Brevet FR2135291A1 — publié le 19721215

L'invention concerne un dispositif pour la détermination capacitive de l'emplacement précis de couab.es de s éparation entre deux milieux adjacents, au moyen de plusieurs condensateurs échelonnés dont la variation de l'intensité est déterminée par 5 les milieux qui se trouvent entre les électrodes des condensateurs. Des dispositifs de ce genre peuvent être utilisés pour la détermination de couches de séparation entre des substances dont les états de matière sont identiques ou différents, lorsque ces deux substances possèdent des constantes diélectriques 10 différentes. Pour déterminer les couches de séparation d'ensembles liquide - gaz ou solide - gaz, par exemple pour .mesurer le degré de remplissage d'un récipient, on connaît des dispositifs capacitifs de mesure qui reposent sur un principe analogue. Ces sondes dépendent toutefois de la constitution de la substance avec laquelle elles viennent en contact, ainsi que de la forme et de la constitution du récipient. Pour compenser de telles influences, il est nécessaire de réaliser un équilibrage irréprochable de la sonde en ce qui concerne les capacités nullesnuisibles. 20 L'invention a pour objet de réaliser un dispositif pour la détermination de l'emplacement précis de couches de séparation entre deux milieux adjacents, qui soit indépendant de la constitution des substances à mesurer et qui n'exige pas de travail d'équilibrage fatigant et long pour la compensation d'influ-ences extérieures nuisibles. Le problème est résolu dans le cas d'un dispositif du type précité par le fait que des paires de condensateurs de constitution identique et placées à une certaine distance les unes des autres possèdent une électrode reliée à une borne commune et des contre-électrodes séparées galvaniquement, 30 et que la borne commune est raccordée à un générateur d'impulsions, tandis que les contre-électrodes séparées galvaniquement sont raccordées aux entrées d'un amplificateur différentiel et que les deux condensateurs fournissent à l'amplificateur différentiel des signaux d'entrée égaux par équilibrage correspondant si les mi-35 lieux jouant le rôle de diélectriques sont les mêmes. D'après une autre caractéristique de l'invention, les impulsions sont envoyées l'une après l'autre aux électrodes associées et simultanément à un compteur, et un signal apparaissant à la sortie de l'amplificateur différentiel interrompt la liaison vers le compteur, et, avant le début d'une nouvelle opération de mesure, le compteur est remis 72 15919 2 2135291 au zéi*o. Dans m mode préféré de réalisation de l'invention, les contre-électrodes sont des surfaces en forme de peigne dans les évidements duquel sont disposées les électrodes reliées les unes aux autres. 5 On va maintenant décrire à titre d'exemple un mode de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés. La figure 1 est un développement des surfaces d'électrodes qui forment les condensateurs. La figure 2 est un schéma d'un circuit servant à l'in-10 dication digitale de l'emplacement d'une couche de séparation ou de deux couches de s éparation. La figure 1 montre un développement des surfaces d'électrodes formant les condensateurs, qui sont disposées sur un tube isolant cylindrique revêtu de cuivre. Ce tube contient à son 15 intérieur les fils de raccordement pour les diverses électrodes. Pour mieux protéger les surfaces des électrodes,le tube isolant est recouvert d'un manchon de téflon. Entre deux contre-électrodes A' et A" en forme de peigne, on a disposé cinq électrodes à Eçj' et à E^n. Les contre-électrodes A' et A" sont séparées 20 galvaniquement l'une de l'autre. Les électrodes E^' et E^" sont raccordées à une borne commune E^. De même, les électrodes Eg* et Eg", Ey et E^", E^' et E^", E^' et E^n sont raccordées à des bornes communes Eg, E^, E^ et E^. Les électrodes E^' à E^' forment chacune un condenstaur avec les contre-électrodes A'. De même, les 25 êLectrodes E-j" à E^w forment chacune un condensateur avec la contre-électrode