Brevet FR2428242A1 — publié le 19800104

Dans toutes les installations industrielles où l'on manipule des matières liquides, il est particulierement important d'être informé du moment où un certain niveau a été atteint. Les dispositifs qui fournissent ce type d'information sont appelés indicateurs de niveau. Dans la plupart des cas les indicateurs de niveau indiquent le moment où l'élément sensible est venu au contact de la matière au moyen de contacts de relais qui composent le dispositif. L'information ainsi obtenue est utilisée soit pour actionner un signal audible ou visuel soit pour commander le niveau à l'aide de dispositifs appropriés. Etant donné la grande variété de matières liquides, il existe de nombreux procédés différents pouvant fournir des indications de niveau et les dispositifs qui utilisent ces procédés différents doivent offrir une précision, une fiabilité et un prix convenables. Le présent dispositif dont le fonctionnement repose sur le phénomène de résonance des circuits électriques peut être utilisé avec toutes sortes de matières liquides. En raison de sa structure entièrement électronique, de sa précision et de sa fiabilité d'emploi, il est avant tout destiné à indiquer et à commander le niveau des dérivés du pétrole dans l'industrie du pétrole, celui des réservoirs d'avions, celui des navires et des voitures automobiles ainsi qu' & indiquer le niveau de réservoirs contenant des combustibles de natures différentes. A titre d'illustration et de comparaison, il convient de signaler que le présent dispositif peut être comparé à l'indicateur de niveau de type capacitif connu comme appareil de haute performance. L'indicateur de niveau de type capacitif mesure la capacité existant entre l'élément sensible et la matière soumise à cette mesure. Le procédé de mesure utilise en général un pont de mesure. L'indication est fournie pour certaines valeurs de la capacité. Ces indicateurs de niveau présentent les inconvénients suivants qui résultent du procédé même de mesure, à savoir : sensibilité aux dépôts de matières sur les parois des réservoirs ; sensibilité aux variations de la constante diélectrique de la matière t de sorte que la précision dépend de la nature de la matière. Avec des matières ayant une constante diélectrique plus faible on obtient des indications de niveau plus erronées. La sensibilité aux variations de la constante diélectrique entraîne en outre une erreur de température parce que la constante t varie avec la température. Pour plus de clarté avant de décrire le dispositif, on indiquera les caractéristiques nouvelles que celui-ci présente par rapport aux indicateurs de niveau capacitifs connus. L'indicateur de niveau à résonance pour matières liquides utilise le phénomène de résonance des circuits électriques pour la détection de niveaux. L'élément sensible de la sonde est donc fabriqué de façon particulière. Cette partie sensible de la sonde est construite sous forme d'une capacité. Cette capacité ainsi qu'une inductance constituent un circuit résonant qui est excité à partir d'un oscillateur électronique par un signal sinusoïdal dont la fréquence est accordée sur la fréquence de résonance de la sonde. La sonde est ainsi amenée à résonance et une tension maximale apparaît sur le détecteur constitué de diodes semi-conductrices. En enfonçant la partie sensible de la sonde dans la matière soumise à cette mesure, la capacité est modifiée et sa résonance est perturbée de sorte que l'amplitude de la tension détectée diminue beaucoup. La variation de tension observée s'effectue dans un ensemble électronique et elle entraîne un changement d'état des contacts des relais. Les dépôts de matières et les variations de température ont très peu d'influence sur les variations de la fréquence de résonance et par suite pas davantage sur la tension détectée de sorte que le dispositif est insensible aux facteurs de ce genre. La variation de tension observée est assez forte quand la sonde est enfoncée dans une matière ayant une constante diélectrique t quelconque. Quand la sonde est enfoncée dans des matières électroconductrices, cette variation de tension est maximale de sorte que la sensibilité du dispositif est universelle quant à son emploi avec des matières de natures différentes. Une forte variation de la tension observée à la suite de l'entrée en contact de la sonde avec la matière entraîne une très grande précision dans la mesure( + 1 mm à partir du point de réglage du niveau). Une construction entièrement électronique permet de loger les organes électroniques ainsi que la sonde dans un seul et même boitier de sorte que les dimensions hors-tout sont très faibles. Le poids de l'appareil complet est d'environ 300 grammes. Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. - La figure I est une vue de l'indicateur de niveau à résonance pour matières liquides avec ses organes essentiels - la figure 2 est un schéma fonctionnel simplifié ; - la figure 3 est un schéma électrique où sont indiqués tous les composants. L'indicateur de niveau à résonance pour matières liquides comprend trois parties essentielles : l'élément sensible ayant la forme d'une capacité cylindrique 18, l'ensemble électronique 44 et le boîtier 41 (figure 1). A l'aide du raccord 43 (figure 1) le dispositif est alimenté en courant continu d'une tension de 18 à 28 volts.l'ensemble fonctionnel 51 de la figure 2 est un régulateur de tension qui fournit les tensions désirées pour le fonctionnement du dispositif. Le circuit du régulateur de tension comprend le régulateur intégré 5 et les condensateurs 4 et 6 de la figure 3. Le bloc fonctionnel 50 de la figure 2 représente un générateur de frequence transistorisé qui peut être accordé à la fréquence de résonance de la sonde. Le générateur de fréquence comprend un transistor 10 les condensateurs 9 et 14 et la bobine 12 (figure 3). La fréquence est réglée au moyen du condensateur 9 de façon discontinue et au moyen de l'inductance 12, 13, de façon continue (figure 3). Le signal sinusoïdal d'une fréquence de plusieurs mégahertz est introduit à l'aide des condensateurs 16 et 17 de la figure 3 dans l'ensemble fonctionnel 45 de la figure 2. L'ensemble fonctionnel 45 est en fait l'élément sensible du dispositif et il comprend le condensateur cylindrique 18 et une inductance 19 (figure 3) reliés en parallèle . Ils forment tous deux un circuit résonant LC. Le signal est amené de l'élément sensible à travers les condensateurs 20 et 21 aux diodes détectrices semi-conductrices 22 et 23 à la résistance 24 et au condensateur 27 (figure 3). La tension continue obtenue à la sortie du détecteur est proportionnelle à l'amplitude des oscillations sur l'élément sensible. L'amplitude est maximale quand la fréquence du générateur d'excitation est égale à la fréquence de résonance de l'élément sensible. Dans ce cas l'amplitude de la tension détectée est maximale. La tension détectée atteint, à travers la résistance 26 de la figure 3, l'entrée de l'ensemble ou bloc fonctionnel 47 de la figure 2 qui est un amplificateur opérationnel (figure 3) monté en comparateur. Dans le circuit de montage du comparateur, la tension détectée est comparée à la tension de référence laquelle est introduite à travers le potentiomètre 15 et la résistance 25 sur l'autre entrée du comparateur 28 de la figure 3. Selon la différence existant entre les deux tensions,le signal de sortie du comparateur se trouve au niveau logique "1" ou "0" La présence de matière à l'intérieur du condensateur cylindrique 18 de la figure 3 a pour effet de faire varier la valeur de la capacité. A son tour l'état de résonance de l'élément sensible est modifié et finalement le signal de sortie du comparateur varie. A partir du circuit comparateur le signal "0" ou "1" est acheminé à travers le bloc 48 dont la fonction consiste à introduire une temporisation dans l'opération de comparaison puis il atteint le bloc 49 de la figure 2 qui est un relais électro-mécanique à contacts à deux positions. Le circuit de temporisation comprend le transistor 33, le potentiomètre 30, la résistance 31 et le condensateur 32 de la figure 3. Le potentiomètre 30 permet de régler la temporisation avec une précision comprise entre 30 et 90 S. Cette temporisation permet au dispositif d'etre insensible aux variations de niveau produites par les mouvements de l'objet. Le signal provenant du comparateur est appliqué avec un retard déterminé et à travers la résistance 35 et la diode Zener 36 sur la base du transistor 38, le relais 37 étant branché sur le circuit collecteur du transistor 38. Selon que ce transistor est saturé ou coupé le relais 37 de la figure 3 est excité ou à l'état de repos. Les contacts du relais,selon que la sonde est plongée ou non dans la matiere,permettent d'accomplir des fonctions de signalisation ou de commande. Les ensembles fonctionnels ou blocs 51, 50, 46, 47, 48, 49 ainsi qu'une partie du bloc 45 représentant l'induc- tance 19 (voir figure 2) sont disposés sur deux plaques de circuits imprimés et logés dans le boltier 44 de la figure 1. Le dispositif tout entier est fixé dans des réservoirs ou autre installation au moyen de la bride 42 (figure 1), de sorte que l'élément sensible 18 de la figure 1 se trouve dans le réservoir du côté de la matière dont on mesure le niveau. REVENDICATIONS 1 - Dispositif indicateur de niveau pour matières liquides, utilisant le phénomène de résonance, caractérisé en ce qu'il comporte un élément sensible ayant la forme d'un condensateur cylindrique (18) et faisant partie intégrante dudit dispositif. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément sensible (18) et la bobine (19) forment un circuit électrique résonant ayant une fréquence de résonance déterminée. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la sonde de l'élément sensible à circuit résonant LC (45) est excitée par un signal dont la fréquence est égale à la fréquence de résonance de la sonde 45. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'état de résonance du circuit oscillant (45) est perturbé lorsque l'élément sensible (18) entre au contact avec la matière dont on veut connattre le niveau. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on détecte le changement de valeur de la résonance du circuit oscillant au moyen du détecteur (46) et du comparateur (47).