Brevet FR2220780A1 — publié le 19741004

t'invention concerne les capteurs destinés à mesurer les grandeurs non-électriques, notamment les capteurs à jauger la quantité d'un liquide dans une enceinte close La présente invention peut être utilisée pour mesurer la quantité ou la consommation d'une matière liquide dans une enceinte close quelconque, se trouvant par exemple à un endroit d'accès difficile pour la mesure directe. Toutefois-, la présente invention peut être utilisée d'une manière plus efficace pour mesurer les réserves de combustible, d'huile et d'autres liquides dans des appareils volants.Sur terre, elle peut être utilisée pour remplir chaque réservoir d'une quantité réquise de combustible, et dans les conditions de vol, pour mesurer la réserve de combustible dans des réservoirs distincts, pour sommer les réserves de combustible dans plusieurs réservoirs de formes différentes et de volumes divers et pour introduire des informations concernant la réserve de combustible dans des calculatrices pour la détermination de la position du centre de gravité de l'appareil volant et dans des calculatrices pour la détermination du temps de vol restant disponible, de l'autonomie de -vol, et pour la solution d'autres problèmes, ainsi que dans les systèmes de mesure automatique à distance. On connaît des capteurs à jauger la quantité d'un liquide dans une enceinte close, qui sont réalisés sous forme d'un condensateur électrique constitué par des électrodes isolées l'une de l'autre. Lesdits capteurs sont fondés sur la variation de la capacité électrique entre les électrodes du condensateur sous l'effet de l'expulssion de l'air par un liquide dont la constante diélectrique est différente de la constante diélectrique de l'air. tes électrodes du condensateur électrique sont réalisées sous forme d'un jeu de tubes disposés coaxialement l'un par rapport à l'autre. Les électrodes (tubes) du capteur sont fixées à une bride. les connexions électriques des tubes du capteur s'effectuent à l'aide de connecteurs à fiches. les espacements entre les tubes sont maintenus constants à l'aide de cales en matière isolante. Pour obtenir une plus haute précision de la mesure de la quantité de liquide indépendemment de la forme du réservoir et pour assurer la possibilité de sommer les résultats des mesures, on ménage dans les tubes coaxiaux du capteur des évidements dont le profil assure une relation linéaire entre le signal électrique de sortie et la quantité de liquide. Cependant, ces capteurs connus présentent des inconvénients importants; par exemple - ils n'assurent pas le jaugeage de la quantité de liquide avec la même précision quand les conditions de fonctionnement du capteur varient, - ils nécessitent l'introduction dans le circuit de mesure de capteurs de compensation de la température, de la nature du liquide à jauger,- etc. le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients précités. A cet effet, l'invention vise un capteur fiable et peu encombrant, assurant une haute précision de mesure dans- toutes les conditions de fonctionnement du capteur. Ce problème est résolu du fait-que dans un capteur à jauger la quantité d'un liquide dans une enceinte close, du type se présentant sous forme d'un condensateur électrique constitué par au moins deux électrodes isolées l'une de l'autre et entre lesquelles la capacité électrique correspond à la quantité de liquide à jauger, selon l'invention les électrodes sont réalisées sous forme de plaques rigidement fixées entre elles par un élément gaufré constitué par une matière isolante et formant des canaux pour le passage du liquide à mesurer. Il est avantageux de conférer aux plaques une forme semblable à celle de la section de 3! enceinte dans laquelle se trouve le liquide à jauger. Le capteur de l'invention permet de déterminer avec une haute précision la quantité réelle de liquide dans les différentes conditions d'emploi dudit capteur et dans unegiage étendue de températures du milieu ambiant (aussi bien inférieures que supérieures à zero) sans faire appel à des capteurs de compensation spéciaux lors du jaugeage de quantités de liquides à perméabilités diélectriques quelconques. L'invention est expliquée ci-après par la description d'un exemple de réalisation concret mais non limitatif, appliqué, dans le cas considéré, à un appareil volant, et illustré par les dessins annexés qui représentent - la figure 1, une vue d'ensemble du capteur à jauger la quantité d'un liquidedans une enceinte close, selon l'invention; - la figure 2, une vue en coupe suivant II-II de la figure 1; - la