Brevet FR2524141A1 — publié le 19830930

- DISPOSITIF DE JAUGEAGE DE LIQUIDE La présente invention concerne un dispositif de jaugeage de liquide du type comprenant un capteur capacitif destiné à être immergé dans un li- quide, une alimentation électrique délivrant un signal électrique alter- natif au capteur, lequel fournit un signal de sortie dépendant de la quantité de liquide, et un module de mesure monté pour recevoir le si- gnal de sortie du capteur, ledit capteur comportant un élément capaci- tif et au moins un montage à courant unidirectionnel raccordé à la sor- tie de l'élément capacitif. Dans les dispositifs capacitifs de jaugeage de liquide, le niveau de li- quide dans un réservoir est déterminé en mesurant les variations de la valeur d'un élément capacitif placé dans le réservoir L'élément capaci- tif comporte deux plaques, séparées par un vide qui se remplit ou se vide avec les variations de niveau du liquide, ce qui modifie sa capa- cité L'élément capacitif reçoit un signal électrique alternatif et sa sortie est envoyée, après redressement, à un circuit de mesure adéquat. Les diodes utilisées pour redresser le signal de sortie de l'élément capacitif sont immergées dans le liquide et sont soumises aux varia- tions de température du liquide En général, le coefficient de tempé- rature de ces diodes est d'environ -2 m V/o C Comme la chute de tension à travers les diodes affecte le signal de sortie du capteur capacitif, il est en général nécessaire de compenser ce phénomène On peut effec- tuer la compensation en utilisant un capteur de température monté à proximité des diodes et en connaissant le coefficient de température des diodes. Cette méthode de compensation présente le désavantage d'exiger l'emploi de composants additionnels, ce qui accroit la complexité et réduit la fiabilité. Par conséquent, l'un des buts de la présente invention est de fournir un dispositif de jaugeage de liquide susceptible de remédier aux incon- vénients des dispositifs antérieurs. La présente invention concerne donc un dispositif de jaugeage de liqui- de du type mentionné ci-dessus, caractérisé en ce que l'alimentation permet de commuter ledit signal délivré au capteur entre une première et une seconde valeur, toutes deux prédéterminées, et en ce que l'élé- ment de mesure est agencé pour donner une mesure de la tension à travers le montage à courant unidirectionnel à partir des signaux respectifs de sortie du capteur quand le signal d'alimentation prend successivement sa première et sa seconde valeur. De cette façon, on évite l'emploi de composants additionnels dans le capteur capacitif, ainsi que de connexions supplémentaires sur ce cap- teur. L'alimentation peut comporter un transformateur, le signal électrique alternatif fourni au capteur étant pris en dérivation sur les enroule- ments secondaires du transformateur, et l'alimentation comportant un commutateur qui commute la connexion du capteur entre deux dérivations différentes de l'enroulement secondaire pour changer la tension d'en- trée de la sonde entre les deux valeurs prédéterminées La tension à l'une des dérivations peut être sensiblement égale à la moitié de la tension à l'autre dérivation La commutation de l'alimentation entre la première et la seconde des valeurs prédéterminées peut être commandée par le module de mesure L'alimentation peut être agencée pour mainte- nir sensiblement constant le produit de la tension de sortie Vp par la fréquence f, pour chacune des deux valeurs prédéterminées Le module de mesure peut comporter une mémoire agencée pour conserver une mesure de la valeur du signal de sortie du capteur quand ledit capteur est ali- menté par un signal de l'une des deux valeurs prédéterminées. La présente invention sera mieux comprise par la description d'un exem- ple de réalisation d'un dispositif de jaugeage de carburant pour un avion, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels La figure 1 représente un schéma du dispositif, et La figure 2 montre le fonctionnement d'une partie du dispositif. -3- Selon la fig 1, le dispositif de jaugeage de carburant comprend un capteur capacitif 1, un module pilote 2 qui délivre un signal alterna- tif au capteur 1 et un module de mesure 3 qui délivre une tension de sortie continue à un indicateur 4 en fonction du signal de sortie du capteur 1. Le capteur 1 est monté dans un réservoir de carburant d'avion et com- porte un élément capacitif 6 qui est disposé de façon à plonger dans tout carburant 10 se trouvant dans le réservoir L'élément capacitif 6 peut être de forme connue et comporter, par exemple, des plaques paral- lèles ou des tubes concentriques séparés l'un de l'autre par un espace qui se remplit de carburant à un niveau dépendant du niveau du carbu- rant dans le réservoir 5 Quand le niveau du carburant varie, la valeur de la capacité varie en conséquence et permet de fournir une mesure du niveau du carburant. Le capteur 1 comporte en outre deux diodes