Brevet FR2516235A1 — publié le 19830513

-1- DISPOSITIF CAPACITIF DE JAUGEAGE DE LIQUIDE La présente invention concerne un dispositif capacitif de jaugeage de liquide du genre comportant une sonde disposée dans un réservoir de li- quide, la sonde ayant une première et une seconde électrode séparées l'une de l'autre par un espace rempli de liquide, à une hauteur corres- pondant à la hauteur du liquide dans le réservoir, et un détecteur qui reçoit un signal de sortie de la sonde et qui fournit un signal de sor- tie représentatif de la hauteur du liquide. Cette invention concerne plus particulièrement, mais pas exclusivement, des dispositifs de jaugeage du contenu d'un réservoir de carburant d'a- vion. Les sondes capacitives de jaugeage utilisées dans les réservoirs de car- burant des avions comportent généralement une électrode extérieure tubu- laire, à l'intérieur de laquelle est placée coaxialement une électrode intérieure en forme de baguette La sonde est montée verticalement dans le réservoir et est ouverte pour permettre au carburant de pénétrer dans l'espace situé entre les électrodes,à la même hauteur que celle du car- burant dans le réservoir Toute variation de la hauteur de carburant dans la sonde, en fonction d'une variation de la quantité de carburant dans le réservoir, entraîne une variation correspondante de la capacité entre les deux électrodes. On effectue une mesure de la constante diélectrique du carburant, afin que la masse de carburant soit déterminée indépendamment des variations de la constante diélectrique dues à des changements de température ou à l'emploi de différents carburants D'ordinaire, la constante diélectri- que est déterminée au moyen d'une cellule capacitive mesurant la permitti- vité K du fluide, montée à l'extrémité inférieure de la sonde de façon à être toujours immergée dans le carburant. Dans un cas idéal, la capacité de la sonde est une fonction linéaire de la hauteur du carburant dans le réservoir Cependant, en pratique, le carburant dans le réservoir n'a pas des propriétés identiques à diffé- rentes profondeurs Un cas typique est celui d'un gradient de tempéra- 16235 ture dans le carburant, qui provoque une variation de constante diélec- trique avec la profondeur L'emploi d'une seulecellule capacitive installée au fond du réservoir, ne permettra donc pas de compenser les variations de la constante diélectrique dans l'ensemble du carburant. Sans utilisation d'une cellule capacitive, la sonde effectuela mesure sur toute la hauteur Par conséquent, les stratifications dans le carburant tendent à être masquées et la réponse de la sonde est fonction de la constante diélectrique moyenne du carburant Il en résulte que la ré- ponse de la sonde est une fonction non linéaire de la quantité de carbu- rant. Pour tenter de rendre cette réponse plus linéaire, c'est-à-dire pour réaliser une compensation sur toute la hauteur, l'art antérieur consis- tait à monter un condensateur additionnel en série avec la sonde. Cependant ceci présente différents inconvénients. Premièrement, les condensateurs à faible coefficient de température sont coûteux Deuxièmement, on ne dispose couramment de condensateurs que pour un nombre restreint de valeurs différentes En outre, les con- densateurs ont l'inconvénient de provoquer une forte atténuation du si- gnal de sortie de la sonde. Par conséquent, un des buts de la présente invention est de fournir un dispositif capacitif de jaugeage de liquide propre à remédier aux in- convénients susmentionnés. Le premier aspect de la présente invention est un dispositif capacitif de jaugeage de liquide tel que décrit plus haut, caractérisé en ce que le dispositif comprend une résistance montée en série entre l'une des'é- lectrodes de la sonde et le détecteur, la valeur de la résistance étant choisie de manière à donner une réponse sensiblement linéaire de la son- de et étant d'au moins 0,1 fois la réactance de la sonde. La résistance peut être montée dans le réservoir entre les électrodes de la sonde approximativement à mi-longueur de