figure 3, le montage du capteur sur la cloison du réservoir à combustible d'un appareil volant, selon l'invention; - la figure 4, le montage du capteur sur le réservoir lui-même, selon l'inventinn. le capteur proposé est réalisé sous forme d'un condensateur électrique. les électrodes isolées constituant le condensateur sont réalisées sous forme de plaques 1, 2 et 3 (figures 1, 2). Dans l'exemple concret considéré, le capteur comporte trois plaques semblables, mais il peut aussi comprendre un nombre de plaques plus petit (deux) ou beaucoup plus grand, en fonction de la capacité désirée du capteur. lesdites plaques sont rigidement accouplées l'une à l'autre à l'aide d'éléments gaufrés 4 et 5. Les plaques 1 et 2 sont reliées entre elles par l'intermédiaire de l'élément gaufré 4 et les plaques 2 et 3, par l'élément gaufré 5. Le nombre d'éléments gaufrés est toujours inférieur d'une unité à celui des plaques. les plaques sont constituées par des tôles métalliques ou métalisées, tandis que les éléments gaufrés sont en matière isolante. Dans l'exemple de réalisation considéré, les éléments gaufrés sont en fibre de verre imbibée de résine, par exemple de résine de silicone. Entre les plaques 1, 2, 3 du capteur, les éléments gaufrés 4 et 5 forment des canaux verticaux 6 et 7 (figure 2) qui se remplissent de liquide à jauger lors de l'immersion du capteur dans ce liquide. Les canaux verticaux 6 et 7 constituent en quelque sorte des capteurs électriques capacitifs élémentaires reliés entre eux en parallèle. En même temps, les éléments gaufrés font fonction de support pour la structure du capteur, ce support déterminant sa résistance mécanique. Les connexions électriques des plaques 1, 2 et 3 du capteur sont assurées par des conducteurs 8 (figure 1) fixés à l'une des plaques extérieures (la plaque 1 dans le cas considéré) par un bandage 9 en fibre de verre ou en un autre matériau isolant. les capteurs peuvent être réalisés sous forme de sections distinctes 10 et 11 (figure 3) reliées entre elles par des conducteurs 12 et 13 et montées sur la cloison 14 d'un réservoir à combustible 15 (figure 4) disposé par exemple dans l'aile 16 de l'appareil volant. Etant donné que dans l'exemple concret décrit, le capteur permet le jaugeage de la quantité de combustible dans des réservoirs d'appareil volant de n'importe quelle forme et volume, la forme des plaques 1, 2, et 3 (figures 1, 2) du capteur est déterminée par.la forme et le volume des réservoirs à combustible dans lesquels le capteur est monté, par exemple par la forme du réservoir 15 de l'aile 16 de l'appareil volant. En règle générale, les plaques ont une forme semblable à celle de l'enceinte dans laquelle se trouve le liquide à jauger. La relation linéaire entre la variation de la capacité électrique du capteur et la variation de la quantité de liquide à jauger suivant la hauteur de l'enceinte dans laquelle ledit liquide se trouve est assurée par le fait que ses plaques sont réalisées de manière que leur superficie par unité de hauteur (en mm ou en cm) du capteur soit proportionnelle à la quantité de liquide dans cette même zone de l'enceinte, c'est-à-dire que, dans le cas général, S = kV, où S est la superficie de la plaque du capteur; V, quantité de liquide à jauger; k, coefficient de proportionnalité. Dans chaque cas concret, le coefficient de proportionnalité k pour chaque réservoir 15 (figure 4), ou pour tous les réservoirs de l'appareil volant, doit être constant, c'est-à-dire que la capacité du capteur par unité de hauteur du réservoir 15 Grâce à un tel choix de la forme des plaques, on n'est plus obligé de proceder à un profilage spécial des capteurs pour obtenir une relation linéaire entre la capacité électrique et la quantité de liquide à jauger. les capacités électriques des capteurs installés dans des rdEF voirs distincts sont sommées. Le jaugeage de la quantité totale de combustible dans plusieurs réservoirs de l'appareil volant s'effectue par mise en circuit parallèle des capteurs des réservoirs individuels dans lesquels on veut jauger le combustible. le capteur proposé est monté verticalement à l'intérieur du réservoir à combustible 15 et fixé aux parois soit aux cloisons 14 de ce réservoir par des boulons (non représentés) engagés à travers les douilles 17 (figure 1); le capteur forme ainsi un élément de renforcement de la structure de l'appareil volant, du fait que les éléments gaufrés, comme déjà mentionné, font fonction d'éléments porteurs de la structure du capteur. Etant donné que les réservoirs à combustible sont disposés en général dans l'aile 16 