Brevet FR2361664A1 — publié le 19780310

Da présente invention se rapporte à un dispositif pour déceler une formation prédéterminée de mousse dans un fluide ou une évulsion. La présence de mousse dans ne machine à laver est une indication de la détergente du liquide de lavage. Stil y a trop peu de mousse, la matière de souillure ne sera pas maintenue en suspension et sera redéposée sur les matières en cours de lavage. S'il 7 a trop de mousse, il n'y a pas seulement gaspillage de matiè- re mais il y a aussi diminution du rendement de 11 action de lavage par abaissement à des niveaux insuffisants de l'interaction mécanique entre les matières en cours de lavage. Il est donc désirable de pouvoir surveiller la formation de mousse du liquide de lavage de façon que la détergence du liquide puisse tre maintenue à un niveau efficace pendant toute l'opération de lavage. La société déposante a établi qu'une indication précise de la quantité de mousse (c'est-à-dire ce qu'on désigne í-après par le terne "formation de mousse') dans un fluide ou dans une émulsion peut s'obtenir par la technique de l'utilisation du fluide ou de l'émulsion à contrôler comme diélectrique d'un condensateur et par comparaison de la capacité de ce condensateur avec celle d'un condensateur de référence de capacité prédéterminée. On connaît déjà des dispositifs qui utilisent cette technique pour assurer une commande d'un niveau de fluide. Par exemple, dans le brevet des Stats-nis d'Amérique n0 3 397 715, on a décrit un tel dispositif pour assurer la régulation du niveau de fluides ou de solides divisés à l'intérieur dtune enceinte, le dispositif comprenant ne sonde qui coopère avec une paroi de l'enceinte pour constituer un condensateur dont la diélectrique est formé par le contenu de l'enceinte de telle façon que, quand le contenu est de l'eau, la constante diélectrique résultante de la région de l'enceinte entre la sonde et la paroi d'enceinte associée varie ea fonction du volume et par suite du niveau de il eau dans l'enceinte. Le dispositif du brevet des Etats-Unis dtAmér1que 3 397 715 comprend un oscillateur à haute fréquence qui est couplé par un transformateur à un circuit de commande à capacité fournissant un signal pour actionner un élément de dosage commandé par thyrister. On connaît aussi dea dispositifs qui ne répondent pas à des variations de la capacité d'un condensateur qui résultent de variations dans la nature du diélectrique du condensateur mais répondent plutôt à une variation de la Capacité provenant de variations dans l'écartement des plaques du condensateur. Par exemple, dans le brevet britannique 1 169 197 (basé sur la demande de brevet aux Etats-Unis d'Amérique@n 503 997), on a décrit un dispositif pour déceler la proximité d'un objet ou d'un corps entre une électrode fixe et l'objet ou le corps en question.Le dispositif emploie un oscillateur qui fournit un signal d'amplitude maximale dans l'éventualité de l'absence de l'objet ou du corps et un signal plus faible modulé quand le corps ou l'objet se rapproche. En but de la présente invention est de proposer un dispositif qui utilise la technique générale énoncée ci-dessus mais qui emploie un circuit qui est simplifié par comparaison avec les dispo sitifs connus et qui est aussi spécialement adapté pour déceler des formations de mousse prédéterminées et pour répondre à ces formations. Selon la présente invention, on a prévu un dispositif comprenant une première bobine inductive sous la forme d'un enroulement bifilaire enroulé sur un noyau en anneau de ferrite avec liaison en série des deux sections de l'enroulement bifilaire, la jonction des deux sections formant le plot central de la bobine, un condensateur branché en parallèle sur la première bobine pour former avec elle un circuit résonnant parallèle, les deux extrémités de la première bobine étant respectivement reliées à une capacité prédéterminée et à une électrode destinée à former un élément capacitif dont le diélectrique, quand le dispositif est en utilisation, comprend un fluide ou me émulsion à contrôler et le plot central de la première bobine étant relié à la sortie d'un amplificateur dont l'entrée est reliée à une seconde bobine de détection comprenant un enroulement séparé qui est placé sur ledit noyau pratiquement à à mi-distance entre les extrémités de l'enroulement bifilaire et est @ouplé induc- tivement Q ladite première