cuivre, ..., encres conductrices diverses, ...) par sérigraphie ou par tampographie (report au tampon) ; - ou par enlèvement d'un sillon de conducteur préalablement déposé uniformément sur la plaquette de silice ou de verre par sputtering (pulvérisation cathodique) ou par évaporation sous vide, cet enlèvement de matière, réalisé par un rayon laser (de préférence ultraviolet) ou par action mécanique, créant deux surfaces conductrices isolées électriquement l'une de l'autre, l'une centrale 71 étant l'électrode de mesure et la partie périphérique étant l'électrode de garde 72,The manufacture of two electrodes, measuring electrode 71 and guard electrode 72, can be carried out: - by depositing an electrical conductor, whatever the chemical nature of this conductor (gold, silver-palladium, epoxy charged with gold, copper, ..., various conductive inks, ...) by screen printing or pad printing (carry over to the pad); - or by removing a conductor groove previously uniformly deposited on the silica or glass wafer by sputtering (sputtering) or by vacuum evaporation, this removal of material, carried out by a laser beam (preferably ultraviolet) or by mechanical action, creating two conductive surfaces electrically isolated from each other, the central one 71 being the measuring electrode and the peripheral part being the guard electrode 72,
- ou encore par insolation d'une plaque photographique spéciale pour interférogramme, plaque de verre commercialisée par de grandes marques, qui, après développement, est couverte d'une couche fine de chrome- or by exposure to a special photographic plate for interferogram, a glass plate sold by major brands, which, after development, is covered with a thin layer of chromium
(ou d'un autre métal) là où l'illumination a été suffisante (emulsion négative) ou au contraire assez basse (emulsion positive) ; bien sûr, là encore, il s'agit d'obtenir une électrode centrale de mesure 71 entourée d'une électrode de garde 72.(or another metal) where the illumination was sufficient (negative emulsion) or on the contrary quite low (positive emulsion); of course, here again, it is a question of obtaining a central measurement electrode 71 surrounded by a guard electrode 72.
Un autre type de capteur des niveaux ai dans chaque vase io peut être réalisé au moyen d'un plongeur métallique 67 détectant le niveau 5 d'eau 9, capacitivement à travers un tube diélectrique 68 de constante diélectrique εr, comme représenté en figure 11. La figure 11 montre ce type de détecteur capacitif de niveau constitué d'un tube fermé de silice ou de verre, métallisé intérieurement ou rempli de mercure, le conducteur interne constituant l'électrode de mesure capacitive 67, tandis que l'eau est l'autre armature du condensateur dont la capacité est mesurée. La répétabilité de ce type de mesure est meilleure que 10 μm. Un conducteur cylindrique bien calibré, par exemple une tige d'inox, gainé par une gaine rétractable de Téflon, constitue un bon choix pour la réalisation de ce capteur.Another type of level sensor ai in each vessel io can be produced by means of a metal plunger 67 detecting the water level 9, capacitively through a dielectric tube 68 of dielectric constant εr, as shown in FIG. 11. FIG. 11 shows this type of capacitive level detector consisting of a closed tube of silica or glass, internally metallized or filled with mercury, the internal conductor constituting the capacitive measurement electrode 67, while the water is the another armature of the capacitor whose capacity is measured. The repeatability of this type of measurement is better than 10 μm. A well-calibrated cylindrical conductor, for example a stainless steel rod, sheathed by a retractable Teflon sheath, constitutes a good choice for the production of this sensor.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de 1 ' invention. Of course, the invention is not limited to the examples which have just been described and numerous modifications can be made to these examples without departing from the scope of the invention.