de l'appareil volant (comme illustré sur la figure 4), les capteurs à ajuger la quantité de combustible sont utilisés en tant qu'éléments de renforcement mécanique de la structure de l'aile 16 de l'appareil volant et remplacent son ossature aux endroits oU ils sont montés (ossature longitudinale et transversale respectivement?. te capteur à jauger la quantité de liquide dans une enceinte close fonctionne de la manière suivante. Etant donné que le capteur proposé est réalisé sous forme d'un condensateur électrique, le principe de son fonctionnement est fondé sur la variation de la capacité électrique entre ses électrodes, c'est-à-dire ses plaques 1, 2 et 3 (figure 1), résultant de la variation de la quantité de liquide à jauger. Selon l'exemple concret de réalisation envisagé, au fur et à mesure que le combustible est puisé du réservoir 15 (figure 4), le niveau du combustible à jauger baisse. En même temps, le niveau du combustible dans les canaux 6 et 7 (figure 2) du capteur baisse aussi. L'espace libéré par le combustible se remplit d'air et, par conséquent, la capacité électrique du capteur décroît corrélativement, puisque la constante diélectrique du liquide est toujours supérieure à celle de l'air. Ta variation de la capacité électrique du capteur correspond à la variation de quantité de combustible se trouvant dans le réservoir dans lequel est installé le capteur. le capteur proposé, monté sur un appareil volant pour mesurer la quantité de combustible dans ses réservoirs à combustible, permet - de mesurer avec une haute précision aussi bien la réserve de combustible se trouvant dans chaque réservoir à combustible que la quantité totale de combustible se trouvant dans plusieurs réservoirs individuels, quels que soient les angles de tangage et de roulis de l'appareil volant; - de mesurer la quantité de combustible, sans erreurs supplémentaires, dans une large plage de variation de la température du milieu ambiant (à partir de + 200 - 300 OC jusqu'à - 60 OC); - de se passer d'un profilage spécial du capteur pour l'obtention d'une relation linéaire- entre- la variation de la capacité électrique et la quantité de combustible;; - de réduire le poids de l'appareil volant, du fait que le capteur devient dans ce cas l'ossature de l'aile où se trouve le réservoir et ne nécessite pas desbrides supplémentaires pour sa fixation, des boîtiers appropriés pour leur montage, des connexions électriques et des trappes dans le-revêtement de l'appareil volant; - d'égaliser la température de l'intérieur du réservoir à combustible, grâce à sa haute conductibilité thermique et à sa forme allongée à l'intéricur du réservoir, ce qui est important surtout pour les appareils volants supersoniques; - d'assurer un effet d'amortissement lors du versement du combustible dans les réservoirs;; - de réaliser des dispositfis assurant une haute précision de la régulation automatique de la position du centre de gravité de l'appareil volant dans n'importe quels conditions de vol et angles de tangage et de roulis; - de remplir de combustible des réservoirs distincts jusqu'à un niveau aussi élevé que possible (jusqu'au bord supérieur du réservoir); - d'améliorer la sécurité contre les incendies dans l'appareil volant; - d'améliorer la sécurité contre les décharges électriques; - d'assurer la précision requise de mesure des réservoirs de combustible lorsque le combustible contient des impuretés en suspension et déposées et de l'humidité (poussières mécaniques, boue, eau, etc...); ; - d'assurer la précision requise de mesure de la réserve de combustible en cas d'addition artificielle de coDstituants conducteurs d'électricité dans le cornbustible en vue de lutter contre les charges électriques statiques se formant à la suite du frottement du liquide contre les parois des conduites et du réservoir. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVE NT CÂT IONS 1. Capteur à jauger la quantité de liquide se trouvant dans une enceinte close, du type se présentant sous forme d'un condensateur électrique constitué pàr au moins deux électrodes isolées l'une de l'autre et entre lesquelles la capacité électrique correspond à la quantité de liquide se trouvant dans l'enceinte, caractérisé en ce que les électrodes sont réalisées saus forme de plaques rigidement reliées entre elles à l'aide d'éléments gaufrés constitués par une matière isolante et formant des canaux pour le passage dudit liquide. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites plaques ont une forme semblable à la forme de la section de l'enceinte où se trouve le liquide à jauger.