bobine de façon que l'inductance mutuelle entre la première bobine et la bobine de détection complète une boucle de réaction pour l'amplificateur, et un circuit pour produire un signal de sortie qui dépend de l'état d'oscillation de l'amplificateur. Par suite de la construction de la bobine inductive et de la bobine de détection effectuée de la manière exposée ci-dessus, quand les courants dans les deux sections bifilaires, c'est-à-dire dans les deux moitiés de la bobine, sont égaux, le flux magnétique correspondant induit dans le noyau est nul. La sortie de la bobine de détection est alors aussi nulle dans cette situation. Les deux sections de l'enroulement bifilaire sont de préfé- rence reliées en une configuration de coopération en série. Le système ci-dessus présente l'avantage qu'on obtient de l'amplificateur un signal de sortie dont 1 amplitude est directement représentative de la quantité de Mousse présente dans le fluide en surveillance, de sorte qu'en comparant le signal de sortie de l'am- plificateur avec une proportion prédéterminée sélectivement d'un signal de référence fixe on peut choisir d'avance la formation particulière de mousse, c'est-à-dire la quantité de mousse présente, à laquelle répondra le dispositif. a utilisant le signal de sortie du dispositif pour actionner des vannes commandant l'admission de détergents dans le fluide en surveillance, le dispositif peut donc commander avec précision la formation de mousse et par suite la détergence du fluide selon des règles prédéterminées sélectivement. Le signal de sortie du dispositif, qui est de préférence numérique, est disposé avantageusement pour se déclencher pour une sortie de tension ou de courant prédéterminée de l'amplificateur, la valeur de tension ou de courant de seuil prédéterminée pour laquelle le signal de sortie se déclenche étant choisie pour correspondre à ne quantité particulière de mousse dans le fluide en surveillance. Dans une forme d'exécution de l'invention, l'électrode est destinée à être montée sur ou dans une paroi d'une chambre de fluide, par exemple d'une machine à laver, cette paroi étant en une matière électriquement isolante, tandis qu'une paroi opposée de la chambre de fluide établie en une matière électriquement conductrice, forme ne seconde électrode dudit élément capacitif.Dans une autre formé d'exécution, le fluide ou l'émmlsion est contenu à l'intérieur d'une cuve et l'électrode mentionnée en premier est placée à l'intérieur de la cuve, tandis qu'une seconde plaque, également placée dans la cuve, forme l'autre électrode dudit élément capacitif. On décrira l'invention plus complètement ci-après, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé, dans lequel s la figure 1 est une représentation schématique d'une forme d'exécution d'un dispositif selon l'invention t la figure 2 est une vu simplifiée du dispositif de la figure 1, comprenant une première disposition d'électrode de détection ;; la figure 3 est une vue simplifiée du dispositif de la figure 1, comprenant une deuxième disposition d'électrode de détection g la figure 4 est une vue simplifiée du dispositif de la figure 1, comprenant une troisième disposition d'électrode de détection la figure 5 est une vue simplifiée du dispositif de la figure 1, comprenant une quatrième disposition d'électrode de détection la figure 6 est une vue schématique en perspective, à plus grande échelle, d'une inductance à enroulement multiple pour le dispositif de la figure 1 ; et la figure 7 est un graphique montrant la tension de sortie de l'azplificateur dans le dispositif de la figure 1 en fonction de la variation de la formation de mousse dans le fluide ou l'émulsion à surveiller. En référence aux figures 1 à 6, le dispositif représenté est disposé pour répondre à la capacité entre une électrode de détection 10 et une seconde électrode fixe qui peut être à la terre (figures 2et 3) ou une seconde électrode de détection (figures 3 et 4). Par exemple, dans la disposition de la figure 2, l'électrode de détection 10 est montée sur une paroi extérieure 12 d'une machine à laver (non représentée en détail). La paroi 12 est en une matière diélectrique convenable (par exemple en une matière plastique) et, avec une paroi latérale ou d'extrémité 14 en métal de la maehine à laver, détermine une chambre de fluide 16.La paroi 14 de la machine à laver est disposée pour être au potentiel