Claims

REVENDTCATTONS RESENDTCATTONS
1. Système de mesure altimétrique par moyen hydrostatique comprenant un ensemble de vases [10, 20, io, jo, no) contenant un liquide (9) et équipés de moyens pour mesurer le niveau (15, 25, n5) de ce liquide, et des moyens (12, i2, j2, n2) pour mettre ces vases [10, 20, io, jo, no) en communication entre eux via un circuit de liaison liquide (3) et un circuit de liaison gazeuse (4) , ce système comprenant en outre, en série avec ledit circuit de liaison liquide (3) :1. Altimetric measurement system by hydrostatic means comprising a set of vases [10, 20, io, jo, no) containing a liquid (9) and equipped with means for measuring the level (15, 25, n5) of this liquid, and means (12, i2, j2, n2) for placing these vessels [10, 20, io, jo, no) in communication with one another via a liquid connection circuit (3) and a gas connection circuit (4), this system further comprising, in series with said liquid connection circuit (3):
- un réservoir de liquide (19) , de volume très supérieur au volume total de l'ensemble des vases (10, 20, io, jo, no) et du circuit de liaison liquide (3) , - des moyens de pompe (18) pour faire circuler le liquide (9) dans le circuit de liaison liquide (3) ,- a liquid reservoir (19), of volume much greater than the total volume of all the vases (10, 20, io, jo, no) and the liquid connection circuit (3), - pump means (18 ) to circulate the liquid (9) in the liquid connection circuit (3),
- des moyens de vanne (25, 26) disposés aux deux extrémités dudit circuit de liaison liquide (3) pour contrôler la circulation du liquide (9) dans ledit circuit de liaison liquide (3) , et des moyens pour mesurer la température (T) en divers points du circuit de liaison liquide (3) , caractérisé en ce que les vases sont reliés au circuit de liaison liquide (3) respectivement par des jonctions (13, j3, n3) et en ce que les tronçons de circuit (16, j6, n6) entre ces jonctions (13, j3, n3) et les vases correspondants sont munis d'une vanne d'isolement (12, j2, n2) .- valve means (25, 26) arranged at the two ends of said liquid connection circuit (3) for controlling the circulation of the liquid (9) in said liquid connection circuit (3), and means for measuring the temperature (T ) at various points in the liquid connection circuit (3), characterized in that the vessels are connected to the liquid connection circuit (3) respectively by junctions (13, j3, n3) and in that the circuit sections (16 , j6, n6) between these junctions (13, j3, n3) and the corresponding vessels are provided with an isolation valve (12, j2, n2).
2. Système selon la revendication 1, dans lequel les vases (10, 20, no) sont sensiblement à la même altitude, caractérisé en ce que les tronçons de circuit (16, j6, n6) entre ces jonctions (13, j3, n3) et les vases correspondants sont sensiblement horizontaux, et en ce que les vases (10, jo, no) sont traversés par le circuit de liaison gazeuse (4) . 2. System according to claim 1, in which the vessels (10, 20, no) are substantially at the same altitude, characterized in that the circuit sections (16, j6, n6) between these junctions (13, j3, n3 ) and the corresponding vessels are substantially horizontal, and in that the vessels (10, jo, no) are crossed by the gas connection circuit (4).
3. Système selon la revendication 1, dans lequel les vases (io, jo, no) sont situés à des altitudes sensiblement différentes, caractérisé en ce que le circuit de liaison gazeuse comporte une ligne de pression haute (H) et une ligne de pression basse (L) , la ligne de pression haute (H) étant reliée à une source de gaz comprimé (37) via un manodétenteur (47) et la ligne de pression basse (L) étant reliée d'une part, à la ligne de pression haute (H) via une première vanne (49) et d'autre part, à l'atmosphère via une seconde vanne (48)3. System according to claim 1, in which the vessels (io, jo, no) are located at substantially different altitudes, characterized in that the gas connection circuit comprises a high pressure line (H) and a pressure line low (L), the high pressure line (H) being connected to a source of compressed gas (37) via a pressure regulator (47) and the low pressure line (L) being connected on the one hand, to the line of high pressure (H) via a first valve (49) and secondly, to the atmosphere via a second valve (48)
4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque vase (io, jo, no) est relié pneumatiquement aux deux lignes respectivement de pression haute (H) et de pression basse (B) par des conduits de petite section munis chacun d'une vanne (16, ι5 ; j6, j5) .4. System according to claim 3, characterized in that each vase (io, jo, no) is pneumatically connected to the two lines of high pressure (H) and low pressure (B) respectively by small section conduits each provided with '' a valve (16, ι5; j6, j5).
5. Système selon l'une des revendications 3 ou 4 , caractérisé en ce que chaque vase (io, jo, no) est relié au circuit de liaison liquide (3) par une vanne de liaison unique (ι2, j2) .5. System according to one of claims 3 or 4, characterized in that each vessel (io, jo, no) is connected to the liquid connection circuit (3) by a single connection valve (ι2, j2).
6. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (29) pour purger le circuit de liaison (3) .6. System according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises means (29) for purging the connection circuit (3).
