FR3142801A1 - Dispositif de mesure de la conductivité électrique d’un liquide dans une conduite - Google Patents

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Abstract

L’invention porte sur un dispositif de mesure de la présence et la conductivité électrique d’un liquide à l’intérieur d’une conduite (7), comportant : -au moins un circuit électrique résonant (3) disposé sur un contour de la conduite (7), la fréquence de résonance dudit au moins un circuit électrique résonant étant représentative de la présence du liquide et de ses des propriétés électriques, -un microcontrôleur (5) couplé audit au moins un circuit électrique résonant (3), ledit microcontrôleur étant configuré pour acquérir au moins une valeur courante de la fréquence de résonance dudit au moins un circuit électrique résonant et pour déterminer la présence et la conductivité électrique du liquide à l’intérieur de la conduite (7) sur la base de ladite au moins une valeur courante de la fréquence de résonance. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

DISPOSITIF DE MESURE DE LA CONDUCTIVITÉ ÉLECTRIQUE D’UN LIQUIDE DANS UNE CONDUITE
La présente invention concerne le domaine de la mesure de la conductivité électrique et du niveau de remplissage d’un liquide à l’intérieur d’une conduite en matière isolante électriquement.
 ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Les propriétés électriques d’un liquide sont principalement la permittivité et la conductivité. La mesure capacitive est souvent utilisée pour mesurer le remplissage de divers contenants. Lorsque la géométrie et l’espacement des armatures capacitives sont constantes, la capacité est directement proportionnelle à la permittivité du milieu qui sépare les deux armatures. Si le liquide possède une permittivité relative différente de celle de l’air (de l’ordre de 80 pour l’eau comparée à 1 pour l’air) alors la valeur de la capacité est proportionnelle au remplissage du contenant.
La permittivité complexe est composée de deux termes : ε(ω)=εo(εr’(ω)-iεr’’(ω)). Le premier εr’(ω) nommé permittivité relative réelle peut être considéré comme constant pour un liquide donné à température et fréquence constantes. Le second εr’’(ω) nommé permittivité relative imaginaire ou facteur de pertes diélectriques dépends de la conductivité du liquide et aussi de la température et de la fréquence de mesure.
La mesure capacitive dépend donc à la fois du niveau de remplissage mais aussi dans une moindre mesure de la conductivité du liquide. Une variation de conductivité peut donc perturber la mesure de remplissage.
Dans de nombreux domaines industriels, environnementaux, et médicaux on cherche à mesurer la conductivité d’un liquide pour évaluer la concentration des ions dans le liquide (généralement l’eau) afin de contrôler sa qualité. La conductivité permet de déterminer la présence d’ions dans le liquide. Par exemple, l’eau douce, pauvre en minéraux, a une conductivité faible, tandis que l’eau dure, riche en minéraux, présente une conductivité élevée. Ainsi, la mesure de la conductivité permet de contrôler la qualité de l’eau potable ou l’eau d’arrosage.
Il existe plusieurs sortes de dispositifs de mesure de la conductivité électrique d’un liquide. La plupart des solutions utilisent la mesure d’impédance nécessitant un contact électrique qui n’est pas toujours facile à utiliser pour mesurer la conductivité d’un liquide à l’intérieur d’une conduite avec notamment des risques de corrosion.
Il y a par ailleurs des dispositifs qui mesurent la conductivité en utilisant des sondes inductives. Toutefois, les sondes inductives sont couteuses et ne s’adaptent pas à tous les diamètres de conduites. Elles ne peuvent pas non plus détecter un remplissage partiel qui peut impacter la précision de la mesure. Ainsi, l’objet de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités en proposant un dispositif pour mesurer en temps réel la conductivité électrique d’un liquide à l’intérieur d’une conduite de manière automatique et sans contact avec le liquide tout en permettant de fournir des mesures complémentaires sur le remplissage de la conduite.
L’invention a pour objet un dispositif de mesure de la présence et de la conductivité électrique d’un liquide à l’intérieur d’une conduite en matière isolante électriquement, comportant :
-au moins un circuit électrique résonant disposé sur un contour de la conduite, la fréquence de résonance dudit au moins un circuit électrique résonant étant représentative de la présence du liquide et de ses propriétés électriques,
-un système électronique couplé audit au moins un circuit électrique résonant, ledit système électronique étant configuré pour acquérir au moins une valeur courante de la fréquence de résonance dudit au moins un circuit électrique résonant et pour déterminer la présence d’un liquide à l’intérieur d’une conduite et de mesurer sans contact la conductivité du liquide représentative de la concentration des ions dans le liquide.
Selon la disposition des circuits résonants il est possible de déterminer la conductivité du liquide et/ou de vérifier le niveau de remplissage de la conduite de manière automatique.
Avantageusement, le circuit électrique résonant est un circuit inductif-capacitif comprenant une réactance active associée à un élément de couplage passif correspondant.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la réactance active est un condensateur formé d’une paire d’armatures métalliques placées sur deux zones distinctes du contour de la conduite, l’élément de couplage passif correspondant étant un élément inductif.
Cette instrumentation de la conduite est très facile à mettre en œuvre et permet de réaliser des mesures précises.
Selon un premier mode de réalisation, le dispositif comporte un seul circuit électrique résonant comprenant une paire d’armatures métalliques, et ledit système électronique est configuré pour acquérir lors d’une phase de calibration les valeurs de fréquences de résonance lorsque la conduite est vide et lorsque la conduite est remplie d’eau désionisée
Selon un deuxième mode de réalisation, le dispositif comporte des premier et deuxième circuits électriques résonants comprenant des première et deuxième paires d’armatures métalliques respectivement, la première paire d’armatures métalliques étant disposée sur un premier demi-contour de la conduite et la deuxième paire d’armatures métalliques étant disposée sur un deuxième demi-contour de la conduite.
Avantageusement, le système électronique est configuré pour acquérir lors d’une phase de calibration des première et deuxième valeurs de fréquences de résonance à vide issues des premier et deuxième circuits électriques résonants lorsque la conduite est vide et des première et deuxième valeurs de fréquences de résonance de référence issues des premier et deuxième circuits électriques résonants lorsque la conduite est remplie d’eau désionisée.