A". Dans l'exemple considéré, on n'a représenté que cinq électrodes pour une compréhension plus facile. Toutefois, plus il existe d'électrodes, et plus précise est la détermination de l'emplacement de la couche de séparation. Les surfaces des électrodes 30 et des contre-électrodes sont dimensionnées de façon que la capacité entre l'électrode E^' et la contre-électrode A' soit égale à la capacité entre l'électrode E^" et la contre-électrode A" lorsque les deux condensateurs se trouvent dans un même milieu. De même, la capacité entre l'électrode Eg' et la contre-électrode A' 35 est égale à la capacité entre l'électrode Eg" et la contre-électrode A". Il en est de même pour les condensateurs formés par les autres électrodes avec les contre-électrodes associées. Les électrodes E.j' et E.,", E2' et Eg", E^ et E^", E^' et E^n, E^ et E5" sont décalées, le long du peigne formé par les contre-électrodes, d'une 40 quantité déterminée qui est égale à une section sur la figure 1. jA '-*r 72 15919 3 2135291 La couche de séparation est représentée par une ligne double passant entre les électrodes E^' et E^' ainsi qu'entre les électrodes Eg" et E^", et elle est perpendiculaire à l'axe du peigne. Le condensateur formé par l'électrode E^' et la contre-électrode A' 5 se trouve dans un milieu, et celui que forment l'électrode Ey et la contre-électrode A" se trouve dans l'autre milieu. En raison des constantes diélectriques des deux milieux, le couplage capacitif entre l'électrode E^' et la contre-électrode A'est différent de celui entre l'électrode E^" et la contre-électrode A". Il se 10 produit donc des signaux d'intensité différente aux deux contre-électrodes, quand l'électrode E^ est raccordée à la sortie d'un générateur d'impulsions. Si les deux contre-électrodes A' et A" sont reliées à différentes entrées d'un amplificateur différentiel, il se produit 15 pour celle des électrodes E' et E" qui se trouve dans la région de la couche de séparation entre les deux milieux, un signal différentiel, tandis que pour toutes les électrodes qui se trouvent complètement dans l'un des deux milieux, le signal différentiel est nul. 20 La figure 2 montre le schéma d'un montage pour l'indi cation digitale de la position exacte, de la couche de séparation entre deux milieux. Le fonctionnement du dispositif suivant l'invention va être décrit avec référence à ce schéma. La disposition des électrodes représentées sur la fi-25 gure 1 avec les cinq entrées E^ à E^ et les deux sorties A* et A" est représentée en 1 sur la figure 2. Un générateur d'impulsions 2 produit des impulsions périodiques qui sont amenées directement à la borne médiane d'un sélecteur pas à pas 3 ainsi qu'à un montage 4 par tout ou rien. Par l'intermédiaire d'un montage de retard 30 5, les impulsions provenant du générateur 2 sont transmises avec retard à un moteur pas à pas 6. Le montage ? est calculé de telle façon que dans les intervalles entre deux impulsions du générateur 2, une impulsion au moteur 6 soit transmise. Le moteur 6, à chaque impulsion, déplace la manette du sélecteur 3 dans le sens des ai-35 guilles d'une montre pour l'amener sur le contact suivant. Sur la figure 2, la manette du sélecteur 3 est reliée à l'entrée Eg du système d'électrodes 1. Par les mises en circuit successives de la manette du sélecteur 3, il est transmis successivement une impulsion aux entrées E1 à E^ du système 1. Au début d'une nouvelle 40 opération de mesure, une iupulsion est fournie à l'entrée de com- BÂD 72 15919 4 2135291 mande 4a du montage 4 et, ainsi, une liaison est établie entre le générateur d'impulsions 2 et Tin compteur 7. la même impulsion qui est amenée à l'entrée 4a met au zéro le compteur 7 par l'intermédiaire de l'entrée 7a de celui-ci. Dans l'intervalle qui s'écoule 5 jusqu'à l'impulsion suivante provenant du générateur 2, le moteur 6 amène la manette du sélecteur 3 dans la position suivante. Dans cette position, le générateur d'impulsions 2 est relié à l'entrée E.j du système 1, et l'impulsion suivante provenant du