Brevet FR2246851A1 — publié le 19750502

L'invention concerne un montage pour contrôle de niveau de remplissage comprenant un capteur capacité de niveau de remplissage et un générateur RC comportant un amplificateur et un couplage en pont dont l'une des branches constitue une branche à réaction négative pour l'amplificateur et dont l'autre constitue une branche à réaction positive pour l'amplificateur. Cette dernière comprend un circuit RC en série comportant une résistance et une capacité, connecté ia la sortie de l'amplificateur, et un circuit RC en parallèle comportant une résistance et une capacité qui y est branché en série. Dans de tels montages destinés au contrôle du niveau de remplissage, le capteur de niveau peut être constitué, par exemple, par une paire d'électrodes totalement isolées et de forme quelconque, l'une des électrodes étant reliée à la masse et l'autre étant alimentée par une source alternative. Le fluide, dont on veut contrôler le niveau de remplissage, entre dans l'espace compris entre les deux électrodes, de sorte que la capacité de ce condensateur constitué par les deux électrodes, est modifiée. Le condensateur constitué par la paire d'électrodes possède une capacité dans l'air résultant de la formule suivante catir = K (Eo Er) où K est une constante dépendant des dimensions des électrodes, E0 est la constante diélectrique du vide, E r est la constante diélectrique relative (dans le cas de l'air Xr = 1). Lorsque le fluide à surveiller se trouve entre les deux électrodes, le condensateur formé par la paire d'électrodes possède la capacité suivante uide = K (E0 . ) Lorsque le fluide est de 'essence (par exemple), E'r est égal à 1,8. La capacité différentielle C-C Cfluide - Cair est la grandeur qui est utilisée pour la surveillance du niveau de remplissage. Avec de tels montages de contrôle de contrôle de niveau de remplissage, il est possible de controler le niveau de fluides liquides, dont la constante diélectrique peut aller de valeurs faibles (E = 1,8) jusqu'à des valeurs très élevées (E = 80), et qui présentent une conductivité spécifique k élevée de l'ordre de 100 micro-Siemens. Pour la détermination de la capacité différentielle qu'il faut exploiter, on peut utiliser des générateurs dont les réseaux de retour sont constitués de circuits RC spéciaux - par exemple un pont de Wien-Robinson, où l'une des branches du pont constitue la branche à réaction positive du générateur, tandis que l'autre branche du pont constitue une branche à réactioAhégative. La branche du pont de Wien-Robinson qui constitue la branche à réaction négative, est composée d'un diviseur de tension ohmique.De ce fait, l'amplificateur appartenant au générateur devient instable par suite des rotations de phase provoquées par lui-m8me. I1 faut choisir une fréquence de travail aussi élevée que possible pour que la partie capacitive, c' est-à-dire la partie imaginaire de la résistance complexe du fluide se trouvant entre les électrodes puisse intervenir. Cependant, une fréquence élevée de travail est défavorable en raison des valeurs de tension et d'intensité données du circuit. le but de l'invention est de réaliser un montage du type précité, de telle manière que l'on obtienne un fonctionnement stable et, par conséquent, un contrôle fiable. Suivant l'invention, le montage est caractérisé en ce que la branche du pont constituant la branche à réaction négative comprend un circuit RC en parallèle (comportant une résistance et un condensateur), connecté à la sortie de l'amplificateur, et d'un circuit- RC en série (comportant une résistance et un condensateur) qui y est branché en série, les branches à réaction positive et à réaction négative étant accordées sur la même fréquence de résonance. Dans le montage conforme à l'invention, la branche à réaction négative comporte également un circuit RC. Pour cette raison, on peut également équilibrer la branche à réaction négative de telle manière qutelle présente un taux de réaction négative minimum à la fréquence où la branche à réaction positive présente le taux de réaction positive maximum. Ainsi il est certain que l'oscillation du générateur soit engendrée à cette fréquence, tandis que la branche à réaction négative présente une forte réaction aux fréquences qui diffèrent de cette fréquence de résonance, de sorte que l'oscillation est alors supprimée. Il n'est donc plus nécessaire de prévoir une compensation particulière des rotations de phase de l'amplificateur appartenant au générateur