Avantageusement, le système électronique est configuré pour acquérir des première et deuxième valeurs courantes de fréquences de résonance issues des premier et deuxième circuits électriques résonants, et pour détecter le remplissage de la conduite en comparant lesdites premières et deuxièmes valeurs courantes de fréquences de résonance aux premières et deuxièmes valeurs de fréquences à vide et aux première et deuxième valeurs de fréquences de résonance de référence.
Selon un autre mode de réalisation, le dispositif comporte un circuit électrique résonant comprenant une bobine active associée à une capacité, ladite bobine étant enroulée autour de la conduite.
Ainsi, on peut réaliser des mesures avec un seul circuit dans le cas où l’axe de la conduite est sensiblement orienté dans la direction de la pesanteur. Dans ce cas, pour un niveau donné, la section de la conduite est soit vide soit remplie du liquide et un seul circuit est suffisant.
Avantageusement, le dispositif comporte un module de communication configuré pour transmettre les résultats de remplissage de la conduite et de la conductivité électrique du liquide.
Avantageusement, le dispositif comporte au moins une sonde de température, et/ou au moins un capteur pression, et/ou au moins un capteur de débit.
Avantageusement, le dispositif comporte un module d’alimentation électrique alimentant ledit au moins un circuit électrique résonant, ledit système électronique, et éventuellement les autres capteurs, ledit module d’alimentation électrique pouvant être un module de récupération d’énergie.
Avantageusement, la fréquence de fonctionnement est adaptée à la gamme de conductivité que l’on souhaite mesurer.
Avantageusement, la fréquence de fonctionnement est inférieur à 1MHz pour des valeurs de conductivités inférieures à 200μS/Cm.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous.
On décrira à présent, à titre d’exemples non limitatifs, des modes de réalisation de l’invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
La illustre très schématiquement un dispositif de mesure automatique et sans contact de la présence et la conductivité électrique d’un liquide à l’intérieur d’une conduite, selon un mode de réalisation de l’invention ;
La illustre très schématiquement un dispositif de mesure de la présence et la conductivité électrique d’un liquide à l’intérieur d’une conduite, selon un premier mode de réalisation préféré de l’invention ;
La est un organigramme illustrant la calibration, la détection du niveau remplissage de la conduite, et la mesure de la conductivité du liquide en utilisant le dispositif selon le mode de réalisation de la ;
La illustre très schématiquement un dispositif de mesure de la présence et la conductivité électrique d’un liquide à l’intérieur d’une conduite, selon un deuxième mode de réalisation préféré de l’invention ;
La est un organigramme illustrant la calibration, la détection du niveau de remplissage de la conduite, et la mesure de la conductivité du liquide en utilisant le dispositif selon le mode de réalisation de la ;
La illustre très schématiquement un dispositif de mesure de la présence et la conductivité électrique d’un liquide à l’intérieur d’une conduite, selon un troisième mode de réalisation préféré de l’invention ;
La illustre très schématiquement un dispositif de mesure de la présence et la conductivité électrique d’un liquide à l’intérieur d’une conduite, selon encore un autre mode de réalisation préféré de l’invention ;
La illustre des graphes indiquant l’évolution de la capacité, sur la gamme 10KHz à 10MHz, de deux armatures placées sur un tube contenant des liquide de différentes conductivités ;
La illustre un procédé de caractérisation de la mesure de la conductivité d’un liquide selon un mode de réalisation de la présente invention ; et
La illustre des graphes indiquant la sensibilité des différents circuits résonants de la .
EXPOSÉ DÉTAILLÉ D’UN MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ
Le principe de l’invention est de déterminer de manière automatique et sans contact la conductivité électrique d’un liquide à l’intérieur d’une conduite à partir des mesures de fréquences de résonnance d’un circuit LC placé sur la paroi extérieure de la conduite.
La illustre très schématiquement un dispositif de mesure automatique et sans contact de la présence et la conductivité électrique d’un liquide à l’intérieur d’une conduite, selon un mode de réalisation de l’invention.
Le dispositif 1 comporte au moins un circuit électrique résonant 3 et un système électronique 5.
Le ou les circuit(s) électrique(s) résonant(s) 3 est(sont) disposé(s) sur un contour d’une conduite 7 destinée à conduire un liquide d’un lieu à un autre. La conduite 7 est faite d’un matériau électriquement isolant du type PVC, PET, polycarbonate, verre, etc.
La fréquence de résonance du ou des circuit(s) électrique(s) résonant(s) 3 dépend à la foi du niveau de remplissage de la conduite et des propriétés électriques (permittivité et conductivité) du liquide circulant à l’intérieur de la conduite 7.
Chaque circuit électrique résonant 3 est un circuit inductif-capacitif d’inductance L et de capacité C et ayant une fréquence de résonance propre f inversement proportionnelle à la racine carrée du produit LC. Le circuit inductif-capacitif comprend une réactance active associée à un élément de couplage passif correspondant. Pour un taux de remplissage donné de la conduite 7, la fréquence de résonance f varie selon la conductivité électrique du liquide. La mesure de cette fréquence de résonance renseigne ainsi sur la conductivité électrique et la nature du liquide.
Le système électronique 5 est couplé au ou aux circuit(s) électrique(s) résonant(s) 3 et comporte un module de mesure de fréquence 51 qui mesure la fréquence des oscillations des circuits résonants, un module de traitement 53 de données (par exemple un microcontrôleur) et une mémoire 55 correspondante. Le module de mesure de fréquence 51 est configuré pour acquérir au moins une valeur courante de la fréquence de résonance du ou des circuit(s) électrique(s) résonant(s) 3. A titre d’exemple, le module de mesure de fréquence 51 est un circuit Colpitts couplé au circuit électrique résonant 3. Le circuit Colpitts est robuste et simple à mettre en place. Il comprend en général un circuit Tank composé d’une inductance et de deux capacités. La partie active peut comprendre un transistor (bipolaire, JFET, ou MOSFET), ou un inverseur, ou un amplificateur. En variante, le module de mesure de fréquence 51 peut être un circuit Hartley ou un circuit Clapp associé à un composant électronique (par exemple un microcontrôleur) qui permet de mesurer une fréquence supérieure à 100kHz.
