Brevet FR2447541A1 — publié le 19800822

La présente invention concerne un dispositif pour déterminer le niveau d'un liquide dans un réservoir non métallique, et elle se rapport plus particulièrement à un moyen monté extérieurement pour déterminer et indiquer à distance le niveau du liquide dans un réservoir, comme un réservoir d'eaux usées pour un véhicule de détente. Une grande variété de types différents de réservoirs contenant du liquide sont pourvus de moyens de mesure pour y déterminer le niveau dtun liquide. Habituellement, ces moyens de mesure sont placés dans le réservoir et contactent directement la surface du liquide afin de déterminer son niveau. Par ailleurs, dans certains cas, comme dans la mesure du niveau du liquide dans des réservoirs contenant des eaux usées, qui sont utilisés dans des véhicules de détente et analogue il est souhaitable que le moyen de mesure ne nécessite pas qu'un objet contacte le liquide à l'intérieur du réservoir ou-ne nécessite pas que de-trous soient percés dans le réservoir.Tout objet gSnant ou métallique à l'intérieur dtun réservoir d'eau usée sera soumis à une forte action de carosion et sera emmêlé aux matières solides ou semi-solides, provoquant un mauvais fonctionnement du dispositif de mesure et/ou empochant le réservoir d'être totalement vidé. Cela conduit également à des problèmes sanitaires et des odeurs désagréables dans le cas de réservoirs contenant des eaux usées. Afin de déterminer le niveau d'un liquide dans un réservoir sans avoir contact avec le liquide qui s'y trouve, on a proposé de monter des électrodes en métal, des sondes ou plaques dans le réservoir, ces plaques étant isolées du liquide d'une façon telle que la capacité entre les piques varie en fonction du niveau du liquide dans le réservoir. Ce changement de capacité peut alors être utilisé pour indiquer le niveau du liquide. Cependant, des problèmes ont été rencontrés avec ce type de système, qui l'ont rendu peu pratique pour une utilisation. Par exemple, le liquide dans un réservoir contenant des eaux usées a typiquement une viscosité àssez élevée et il est très conducteur du fait de la présence de déchets humains et autres matières solides ou semi-solides. Par suite, le contenu du réservoir a tendance à adhérer à ses parois. A chaque fois que le réservoir est agité ou rempli puis vidé, les parois sont enduites d'une pellicule de substances très conductrices. Par suite, la quantité du courant de signal pouvant passer entre deux électrodes, sondes ou plaques augmente par rapport à la quantité s'écoulant uniquement du fait du niveau du liquide dans le réservoir, provoquant une lecture beaucoup trop élevée. Cette situation peu régner pendant des heures et meme des jours jusqutà ce que les surfaces internes des parois de réservoir aient séché. De plus, les diverses techniques qui ont été utilisées jusqu'à maintenant pour monter des électrodes, sondesou plaques sur ou dans des réservoirs et les configurations de ces éléments n'ont pas conduit à la production de lectures précises et linéaire la sortie. Selon la présente invention, on prévoit un moyen de mesure pour déterminer le niveau de liquide dans des réservoirs, permettant de résoudre ces problèmes d'une façon inconnue jusqutà maintenant. Avec le moyen de mesure selon l'invention, aucun élément ne doit titre introduit à l'intérieur du réservoir, ce qui rend le moyen de mesure selon l'invention adapté de façon idéale pour des réservoirs d'eaux usées, comme dans des véhicules de détente. Avec le présent dispositif, le circuit électronique de mesure peut être monté en un point central afin de pouvoir titre connecté à plus d'un réservoir. La présente invention utilise des plaques ayant une configuration et montées de façon à en dériver une sortie précise, fiable et linéaire. Par ailleurs, cette sortie n'est pas affectée par les liquides très visqueux-enrobant les parois du réservoir d'une substance très conductrice. En bref, le dispositif selon l'invention pour déterminer le niveau d'un liquide dans un réservoir comprend deux plaques parallèles fixées à la surface externe du réservoir de façon que la capacité entre les plaques augmente tandis que le niveau du liquide dans le réservoir augmente, un oscillateur pour produire une tension alternative, la tension alternative étant couplée à l'une des plaques, un amplificateur ayant une entrée et une sortie, un câble blindé connecté entre l'autre des plaques et l'entrée de l'amplificateur, et un appareil de mesure opérativement couplé à la sortie de l'amplificateur pour indiquer le niveau dru liquide dans le réservoir. Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, la tension alternative de fonctionnement est une onde à haute fréquence sinusoTdale, carrée ou rectangulaire, ou bien un signal impulsionnel tel que la dérivée du signal soit élevée. Cela rend la partie capacitive du courant de sortie importante en comparaison avec la partie résistive, et cela a pour effet d'éliminer les effets de la pellicule sur les parois du récipient. C'est par conséquent un obJet de la-présente invention de procurer un dispositif pour déterminer le niveau du liquide dans un récipient ou réservoir non métallique. C'est un autre objet de la présente invention de procurer un dispositif pour déterminer le niveau du liquide dans un réservoir, ne nécessitant pas d'introduire des éléments àintérieur de celui-ci. C'est un autre objet de la présente invention de procurer un dispositif pour déterminer le niveau du liquide dans un réservoir, qui ne soit pas affecté par des substances très visqueuses et conductrices se trouvant dans le réservoir. L1invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparattront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple il-lustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 donne un schéma bloc du mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention pour déterminer le niveau dtun liquide dans un réservoir non métallique - la figure 2A est un schéma bloc simplifié d'une partie du dispositif de la figure 1, ce diagramme étant utile pour expliquer le fonctionnement de la présente invention - la figure 23 est un schéma montrant un circuit électrique équivalent d'une partie du dispositif de la figure 2A ; et - la figure 3 montre une série de formes d'ondes utiles pour expliquer le fonctionnement de la présente invention. En se référant maintenant aux dessins et plus particulièrement à la figure 1, elle montre un moyen formant circuit, généralement désigné en 10, pour déterminer le niveau du liquide dans un réservoir non métallique 11. Selon la présente invention, le réservoir Il a deux plaques parallèles, -espacées et métalliques 12 et 13 qui sont fixées à l'une de ses parois, en orientation verticale, afin que, quand le liquide monte dans le réservoir 11, il y ait une quantité de plus en plus grande des plaques 12 et 13 qui soit placée à proximité du liquide. Les plaques 12 et 13 peuvent Outre attachées à toute paroi verticale du réservoir 11, meme des parois différentes.Comme on le décrira mieux ci-après, la capacité entre les plaques 12 et 13 augmentera de façon linéaire tandis que le niveau du liquide augmentera. Ce phénombne peut titre utilisé pour produire une sortie indiquant le niveau du liquide dans le réservoir 11. Le circuit 10 comprend un oscillateur 14 qui produit une tension alternative maintenue à une valeur constante. La sortie de l'oscillateur 14 est connectée à l'une des plaques 12 ou 13, la plaque 12 dans le cas présent. L'autre des plaques 12 ou 13, la plaque 13 dans le cas présent, est connectée par un câble blindé 15 à l'une des entrées de polaritésopposées d'un amplificateur 16. L'entrée à l'autre polarité d'un amplificateur 16 est connectée, le long du blindage 17 du câble 15, à la masse 18. Le signal de sortie de l'amplificateur 16 est un signal à courant alternatif indiquant le niveau du liquide dans le réservoir 11. Ce signal est connecté à l'entrée d'un convertisseur courant-- alternatif/courant continu 19 qui convertit le signal en courant alternatif en un signal en courant continu pouvant attaquer un appareil de mesure traditionnel 20. En fonctionnement, le circuit 10 opère sur le principe que liteau et d'autresliquidesont une constante diélectrique qui est considérablementplus inpcu2arrtque celle de l'air. L'eau, pour titre plus spécifique, a une constante diélectrique de l'ordre de 70 fois celle de l'air. L'oscillateur 14 fournit un signal en courant alternatif, dont la nature sera mieux décrite ci-après. Ce signal est appMqud à la plaque en métal 12 fixée à l'une des parois du réservoir 11. S'il n'y a pas de liquide dans le réservoir 11, la capacité entre les plaques 12 et 13 est relativement faible et 11 impédance en courant alternatif est élevée, ce qui limite le courant qui s'écoule entre les plaques 12 et 13. Tandis que le niveau de liquide monte, la capacité entre les plaques 12 et 13 augmente parce que la constante diélectrique de l'espace entre les plaques 12 et 13 augmente.Cela provoque une diminution de l'impédance en courant alternatif entre les plaques 12 et 13, permettant l'écoulement d'un courant plus important entre elles. Ce courant est conduit par le cible blindé 15 jusqu'à l'amplificateur 16 qui produit une tension de sortie dont l'amplitude indique le courant s'écoulant entre les plaques 12 et 13. Le signal de sortie en courant alternatif est converti en un signal en courant continu par le convertisseur 19 avant application à l'appareil de mesure 20 qui donne une lecture continue indiquant le niveau du liquide