RC. Une réalisation avantageuse de l'invention, consiste à prendre comme amplificateur un amplificateur différentiel dont l'entrée noninverseuse est en liaison avec la branche à réaction positive et dont l'entrée inverseuseesten liaison aveclabranche à réaction négative. I1 est également avantageux d'utiliser la capacité du circuit RO en parallèle, de la branche à réaction positive, pour la détermination du niveau de remplissage. Pour que le signal de sortie de ce montage ne change pas constamment en cas de fluctuations faibles et brèves du niveau autour d'une valeur de consigne, il est avantageux de réaliser le montage de telle manière qu'il présente une hystérésis. Selon l'invention, cette hystérésis est obtenue en reliant en parallèle à la branche à réaction positive une branche réactive modifiant le facteur de réaction efficace du générateur RC. D'autres particularités de l'invention apparattront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés la figure 1 représente le montage pour contrôle de niveau de remplissage conforme à l'invention. la figure 2 reproduit la courbe du rapport de la tension de sortie du pont sur la tension d'entrée du pont, en fonction de la fréquence. La figure 3 reproduit la courbe de l'évolution de phase des tensions d'entrée et de sortie du pont. la figure 4 représente une réalisation particulière du montage conforme à l'invention, qui a été complétée par une branche réactive afin d'obtenir une hystérésis et une croissance et décroissance rapides du générateur RC. La figure 5 représente le schéma permettant de comprendre le fonctionnement du montage de la figure 4. la figure I représente le schéma d'un montage pour contrôle de niveau de remplissage constitué essentiellement par un générateur RO, ce dernier comprenant un amplificateur différentiel avec une entie non inverseuse 12 et une entrée inverseuse 14 et un réseau à réaction. le générateur RO comprend en tant que réseau à réaction un couplage en pont dont la diagonale de sortie est connectée aux entrées 12 et 14 de l'amplificateur différentiel 10. le signal de sortie de l'amplificateur différentiel 10 émis entre la-sortie 16 de l'amplifica- teur et la masse 17 est appliqué à l'autre diagonale du pont. La branchue 18 du pont comprend un circuit RC en série comportant la résistance R1 et le condensateur Cl est connecté à la sortie 16 de l'amplificateur et un circuit RC en parallèle comportant la résistance R2 et le condensateur C2 qui est branché en série avec le premier. le point de jonction 19 entre le circuit RC en série et le c-rc: RC en parallèle de cette branche 18 du pont est relié à l'en- trée non-inverseuse 12 de l'amplificateur 10. L'autre extrémité de cette branche 18 est reliée à la masse 17. Dans le montage représenté la branche 18 du pont constitue une branche à réaction positive du générateur RO. L'autre branche 20 du pont comprend un circuit RC en parallèle comportant la résistance R3 et le condensateur C3, qui est connecté à la sortie 16 de l'amplificateur et un circuit RC en série comportant la résistance R4 et le condensateur C4 qui est branché en série avec le premier. Le point de jonction 21 entre le circuit RC en parallèle et le circuit RC en série de cette branche 20 du pont est relié à l'entrée inverseuse 14 de l'amplificateur 10. L'autre extrémité de cette branche 20 est reliée à la masse 17. Dans le montage représenté à la figure 1 la deuxième branche 20 du pont constitue une branche à réaction négative du générateur RC. I1 ressort de la figure 1 que les circuits RC en parallèle et en série ont été montés dans un ordre inverse sur les deux branches du pont. Dans un tel montage (figure 1) le niveau de remplissage est déterminé à l'aide de la capacité C2, cette dernière pouvant être par exemple la capacité d'une sonde constituée de deux électrodes se faisant face. l'espace compris entre ces deux électrodes est, en fonction du niveau de remplissage, plus ou moins rempli du fluide dont on veut contrôleur le niveau de remplissage. La capacité C2 varie donc en fonction du niveau de remplissage du fluide qui est à contrdler. les caractéristiques des composants de la branche à réaction positive 18 du générateur RC ont été choisies de telle manière que pour une valeur déterminée de la capacité C2, ctest-à-dire pour un niveau de remplissage déterminé, la branche à réaction positive 18 atteint une fréquence de résonance f0 pour laquelle on obtient le taux de réaction positive maximum. Ce taux de réaction positive maximum