Le module de traitement 53 est configuré pour déterminer la conductivité électrique du liquide à l’intérieur de la conduite 7 sur la base de la ou les valeur(s) courante(s) de la fréquence de résonance en comparaison avec des valeurs de références prises dans l’air et l’eau désionisée. Les résultats peuvent être enregistrés dans la mémoire 55.
Dans le cas d’un seul circuit électrique résonant, si la valeur de la fréquence de résonance à vide est supérieure à la valeur de la fréquence de résonance courante qui à son tour est supérieure à la valeur de la fréquence de résonance en eau désionisée, alors on déduit que la conduite est partiellement pleine.
En revanche, si la valeur de la fréquence de résonance courante est inférieure à la valeur de la fréquence de résonance en eau désionisée, alors on déduit que la conduite est pleine. La conductivité peut alors être estimée à partir de la valeur de la fréquence de résonance courante.
Le dispositif 1 comporte également un module d’alimentation électrique 9 alimentant le ou les circuit(s) électrique(s) résonant(s) 3 éventuellement par l’intermédiaire du système électronique 5.
Avantageusement, le dispositif 1 comporte également un module de communication 11 (avec ou sans fils) configuré pour transmettre les résultats de mesures de la conductivité électrique du liquide.
La conductivité permet de déterminer la concentration d’ions dans le liquide sachant que les ions contenus dans le liquide produisent un courant électrique ionique dont l’intensité dépend de cette concentration. Les ions peuvent être des cations (par exemple, calcium, magnésium, potassium, sodium, aluminium, plomb, mercure, etc.) ou des anions (par exemple, bicarbonates, chlorures, nitrates, sulfates, fluorures, cyanures, etc.).
A titre d’exemple, le tableau ci-dessous donne des valeurs de la conductivité électrique de l’eau selon sa nature, ainsi que du sang.
liquide conductivité liquide conductivité
Eau pure (déionisée) 0,055 µS/cm Max. eau potable 1055 µS/cm
Eau distillée 0,5 µS/cm Eau saumure 2 à 20 mS/cm
Eau de pluie 50 µS/cm Eau de mer 50 mS/cm
Eau de montagne 30 à 300 µS/cm Sang à 37°C 5,4 mS/cm
Eau Courante 200 à 800 µS/cm
La valeur de la conductivité électrique permet ainsi de contrôler et d’analyser la nature du liquide. Avantageusement, le dispositif 1 est adapté pour analyser la nature d’un liquide sur une large plage de conductivité en préférence, sur un intervalle entre 100 µS/cm et 1000 µS/cm.
La illustre très schématiquement un dispositif de mesure de la présence et la conductivité électrique d’un liquide à l’intérieur d’une conduite, selon un premier mode de réalisation préféré de l’invention.
Selon ce mode de réalisation, la réactance active du circuit inductif-capacitif LC est un condensateur 31 formé d’une paire d’armatures métalliques 32, 33. L’élément de couplage passif correspondant est un élément inductif 35.
La paire d’armatures métalliques 32, 33 du condensateur 31 est placée sur deux zones distinctes du contour de la conduite 7. En particulier, les deux armatures 32 et 33 conductrices sont disposées l’une en face de l’autre sur la surface externe de la conduite 7 en épousant la forme de cette surface externe qui est par exemple, cylindrique. Ainsi, selon cet exemple, un condensateur de forme tubulaire est formé par les deux armatures 32, 33 séparées entre elles par un diélectrique constitué par les parois isolantes de la conduite 7 ainsi que par la nature du liquide 13 ou fluide à l’intérieur de la conduite 7 aux niveaux des armatures 32, 33. On notera qu’en variante, les armatures 32 et 33 conductrices peuvent etre réalisées selon d’autres géométries (par exemple électrodes anulaires ou interdigitées).
Etant donné que la géométrie du condensateur 31 est invariante, sa capacité C dépend essentiellement de la nature du diélectrique et plus particulièrement de la nature et composition du liquide 13 contenu à l’intérieur de la conduite 7 entre les armatures 32, 33.
En outre, les armatures 32, 33 du condensateur 31 de capacité C sont connectées à une bobine 35 d’inductance L prédéterminée, formant ainsi un circuit de résonance dont la fréquence dépend de la capacité C qui peut être variable et de l’inductance L qui est constante.
Le système électronique 5 est configuré pour acquérir la valeur courante de la fréquence de résonance du circuit résonant 3 et pour déduire la valeur de la capacité C et par conséquent, la valeur de la conductivité du liquide 13 dans le cas où le liquide (par exemple, eau ionisée) à l’intérieur de la conduite 7 remplit l’espace entre les armatures 32, 33, selon le procédé décrit par la .
En effet, la est un organigramme illustrant la calibration, la détection du niveau remplissage de la conduite, et la mesure de la conductivité du liquide en utilisant le dispositif selon le mode de réalisation de la .
Plus particulièrement, les étapes E1-E4 sont des étapes préliminaires relatives à la calibration du dispositif 1 de mesure.
A l’étape E1, on réalise une mesure à vide, c’est-à-dire, lorsque la conduite 7 est vide, on mesure une fréquence de résonance à vide fv relative au circuit 3 électrique résonant.
A l’étape E2, on mesure une fréquence de résonance de référence fedi relative au circuit 3 électrique résonant lorsque la conduite 7 comprend de l’eau déionisée (lors d’une calibration usine) selon différents niveaux de remplissage.
A l’étape E3, on définit deux paramètres de réglage : intervalle de tolérance I et valeurs seuils S selon le niveau de remplissage de la conduite 7.
L’étape E4, est un test pour vérifier si la calibration est réalisée. Si oui, l’intervalle de tolérance I et les valeurs seuils S sont mémorisés. Sinon, on reboucle à l’étape E1. On considère par exemple, que la calibration a été réalisée lorsque la conduite est complètement remplie d’eau déionisée.
L’étape E5 concerne l’acquisition de la fréquence de résonance courante en condition de fonctionnement du dispositif 1 de mesure. Le système électronique 5 et plus particulièrement, le module de mesure de fréquence 51 mesure la valeur courantes f de la fréquence de résonance relative au circuit 3 électrique résonant.