la sonde La valeur de la ré- sistance peut être approximativement égale à 0,3595 fois la réactance de la sonde Le système peut comporter un détecteur sensible à la phase 16235 -3- reliée à la résistance, et un circuit de déphasage monté de façon à recevoir le signal d'alimentation envoyé vers la sonde, et produire un signal de sortie dont la phase est décalée de 900, agissant ainsi sur le détecteur sensible à la phase en phase avec le signal de sortie de la sonde En utilisant un détecteur sensible à la phase, la valeur de la résistance peut être approximativement égale à 0,2178 fois la réactance de la sonde. La présente invention sera mieux comprise par la description d'un dis- positif de jaugeage de carburant pour un avion, à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une représentation schématique du dispositifs La figure 2 est un schéma d'une modification du dispositif de la figure 1. Le dispositif de jaugeage de carburant possède une sonde 1 disposée verticalement dans un réservoir 2 de carburant d'un avion La sonde 1 reçoit un signal d'attaque issu d'un oscillateur d'alimentation 3, et délivre un signal de sortie à un détecteur 4 qui à son tour délivre un signal de sortie à un indicateur 5. La sonde 1 comporte une électrode extérieure 10 tubulaire qui est ouver- te à son extrémité inférieure, et une électrode il coaxiale en forme de baguette Les deux électrodes îa et li sont séparées l'une de l'au- tre par un espace annulaire qui est rempli par le carburant 12 à la mê- me hauteur que le carburant situé à l'extérieur de la sonde La sonde peut être adaptée à la forme du réservoir 2 pour obtenir une relation linéaire entre la capacité et le volume de carburant en donnant à l'é- lectrode intérieuoell une forme adéquate, telle qu'un diamètre variant sur la longueur. L'électrode extérieure 11 est reliée à l'oscillateur 3 par un conducteur blindé 13 L'oscillateur 3 peut être du genre décrit dans la demande britannique No 81 25531 et il peut, à cet égard, produire un signal al- ternatif dans lequel le produit de la tension et de la fréquence est 4 maintenu constant D'autres formes d'oscillateurs peuvent également être utilisés. La connection électrique de l'électrode intérieure il est réalisée appro- ximativement au milieu de sa longueur, à travers une ouverture 14 dans l'électrode extérieure 10 Une résistance 20 à faible coefficient de température se trouve connectée à l'électrode intérieure 11, en dedans de l'électrode extérieure La résistance 20 est montée en série avec l'électrode intérieure 11, entre l'électrode et le détecteur 4. Le détecteur 4 reçoit le signal de sortie alternatif de la sonde 1 et il est agencé pour en tirer une mesure de la capacité de la sonde, me- sure transmise par un signal sur le conducteur 40 vers l'indicateur 5, qui donne une représentation de la masse de carburant dans le réservoir 2. Le détecteur 4 peut être tel que décrit dans la demande de brevet britan- nique no 81 25531. La densité p du carburant est donnée par l'expression p ( (K-1)/( 1 + O 4 K) ( 1) o K est la constante diélectrique du carburant. La masse de carburant est donc donnée par l'expression: O = V(K-l)/( 1 + O 4 K) ( 2) dans laquelle g est proportionnel à la masse de carburant cherchée et V est le volume de carburant. En différenciant l'expression ( 2) et en multipliant par (K-l)/O, on ob- tient: dg x K-1 = 1 0 4 (K-) ( 3) d K O 1 + 0 4 K Si l'on donne à K une valeur moyenne de 2,1, on obtient: dg x K-1 = 0,7609 ( 4) d K g Si l'on prend la réactance de la sonde dans l'air comme unité et que cel- le de la résistance 20 vaut R, alors: = V 1 1 -( 5) 2 2 1-2) -. qui, lorsqu'on différencie, donne: dg K-1 K-1 -dx - K 3 x 'i-(l/KZ+R 2 (K 2-i 2 ( 6) En égalant cette expression avec l'expression ( 4) et en remplacant K par 2 1, l'on obtient: R = 0 3595 La valeur choisie pour la résistance 20 est par conséquent fonction de la réactance de la-sonde Pour une sonde ayant une capacité à vi- de 20 p F cela donne une résistance 20 d'environ 0 25 MQ à une fréquen- ce de 30 k Kz Pour une