entrains l'oscillation du générateur RC ; le fait que le générateur RC oscille, peut être exploité pour la génération d'un signal qui indique l'obtention ou le dépassement (vers le haut ou vers le bas) d'un niveau de remplissage predéterminé. Pour assurer que l'oscillation intervienne uniquement pour la fréquence de resonance f désirée, les caractéristiques des o composants de la branche à réaction négative 20 sont choisies de telle manière que cette branche à réaction négative 20 présente également la fréquence de résonance f0. I1 en résulte que le taux de réaction négative atteint sa valeur minimum pour cette fréquence fO, alors qu'il présente une valeur élevée pour toutes les autres fréquences. Pour toutes les fréquences qui diffèrent de la fréquence de résonance f0 la branche à réaction négative 20 s'oppose donc à l'oscillation du générateur RO. Entant donné que dans le type de montage décrit, la branche à réaction négative 20 travaille en fonction de la fréquence et que son opposition à l'oscillation du générateur RC augmente avec ltécart de la fréquence par rapport à la fréquence de résonance fo, il n'est plus nécessaire de prendre des mesures au niveau du montage pour compenser les rotations de phase provoquées dans 11 amplificateur meme et qui pourraient entrainer l'oscillation du générateur. L'équilibrage des branches à réaction positive 18 et à réaction négative 20 sur la même fréquence de résonance f0 garantit que les conditions pour obtenir l'oscillation du générateur sont remplies de façon optimale uniquement pour cette fréquence. La figure 2 montre la variation du rapport de la tension de sortie Ua du pont, appliquée aux bornes d'entrée 12 et 14 de l'amplificateur, sur la tension d'entrée Ue du pont appliquée parallèlement aux branches du pont, en fonction de la fréquence. la figure 3 montre la variation de la phase de ce rapport de tensions en fonction de la fréquence. Pour que le fonctionnement dans des conditions stables du montage d'amplification décrit ci-dessus soit obtenu également en cas de variations brèves du niveau de remplissage à contrôler, on peut monter en parallèle avec la branche à réaction positive 18 un réseau à réaction 22 comme cela est représenté à la figure 4. Ce réseau à réaction 22 comprend une diode D1 dont l'anode est reliée à.la sortie 16 de l'amplificateur et dont la cathode est reliée à la masse à travers une résistance R5. Un circuit en série comprenant le condensateur C5 et la diode de capacité D2, dont l'anode est reliée à la masse, est monté entre l'entrée non-inverseuse 12 de l'amplificateur 10 et la masse 17. le point de jonction 23 entre la cathode de la diode de capacité D2 et le condensateur C5 est relié au point de jonction 24 entre la cathode de la diode D1 et la résistance R5. La capacité totale du circuit RC en parallèle de la branche à réaction positive 18 du générateur RC est déterminée alors par la capacité C2 d'une part et par la capacité du condensateur C5 et celle de la diode de capacité D2 montée en série avec C5 d'autre part, l'ensemble de ces deux dernières capacités étant monté en parallèle avec C2. la capacité efficace totale est déterminée par où C1)2 = capacité de la diode de capacité D2. le fonctionnement du montage représenté à la figure 4 sera maintenant décrit en se référant à la figure 5. La figure 5 représente le produit du facteur de réaction k agissant dans le générateur RC par le gain v de l'amplificateur 10 en fonction de la valeur de la capacité C2. Si l'appareil de contrôle de niveau est utilisé pour la surveillance d'un niveau minimum admissible, pendant l'état de repos de l'appareil la capacité C2 qui sert de sonde de mesure est entièrement couverte par le fluide dont on veut contrôler le niveau de remplissage et la valeur de cette capacité C2 est, par conséquent, élevée. La condition d'obtention de l'oscillation du générateur RC n'est pas remplie dans cet état (k.v La tension de sortie de l'amplificateur est redressée sal Lz diode Il et elle est appliquée comme tension de commande à la diode capacitive D2 ; la capacité de cette diode est diminuée par la tension de commande. Cette diminution de la capacité de la diode capacitive D2 entrain également un abaissement de la capacité efficace totale Ceff. Cette diminution de la capacité a pour effet que les variations du produit k.v en fonction de la capacité C2 n'évoluent plus selon la courbe 25 de la figure 5 mais selon la courbe 26 (point P2). Cette diminution de la capacité a également