Les étapes E6-E11 concernent la détection du remplissage de la conduite.
L’étape E6 est un premier test dans lequel le système électronique 5 et plus particulièrement, le module de traitement 53 de données compare la valeur courante f de fréquence de résonance du circuit 3 électrique à la valeur de la fréquence de résonance à vide fv. Si la valeur absolue de l’écart entre les valeurs f et fv est comprise dans l’intervalle prédéterminé I, alors on passe à l’étape E 7 et sinon, on passe à l’étape E8.
A l’étape E7, le module de traitement 53 déduit que la conduite est vide et on passe ensuite à l’étape E13 pour afficher le résultat.
L’étape E8 est un deuxième test dans lequel le module de traitement 53 compare la valeur courante f de fréquence de résonance à la valeur de la fréquence de résonance de référence fedi. Si la valeur absolue de l’écart entre les valeurs f et fedi est comprise dans l’intervalle prédéterminé I, alors on passe à l’étape E 9. Sinon, on passe à l’étape E10.
A l’étape E9, le module de traitement 53 déduit que la conduite est partiellement pleine et plus de la moitié. Le module de traitement 53 estime alors le remplissage de la conduite en fonction de l’écart f-fv et on passe ensuite à l’étape E13 pour afficher le résultat.
L’étape E10 est un troisième test dans lequel le module de traitement 53 compare la valeur courante f de fréquence de résonance à la fréquence de résonance de référence fedi correspondante. Si l’écart entre les valeurs fedi et f est inférieur au seuil prédéterminé S, alors on passe à l’étape E 11. Sinon, on passe à l’étape E12.
A l’étape E11, le module de traitement 53 déduit que la conduite est pleine et on passe alors à l’étape E12 pour calculer la conductivité du liquide.
A l’étape E12, étant donné que la conduite est pleine, le module de traitement 53 calcule la conductivité à partir de l’écart fedi-f relatif au circuit 3 électrique résonant. On passe ensuite à l’étape E13 pour afficher le résultat.
Finalement, à l’étape E13, le module de traitement 53 affiche et/ou transmet les résultats obtenus aux étapes E7, E9, E11 et E12.
La illustre très schématiquement un dispositif de mesure de la présence et la conductivité électrique d’un liquide à l’intérieur d’une conduite, selon un deuxième mode de réalisation préféré de l’invention.
Selon ce deuxième mode de réalisation, le dispositif 1 comporte des premier 3a et deuxième 3b circuits électriques résonants comprenant des première 32a, 33a et deuxième 32b, 33b paires d’armatures métalliques respectivement. La première paire d’armatures métalliques 32a, 33a est disposée sur un premier demi-contour de la conduite 7 et la deuxième paire d’armatures métalliques 32b, 33b est disposée sur un deuxième demi-contour de la conduite 7.
Le système électronique 5 est configuré pour acquérir des première et deuxième valeurs courantes de fréquences de résonance issues des premier 3a et deuxième 3b circuits électriques résonants. Le système électronique 5 permet de comparer ces valeurs à des fréquences des deux circuits enregistrées d’une part lorsque la conduite était vide et d’autre part lorsque la conduite était remplie d’eau ionisée, selon le procédé décrit par la .
On notera qu’une différence de fréquence de résonance entre les première et deuxième valeurs courantes est indicative d’une différence de la permittivité de l’isolant entre les armatures à cause de la présence d’une interface liquide-air. En effet, la permittivité relative d’un liquide par rapport à l’air est assez significative. Par exemple, la permittivité relative de l’eau par rapport à l’air est de l’ordre de 80. Ainsi, la proportion du liquide 13 dans l’isolant entre les armatures affecte sensiblement la capacité du condensateur. Une augmentation du niveau du liquide 13 à l’intérieur de la conduite 7 fait augmenter la capacité générant une baisse de la fréquence de résonance. Ainsi, différentes valeurs de fréquences de résonance des premier 3a et deuxième 3b circuits résonants est indicative d’un non remplissage de la conduite 7.
En revanche, lorsque la conduite 7 est remplie, il n’y a pas d’interface air-liquide au niveau des armatures des premier 3a et deuxième 3b circuits électriques résonants et par conséquent, la fréquence de résonance mesurée est indicative uniquement de la nature et en particulier, de la conductivité du liquide 13.
Dans le cas où l’axe de la conduite 7 au niveau du ou des circuit(s) électrique(s) résonant(s) 3a, 3b est sensiblement vertical (i.e. dans la direction de la pesanteur), la conduite 7 ne peut être que vide ou remplie ce qui facilite la mesure de la conductivité du liquide.
Toutefois, dans le cas, où l’axe de la conduite au niveau du ou des circuit(s) électrique(s) résonant(s) 3a, 3b n’est pas sensiblement vertical, alors une des paires d’armatures métalliques se trouvera dans une section inférieure de la conduite 7 tandis que l’autre paire d’armatures métalliques se trouvera dans une section supérieure de la conduite 7. Ainsi, si la conduite 7 n’est pas remplie, la valeur de la fréquence de résonance issue de la paire d’armatures placée dans la section inférieure est plus petite que celle issue de la paire d’armatures placée dans la section supérieure de la conduite 7. Dans ce cas, si la valeur de la conductivité associée à la paire d’armatures placée dans la section supérieure n’est pas quasiment nulle, alors, le système électronique 5 déduit que l’interface air-liquide existe au niveau de la section supérieure de la conduite et par conséquent, la valeur de la conductivité issue de la paire d’armatures placée dans la section inférieure de la conduite 7 représente bien la conductivité du liquide.
En variante, le système électronique 5 peut être configuré pour évaluer le remplissage de la conduite 7 en comparant les première et deuxième valeurs courantes de fréquences de résonance afin de s’assurer du remplissage de la conduite 7 avant de déterminer la conductivité électrique du liquide 13 à l’intérieur de cette conduite 7.