de la terre et, avec l'électrode de détection 10, elle constitue un condensateur dont la capacité est indiquée par Ox dans la suite de l'exposé. Du fluide de la machine à laver peut entrer dans la chambre de fluide 16 et la traverser en passant par des orifices 18 et 20. On compren- dra que la valeur de capacité Cx dépend de la nature du diéleotrique présent entre la paroi fixe 14 de la machine à laver et l'électrode 10, le diélectrique étant constitué en fait par la matière de la paroi 12 et par le fluide situé dans la chambre 16.Pendant l'utili- sation de la machine à laver, on remarquera que ce fluide peut comprendre de l'air seul, un mélange d'air et de liquide (mousse) ou seulement de l'eau. Le circuit du dispositif décrit ci-après est conçu pour pouvoir discerner ces situations et diverses combinaisons prédéterminées de ces situations. Il n'est pas nécessaire de prévoir sur la machine à laver une chambre de fluide 16 séparée et la mesure peut se faire directement à l'intérieur de la chambre de lavage de la machine. Les figures 3 et 5 montrent de telles formes d'exécution. Sur la figure 5, une première électrode de détection 22 s'engage, à travers un trou 24 de la paroi 14' de la machine laver en pénétrant dans le fluide contenu dans la machine. L'électrode 22, qui est isolée de la paroi 14' par un manchon isolant 26, forme une électrode du condensateur dont la capacité est Cx, ltautre électrode étant constituée par la paroi métalliqie 14t qui est à la terre.Comme ci-dessus, le fluide de la machine à laver constitue le diélectrique du condensateur, dont la capacité Cx a une valeur qui dépend de la nature du fluide. La figure 3 montre une forme d'exécution employant deux électrodes de détection 28 et 30 passant à travers des trous respectifs de la paroi 14. Dans ce cas, la paroi 14" est en une matière isolante. Les deux-électrodes 28 et 30 constituent le condensateur dont la capacité est Cx et le fluide de la machine à laver forme le diélectrique du condensateur. La figure 4 montre une autre forme d'exécution qui emploie deux électrodes plates de détection 32 et 34 qui sont imprimées sur la surface (de préférence la surface extérieure) de la paroi 14"' de la machine à laver, la paroi 14"' étant en matière isolänte. Comme ci-dess@s, les électrodes 32, -34 forment le condensateur de capacité Cx, la nature du fluide dans la machine déterminant la valeur de la capacité Cx. On décrira maintenant le circuit détaillé de la forme d'exécution préférée en référence à la figure 1, en supposant que l'électrode de détection est dans ce cas comme on l'a représenté sur les figures 2 ou 5, dans lesquelles une électrode du condensateur est à la terre. La capacité Cx entre l'électrode 10 et la terre est disposée dans une branche de ce qui forme effectivement un pont de capacité, l'autre branche capacitive du pont contenant un condensateur variable C1. Les deux autres branches an pont sont inductives et sont formées par les deux moitiés d'une inductance il à plot central. Un autre condensateur C2 est branché entre les extrémités a,c de l'inductance L1 pour former avec L1 un circuit résonnant parallèle. Une seconde inductance L2 est montée avec l'inductance Il de façon à être couplée avec elle, une extrémité d de l'inductance 3;F2 étant reliée à la base d'un premier transistor npn Tr1, tandis que l'autre extrémité e est reliée à la terre par l'intermédiaire d'un condensateur 03. Le collecteur du transistor Tr1 est relié à une ligne positive d'alimen- tation 36 à travers une résistance RI et à la base d'un second transistor npn Tr2.L'émetteur du transistor Tr2 est relié à la terre par une résistance R2 et à l'extrémité e de l'inductance L2 par l'intermédiaire d'une résistance 23. Le collecteur du transistor Tr2 est relié à la ligne positive 36 à travers une résistance R4 et au plot central b de l'inductance L1 par un condensateur C4. Un condensateur de découplage C6 est placé entre les barres dali- mentation. Les transistors Tr1, Tr2 et les composants associés forment un amplificateur (indiqué de façon générale en 38 sur les figures 2 à 5) ayant une boucle de réaction complétée par l'inductance mutuelle entre les bobines L1 et L2 qui, dans certaines conditions spécifiées, peut fournir une réaction positive pour produire une oscillation entretenue de l'amplificateur approximativement à la fréquence de résonance du circuit parallèle L1,C2. Les