dans le réservoir 11. La mesure du niveau de fluide dans un réservoir dtun véhicule de détente, ou tout autre réservoir contenant des déchets humains, pose un problème spécial. Le fluide dans le réservoir est très conducteur et contient également des substances solides et semi-solides qui ont tendance à adhérer aux parois du réservoir. A chaque fois que le réservoir est agité ou rempli puis vidé, les parois sont enduites d'une pellicule de cette substance très conductrice. La quantité du courant de signal pouvant passer entre les plaques 12 et 13 est par conséquent accrue par rapport à la quantité pouvant s'écouler du fait du fluide dans le réservoir Il seul , et cela donne une lecture trop élevée. Il faut souvent des heures ou mimes des jours pour que le matériau des parois du réservoir ait séché, pour permettre à la lecture de revenir à la normale. Heureusement, on a découvert que la conductivité de la pellicule sur les parois du réservoir Il était essentiellement résistive et par conséquent, indépendante de la fréquence, tandis que la conductivité du liquide dans le réservoir Il était à la fois résistive et capacitive, la conductivité capacitive étant fonction de la fréquencede l'oscillateur 14. Par conséquent, et selon la présente invention, en rendant la partie capacitive du courant importante par rapport à la partie résistive, on peut obtenir une mesure réelle du niveau de liquide dans le réservoir 11. En se référant maintenant aux figures 2A et 2B, elles montrent une représentation simplifiée- du circuit 10 et son circuit électrique équivalent 30. Sur la figure 2B, représente la capacité des parois du réservoir 11, CL représente la capacité du liquide 31, RL représente la résistance du liquide 31, et Ro est une petite résistance de détection de courant Comme le courant à travers une capacité est 1C - C dv dt tandis que celui à travers une résistance est E K on peut forcer le courant à travers un condensateur à dominer en augmentant dv/dt, ctest-à-dire en augmentant la fréquence du signal. Pour cela, on peut appliquer, à la plaque 12, une onde sinusoIdale de très haute fréquence.On peut également appliquer un signal impulsionnel. La façon préférée- consiste à appliquer une onde rectangulaire ou carrée à la plaque 12, car une telle forme d'onde est facile à dériver. En rendant les temps de montée et de descente très courts, on obtient un dv/dt très élevé, ce qui produit une impulsion très élevée de courant à travers CL. Par ailleurs, le courant à travers la résistance RL sera initialement nul et augmentera aussi rapidement que la tension à travers CL Initialement alors, le courant sera uniquement à travers la capacité. Un peu plus tard, le courant commencera à s'écouler à travers la résistance E et atteindra une certaine valeur de ciste puis déclinera tandis que la tension à travers CW accumulera La tension apparaissant à travers Ro sera la somme de ces deux courants. Cet effet est illustré par la forme d'onde de la figure 3 qui montre une onde carrée hypothétique d'entrée 32 ayant des temps définis de montée et de descente. Le courant à travers CL est illustré par la forme d'onde 33, tandis que le courant à travers RL est montré par la forme dronde 34. Le courant à travers Rg, qui est la somme de ces deux courants, est indiqué par la forme dlonde 35. On peut voir que si l'on peut rendre dv/dt suffisamment élevé, la valeur de crête 1p du courant à travers-RO sera déterminée par les capacités CL et CW uniquement. Par conséquent, Ip ne sera fonction que du niveau du liquide 31 dans le réservoir 11. La composante capacitive du liquide adhérant aux parois du réservoir 1 1 sera extremement faible en comparaison avec la capacité de la masse du liquide 31 et provoquera une erreur peu importante. De même,la partie du courant dûe à E produira une erreur peu importante. L'analyse qui précède ntest vraie que si R est faible o en comparaison avec la réactance capacitive des condensateurs Cw et CL en série. La tension à travers Ro réfléchira alors avec précision la somme des courants à travers le réseau illustré sur la figure 2A. Si Ro est très importante, la forme d'onde de tension d'entrée apparattra à travers elle et le circuit ne fonctionnera pas. En d'autres termes, la tension à travers Ro doit strie proportionnelle à dv/dt, c'est-à-dire que le circuit doit entre un différenciateur. On a établi empiriquement que si Ro était suffisamment petite, de l'ordre de 20 à 30 ohms pour des réservoirs utilisés dans des véhicules de détente, la réponse de lecture était essentiellement instantanée. Si Ro est essentiellement plus grande que cela -, il faut de lot temps de réponse. Il sera évident àceuxqui sont compétents enla matière qu'il y a de nombreux circuits procurant la dérivée d'un signal d'entrée. Tous ces circuits