Par ailleurs, pour un liquide 13 dont la conductivité est déjà connue, le taux de variation entre les première et deuxième valeurs courantes de la fréquence de résonance permet au système électronique 5 d’évaluer le niveau du liquide 13 dans la conduite 7. Par exemple, la conductivité du liquide 13 peut d’abord être déterminée au niveau d’une conduite 7 orientée verticalement. Ensuite, le taux remplissage d’une conduite 7 orientée horizontalement peut être déduit en fonction du taux des première et deuxième valeurs courantes de fréquences de résonance issues des premier 3a et deuxième 3b circuits résonants respectivement. Un calibrage de la conduite 7 selon différents niveaux en fonction de la fréquence de résonance ou de la conductivité peut être réalisé préalablement avec différents liquides.
D’une manière générale, il est possible de détecter selon l’invention, le niveau de remplissage de la conduite 7 ainsi que la mesure de la conductivité du liquide lorsque la conduite est au moins à moitié pleine.
En effet, les premières et deuxièmes valeurs de fréquences issues des premier 3a et deuxième 3b circuits électriques résonants peuvent être comparées aux valeurs de fréquences de ces mêmes circuits lorsque la conduite est vide et lorsqu’elle est remplie d’eau désionisée (edi).
Si pour le premier 3a circuit électrique résonant, la valeur de la première fréquence de résonance à vide est supérieure à la valeur de la première fréquence de résonance courante qui à son tour est supérieure à la valeur de la première fréquence de résonance en eau désionisée, alors on déduit que la conduite est partiellement pleine.
Si pour le deuxième 3a circuit électrique résonant, la valeur de la deuxième fréquence de résonance à vide est supérieure à la valeur de la deuxième fréquence de résonance courante qui à son tour est supérieure à la valeur de la deuxième fréquence de résonance en eau désionisée, alors on déduit que la conduite est au moins à moitié pleine. La conductivité peut alors être estimée à partir de la valeur de la première fréquence de résonance courante.
La est un organigramme illustrant la calibration, la détection du niveau remplissage de la conduite, et la mesure de la conductivité du liquide en utilisant le dispositif selon le mode de réalisation de la .
Plus particulièrement, les étapes E11-E14 sont des étapes préliminaires relatives à la calibration du dispositif 1 de mesure.
A l’étape E11, on réalise une mesure à vide, c’est-à-dire, lorsque la conduite 7 est vide, on mesure des première et deuxième fréquences de résonance à vide fv1 et fv2 relatives aux premier 3a et deuxième 3b circuits électriques résonants respectivement.
A l’étape E12, on mesure des première et deuxième fréquences de résonance de référence f1edi et f2edi relatives aux premier 3a et deuxième 3b circuits électriques résonants lorsque la conduite 7 comprend de l’eau déionisée (lors d’une calibration usine) selon différents niveaux de remplissage.
A l’étape E13, on définit deux paramètres de réglage : intervalle de tolérance I et valeurs seuils S selon le niveau de remplissage de la conduite 7.
L’étape E14, est un test pour vérifier si la calibration est réalisée. Si oui, l’intervalle de tolérance I et les valeurs seuils S sont mémorisés. Sinon, on reboucle à l’étape E11. On considère par exemple, que la calibration a été réalisée lorsque la conduite est complètement remplie d’eau déionisée.
L’étape E15 concerne l’acquisition des fréquences de résonances courantes en condition de fonctionnement du dispositif 1 de mesure. Le système électronique 5 et plus particulièrement, le module de mesure de fréquence 51 mesure des première et deuxième valeurs courantes f1 et f2 des fréquences de résonance relatives aux premier 3a et deuxième 3b circuits électriques résonants respectivement.
Les étapes E16-E23 concernent la détection du remplissage de la conduite.
L’étape E16 est un premier test dans lequel le système électronique 5 et plus particulièrement, le module de traitement 53 de données compare la première valeur courantes f1 de fréquence de résonance du premier 3a circuit électrique à la première fréquence de résonance à vide f1v correspondante. Si la valeur absolue de l’écart entre les premières valeurs f1 et f1v est comprise dans l’intervalle prédéterminé I, alors on passe à l’étape E 17 et sinon, on passe à l’étape E18.
A l’étape E17, le module de traitement 53 déduit que la conduite est vide et on passe ensuite à l’étape E26 pour afficher le résultat.
L’étape E18 est un deuxième test dans lequel le module de traitement 53 compare la deuxième valeur courantes f2 de fréquence de résonance du deuxième 3b circuit électrique à la deuxième fréquence de résonance à vide f2v correspondante. Si la valeur absolue de l’écart entre les deuxièmes valeurs f2 et f2v est comprise dans l’intervalle prédéterminé I, alors on passe à l’étape E 19. Sinon, on passe à l’étape E20.
A l’étape E19, le module de traitement 53 déduit que la conduite est partiellement pleine et moins de la moitié. Le module de traitement 53 estime alors le remplissage de la conduite en fonction de l’écart f1-f1v et on passe ensuite à l’étape E26 pour afficher le résultat.
L’étape E20 est un troisième test dans lequel le module de traitement 53 compare la première valeur courante f1 de fréquence de résonance à la première fréquence de résonance de référence fedi1 correspondante. Si l’écart entre les premières valeurs fedi1 et f1 est inférieur au seuil prédéterminé S, alors on passe à l’étape E 21. Sinon, on passe à l’étape E22.
A l’étape E21, le module de traitement 53 déduit que la conduite est partiellement pleine et plus de la moitié. Le module de traitement 53 estime alors le remplissage de la conduite en fonction de l’écart f2-f2v et on passe ensuite, à l’étape E25 pour calculer la conductivité du liquide.
L’étape E22 est un quatrième test dans lequel le module de traitement 53 compare la deuxième valeur courantes f2 de fréquence de résonance à la deuxième fréquence de résonance de référence fedi2 correspondante. Si l’écart entre les deuxièmes valeurs fedi2 et f2 est supérieur au seuil prédéterminé S, alors on passe à l’étape E23. Sinon, on repasse à l’étape E21 pour estimer le remplissage de la conduite en fonction de l’écart f2-f2v.
A l’étape E23, le module de traitement 53 déduit que la conduite est pleine et on passe alors à l’étape E24 pour calculer la conductivité du liquide.
Les étapes E24 et E25 concernent le calcul de la conductivité du liquide dans la conduite 7.
