Brevet FR2001734A1 — publié le 19691003

\ La présente invention est relative à un appareil potentio-métrique sensible à la position pour déterminer la position relative ou la variation de la position relative de deux organes pouvant se déplacer l'un par rapport à l'autre, ou pour réaliser ou 5 commander une position relative désirée de ces deux organes. Plus particulièrement l'iivention vise un appareil sensible à la position relative de deux organes pouvant se déplacer l'un par rapport à l'autre, cet appareil comprenant au moins deux éléments électriquement indépendants disposés au voisinage l'un de l'autre 10 de façon à former une rangée d'éléments alignés et une électrode^ lesdits éléments et ladite électrode étant montés de manière à pouvoir se déplacer les uns par rapport aux autres suivant l'axe de ces éléments et étant couplés respectivement aux dits organes, et une source de potentiel connectée auxdits éléments pour éta-15 blir un champ électrique de façon à induire sur ladite électrode un potentiel dont la valeur est liée à sa position par rapport auxdits éléments. De tels dispositifs sont utilisés dans divers circuits de mesure et/ou de commande de façon à donner une mesure directe de la 20 position de l'électrode par rapport à la série d'éléments alignés, en fonction de la valeur du potentiel induit sur ladite électrode. Toutefois, on ne décrira pas ici ces circuits et appareils de mesure, car ila ne font pas partie de l'objet de l'invention. Ce type d'appareil potentiométrique s'est révélé très sencible 25 aux influences ambiantes de toutes sortes,modifiant le parcours et la forme du champ électrique entre les éléments et l'électrode y compris le parcours du champ terminal de l'eléctrode. Il s'est avéré qu'en particulier l'humidité affecte considérablement la précision de tels dispositif qui, de ce fait,ne peu-30 vent être utilisés pour des mesures précises sans que l'humidité environnante soit contrôlée avec précision ce qui n'est pas possible dans de nombreux cas où ces dispositifs pourraient être utiles. L'invention fournit un appareil du type général indiqué ci- dessus qui tend à remédier aux inconvénients mentionnés de 35 en empêchant 1'apparition/toute distorsion dissymétrique du champ électrique pouvant se manifester entre l'électrode et la série d'éléments alignés en fonction de modifications des conditions environnantes et en particulier des variations du dêgré d'humidité. L'invention fournit en outre des moyens pour fixer l'électro-40 de et les éléments sur leur organe respectif ce qui supprime 1'ap- 6903125 2 2001734 parition d'une distorsion asymétrique du champ dans l'appareil, due aux conditions environnantes en particulier aux variations du de- . /^u . gré d humidité/diélectrique d un dispositif potentiométrique capacitif. 5 D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples. la Fig.l est une vue en élévation de côté, en partie en coup% d'un mode de réalisation d'un potentiomètre capacitif suivant l'in-10 vention ; la Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la Fig.l ; les Fig. 3 à 5 montrent des vues schématiques en coupe longitudinale de variantes du potentiomètre capacitif suivant l'inven-:' 15 tion ; la Fig.6 montre graphiquemënt l'effet de la variation du de-, gré d'humidité dans l'environnement d'un potentiomètre connu sur sa caractéristique tension-position, la ligne en pointillé correspondant à la courhe caractéristique d'un potentiomètre, modifiée 20 par une augmentation du degré d'humidité alors que la courbe caractéristique normale du potentiomètre est tracée en trait plein. En se référant à la Fig.6 tout d'abord, les distances étant portées en abscisse et la tension du capteur en ordonnée, en présence des conditions normales (courbe l), la longueur électrique a 25 de l'électrode e correspond à sa longueur mécanique. Si le degré d'humidité augmente, la courbe caractéristique s'applatit (courbe é), la longueur électrique b de l'électrode augmente, entraînant des erreurs de mesure non-négligeables. Par exemple, pour un potentiomètre de 12,5 mm, on a mesuré une erreur de 3,6Ji pour une posi-30 tion donnée de ce potentiomètre et pour une variation de 63% à 90$ du degré d'humidité relative. Le potentiomètre