générateur 2 est envoyée aux électrodes E^' et E^n (voir figure 1) par l'en-10 trée E^. Etant donné que les électrodes E^' et E^" se trouvent dans le même milieu (voir figure 1), les mêmes signaux apparaissent aux sorties A' et A". Un amplificateur différentiel 8 donne la différence des signaux produits aux sorties A' et A". Dans ce cas, le signal de sortie de l'amplificateur 8 est nul. A l'ampli-15 ficateur 8 fait suite un étage 9 générateur d'impulsions dont la sortie est reliée à une deuxième entrée de commande 4b du montage 4. Une impulsion transmise à cette entrée de commande interrompt la liaison entre le générateur 2 et le compteur 7^ Etant donné que, lors de l'envoi d'une impulsion aux électrodes E^' et E-j", 20 il n'apparaît aucun signal différentiel à la sortie de l'amplificateur 8, le générateur 2 reste relié au compteur 7. Dans l'intervalle qui précède 1'impulsion suivante du générateur 2, la manette du sélecteur 3 est déplacée par le moteur 6 jusqu'à l'entrée Eg du système 1. L'impulsion suivante provenant du générateur 25 2 est comptée par le compteur 7 et la liaison entre le générateur 2 et le compteur 7 persiste, car à la sortie de l'amplificateur 8 il n'apparaît aucun signal puisque les électrodes Eg' et Eg" se trouvent dans le même milieu. Ensuite, la manette du sélecteur 3 est déplacée par le moteur 6 jusqu'à l'entrée E^ du système 1. 30 L'impulsion suivante est à nouveau comptée par le compteur. Mais étant donné qu'en raison des milieux différents, les capacités des condensateurs formés d'une part par l'électrode E-^' et la contre-électrode A' et d'autre part par l'électrode E^" et la contre-électrode A" sont différentes, des signaux différents arrivent à 35 l'amplificateur 8. Il se produit un signal de sortie qui, dans l'étage générateur 9, est transformé en une impulsion pour actionner l'entrée de commande 4b du montage 4. La liaison entre le générateur d'impulsions 2 et le compteur 7 est ainsi interrompue. La manette du sélecteur 3 continue à être déplacée, et des ixnpul-40 sions successives sont transmises aux entrées E et ^ du système 72 15919 5 2135291 1, mais étant donné que la liaison entre le générateur d'impulsions 2 et le compteur 7 est interrompue, aucune impulsion n'est plus ooatpfcée par le compteur 7. Le nombre des impulsions comptées par le compteur 7 donne une indication de l'emplacement de la cou-5 che de séparation. Plus le nombre d'impulsions comptées par le compteur 7 est élevé, et plus haut se trouve la couche de séparation. La mesure est terminée lorsque la manette du sélecteur 3 a relié le générateur d'impulsions 2 à l'entrée c'est-à-dire à la dernière entrée du système 1. Lors de la commutation suivante, 10 un nouveau processus de mesure commence immédiatement, et le compteur 7 est remis à zéro, en même temps que la liaison entre le générateur d'impulsions 2 et le compteur 7 est rétablie par le montage 4. Si la position de la couche de s éparation doit être 15 donnée sous forme d'une valeur analogique, la sortie du montage 4 est reliée à un intégrateur 10 qui intègre les diverses impulsions et à la sortie duquel est monté un indicateur analogique 11. L'intégrateur est remis au zéro au début de chaque opération de mesure par l'intermédiaire d'une entrée de commande 10a. 20 Pour l'indication de volumes dans des récipients déter minés, on peut facilement modifier le système d'électrodes représenté figure 1 et l'adapter à la forme spéciale du récipient. Il est en particulier avantageux de choisir l'écartement des diverses électrodes de façon qu'il existe un rapport linéaire entre l'indi-25 cation fournie et le volume du récipient auquel est destiné le système d'électrodes. Si, par exemple, on doit déterminer la hauteur de remplissage d'un réservoir cylindrique couché, il est avantageux d'augmenter l'écartement des électrodes à l'extrémité supérieure et à l'extrémité inférieure du dispositif, tout en le main-30 tenant relativement étroit dans la région centrale. Les mesures précises se font facilement à l'aide de