Ce plus ancien principe de mesure du niveau sans contact avec le produit est aujourd'hui toujours aussi utilisé compte tenu de sa précision pour la détermination de la masse du contenu du réservoir.
Le réservoir est pesé, le signal de sortie de la balance étant proportionnel au poids mesuré. C'est donc une mesure indirecte.
Appelons
- H le niveau de liquide en m
- Mr la masse du réservoir vide en kg
- M la masse de liquide contenu dans le réservoir en kg
(la masse de gaz ou de vapeur situé(e) au dessus du liquide est négligée,
mais sous haute pression il faut en tenir compte)
- V le volume de liquide contenu dans le réservoir
- r la masse volumique du liquide aux température et pression de service en kg/m3
- S l'aire correspondant à la section du réservoir, en m2
(réservoir supposé cylindrique d'axe vertical)
Le poids mesuré est Po = Mr.g + M.g
= (Mr + r.V).g = (Mr + r.S.H).g = a + b.H si r = Cte.
On a donc une mesure linéaire, à condition que la masse volumique du liquide soit constante.
La précision de la mesure de la masse de produit M ou de son niveau H est bonne si la masse de produit M est supérieure ou de l'ordre de la masse Mr du réservoir.
Le dispositif de mesure
Soit le réservoir repose sur 3 ou 4 pesons travaillant à la compression, soit il repose sur un plateau retenu par 3 ou 4 pesons travaillant en extension et accrochés à des supports fixes comme sur le schéma ci-dessus (le plateau est représenté par un trait noir épais).
Chaque peson est un cylindre métallique plein se déformant sous l'action du poids du réservoir, sur lequel sont collées des jauges de contrainte traduisant cette déformation en variation de résistance électrique d'un fil métallique.
La petite animation ci-dessous montre la déformation des jauges de contrainte lorsque le poids du réservoir augmente suite à la montée du niveau de produit. Le fil métallique de la jauge (fil plat en or de quelques microns d'épaisseur seulement noyé dans une feuille rectangulaire de plastique très mince collée sur le peson) est étiré par l'allongement du peson. Sa résistance électrique augmente car sa longueur augmente et son épaisseur diminue.
Sur chaque peson sont collées 4 jauges de contrainte:
- deux jauges de mesure longitudinales se déforment comme celles de l'animation
- deux jauges transversales collées perpendiculairement au sens d'étirement ne sont sensibles qu'aux variations de la température et permettent de compenser son influence sur la mesure.
Ces résistances sont branchées pour former un pont de Wheatstone permettant de traduire avec précision la faible variation de résistance due à la variation du poids du réservoir en un signal électrique.
Du fait des efforts supportés par les pesons, il est nécessaire de mettre des butées sur lesquelles repose le réservoir ou son plateau en l'absence de mesure, sinon, la fatigue des pesons qui perdent leur élasticité et s'allongent de manière irréversible se traduit par une dérive du signal de mesure.
La mesure peut être faussée par la rigidité et la dilatation des conduites raccordées au réservoir. Cela explique, sur le schéma, les tronçons de tuyaux flexibles au niveau du raccordement sur le réservoir pesé.
Principaux avantages et inconvénients de cette mesure
| - mesure sans contact avec le produit ou sa vapeur, convenant parfaitement aux liquides corrosifs, moussants, colmatants, ... ou aux solides quelquesoit leur granulométrie | - mesure de niveau ou de volume influencée par les variations de la masse volumique du produit |
| - mesure de masse très précise, utilisée pour les transactions commerciales (incertitude globale de l'ordre de ±0,05% à ±0,1%) si la masse de produit n'est pas petite par rapport à la masse du réservoir | - sensibilité aux vibrations des structures et des conduites ou aux mouvements du produit (ex: réservoir avec agitateur) |
| - Coût élevé. | |
| - tarage périodique nécessaire avec le réservoir vide (réglage du zéro) |
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