sonde ayant une capacité à plein de 200 p F la résistance est d'environ 2 5 MQ à une fréquence de 30 k Hz. La figure 2 représente une variante du dispositif précédent, avec un circuit de déphasage à 900 Ici le signal de sortie de la résistance est envoyé à un détecteur sensible à la phase 21 Un circuit de déphasage 22 reçoit un échantillon du signal de l'oscillateur et pro- duit sur la ligne 23 un signal de sortie déphasé de 90 par rapport au signal d'entrée Le signal envoyé sur la ligne 23 est donc en pha- se avec le signal de sortie de la sonde 1 Il est utilisé pour comman- der le détecteur sensible à la phase 21. Avec ce circuit de déphasage, pour un réservoir plein: @ = V( K/ ( 1 +(KR) 2) 1/(l+R 2)) En différenciant cette expression et en la multipliant par (K-)/, l'on obtient: dg K-1 / 1 2 K 2 R 2 l K-i ( 8) d K x ( K 1 +R)-K 1 (RK)Z (+KRZ)K/+(RK) 1/(l+R)2 ( 8) En égalant à 0 7609, selon l'expression ( 4) et em remplacant K par 2 1, l'on obtient R = O 2178 fois la réactance de la sonde. Ainsi d'une manière générale, la valeur de la résistance montée en sé- rie est en rapport direct avec la réactance de la sonde, ce rapport étant entre 0 2178 et 0 3595 pour les exemples donnés ci-dessus En pratique, pour réaliser une compensation sur toute la hauteur, la ré- 36 sistance vaut au moins 0 1 fois la réactance de la sonde. 16235 -6- Il est donc établi que, avec les valeurs de la résistance 20 données ci-dessus, le signal représentatif de la masse de carburant sera sen- siblement linéaire, ceci sans nécessiter l'emploi d'un condensateur en série. La résistance en série 20 peut être réalisée par plusieurs éléments résistants séparés constituant un diviseur de courant ou de tension. On peut ainsi effectuer un calibrage de la sonde. Il importe de relever que l'invention ne s'applique pas uniquement au jaugeage de carburant mais également à d'autres dispositifs de 12 jaugeage de liquides. -7 - Revendications 1 Dispositif capacitif de jaugeage de liquide comportant une sonde disposée dans un réservoir de liquide, la sonde ayant une première et une seconde électrode séparées l'une de l'autre par un espace rem- pli de liquide à une hauteur correspondant à la hauteur du liquide dans le réservoir, et un détecteur qui reçoit un signal de sortie de la sonde et qui fournit un signal de sortie représentatif de la hau- teur du liquide, caractérisé en ce que le dispositif comprend une ré- sistance ( 20) montée enr série entre l'une-des électrodes ( 11) de la sonde et le détecteur ( 4), la valeur de la résistance ( 20) étant choi sie de manière à donner une réponse sensiblement linéaire de la sonde ( 1) et étant d'au moins 0 1 fois la réactance de la sonde. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ré- sistance ( 20) est montée l'intérieur du réservoir ( 2). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résis- tance ( 20) est montée entre les électrodes de la sonde ( 1). 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résistance ( 20) est montée sensiblement au milieu de la longueur de la sonde. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sonde ( 1) possède une électrode extérieure ( 10) tubulaire et une électrode intérieure ( 11) disposée axialement dans l'électrode extérieure. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé ence que la valeur de la résistance ( 20) est approxima- tivement 0 3595 fois la réactance de la sonde ( 1). 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, carac- térisé en ce que le dispositif comprend un détecteur ( 21) sensible à la phase relié à la résistance ( 20), et un circuit de déphasage ( 22) qui est agencé de manière à recevoir les signaux d'entrée de la son- de ( 1) et à fournir un signal de sortie déphasé de 900 qui agit sur le détecteur sensible à la phase, en phase avec le signal de sortie 38 de la sonde ( 1). -'8 - 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la va- leur de la résistance ( 20) est approximativement de 0 2178 fois la 3 réactance de la sonde. a land k ITHA D': Bfeve d"vnin auc' MULMOO 9 w I ( 1