résistances B2 et R3 forment une alimentation autocompensatrice en courant continu pour l'amplificateur, le condensateur O3 établissant un découplage du courant alternatif. Un condensateur supplémentaire (non représenté) peut, si on le désire, être ajouté en parallèle avec R2 pour augmenter le gain de courant alternatif interne de 1' amplificateur, en rendant le circuit plus sensible à de très petites variations de la capacité entre l'électrode 10 et la terre. La construction des inductances LI, 12 est critique pour le fonctionnement du dispositif. Comme on l'a représenté sur la figure 6, l'inductance LI comprend une bobine à enroulement bifilaire sur un noyau en anneau de ferrite 40, les deux sections de la bobine étant reliées en configuration de coopération en série et la jonction des deux sections formant le plot central b. La bobine LI est ainsi formée par enroulement de deux fils 42, 44 en parallèle sur le noyau 40, l'extrémité du fil 42 formant, à l'une des extré- mités de cette paire de fils, la borne a.L'extrémité du fil 42, à 1 autre extrémité de la paire de fils enroulés, est reliée à l'extrémité du fil 44 située à la première extrémité de la paire de fils enroulés pour former le plot central b et l'extrémité du fil 44 à cette autre extrémité de la paire de fils enroulés forme la borne c. Dans la région médiane de la partie du noyau 40 entre les extrémités de la paire de fils enroulés 42, 44 est placée la bobine de détection L2 qui occupe ainsi une position neutre par rapport à la bobine L1. Ainsi, la nature bifilaire des enroulements 42, 49 garantit que les points a et c sont placés symétriquement par rapport au point b de sorte que, quand les courants dans les enroule ments 42, 44 sont égaux, le flux magnétique résultant dans le noyau 40 est nul et aucun courant n'est induit dans la bobine L2. Il n'y a pas alors d'entrée de réaction dans l'amplificateur Tr1, Tr2 et par suite il nty a pas d'oscillation de l'amplificateur. Cette situation se rencontre quand la capacité er-tre l'électrode de détection 10 et la terre est égale à la capacité du condensateur C1, le pont étant alors én équilibre. On remarquera d'après le dessin que les deux moitiés de la bobine LI sont enroulées en sens contraires par rapport au plot central b. Cela a pour résultat qu'avec les connexions établies comme on la représenté, si la capacité de CI est plus grande que la capacité Cx entre l'électrode de détection 10 et la terre, c'est- à-dire si cette dernière capacité diminue, tout flux résultant produit dans le noyau 40 en vertu de la différence entre les courants dans les deux moitiés de Li induit un courant correspondant dans la bobine mais, comme ce courant est en opposition de phase avec le courant dans L1, la réaction est négative et agit en contreréaction et il nJy a pas d'oscillation de l'amplificateur. D'autre part, quand la capacité Cx entre l'électrode de détection 10 et la terre augmente de façon à dépasser celle du condensateur ai, le courant induit dans la bobine L2 est en phase avec celui dans L1 et la réaction est positive et agit pour entretenir une oscillation continue de l'amplificateur. Dans ces dernières conditions, l'amplitude du signal de sortie dépend du déséquilibre du pont et par suite de l'écart de dépassement de la capacité du condensateur formé entre l'électrode 10 et la terre au-delà de la capacité fixe de 01. On remarquera aussi que le circuit fonctionne également bien selon le mode opposé. Par exemple, quand les connexions à la bobine la sont inversées, si la capacité Cx entre l1électrode 10 et la terre-est moindre que celle de C1, la réaction sera positive et le circuit oscillera. Une plus grande capacité Cx à l'électrode 10 produira alors une réaction négative qui s'opposera aux oscillations. Le circuit comprend des composants additionnels pour établir un signal de sortie et de préférence aussi une indication visuelle quand la partie antérieure du circuit qui vient d'être décrite produit des oscillations au-delà dsuneamplitude de seuil prédéter- minée. En référence à la figure 1, une sortie de courant continue À proportionnelle à la sortie de tension de l'amplificateur 38 est prise à la jonction du condensateur C4 et de la bobine L1 à travers une résistance R5, le redressement etle lissage étant accomplis respectivement par une diode D1 et par un condensateur C5.La société déposante a établi qu'une