A l’étape E24, étant donné que la conduite est pleine, le module de traitement 53 calcule la conductivité à partir de l’écart fedi2-f2 relatif au deuxième 3b circuit électrique résonant. On passe ensuite à l’étape E26 pour afficher le résultat.
A l’étape E25, étant donné que la conduite n’est pas complètement pleine mais plus de la moitié pleine, le module de traitement 53 calcule la conductivité à partir de l’écart fedi1-f1 relatif au premier 3a circuit électrique résonant. On passe ensuite à l’étape E26 pour afficher le résultat.
Finalement, à l’étape E26, le module de traitement 53 affiche et/ou transmet les résultats obtenus aux étapes E17, E19, E21, E24 et E25.
La illustre très schématiquement un dispositif de mesure de la présence et la conductivité électrique d’un liquide à l’intérieur d’une conduite, selon un troisième mode de réalisation préféré de l’invention.
Selon ce troisième mode de réalisation, le dispositif comporte au moins un circuit résonant 3c dont la réactance active est une bobine 37 enroulée autour de la conduite 7. L’élément de couplage passif correspondant est un élément capacitif 39.
Dans le cas où l’axe Z de la conduite 7 au niveau de la bobine 37 est sensiblement vertical, c’est-à-dire sensiblement orienté dans la direction de la pesanteur P, la conduite 7 ne peut être que pleine ou vide. Donc soit on a une conductivité de presque zéro, soit une conductivité au-dessus d’une valeur prédéterminée qui par exemple peut correspondre à la conductivité de l’eau pure.
Plus particulièrement, une calibration peut être réalisée en mesurant la fréquence de résonance lorsque de l’eau distillée ou désionisée est mise dans la conduite 7. La valeur de cette fréquence de résonance correspond à une valeur seuil. Ainsi, si le système électronique 5 constate que la mesure de la fréquence de résonance est inférieure à la valeur seuil, alors il considère que la conduite 7 est pleine et cette mesure permet de déterminer la conductivité du liquide à l’intérieur de la conduite 7 avec précision. Ainsi, cette configuration permet de réaliser des mesures précises avec un seul circuit résonant 3c.
La illustre très schématiquement un dispositif de mesure de la présence et la conductivité électrique d’un liquide à l’intérieur d’une conduite, selon encore un autre mode de réalisation préféré de l’invention.
Selon ce mode de réalisation, le dispositif 1 comprend un ensemble de circuits résonants 3 selon le mode de la ou et/ou selon le mode de la . A titre d’exemple, au moins deux circuits résonants 31a , 31b ayant au moins deux paires d’armatures 32a, 33a, 32b, 33b selon le mode de la peuvent être placées dans une section sensiblement horizontale de la conduite 7 et au moins un circuit résonant 31c ayant une bobine 37 selon le mode de la peut être placée dans une section sensiblement verticale de la conduite 7.
Le nombre, le choix et l’intégration des circuits résonants 31a, 31b, 31c peuvent être déterminés selon les besoins et contraintes de l’application. Dans le cas où la partie sensible est capacitive, la géométrie des armatures capacitives (cylindriques, inter digitées, etc.) et la fréquence de fonctionnement permettent d’ajuster la sensibilité de chaque circuit résonant selon les besoins de l’application. Pour une géométrie d’électrode donnée, la fréquence de fonctionnement est déterminée par la valeur de l’inductance associée, elle permet d’adapter la sensibilité du dispositif 1 à la gamme de conductivité souhaitée. De cette façon, on peut augmenter la précision de la mesure de la conductivité électrique à l’intérieur de la conduite 7. L’utilisation de plusieurs configurations de circuits résonants 3 à différentes fréquences présente l’avantage d’élargir la gamme de mesure.
En effet, la illustre des graphes indiquant l’évolution de la capacité, sur la gamme 10KHz à 10MHz, de deux armatures placées sur un tube contenant des liquide de différentes conductivités.
L’abscise représente un intervalle de fréquence entre 10KHz à 10MHz tandis que l’ordonnée représente une gamme de capacité entre environ 10pF et 20pF. Plus particulièrement, les courbes G1-G10 montrent l’évolution de la capacité en fonction de la fréquence pour des valeurs de conductivités de 0μS/Cm ; 3μS/Cm ; 63μS/Cm ; 129μS/Cm ; 408μS/Cm ; 625μS/Cm ; 1060μS/Cm ; 1360μS/Cm ; 1786μS/Cm ; et 2370μS/Cm respectivement.
La fréquence de fonctionnement peut ainsi être adaptée à la gamme de conductivité que l’on souhaite mesurer.
A titre d’exemple, pour une gamme de conductivité allant de 0 à 63μS/Cm, une fréquence de fonctionnement à 200kHz sera privilégiée car la sensibilité (variation de capacité en fonction de la variation de conductivité) sera maximale. Par contre pour une gamme allant de 63 à 1060μS/Cm, une fréquence de fonctionnement de 4MHz offrira une meilleure sensibilité. Globalement, plus la salinité est élevée plus on aura intérêt à augmenter la fréquence de fonctionnement. Par exemple, la fréquence de fonctionnement est inférieur à 1MHz pour des valeurs de conductivités inférieures à 200μS/Cm.
Leur placement en plusieurs positions peut également fournir un indicateur d’homogénéité.
La calibration en conductivité peut être réalisée en mesurant la conductivité de différents liquides de références.
Le système électronique 5 est configuré pour acquérir les valeurs courantes de fréquences de résonance issues des différents circuits électriques résonants 31a, 31b, 31c. Ces différentes valeurs courantes permettent au système électronique 5 de déterminer la conductivité du liquide et/ou estimer le remplissage de la conduite 7.
Selon une première particularité, la mémoire 55 du microcontrôleur 5 peut stocker localement les valeurs mesurées et les résultats en attendant une opération de contrôle. Avantageusement, le module de communication 11 sans fils est configuré pour transmettre les résultats par communication LORA ou autre protocole basse consommation à un centre de contrôle (non représenté).