décrit ci-dessous permet de réduire cette erreur à une valeur négligeable. En réalité, on a effectué le même essai que ci-dessus avec un potentiomètre suivant l'invention et on 35 n'a pas pu mesurer d'erreur. Le potentiomètre capacitif représenté aux Fig. 1 et 2 comprend une enveloppe 3 de forme tubulaire à section circulaire sur la surface interne de laquelle sont montés deux éléments tubulaires métalliques 4,5 au moyen de douilles isolantes 6, 7. Les deux élé-40 ments tubulaires 4 et 5 sont électriquement indépendants et il leur 6903125 3 2001734 \ est appliqué un potentiel électrique au moyen de conducteurs 8 qui traversent des rainures 9 prévues dans les douilles isolantes 6 et 7 et qui mènent à une source de tension. Les extrémités de l'enveloppe tubulàire sont obturées par des 5 plaques d'extrémité 10 et 11 percées d'orifices coaxiaux à la surface interne des éléments tubulaires 4 et 5. Une tige 12 qui peut se déplacer axialement et qui présente un- chapeau 13 à une extrémité est engagée dans les trous prévus dans les plaques d'extrémité 10 et 11. L'extrémité opposée de la tige 12 comporte un perçage 10 central 14 que traverse un conducteur 15 connecté électriquement à une électrode détectrice 16 qui est fixée sur la portion centrale de la tige 12 par l'intermédiaire d'une douille isolante 17. JLes conducteurs 8 et 15 sont fixés respectivement à l'enveloppe 3 et à la tige/au moyen de fiches 18 et 19, de sorte qu'une 15 traction sur ces fils ne transmet pas sur les connexions électriques menant aux éléments 4 et 5 et l'électrode 16 une contrainte inadmissible. L'électrode 16 a également une forme tubulàire et est logée coaxialement et concentriquement dans les éléments 4 et 5. La dis- 20 tance de déplacement de l'électrode, c'est-à-dire.de la tige 12 . , , , celle de dans 1 enveloppe, est égalé a la longueur de- 1 electrode 16 ou à/ chacun des éléments 4 et 5 qui ont tous trois la même longueur, potentiels Différents/etant appliqués aux éléments 4 et 5, le potentiel capté capacitivement sur l'électrode 16 dépend de sa position re-25 lative par rapport à ces éléments et est donc une mesure pour la position de la tige 12. La caractéristique particulière et originale de ce nouvel a-• gencement consiste en ce que le parcours de la totalité du champ électrique, aussi bien central que terminal, entre l'électrode et 30 les éléments ne traverse qu'un seujïcliélectrique homogène formé par l'air ambiant dans le mode de réalisation décrit ci-dessus. De ce fait, si un changement se produit dans la constante diélectrique, par exemple en raison d'une variation du degré d'humidité, la constante diélectrique varie également dans toutes les par-35 ties du dispositif où le champ électrique peut être présent, et, de plus, ce changement est très petit dans l'air de sorte qu'un effet imperceptible est exercé sur la valeur du potentiel de détection quelle que soit la position de l'électrode par rapport aux éléments. Ce résultat est obtenu en choisissant des douilles 17 fixant 40 l'électrode 16 de longueur bien plus grai de que la longueur de ces 6903125 4 2001734 éléments et de cette électrode. De plus, l'écartement qui existe entre les deux éléments 4 et 5 est plus petit que l'épaisseur des douilles isolantes 6 et 7 ou encore que la distance qui sépare le bord d'un élément du bord correspondant de la douille correspon-5 dante. Ainsi, pas même une petite portion du champ électrique régnant entre l'électrode et les éléments ne peut traverser un autre diélectrique que l'air, de sorte qu'en présence d'une variation de la constante diélectrique dm diélectrique du potentiomètre le champ " n'est pas perturbé. 10 Par conséquent, les moyens qui permettent d'éviter une modi fication des caractéristiques du potentiomètre capacitif par suite de changements dans les conditions ambiantes consistent en ce qu'il est prévu des espaces d'air suffisamment grands entre les bords des douilles isolantes 6, 7 et 17 et les bords correspondants des 15 éléments/5 et de l'électrode 16. De cette manière, la constante diélectrique des douilles isolantes 6, 7 et 17, qui peut varier en fonction de l'absorption de quantités infimes d'humidité dans leur matériau, n'influence pas les caractéristiques de fonctionnement du potentiomètre capacitif. 