relation définie existe entre la sortie de l'amplificateur 38 et la nature de l'environnement (quantité de mousse) entre-les électrodes du condensateur de détection. Si, par exemple, les constantes du circuit sont choisies de façon que la sortie de l'amplificateur soit nulle quand l'électrode de détection 10 est dans l'air sec, une sortie progressivement croissante A peut s'observer quand la nature de l'environnement (quantité de mousse) varie. Le graphique de la figure 7 montre l'effet en question.Sur ce graphique, les ordonnées représentent la tension de sortie À de l'amplificateur et les abscisses repré- sentent les quantités relatives d9air et de liquide dans le fluide voisin de l'électrode 10. La partie I étant de l'air pur, la partie II étant de la vapeur d'eau, un brouillard d'huile et un fluide analogue, la partie III étant des émulsions telles que des émulsions formées par des huiles et graisses dans l'eau, la partie IV étant de la mousse provoquée par exemple par des détergents et savons dans l'eau et la partie Y étant un liquide pur tel que de l'eau pure. Le circuit comprend de plus un commutateur de seuil 46 qui reçoit à la fois le signal de sortie A et une tension de référence pouvant ttre choisie d'avance en provenance d'un générateur convenable 48, le commutateur étant destiné à produire une sortie sur une ligne 50 lors d'une équivalence des signaux à ses deux entrées. Comme indiqué à la droite de la figure 7, en choisissant la valeur de la tension de référence provenant da générateur 48 aveo laquelle est comparée la sortie Âde l'amplificateur Tr1, Tr2, la présélection peut ttre choisie pour que la sortie sur la ligne 50 n'apparaisse que quand un état déterminé de formation de mousse est présent entre les électrodes du condensateur de détection. Par exemple, Si une tension de référence stable fixe est établie dans le générateur 48, des parties choisies de cette référence peuvent être comparées avec la sortie A de l'amplificateur dans le commutateur 46, de sorte que ce commutateur fonctionne à des niveaux de sortie A spécifiques indiquant la formation de mousse désirée. La sortie numérique sur la ligne 50 peut être utilisée d'une manière classique pour actionner ou mettre au repos un ou plusieurs relais 52 et, si on le désire, un dispositif d'indication visuelle 54 tel qu'une lampe ou tout dispositif visuel convenable. Le ou les -relais 52 peuvent être utilisés d'une manière classique pour actionner des-vannes convenables pour l'admission de détergents jusqu'à l'accomplissement de la formation de mousse prédéterminée sélectivement, le circuit fermant alors automatiquement les vannes. Si la formation de mousse stabaisse au-dessous du niveau prédéterminé sélectivement, le circuit commande l'admission de quantités suppré- mentaires de détergent pour rétablir la formation de mousse au niveau prédéterminé sélectivement. Le système ci-dessus peut entre utilisé pour identifier des environnements particuliers et pour actionner des circuits de déclenchement convenables afin d'établir des sorties pour des buts de mesure ou de commande ou il peut être utilisé pour indiquer et agir lors d'un changement d'état d'un ensemble de conditions à un autre, par exemple de l'étant III à l'état IV selon la figure 7. 3ien que sur la figure 1 on n'ait représenté qu'un seul commutateur ou comparateur de seuil 46, on pourrait dans certaines formes d'exécution prévoir plusieurs de ces commutateurs 46 dont chacun. assurerait la commutation en réponse à un niveau différent prédéterminé de seuil et par suite à une formation de mousse prédé- termine différente. Les parties de circuit 46, 48, 50, 52 et 54 de la forme d'exécution de la figure 1 peuvent avantageusement-8tre montées en un lieu éloigné de l'électrode 10, tandis que les autres composants de circuit associés au circuit en pont et à l'amplificateur peuvent Qtre montés dans un ensemble voisin de l'électrode de détection 10 ou comprenant cette électrode. Bien que selon la description ci-dessus la sortie À soit proportionnelle à la sortie de tension de l'amplificateur Tr1, Tr2, cette sortie À pourrait aussi bien entre proportionnelle à la sortie de courant de l'amplificateur. Afin d'empêcher l'instabilité suivant la génération d'une impulsion numérique de sortie sur la ligne 50, un circuit additionnel (non représenté) est prévu de préférence pour s'opposer à la génération d'une autre