Brevet FR2383436A1 — publié le 19781006

La présente invention se rapporte à un procédé pour surveiller ou mesurer le niveau d'un fluide au moyen de la capacité, dépendant du niveau ou de la profondenr d'immrsion, d'une sonde de mesure plongée dans le fluide. Les mesures de niveau à l'aide de sondes capacitives sont bien connues- Les sondes de mesure, en général en forme de barres , sont en pareil cas introduites par en haut dans le réservoir, dans lequel il s'agit de surveiller le niveau d'un fluide, de façon que la sonde pénètre dans ledit fluide . la capacité régnant entre la sonde et la paroi du réservoir ou, avec les nouvelles -sondes spéciales utilisées, la capacité de la sonde elle-ême, sert alors.d'indication pour le niveau du fluide se trouvant dans le réservoir Les capacités des sondes de mesure ainsi que les va riations de capacité sur la totalité de leur plage de mesure sont, comme on le sait, relativement faibles, de sorte que la mesure ou l'interprétation de ces capacités est une opération assez délicate.La mesure de la capacité s1 effectuait squtici exclusivement par la mesure d'une fréquence ou d'un décalage de fréquence en ce sens que la sonde de mesure était, en tant qu'élément déterminant la fréquence, montéedans un circuit oscillant. Ce principe de mesure est techniquement relativement cowpligué et présente entre autres le grave inconvénient que la sensibilité ou la précision relative n'est pas constante sur toute la plage de mesure. La présente invention a par conséquent pour obJet d'éviter ces inconvénients. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que l'on utilise la sonde de mesure , en tant qu'élément déterminant le temps, dans un étage â relais temporisés qui produit un signal de sortie d'une durée correspondant à la capacité de la sonde et que l'on interprète la durée de ce signal de sortie en tant qu'indication du niveau. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention on peut comparer la durée dn signal de sortie à celle d'un signal de référence et interpréter la différence des durées pour déterminer le niveau. La présente invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre du nouveau procédé. Ce dispositif comprend un circuit d'interprétation électronique pour la. capacité formée par une sonde de mesure capacitive et est caractérisé selon l'invention par le fait que le circuit d1 interprétation comportent un premier étage à relais temporisés auquel peut etre raccordée la sonde de mesure en tant qu'élément déterminant le temps et qui, à chaque mesure, produit un premier signal d'une durée correspondant à la capacité de la sonde, ainsi qu'un étage de mesure qui produit un signal d'affichage en fonction de la durée du premier signal0 Dans un mode de réalisation avantageux selon l'invention, le circuit d'interprétation comporte un deuxième étage & relais temporisés qui, à chaque mesure, produit un deuxième signal de durée réglable, ainsi qu'un étage soustracteur qui produit un troisième signal d'une durée correspondant à la différence entre les durées du premier et du deuxième signal et que l'étage de mesure produit le signal d'affichage en fonction de la durée de ce troisième signal. Par ailleurs, le circuit d'interprétation comporte avantageusement un étage répétiteur qui met continuellement et périodiquement en route le processus de mesure. Dans un autre mode de réalisation avantageux de l'in vention, l'étage de mesure comporte une porte de comptage ouverte pendant la durée du troisième signal, un générateur d'impulsions de comptage ainsi qu'un compteur numérique relié à ce dernier par l'intermédiaire de la porte. I1 peut en outre etre avantageux que l'étage de mesure délivre un signal de sortie lorsque la durée du premier signal dépasse celle du deuxième signal. Pour finir, le dispositif peut, dans un autre mode de réalisation avantageux selon l'inventions titre réalisé de façon que le circuit d'interprétation comporte une porté iE colmandée par les deux étages à relais temporisés et une première bascule monostable asservie et commandée par cette dernière, dont le temps d'attardement est plus long que la durée de la période de l'étage répétiteur et qui déclenche une alarme à l'état de repens. L'etage de mesure peut avantageusement encore comporter une deuxième bascule monostable asservie et commandée par l'étage sonstracteur et qui déclenche une alarme à llétat de repos. En pareil cas, les deux bascules monostables peuvent être avanta- geusement raccordées de façon qu'aucune alarme ne soit déclenchée que lorsque les deux bascules sont dans leurs états métastables. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la descrip tion de modes de réalisation pris comme exemples, mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur lequel les fi- gures représentent respectivement un schéma synoptique de doux modes de réalisation d'un dispositif selon l'invention. L'exemple de réalisation selon la figure 1 est adapté à la surveillance d'un niveau maximal prédéterminé, mais peut également servir de dispositif de trop-plein ou analogue. Le dispositif comporte deux étages à relais temporisés 1 et 2 ss un étage soustracteur 3 constitué de deux portes OU EXCLUSIF 3a et 3b et d'une porte ES 3c, deux autres portes EX 4 et 5, deux bascules monostables asservies 6 et 7, un étage répétiteur 8 formé par une horloge et deux éléments d'affichage 9 et 10. Les bascules, les etages à relais temporisés et les circuits logiques (portes) sont de préférence réalisés sous forme de circuit intégrés en technique ECL (logique à couplage par émetteurs). Â titre d'exemple, on peut citer les circuits intégrés disponibles sous les désignations IM 322 (étages à relais temporisés), MC 14/501 (OU EXCLUSIF), HO 14/011 (portes Z) et XC 14/528 (bascules). La porte ET 5 est de préférence constituée par des éléments discrets.L'étage à relais temporisés 1 est réalisé sous la forme d'une bascule monostable. Â son entrée la est raccordée, en tant qu'élément déterminant le temps, la sonde de mesure, dont la capacité est schématisée par le condensateur Cs . A l'entrée 2a du deuxième étage à relais temporisés 2, également réalisé sous la forme d'une bascule mo- nostable, est appliqué un condensateur de réglage de niveau Cp servant d'élément déterminant le temps. Les deux étages & relais temporisés, après leur excitation, produisent au niveau de leur sortie lb et 2b , et ce, pendant une durée dépendant de la capacité appliquée à leurs entrées, un "1t logique et rebasculent ensuite dans leur position de repos. L'excitation est assurée de façon périodique par l'étage répétiteur 8 à un rythme d'environ 300 kHz. Tant que le temps d'attardement du premier étage à relais temporisés 'à l'état métastable n'a pas atteint ou dépassé celui du deuxième étage à relais temporisés, ce qui signifie que le niveau à surveiller n'a pas encore atteint le niveau naxiial désiré et réglé au moyen du condensateur Cpt l'étage soustracteur 3 délivre, après chaque retour à zéro du premier étage à relais temporisés 1, une impulsion qui dure jusqu'a' la remise à zéro du deuxième étage à relais temporisés 2 et qui déclenche la bascule monostable suivante 6.Le temps d'attardement de cette dernière est d'environ une seconde et est donc beaucoup plus long que la durée de période de l'étage répé- titeur 8. I1 en résulte que la bascule 6 reste dans son état métastable jusqu'à ce que étage soustracteur 3 délivre une ttpulsion de déclencherent. Si maintenant le niveau à surveiller dépasse la va leur maximale prédéterminée, le temps d'attardement de l'étage à relais temporisés 1 devient plus long que celui de l'étage à relais temporisés 2 et l'étage soustracteur 3 ne peut plus délivrer d'impulsions de déclenchement à la bascule 6. du bout de son temps d'attardement, cette dernière revient donc à sa position de repos. Cela provoque à son tour, par l'intermédiai- re de la porte E! 5, une réaction des éléments d'affichage 9 et/ou 10 qui sont par exemple réalisés sous forme dune alarme optique ou d'un relais au moyen duquel une réaction peut être déclenchée pour faire face à la situation qui se présente. Les sorties lb et 2b des deux étages à relais tempo- risés I et 2 sont également appliquées à une porte ED 4 qui, à son tour, déclenche la bascule monostable 7 asservie dont le temps d'attardement à l'état métastable est plus grand que la durée de période de étage répétiteur 8. La bascule 7 est, par la porte Eg 5 , raccordée aux éléments d'affichage 9 et 10 de fzçon que ces derniers répondent lorsqu'elle se trouve en po sition-de repos. Comme on peut le voir sans difficulté sur lediagramme, la bascule 7 est déclenchée par chaque impulsion de l'étage répétiteur 8.Si toutefois un des étages à relais temporisés 1 et 2 ou l'étage répétiteur 8 lui-iOns tombe en panne, il ne se produit plus aucun déclenchement de sorte que éléments d'affichage réagissent. La bascule 7 constitue donc , en liaison avec la porte ET 4 , un système d'affichage ou de sécurité contre les pannes pour les étages 1 , 2 et 8 Le principe selon l'invention peut outre utilisé non seulement pour surveiller un niveau, mais également pour mesu- rer ce dernier, conte indiqué sur la figure 2 Le dispositif selon la figure 2 comporte deux étages à relais temporisés Il et 12, un étage soustracteur 13 constitué par une porte QU EXCLUSIF , un étage répétiteur 18 , un générateur d'impulsions de comptage 21, une porte de comptage 22, un compteur d-'impulsions 23 et un affichage numérique 24o Les étages à relais temporisés Il et 12 et l'étage répétiteur 18 sont réalisés de la même façon que les étages correspondants de la figure 1. Les condensateurs déterminant le temps sont ici aussi désignés par Cg et C p Le condensateur ajustable Cp