En variante, le système électronique 5 est configuré pour analyser localement les résultats de mesures. Par exemple, le système électronique 5 peut être configuré pour détecter le dépassement d’un seuil de sécurité et déclencher des actions comme par exemple déclencher une alerte et/ou une modification de consignes de débit et/ou une modification de dosage d’intrants, etc.
Selon un mode de réalisation, le dispositif 1 comporte au moins une sonde de température 13, au moins un capteur pression 15, et au moins un capteur de débit 17. Ces sondes et capteurs embarqués sur le dispositif 1 peuvent être utilisés pour contrôler ou corriger les mesures de la conductivité électrique du liquide.
Le module d’alimentation électrique 9 alimente le ou les circuit(s) électrique(s) résonant(s) 3, le système 5 et éventuellement, les autres sondes 13 et capteurs 15, 17. Avantageusement, le module d’alimentation électrique est un module de récupération d’énergie comme par exemple un panneau photovoltaïque ou une micro turbine permettant une utilisation autonome du dispositif 1.
Selon encore un autre mode de réalisation particulier, le dispositif 1 comporte une antenne 19 spécifique comme par exemple une antenne à mutuelle inductance nulle configurée pour recevoir un signal depuis un appareil externe 21 par exemple un lecteur portable. Ce signal reçu par l’antenne 19 est configuré pour exciter le ou les circuit(s) résonant(s) 3 à distance et pour mesurer leurs fréquences de résonance. Ce mode de réalisation a l’avantage de n’embarquer aucun composant électronique sur la conduite 9.
La illustre un procédé de caractérisation de la mesure de la conductivité d’un liquide selon un mode de réalisation de la présente invention.
Selon ce mode de réalisation, un bécher 25 en verre est utilisé pour simuler la conduite 7. Les essais sont réalisés ici avec des premier 31a, deuxième 31c et troisième 31b circuits résonants, selon différentes configurations.
Les valeurs suivantes sont données à titre d’exemple pour illustrer le fonctionnement du système pour ces trois configurations.
Le premier circuit résonant 31a comporte deux armatures métalliques 32a, 33a placées autour d’une section inférieure du bécher 25. Les deux armatures 32a, 33a sont par exemple de 35 mm de long, 24 mm de large et espacées de 40mm.
Le premier circuit résonant 31a est complété par une inductance de 10mH et une capacité parallèle de 33pF (impédance interne du système de mesure) pour obtenir une fréquence de résonance d’environ 0.7MHz.
Le troisième circuit résonant 31b comporte deux armatures métalliques 32b, 33b placées autour d’une section supérieure du bécher 25. Les deux armatures sont de 60 mm de long, 24 mm de large et espacées de 40 mm.
Le troisième circuit résonant 31b est complété par une inductance de 0.003mH et une capacité parallèle de 33pF (impédance interne du système de mesure) pour obtenir une fréquence de résonance d’environ 12MHz.
Le deuxième circuit résonant 31c comporte une bobine 37 placée autour d’une section intermédiaire du bécher 25. La bobine 37 comporte par exemple 30 spires sur une longueur de 20 mm et un diamètre de 40 mm soit environ 0.047mH qui donne une fréquence de résonance d’environ 4MHz lorsqu’il est couplé avec la capacité de 33pF du circuit de mesure.
On commence le procédé en mettant de l’eau 13 distillée à 50 μS/Cm dans le bécher 25. Ensuite, on fait varier les fréquences de résonance des trois circuits en augmentant la conductivité de 50μS/Cm à chaque mesure. Le système électronique 5 est utilisé pour mesurer les fréquences de résonance des trois circuits à chaque augmentation de la salinité. Ceci permet de mesurer les variations des fréquences de résonance des trois circuits selon différentes concentrations d’eau salée. Les mesures sont réalisées sur un intervalle de conductivité du liquide entre 50 μS/Cm et 1000 μS/Cm.
En effet, la illustre des graphes indiquant la sensibilité des différents circuits résonants de la .
L’ordonné y représente la fréquence en MHz et l’abscisse x représente la conductivité du liquide en μS/Cm. On observe dans les graphes que les sensibilités sont différentes selon la configuration du circuit résonant.
La courbe C1 montre l’évolution de la fréquence de résonance en fonction de la conductivité correspondant au premier circuit résonant 31a sur la gamme 50-1000 μS/Cm.
La variation de fréquence de la courbe C1 est plus importante (environ 2% de variation en fréquence pour une variation de conductivité de 50μS/Cm) pour les faibles conductivités entre 50 et 200 μS/Cm. La sensibilité diminue ensuite (environ 0.6% de variation en fréquence pour une variation de conductivité de 50μS/Cm) pour les conductivité plus élevées jusqu’à 1000μS/Cm. La courbe C1peut être approximée par une courbe polynomiale de degrés 4 dont l’équation est :
y = 3.10-13x4– 7.10-10x3+ 6.10-7x2- 0,0002x + 0,6797 (1)
Cette configuration est donc mieux adaptée aux conductivités inférieures à 200 μS/Cm.
La courbe C2 montre l’évolution de la fréquence de résonance en fonction de la conductivité correspondant au deuxième circuit résonant 31c sur la gamme 50-1000 μS/Cm. La variation de fréquence est environ de 0.3% pour une variation de conductivité de 50μS/Cm sur l’ensemble de la gamme. La courbe C2 peut être approximée par une courbe polynomiale de degrés 2 dont l’équation est :
y = 1. 10-7x2- 0,0003x + 3,5415 (2)
La courbe C3 montre l’évolution de la fréquence de résonance en fonction de la conductivité correspondant au troisième circuit résonant 31b sur la gamme 50-1000 μS/Cm.
Celle-ci varie d’environ 0.5% pour une variation de conductivité de 50μS/Cm sur l’ensemble de la gamme. La réponse de la courbe C3 est quasiment linéaire selon l’équation suivante :
y = -0,0009x + 11,109 (3)
Les fonctions inverses des équations (1)-(3) permettent de calculer les valeurs de la conductivité du liquide en fonction des valeurs des fréquences de résonance des trois circuits.
Ces exemples montrent la possibilité d’adapter la présente invention à différentes configurations et pour différentes fréquences de résonance.