20 La Fig.3 montre schématiquement un appareil, à plusieurs seg ments dans lequel une électrode 20 est fixée à l'intérieur d'une enveloppe 22 par l'intermédiaire d'une douille isolante 21, et présente une forme tubulàire. Une tige déplaçable axialement est placée dans cette électrode 20, la tige comprenant une série d'élé-25 ments 23 alignés disposés coaxialement à l'électrode 20. Ici encore la douille 21 qui fixe l'éléctrode 20 à l'enveloppe 22 a une longueur plus petite que celle de l'électrode elle-même pour éviter le passage de lignes de force de champ électrique, quelle que soit la position de l'électrode 20 par rapport aux élé-30 ments 23 alignés, à travers le matériau qui forme la douille 21. Dans ce mode de réalisation, les éléments 23 sont montés sur une tige isolante 24 comprenant des rétrécissements 25 qui fournissent un espace d'air au voisinage des extrémités adjacentes de deux éléments 23 voisins. Cette particularité empêche également le 35 passage de lignes de force de champ électrique à travers le matériau isolant de la tige 24, à condition que le rétrécissement soit suffisamment long et profond. Afin d'obtenir une atténuation supplémentaire du champ électrique, la surface extérieure des rétrécissements 25 peut être re-40 couverte par un revêtement métallique ou une bague métallique. Ain- 6903125 5 2001734 \ si, l'espace d'air compris entre un élément 23 et le revêtement métallique du rétrécissement 25, augmente l'atténuation du champ électrique ce qui a pour effet que le champ n'atteint pas le matériau isolant de la tige 24 de sorte que la constante diélectrique 5 du matériau isolant peut varier sans affecter ce champ. Pour cette raison, ici encore, des variations de la constante diélectrique dues aux variations des conditions ambiantes n'affectent pas la forme du champ électrique à l'intérieur du potentiomètre et n'en affectent donc pas la précision ou les caractéristi-10 ques. La Fig.4 montre une autre variante de l'appareil potentiomètre comprenant une enveloppe 27 dans laquelle au moins deux éléments (non -représentés.) sont montés de la même manière que les éléments 4 et 5 du mode de réalisation décrit s^gréférant aux Fig. 1 et 2. 15 Dans cette variante, 'l'électrode/a la forme d'un cylindre mé tallique ayant deux saillies longitudinales 29 et 30 fixées chacune dans un tube 31, 32 respectivement, par l'intermédiaire de douilles isolantes 33, 34. De nouveau, les dimensions des espaces d'air 35 et 36 sont telles que le champ électrique régnant entre 20 l'électrode 28 et les éléments ne traverse pas les bagues isolantes 33 et de sorte que le diélectrique du potentiomètre est seulement constitué par de l'air. La Fig.5 montre une autre variante pour une série d'éléments alignés à utiliser comme dispositif potentiomètrique. Chaque élé-25 ment 37 comprend une saillie 38 à une extrémité et une cavité 39 à l'autre extrémité. Ces éléments 37 sont emboîtés l'un dans l'autre pour former un ensemble aligné; ils sont maintenus ensemble et isolés électriquement les uns des autres au moyen de bagues isolantes 40. Les espaces d'air 4l sont tels qu'aucune partie du champ 30 électrique du potentiomètre ne traverse les bagues isolantes 40. Afin que les espaces d'air prévus aux extrémités des éléments et de l'électrode soient efficaces, ils doivent avoir une profondeur quatre fois., et en tous cas plus de deux fois supérieure à leur largeur. 35 Bien entendu, d'autres tentatives peuvent être entreprises pour combattre les variations des conditions- ambiantes par exemple la fermeture étanche du dispositif potentiomëtrique ou le remplissage de celui-ci avec un diélectrique qui agit comme barrière pour ces variations ambiantes. Dans ce dernier cas, on peut utiliser de 40 l'huile par exemple, pour remplir le potentiomètre. Cependant, ces O903125 6 2001734 solutions snnt nettement plus coûteuses que celle qui consiste à éliminer du parcours du champ électrique présent dans le potentiomètre tout matériau autre que l'air qui pourrait agir comme diélectrique. 