est réglé au niveau le plus bas possible pouvant s'établir dans chaque réservoir pour des dimensions données des sondes, ce niveau constituant alors le niveau de référence pour la mesure proprement dite. Le temps d'attardement de 11 étage à relais temporisés 11 dans son état métastable ne sera donc jamais plus court que celui de l'étage à relais temporisés 12.La porte OU EXCLUSIF 13 produit à chaque processus de mesure initié par l'étage répétiteur 18, un signal de sortie de la longueur de la différence des temps dJattardement des deux étages à relais temporisés. Ce signal ouvre la porte de comptage 22 de sorte que les impulsions produites par le générateur d'impulsions de comptage 21 parviennent, pendant la durée de ce signal, au compteur 23, sont comptées par ce dernier, et dont le nombre peut être affiché sur le dispositif d'affichage numérique 24. Au début de chaque nouvelle me- sure, le compteur 23 est remis à zéro par l'étage répétiteur L'attichage est alors directement proportionnel au niveau par rapport au niveau de référence établi par le condensateur Cp 0 La fréquence du générateur d'impulsions de comptage 21 peut être modifiée dans certaines limites par une entée de réglage 21a si bien que l'affichage peut être simplement adapté à chaque condition susceptible de se produire. REVENDI CÂTI OS 1. Procédé pour surveiller ou mesurer le niveau d'un fluide au moyen de la capacité, dépendant du niveau ou de la profondeur d'immersion, d'une sonde de mesure plongée dans le fluide, caractérisé par le fait que lton utilise la sonde de mesure, en tant qu' élétent déterminant le temps, dans un étage à relais temporisés , qui produit un signal de sortie d'une durée correspondant à la capacité de la sonde, et que l'on in- terprète la durée de ce signal de sortie en tant qu'indication du niveau. 2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que l'on compare la durée du signal de sortie à celle d'un signal de référence et que la différence des durées est interprétée en tant qu'indication de niveau. 3. Procédé selon la revendication 2 , caractérisé par le fait que l'on règle la durée du signal de référence sur une valeur correspondant à un niveau maximum souhaité et qu'un signal d'affichage apparaît lorsque la durée du signal de sortie dépasse celle du signal de référence. 4o Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 , comportant un circuit d'interprétation électronique pour la capacité formée par une sonde de mesure capacitive, caractérisé par le fait que le circuit d' interprétation comporte un premier étaye à relais temporisés auquel la sonde de mesure peut etre raccordée en tant qu'élément déterminant le temps, et qui, à chaque mesure, produit un premier signal d'une durée correspondant à la capacité de la sonde, ainsi qu'un étage de mesure qui produit un signal d'affichage en fonction de la durée du premier signal. 5. Dispositif selon la revendication 4 , caractérisé par le fait que le circuit dtinterpretçtion comporte un deu xième étage à relais temporisés qui, à chaque mesure, produit un deuxième signale durée réglable, ainsi qu'un étage soustracteur qui délivre un troisième signal d'une durée correspondant à la différence de temps entre les durées du premier et du deuxième signal, et que l'étage de mesure produit le signal d'affichage en fonction de la durée du troisième signal. 6. Dispositif selon la revendication 5 , caractérisé par le fait que -le circuit d'interprétation comporte un étage répétiteur qui met continuellement et périodiquement en route le processus de mesure0 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que 11 étage de mesure comporte une porte de comptage ouverte pendant la durée du troisième signal, un générateur d'impulsions de comptage ainsi qu'un compteur d'impul- sions raccordé au générateur par la porte de comptage. 8. Dispositif selon la revendication 6 , caractérisé par le fait que 11 étage de mesure produit un signal d'affichage lorsque la durée du premier signal dépasse celle du deuxième signal. 9. Dispositif selon la revendication 6 , caractérisé par le fait que le circuit d'interprétation comporte une porte ES commandée par les deux étages à relais temporisés et une première bascule monostable asservie commandée par cette der nièce et dont le temps d'attardement est plus grand que la durée de la période de l'étage répétiteur et qui, à l'état de repos, déclenche une alarme. 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé par le fait que l'étage de mesure contient une deuxième bascule monostable asservie, commandée par étage soustracteur et qui, à la position de repos, déclenche une alarme 11. Dispositif selon les revendications 9 et 10, caractérisé par le fait que les deux bascules monostables sont raccordées de façon & ce qu'aucune alarme ne soit déclenchée que lorsque les deux bascules sont dans leur état métastable,