identiques 7 et 8, la diode 7 ayant son anode connectée à une plaque de l'élément capacitif 6 et sa cathode connectée à la terre, et l'autre diode 8 ayant sa cathode con- nectée à la même plaque de l'élément capacitif et son anode connectée au module de mesure 3 par le conducteur 11 L'autre plaque de l'élément capacitif 6 est connectée au module pilote 2 par le conducteur 9. Le module pilote 2 comprend une alimentation de tension 20 et un con- vertisseur 21 L'alimentation 20 peut être du type décrit dans la de- mande de brevet GB 2 034 051 A, dans laquelle le produit de la tension de sortie et de la fréquence est maintenu constant L'alimentation 20 comporte un oscillateur sinusoïdal 22 délivrant une tension de sortie d'amplitude de crête Vp et commandée par la valeur d'une tension d'en- trée continue VI transmise par le conducteur 23 Le signal de sortie de l'oscillateur 22 est introduit dans un circuit pompe 24 à diodes, qui délivre une tension de sortie continue VDP proportionnelle au produit de la tension de crête Vp du signal d'entrée et de sa fréquence f Le circuit pompe 24 à diodes comprend un condensateur de référence 25 et deux diodes 26 et 27 identiques aux diodes 7 et 8 du capteur 1 La pre- mière diode 26 a son anode connectée à l'une des plaques du condensa- teur 25 et sa cathode connectée à la terre; la seconde diode 27 a sa cathode connectée à la même plaque du cond Lnsa eur 25 et son anode con- nectée à l'entrée négative d'un convertisseur courant-tension 28 Le convertisseur 28 a une résistance de réaction 29 et un condensateur 30 montés en parallèle avec lui Son entrée positive est reliée à la ter- re La tension de sortie VDP du circuit pompe 24 à diodes est donnée par l'expression: VDP = 2 (VP-VD)f CRRR (I) dans laquelle CR est la capacité du condensateur de référence 25 et RR est la résistance de réaction 29. La tension de sortie VDP est transmise par le conducteur 31 à l'une des entrées d'un comparateur de tension 32, dont l'autre entrée est alimen- tée par une tension de référence VR Le comparateur de tension 32 déli- vre la tension d'entrée VI à l'oscillateur 22 et fonctionne de manière à maintenir égales les valeurs de ces deux entrées, c'est-à-dire V Dp et VR Quand la valeur de V Dp tombe en-dessous de celle de VR, la sortie VI èst augmentée en conséquence, ce qui accroît la tension Vp à la sor- tie de l'oscillateur 22, augmentant ainsi la valeur de V Dp jusqu'à ce qu'elle devienne égale à VR On peut en déduire que, puisque V Dp est proportionnelle à f et à la valeur de (Vp-VD), toute modification de la valeur de Vp ou de f, causée par exemple par des fluctuations de tempé rature dans l'oscillateur 22, provoquera une modification correspon- dante de la valeur de V Dp et que toute modification de ce genre sera compensée par l'ajustement de la valeur de Vp Le produit tension-fré- quence (Vp-VD)f sera par conséquent maintenu constant Il convient de relever que l'alimentation 20 peut être réalisée sous des formes diffé- rentes. La tension Vp est transmise au convertisseur 21 qui comprend un trans- formateur 210 La tension Vp est appliquée aux enroulements primaires du transformateur 210, tandis que la tension V 5 des enroulements secon- daires est appliquée au conducteur 9 Le convertisseur 21 comprend aussi un commutateur 211 qui permet de commuter le conducteur 9 sur une déri- vation de l'enroulement secondaire, de façon à ce que la tension appli- quée au conducteur 9 soit réduite d'un facteur X Le commutateur 211 est commandé par des signaux issus du module de mesure 3 par le conduc- teur 310. -5- Le module de mesure 3 comporte un processeur 300 dont le fonctionnement est représenté schématiquement sur la fig 2 Quand le commutateur 211 est dans sa position normale avec le conducteur 9 connecté sur l'enrou- lement secondaire complet, la tension VS, appliquée au capteur capaci- tif 1, produit, sur le conducteur 11, un courant de sortie Il qui est transmis au processeur 300 Le courant Il est donné par l'expression il = f C 2 (V 5-VD) (II) dans laquelle VD est la chute de tension à travers la diode 8. Quand le commutateur 211 branche le conducteur 9 sur la dérivation à tension réduite du transformateur 210, la tension appliquée au capteur 1 est alors réduite à V 5/X Le courant I 2, transmis au processeur 300, est alors donné par: I 2 = FC 2 ( VD) (III) On peut tirer des expressions (II) et (III) VD = (îVs I 2 VS /(I-I 2) (IV) Ainsi, si la tension d'alimentation Vs et le facteur X sont connus, on peut calculer la chute de tension VD à travers la diode à partir des deux valeurs de courant Il et I 2. La fig 2 montre que le calcul de VD s'effectue par le bloc 301 à par- tir des valeurs instantanées de Il transmises par le conducteur 11 et de la valeur I 2 stockée dans la mémoire 302 La valeur de VS est trans- mise au bloc 301 par le conducteur 9 ' Le bloc 301 commande en outre le commutateur 211 par des signaux sur le conducteur 310. La capacité de l'élément 6 est