fonctions cycliques. Il est également possible de détecter avec un système unique d'électrodes plusieurs couches de séparation. A cet effet, on a prévu sur la figure 2 un deuxième montage 12 par tout ou rien 35 et un deuxième compteur 13, associés au générateur d'impulsions 2. Au début d'un nouveau processus de mesure, le compteur 13 est mis au zéro par son entrée de commande 13a, et une entrée de commande 12a du montage 12 reçoit une impulsion qui établit la liaison entre le générateur 2 et le compteur 13. Le signal de sortie de 40 l'étage générateur d'impulsions 9 est transmis à une entrée 12b du ... ;i • BAO ORteïNAU v 72 15919 6 2135291 montage 12 par l'intermédiaire d'un flip-flop 14 qui ne fournit qu'une impulsion de sortie pour deux impulsions d'entrée. Jusqu' à l'apparition du premier signal à la sortie de l'amplificateur 8, les deux compteurs 7 et 13 comptent les impulsions. Si la 5 première impulsion de sortie de l'amplificateur 8 se produit pendant une opération de mesure, la liaison entre le générateur d'impulsions 2 et le compteur 7 est interrompue. Mais le flip-flop 14 ne fournit par contre aucune impulsion. Il n'en envoie que si, au cours de l'opération de mesure, une deuxième impul-10 sion de sortie apparaît à l'amplificateur 8. L'impulsion de sortie du flip-flop 14 est transmise au montage 12 par l'intermédiaire de l'entrée 12b et interrompt la liaison entre le générateur d'impulsions 2 et le compteur 13- Le nombre des impulsions enregistrées par le compteur 13 indique la position de la secon-15 de couche de séparation dans le récipient. BAD ORIGINAL 72 15919 7 2135291 REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour la détermination capacitive de l'emplacement de couches de séparation entre deux milieux adjacents au moyen de plusieurs condensateurs placés à intervalles ré- 5 guliers et dont la variation de capacité est déterminée par les milieux existant entre les électrodes des condensateurs, caractérisé en ce que des paires de condensateurs identiques placées à la suite les unes des autres possèdent une électrode reliée à une "borne commune (E^ à E^) et des contre-électrodes (A', A") sépa- 10 rées galvaniquement, que la borne commune (E^ à E^) est raccordée à un générateur d'impulsions (2), que les contre-électrodes (A1, A") sont raccordées aux entrées d'un amplificateur différentiel (8), et que les deux condensateurs envoient par équilibrage correspondant, lorsque les milieux servant de diélectriques sont les 15 mêmes, des signaux d'entrée identiques à l'amplificateur (8). 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les impulsions sont transmises les unes après les autres aux électrodes associées et simultanément à un compteur (7î 13)» qu'un signal apparaissant à la sortie de l'amplificateur 20 (8) interrompt la liaison vers le compteur (7; 13), et qu'avant le début d'une nouvelle opération de mesure le compteur (7; 13) est remis au zéro. 3 - Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les contre-électrodes (A', A") sont des surfaces en for- 25 me de peigne dans les évidements duquel sont disposées les électrodes (E1 ', E-j" ; E2', E2»; E3', E3"; E4', E4m ; , E5") reliées les unes aux autres. 4 - Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les électrodes (E^' à E^', E^" à E^", A', A") sont 30 disposées sous forme de circuits imprimés sur un support constitué par un matériau isolant électriquement. 5 - Dispositif suiaant la revendication 4, caractérisé en ce que le support a la forme d'un tube et que les électrodes sont recouvertes d'une couche isolante. 35 6 - Application d'un dispositif suivant la revendica tion 2 pour déterminer simultanément la position de deux couches de séparation dans un récipient, caractérisé par la présence d'un second compteur (13) auquel sont envoyées les impulsions de sortie du générateur (2) et dont le fonctionnement n'est interrompu 40 que lorsque pendant le couplage il apparaît à la sortie de l'am 72 15919 s 2135291 plificateur différentiel (8) un second signal de sortie.