7 Procédé pour réaliser des mesures altimétriques, mis en oeuvre dans un système de mesure altimétrique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend : - une première phase d'homogénéisation de la composition et de la température au cours de laquelle les vannes de circulation liquide (25, 26) sont ouvertes, la pompe (18) fonctionne pour faire circuler le liquide (9) dans le circuit de liaison (3) , et les vannes d'isolement liquide (12, j2, n2 ) entre les vases (10, jo, no) et les tronçons de liaison (13, j3, n3) sont fermées, et - une seconde phase de mesure comprenant une fermeture des vannes de circulation liquide (25, 26) , un arrêt de la pompe (18) , une ouverture des vannes d'isolement liquide (12, j2, n2) pour que l'équilibre hydrostatique entre les différents vases puisse être obtenu, et, lorsque l'équiliore de température a été atteint dans le circuit de liaison7 Method for carrying out altimetric measurements, implemented in an altimetric measurement system according to claim 2, characterized in that it comprises: - a first phase of homogenization of the composition and of the temperature during which the valves liquid circulation (25, 26) are open, the pump (18) operates to circulate the liquid (9) in the connection circuit (3), and the liquid isolation valves (12, j2, n2) between the vases (10, jo, no) and the connecting sections (13, j3, n3) are closed, and - a second measurement phase comprising a closing of the liquid circulation valves (25, 26), a stop of the pump (18), an opening of the liquid isolation valves (12, j2, n2) so that the hydrostatic equilibrium between the different vessels can be obtained, and, when the temperature equilibrium has been reached in the connection circuit
(3) , des mesures de cette température et du niveau de liquide dans les vases (10, jo, no) .(3), measurements of this temperature and the level of liquid in the vessels (10, jo, no).
8. Procédé pour mesurer des évolution relatives d'altitude entre deux points parmi un ensemble de n points en lesquels sont implantés des vases (io, jo, no) , mis en oeuvre dans un système de mesure altimétrique selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'on combine:8. Method for measuring relative changes in altitude between two points from a set of n points at which vases (io, jo, no) are implanted, implemented in an altimetric measurement system according to one of claims 3 to 5, characterized in that one combines:
- des différences de mesures de niveau de liquide et de température dans les vases (io, jo, no) associés respectivement à ces deux points, et- differences in liquid level and temperature measurements in the vessels (io, jo, no) associated with these two points respectively, and
- des différences de mesures de pression effectuées respectivement dans lesdits vases (io, jo, no)- differences in pressure measurements carried out respectively in said vessels (io, jo, no)
9 Capteur (15, 25, n5) de mesure de position de l'interface liquide/gaz, mis en oeuvre pour la mesure du niveau de liquide dans des vases au sein d'un système de mesure altimétrique selon l'une des revendications 1 à 6, de type capacitif, caractérisé en ce qu'il comprend un conducteur (67) isolé électriquement par un diélectrique (68) et plongeant dans le liquide (9) .9 Sensor (15, 25, n5) for measuring the position of the liquid / gas interface, used for measuring the level of liquid in vessels within an altimetric measurement system according to one of claims 1 to 6, of the capacitive type, characterized in that it comprises a conductor (67) electrically isolated by a dielectric (68) and immersed in the liquid (9).
10. Capteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le conducteur (67) est en inox.10. Sensor according to claim 9, characterized in that the conductor (67) is made of stainless steel.
11. Capteur selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le diélectrique (68) est constitué par une gaine en Téflon rétractable11. Sensor according to one of claims 9 or 10, characterized in that the dielectric (68) consists of a shrinkable Teflon sheath
12. Capteur selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le diélectrique (68) est constitué par un tube fermé en silice métallisé intérieurement et en ce que le conducteur (67) est constitué par cette métallisation intérieure.12. Sensor according to one of claims 9 to 11, characterized in that the dielectric (68) consists by a closed tube of silica metallized internally and in that the conductor (67) is constituted by this interior metallization.
13. Capteur de mesure de position de l'interface liquide/gaz, mis en oeuvre pour la mesure du niveau de liquide dans des vases au sein d'un système de mesure altimétrique selon l'une des revendications 1 à 6, de type capacitif sans contact, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque de silice ou de verre (70) disposée au dessus de la surface du liquide (9) et comprenant sur sa face supérieure une électrode centrale de mesure (71) et une électrode de garde (72) entourant ladite électrode centrale de mesure (71) . 13. sensor for measuring the position of the liquid / gas interface, used for measuring the level of liquid in vessels within an altimetric measurement system according to one of claims 1 to 6, of the capacitive type. non-contact, characterized in that it comprises a silica or glass plate (70) arranged above the surface of the liquid (9) and comprising on its upper face a central measurement electrode (71) and a guard electrode (72) surrounding said central measurement electrode (71).
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