comme conséquence que le générateur RO oscille rapidement jusqu'à l'obtention d'un point de travail stable. Si le niveau de remplissage du fluide que lton veut contrôler monte de nouveau, la valeur de la capacité C2 augmente également et le produit k.v évolue selon la courbe 26 de la figure 5. Si cette grandeur k.v finit par être si petite que la condition dtocillation du générateur RO n'est plus remplie (k.v /1) l'oscillation du générateur RO est arrêtée (point Pfft interruption de l'oscillation est accélérée par la présence de la branche de réaction 22. Du fait de l'oscillation, la capacité de la diode capacitive D2 reprend sa valeur initiale, et il en est donc de même de la capacité efficace totale Oeffs de sorte que la grandeur k.v évolue de nouveau selon la courbe 25 (point P4). il ressort de la figure 5 que l'effet essentiel de la branche à réaction 22 est d'empêcher que dans l'appareil de contre de niveau de remplissage correspondant à la réalisation de la figure 4,-le signal de sortie soit constamment modifié en cas de variations négligeables du niveau de remplissage autour d'une valeur de consigne, mais qu'il présente au contraire une hystérésis, ctest-à-dire que l'oscillation du générateur soit engendrée lorsque le point de déclenchement P1 est atteint et qu'elle soit interrompue seulement au point de déclenchement P3 qui se trouve à une distance déterminée du premier. Dans le cas du contrôle du niveau minimum admissible le dispositif est réglé de telle sorte que la capacité C2 de la sonde au point de commutation P1 corresponde à ce niveau de remplissage minimum. le générateur RC commence donc à osciller lorsque du fait de la baisse du niveau de remplissage cette valeur minimum admissible est atteinte. Cette oscillation du générateur RC n'est interrompue que lorsque le fluide à contrôler atteint un niveau qui se trouve à une distance donnée au-dessus du niveau minimum admissible* KSV3NDIChgIONS 1. Montage pour contrôle de niveau de remplissage, comportant un capteur de niveau capacitif et un générateur RC comprenant un amplificateur et un couplage en pont, dont l'une des branches constitue pour l'amplificateur une branche à réaction négative et dont 1 'autre branche constitue une branche à réaction positive, la branche du pont constituant la branche à réaction positive étant composée d'un circuit RC en série comprenant une résistance et une capacité qui est connectée à la sortie de l'amplificateur et d'un circuit RC en parallèle comprenant une résistance et une capacité qui est branché en série au premier, caractérisé en ce que la branche du pont constituant la branche à réaction négative (20) comprend un circuit RC en parallèle comportant une résistance (R3) et un condensateur (C3) qui est connecté à la sortie de l'amplificateur et d'un circuit RO en série comportant une résistance (R4) et un condensateur (C4) qui est branché en série au premier, et en ce que les branches à réaction positive (18) et à réaction négative- (20) sont accordées sur la même fréquence de résonance. 2. Montage conforme à la revendication I, caractérisé en ce que l'amplificateur (10) est un amplificateur différentiel dont l'entrée non-inverseuse (12) est en liaison avec la branche à réaction positive (18) et dont ltentrée inverseuse (14) est en liaison avec la branche à réaction négative (20). 3. Montage conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la capacité (C2) du circuit RC en parallèle de la branche à réaction positive (18) est utilisée pour la déterm tion du niveau de remplissage. 4. Montage conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que la branche à réaction positive (18) est reliée en parallèle avec une branche de réaction (22) modifiant le coefficient de réaction efficace du générateur RO. 5. Montage conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que la branche de réaction (22) comprend une capacité (D2,C5) dont la valeur varie en fonction du signal de sortie de l'amplifi- cateur du générateur RO et qui est branchée en parallèle avec la capacité (C2) du circuit RC en parallèle de la branche à réaction positive (18). 6.Montage conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que la capacité branchée en parallèle avec la capacité (C2) du circuit RC de la branche à réaction positive (18) comprend une diode à capacité (D2) et un condensateur (C5) , monté en série avec la diode, et en ce que la diode à capacité (D2) a comme tension d'entrée la tension de sortie redressée de l'amplificateur (10).