5 De plus si différents diélectriques sont prévus dans le po tentiomètre, et en particulier un diélectrique qui se détériore sous l'action de l'humidité ,des déphasages sont engendrés qui provoquent des erreurs de mesure si un détecteur ou appareil de mesure spécial n'est pas utilisé. Cet inconvénient est complètement 10 éliminé par l'invention. On notera en outre que l'on peut réaliser également des potentiomètres circulaires au lieu de potenitomètres linéaires. En fait, l'axe des éléments en série peut être droit ou courbe. 6903125 7 2001734 REVENDICATIONS 1) Potentiomètre capacitif comprenant au moins deux éléments électriquement indépendants disposés au voisinage l'un de l'autre de façon à former une rangée d'éléments alignés et une électrode, 5 lesdits éléments et ladite électrode étant montés de manière à pouvoir se déplacer les uns par rapport aux autres suivant l'axe de ces éléments, et une source de potentiel connectée auxdits éléments pour établir un champ électrique de façon à induire sur ladite électrode un potentiel dont la valeur est liée à sa position 10 par rapport auxdits éléments, ledit potentiomètre étant caractérisé en ce que des espaces d'air (25, 36, 4l) sont situés au voisinage de chaque bord des éléments (4, 5, 23, 27, 37) et de l'électrode (16, 20, 28) de sorte que le champ électrique à l'intérieur du \ potentiomètre ne traverse pas d'autre diélectrique que l'air, quelle 15 que soit la position de l!électrode par rapport aux éléments de sorte que des distorsions asymétriques du champ électrique dans le potentiomètre, dues à des variations des conditions ambiantes en particulier des variations du degré d'humidité, sont évitées. 2) Potentiomètre suivant la revendication 1, caractérisé en ce 20 qu'il comprend des organes de montage (3, 12, 22, 31, 32) et des organes isolants (6, 7, 17, 21, 33, 34) au moyen desquels les éléments et/ou l'électrode sont montés sur lesdits organes de montage lesdits organes d'isolation ayant une longueur plus petite que la longueur des éléments et/ou de l'électrode correspondants de façon 25 à fournir des espaces d'air. 3) Potentiomètre suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les espaces d'air ont une longueur égale à au moins deux fois leur largeur. 4) Potentiomètre suivant les revendications 1, 2 ou 3 carac-, , , , .adjacentes, 30 terisé en ce que 1 espace d air entre deux extremites/de deux ele- ments adjacents a une profondeur et une largeur au moins égales'.à deux fois la distance qui sépare lesdits bords adjacents. 5) Potentiomètre suivant jfes revendications 2, 3 °u 4 caractérisé en ce qu'un des organes de montage est une tige (12, 14) et 35 l'autre est une enveloppe tubulàire (3, 22), ces organes étant montés coaxialement et concentriquement. 6) Potentiomètre suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une tige isolante (24) sur laquelle les éléments sont montés, des rainures ou rétrécissements (25) étant prévues au 40 voisinage des extrémités adjacentes des éléments adjacents pour 903125 8 2001734 fournir lesdits espaces d'air. 7) Potentiomètre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode est formée par un cylindre (28) ayant des en ce qu il saillies axiales (29, 30) sur chacune de ses faces frontales, et/ 5 comprend des éléments de montage tubulaires (31, 32) et des bagues isolantes (33, 34) au moyen desquelles lesdites saillies (29, 30) sont supportées dans lesdits éléments tubulaires. 8) Potentiomètre suivant la revendication 1,caractérisé en ce que chaque élément (37) d'une série d'éléments alignés comprend 10 un hoyau ayant une saillie axiale (38) sur une de ses faces frontales et une cavité (39) sur son autre face frontale, la saillie (38) d'un noyau étant engagée dans la cavité du noyau adjacent, et il est prévu une bague isolante disposée entre la saillie et la cavité de noyaux adjacents pour maintenir les éléments électri-15 quement indépendants et pour fournir les espaces d'air (41). 9) Potentiomètre suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la série d'éléments est alignée suivant une droite. 10) Potentiomètre suivant l'une quelconque des revendications 20 précédentes caractérisé en ce que l'électrode (20 ) entoure la série d'éléments alignés. 11) Potentiomètre suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que les éléments de la série d'éléments alignés (4, 5, 27) entourent l'électrode.