calculée en utilisant la valeur de VD ti- rée de l'expression Il transformée en C = il (V) 2 f(VS-VD) La fig 2 montre que ce calcul est accompli par le bloc 303 La hauteur. h de liquide dans le réservoir 5 peut être déterminée à partir de la ca- pacité C en connaissant comment varie la capacité le long de la sonde. Dans la fig 2, ceci s'exécute dans le bloc 304. L'élément capacitif 6 peut être représentatif de la forme du réservoir , c'est-à-dire avoir une capacité variable sur sa longueur (grâce à des plaques dont la surface ou l'espacement varient), de façon à être fonction linéaire du volume du réservoir En variante, le processeur peut renfermer, en 305, un modèle du réservoir permettant le calcul du volume pour n'importe quel niveau Le processeur 300 peut aussi être conçu pour délivrer des signaux de sortie correspondant à la masse de liquide dans le réservoir plutôt que son volume, si la densité du li- quide est connue. On sait que la densité O peut être tirée de l'expression approchante D 40 dans laquelle K est la permittivité. Il est possible d'obtenir une mesure de la température T du carburant à partir de la valeur connue de la chute de tension VD à travers la diode 8, puisque le coefficient de température de 'La diode est connu. Pour ce faire, la fig 2 montre le bloc 306 qui reçoit, du bloc 301, le signal représentatif de VD. La fréquence avec laquelle il faut déterminer la valeur V O varie avec l'application spécifique du dispositif de jaugeage de liquide Si la température du liquide varie fréquemment, la valeur de V O devra être dé- terminée plus souvent Dans le cas type, pour un dispositif de jaugeage de carburant d'avion, il suffira de déterminer VD une fois par minute. Dans ce cas, le commutateur 211 maintiendra le conducteur 9 la plupart du temps en connexion sur l'enroulement secondaire complet du trans- formateur 210, et il commutera occasionnellement sur la dérivation à tension réduite En fait, la valeur du facteur X de réduction de la ten- sion importe peu, pourvu qu'elle soit connue avec précision Par commo- dité, la dérivation peut être prise à mi-longueur de l'enroulement se- condaire, de sorte que la tension soit réduite de moitié (X= 2) Le con- vertisseur 21 ne comporte pas obligatoirement un transformateur; celui- ci pourrait être remplacé par un diviseur ou un autre circuit électroni- que de réduction. 7 - L'application de l'invention n'est pas limitée au jaugeage de carburant d'avion; elle s'étend à d'autres dispositifs de jaugeage de liquide du genre à sortie redressée. Revendications 1 Dispositif de jaugeage de liquide, comprenant un capteur capacitif destiné à être immergé dans un liquide, une alimentation électrique dé- livrant un signal électrique alternatif au capteur, lequel fournit un signal de sortie dépendant de la quantité de liquide, et un module de mesure monté pour recevoir le signal de sortie de capteur, ledit cap- teur comportant un élément capacitif et au moins un montage à courant unidirectionnel raccordé à la sortie de l'élément capacitif, caracté- risé en ce que l'alimentation ( 2) permet de commuter ledit signal déli- vré au capteur ( 1) entre une première et une seconde valeur, toutes deux prédéterminées, et en ce que l'élément de mesure ( 3) est agencé pour donner une mesure de la tension à travers le montage à courant unidirectionnel ( 8) à partir des signaux respectifs de sortie du cap- teur ( 1) quant le signal d'alimentation prend successivement sa premiè- re et sa seconde valeur. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit à courant unidirectionnel est une diode ( 8). 3 Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'alimentation ( 2) comporte un transformateur ( 210), en ce que le signalé- lectrique alternatif fourni au capteur ( 1) est pris en dérivation sur les enroulements secondaires du transformateur, et en ce que l'alimentation ( 2) comporte un commutateur ( 211) qui commute la connexion du capteur ( 1) entre deux dérivations différentes de l'enroulement secondaire pour changer la tension d'entrée de la sonde entre deux valves prédétermi- nées. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la ten- sion, à l'une des dérivations du transformateur, est sensiblement égale à la moitié de la tension à l'autre dérivation. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la commutation de l'alimentation ( 2), entre la première et la seconde des valeurs prédéterminées, est commandée par le module de mesure ( 3). -9- 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alimentation ( 2) est agencée pour maintenir sensiblement constant le produit de la tension de sortie VD par la fré- quence f pour chacune des deux valeurs prédéterminées. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de mesure ( 3) comporte une mémoire ( 302) agencée pour conserver une mesure de la valeur du signal de sor- tie du capteur ( 1) quand ledit capteur est alimenté par un signal de l'une des deux valeurs prédéterminées.