impulsion numérique de sortie jusqu'à l'écou- lement d'une durée prédéterminée. Les formes d'exécution de l'invention représentées au dessin ont été décrites ci-dessus en conjonction avec des machines â laver0 Cependant, l'invention n'est pas limitée à la détection et l'indication de mousse dans les machines à laver et elle peut être utilisé. pour déceler et indiquer les proportions de liquide et de gaz dans toute mousse ou émulsion. R E V E N D I C A T I O N S. 1. Dispositif dans lequel un fluide à contrôler est utilisé au moins en partie comme partie du diélectrique d'un condensateur dont la capacité est disposée pour être comparée à celle d'un conden sateur de référence prédéterminé et qui comprend un circuit de commande répondant à un état de comparaison prédéterminé pour établir un signal de sortie, caractérisé par le fait qu'une première bobine d'induction L1 sous forme d'un enroulement bifilaire (42, 44) est enroulée sur un noyau en anneau de ferrite (40) avec connexion en série des deux sections de l'enroulement bifilaire, la jonction (b) des deux sections formant le plot central de la bobine, qu'un condensateur (C2) est branché en parallèle sur la première bobine (L1) pour former un circuit résonnant en parallèle, les deux extrémités (c,a) de la première bobine (L1) étant respectivement reliées à un condensateur de capacité prédéterminée (C1) et à une électrode (10) destinée à former un élément capacitif dont le diélectrique, quand le dispositif est en utilisation, comprend un fluide ou une émulsion à contrôler, tandis que le plot central (b) de la bobine ( est relié à la sortie d'un amplificateur (38) dont l'entrée est reliée à une seconde bobine de détection (I2) comprenant un enrou- liement séparé, placé sur le noyau de ferrite (40) pratiquement à mi-distance entre les extrémités de l'enroulement bifilaire (42,44) et couplé inductivement à ladite première bobine (L1) de façon que l'inductance mutuelle entre la première bobine (LI) et la bobine de détection (X2) complète une boucle de réaction pour l'amplificateur (38) et que-le circuit de commande (46, 48) est destiné à produire un signal de sortie qui dépend d'un état-d'oscillation de l'amplifi- cateur (38). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit de commande comprend la combinaison d'un circuit de redressement et de lissage (Dl,R5,5) pour établir un signal de courant contina proportionnel à l'amplitude de la sortie de l'ampli- ficateur (38), un générateur de référencé variable (48) pour établir un signal de référence d'amplitude à présélection, un dispositif commutateur à seuil (46) ayant une première entre et une seconde qui reçoivent respectivement le signal de courant continu et le signal de référence, le dispositif commutateur à seuil (46) étant destiné à établir un signal de sortie lors de la présence d'une équivalence desdits signaux à ses entrées et un dispositif de vanne (52) pouvant fonctionner en réponse au signal de sortie du dispositif commutateur à seuil (46) pour admettre des quantités supplémentaires de détergent afin d'augmenter la formation de mousse dans le fluide. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que la première électrode de détection (10) est montée sur une paroi verticale (12) de la chambre de lavage d'une machine à laver, la paroi (12) étant-en une matière électriquement isolante, et dans lequel une seconde électrode de détection est formée par une paroi opposée (14) de la chambre de lavage établie en une matière électriquement conductrice et reliée à la terre (figure 2). 4. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que la première électrode de détection (10) dudit élément capacitif est placée à l'intérieur de la chambre de lavage d'une machine à laver et qu'une seconde électrode de détection de l'élément capacitif est formée par une paroi éleetri- quement conductrice (14') de ladite chambre de lavage (figure 5). 5. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que le dispositif comprend deux électrode de détection (28,30) placées toutes deux à l'intérieur de la chambre de lavage'd'une machine à laver (figure 3). 6. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait gne le dispositif a deux électrodes de détection (32, 343 qui sont sous la forme de plaques électriquement conductrices montées sur une paroi électriquement isolante (14"2) de la chambre de lavage dune machine à laver.