Les essais peuvent aussi être réalisées sur une gamme de mesure de conductivité plus importantes par exemple entre 1000 μS/Cm et 9000 μS/Cm. Les tests ont montré des sensibilités plus faibles mais cependant acceptable pour certaines applications. Dans les cas des conductivités supérieures à 200μS/Cm, l’exemple des troisième 31b circuits résonants a montré de meilleurs performances en terme de sensibilité et de linéarité que ceux des circuits 31a et 31c .
Les mêmes circuits que ceux de la ont été placés autour d’une conduite sur un banc hydraulique. Des mesures ont été réalisées sur un liquide en mouvement selon différents débits du liquide. On a trouvé des résultats similaires à ceux de la et que les mesures ne sont pas influencées par le débit du liquide lorsque la conduite est pleine.
Avantageusement, le dispositif selon les différents modes de réalisation de la présente invention peut fournir un moyen de maintenance prédictive embarqué pour différents systèmes.
Selon un premier exemple, le dispositif peut être utilisé pour la régulation de procédés (détection d’anomalie, concentration ionique supérieure à un seuil, etc.).
Selon un deuxième exemple, le dispositif peut être utilisé pour l’agriculture connectée (irrigation, dosage d’intrants, contrôle des effluents d’exploitation, etc.).
Selon un troisième exemple, le dispositif peut être utilisé pour la santé (qualité de l’eau, sang, urines, dosage de médicaments, etc.).
Avantageusement, le contrôle peut être effectué de manière périodique à une fréquence adaptée à la dynamique du phénomène à observer. Généralement les variations sont lentes, une fréquence d’acquisition de 0.01Hz à 1Hz devrait convenir à la plupart des cas.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier à l’invention qui vient d’être décrite, uniquement à titre d’exemples non limitatifs.

Claims (14)

  1. Dispositif de mesure de la présence et de la conductivité électrique d’un liquide à l’intérieur d’une conduite (7) en matériau isolant électriquement, caractérisé en ce qu’il comporte:
    -au moins un circuit électrique résonant (3) disposé sur un contour de la conduite (7), la fréquence de résonance dudit au moins un circuit électrique résonant étant représentative de la présence du liquide et de ses propriétés électriques,
    -un système électronique (5) couplé audit au moins un circuit électrique résonant (3), ledit système électronique étant configuré pour acquérir au moins une valeur courante de la fréquence de résonance dudit au moins un circuit électrique résonant et pour déterminer la présence et la conductivité électrique du liquide à l’intérieur de la conduite (7) sur la base de ladite au moins une valeur courante de la fréquence de résonance.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système électronique (5) est configuré pour détecter le niveau de remplissage de la conduite.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit électrique résonant (3) est un circuit inductif-capacitif comprenant une réactance active associée à un élément de couplage passif correspondant.
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la réactance active est un condensateur (31) formé d’une paire d’armatures métalliques (32, 33) placées sur deux zones distinctes du contour de la conduite (7), l’élément de couplage passif correspondant étant un élément inductif (35).
  5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit système électronique (5) est configuré pour acquérir lors d’une phase de calibration les valeurs de fréquences de résonance lorsque la conduite est vide et lorsque la conduite est remplie d’eau désionisée.
  6. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu’il comporte des premier et deuxième circuits électriques résonants (31a, 31b) comprenant des première et deuxième paires d’armatures métalliques respectivement, la première paire d’armatures métalliques étant disposée sur un premier demi-contour de la conduite (7) et la deuxième paire d’armatures métalliques étant disposée sur un deuxième demi-contour de la conduite (7).
  7. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit système électronique (5) est configuré pour acquérir lors d’une phase de calibration des première et deuxième valeurs de fréquences de résonance à vide issues des premier et deuxième circuits électriques résonants lorsque la conduite est vide et des première et deuxième valeurs de fréquences de résonance de référence issues des premier et deuxième circuits électriques résonants lorsque la conduite est remplie d’eau désionisée.
  8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit système électronique (5) est configuré pour acquérir des première et deuxième valeurs courantes de fréquences de résonance issues des premier et deuxième circuits électriques résonants, et pour détecter le remplissage de la conduite (7) en comparant lesdites premières et deuxièmes valeurs courantes de fréquences de résonance aux premières et deuxièmes valeurs de fréquences à vide et aux première et deuxième valeurs de fréquences de résonance de référence.
  9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un circuit électrique résonant (3) comprenant une bobine active (37) associée à une capacité (39), ladite bobine étant enroulée autour de la conduite.
  10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un module de communication (11) configuré pour transmettre les résultats de remplissage de la conduite et de la conductivité électrique du liquide se trouvant à l’intérieur de la conduite (7).
  11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une sonde de température (13), et/ou au moins un capteur pression (15), et/ou au moins un capteur de débit (17).
  12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte un module d’alimentation électrique (9) alimentant ledit au moins un circuit électrique résonant (3), ledit système électronique (5), et éventuellement les autres capteurs, ledit module d’alimentation électrique étant un module de récupération d’énergie.
  13. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence de fonctionnement soit adaptée à la gamme de conductivité que l’on souhaite mesurer.
  14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que la fréquence de fonctionnement est inférieur à 1MHz pour des valeurs de conductivités inférieures à 200μS/Cm.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS61223618A (ja) * 1985-03-29 1986-10-04 Toshiba Corp 液位検出器
EP3521776A1 (fr) * 2018-02-06 2019-08-07 Victor Augusta P. Claes Circuit de capteur et son utilisation
WO2019231734A1 (fr) * 2018-05-31 2019-12-05 Battelle Memorial Institute Capteur de récupération d'huile
EP3982106A1 (fr) * 2020-10-12 2022-04-13 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Dispositif de mesure automatique de densité d'un liquide

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61223618A (ja) * 1985-03-29 1986-10-04 Toshiba Corp 液位検出器
EP3521776A1 (fr) * 2018-02-06 2019-08-07 Victor Augusta P. Claes Circuit de capteur et son utilisation
WO2019231734A1 (fr) * 2018-05-31 2019-12-05 Battelle Memorial Institute Capteur de récupération d'huile
EP3982106A1 (fr) * 2020-10-12 2022-04-13 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Dispositif de mesure automatique de densité d'un liquide

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