peuvent entre misés selon la présente invention, dont l'essence est de ne mesurer que la composante capacitive du courant du signal, en éliminant sa composante résistive. Si cela est fait, on peut obtenir une lecture instantanéedu niveau du liquide dans un réservoir non métallique contenant des déchets humains, en utilisant des plaques ou armatures conductrices montées extérieurement. De plus, et selon la présente invention, en montant simplement deux électrodes parallèles sur la surface externe du réservoir 11, avec une orientation généralement verticale de façon que, quand le liquide 31 monte dans le réservoir 11, une zone croissante des plaques 12 et 13 sont adjacentes au liquide 11, on peut dériver une sortie précise et linéaire indiquant le niveau du liquide 31 dans le réservoir 11. Par ailleurs, comme le signal obtenu des plaques 12 et 13 est proportionnel à leurs zones couvertes par le liquide 31, des réservoirs de forme irrégulière peuvent titre lus avec précision et linéairement en configurant les tampons 12 et 13 pour que les zones couvertes correspondent au volume du liquide. Cela est extrêmement facile à réaliser car les tampons 12 et 13 peuvent être faits en une feuille d'aluminium, facile à découper avec un couteau ou des ciseaux bien aiguisés. De plus également les tampons 12 et 13 peuvent entre rendus insensibles à lançon dont le niveau est placé dans le réservoir 11. Pour des plaques 12 et 13 montées à une extrémité ou dans un coin, la lecture de l'appareil demesure 20 peut varier considérablement quand on bascule le réservoir 11. En plaçant des plaques aux quatre coins du réservoir 11, deux étant connectées à l'oscillateur 14 et deux étant connectées à l'amplificateur 16, cette situation est corrigée car la quantité non couverte dtune plaque sera compensée par le recouvrement correspondant d'une autre. De même, on peut placer les plaques des deux cotés dumilieu du réservoir 11. Quand le réservoir Il est basculé dans une direction, une plaque est découverte tandis que l'autre est couverte. Dans l'autre direction, le niveau reste constant. On peut par conséquent voir que selon la présente invention, on obtient un moyen de mesure pour déterminer le niveau du liquide dans des réservoirs, permettant de résoudre les problèmes ci-dessus. Avec un circuit 10, aucun élément ne doit entre introduit à l'intérieur du réservoir 11, ce qui rend le circuit 10 adapté de façon idéale auxréservoimsd'eaux usées, comme ceux que l'on emplok dans des véhicule de détente. Avec le dispositif selon l'invention, le circuit 10 peut être monté en un point central afin de pouvoir titre connecté à plus d1un réservoir 11. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre drexemple, 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. REVENDICATIONS 1. Dispositif pourdéterminerle niveau de liquide dans un réservoir,caractérisé en ce qu'il comprend : deux plaques formant électrodes parallèles fixées à la surface externe dudit réservoir, avec une orientation généralement verticale de façon que, tandis que le liquide monte dans ledit réservoir, une zone croissante desdites plaques soit adjacente audit liquide, ainsi la capacité entre lesdites plaques augmente tandis que le niveau de liquide dans ledit réservoir augmente; un moyen pour produire une tension alternative à une fréquence suffisamment élevée pour que la partie capacitive du courant entre lesdites électrodes soit importante en comparaison de la partie résistive ; un moyen pour coupler ladite tension alternative à l'une desdites électrodes ; un moyen d'amplification ayant une entrée et une sortie ; un moyen pour coupler l'autre desdites électrodes à ladite entrée dudit moyen d'amplification ; et un moyen d'indication opérativement couplé à la sortie dudit moyen d'amplification pour donner une indication du niveau de liquide dans ledit réservoir. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension alternative précitée est une onde sinusoIdale à haute fréquence. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la tension alternative précitée est un signal impulsionnel. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tension alternative précitée est un créneau. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tension alternative précitée est une onde rectangulaire. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les formes des plaques précitées sont telles que les zones couvertes tandis que le niveau du liquide augmente dans le réservoir précité, soient directement proportionnelles au volume du liquide dans ledit réservoir. 7 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque plaque précitée de la paire de plaques comprend deux plaques fixées à des surfaces externes opposées du réservoir précité et électriquement interconnectéese