Brevet FR2524667A1 — publié le 19831007

' 2524667 L'invention se rapporte à un commutateur de limite de niveau de remplissage pour denrées de remplis- sage électriquement conductrices, comprenant une sonde placée à la hauteur du niveau à constater, laquelle com- porte une électrode détectrice qui vient en contact électrique avec la denrée de remplissage quand celle-ci atteint le niveau à constater, ainsi qu'une électrode de masse qui est en contact avec la denrée de remplis- sage au moins quand celle-ci a atteint le niveau à cons- tater, un dispositif appliquant une tension alternative aux électrodes, et un circuit de traitement, relié à l'électrode détectrice et à l'électrode de masse, et qui réagit aux modifications du signal électrique. Dans des commutateurs de limite de niveau de ce genre, la denrée de remplissage, dès qu'elle entre en contact avec l'électrode détectrice, forme une con- ductance électrique entre l'électrode détectrice et l'électrode de masse, de sorte qu'un courant s'écoule en raison de la tension alternative appliquée Le cir- cuit de traitement réagit, soit au courant, soit à la chute de tension causée par le courant, et il indique par là que le niveau à constater est atteint. Quand des commutateurs de limite de niveau de ce genre sont employés pour des denrées de remplissage qui ont tendance à former des dépôts, on risque des indications erronées De telles sortes de denrées sont constituées par exemple par des jus de fruits, des con- fitures, de la moutarde et autres milieux pateux ou collants Après que la sonde a été recouverte à plu- sieurs reprises par une telle denrée, il se forme sur la sonde un dépôt qui a sensiblement la même conducti- bilité que la denrée C'est pourquoi le dépôt forme, même quand le niveau n'a pas atteint la hauteur de la sonde, une liaison conductrice entre l'électrode détec- trice et l'électrode de masse Par suite du passage du courant à travers cette liaison conductrice, le circuit de traitement indique aussi que le niveau à constater est atteint, alors que la sonde ne plonge pas dans la denrée. La conductibilité spécifique des denrées, pour lesquelles on utilise de tels commutateurs de limite de niveau varie dans une large mesure et peut aussi, pour la même denrée, subir d'importantes varia- tions au cours du temps Par conséquent, les valeurs du courant alternatif s'écoulant entre l'électrode détec- trice et l'électrode de masse varient de façon corres- pondante Le circuit de traitement indique que le niveau à constater est atteint quand ce courant dépasse une valeur de seuil prédéterminée Le seuil auquel répond le circuit de traitement doit donc être réglé chaque fois selon la conductibilité de la denrée et l'on encourt de fausses indications si la conductibilité de la denrée de remplissage varie. L'invention a pour but de réaliser un commuta- teur de limite de niveau pour des milieux électriquement conducteurs, qui soit largement insensible aux formations de dépôt sur la sonde et qui puisse être exploité dans une large plage de conductibilité de la denrée de rem- plissage sans qu'un tarage soit nécessaire. Suivant l'invention, le commutateur de limite de niveau est caractérisé en ce qu'une électrode inter- médiaire est disposée entre l'électrode détectrice et l'électrode de masse, et en ce que la tension alterna- tive est appliquée entre l'électrode de masse et l'électrode intermédiaire. Lorsque, dans le cas d'un commutateur de limite de niveau selon l'invention, la sonde est recou- verte par la denrée de remplissage, l'électrode détec- trice forme la prise d'un diviseur de tension dont les branches résistantes sont constituées par'la denrée de remplissage qui shunte d'une part l'intervalle entre l'électrode détectrice et l'électrode de masse, et d'autre part l'intervalle entre l'électrode détectrice et l'électrode intermédiaire Un dépôt se trouvant sur la sonde entre l'électrode détectrice et l'électrode de masse intervient de la même façon que la denrée de remplissage shuntant cet intervalle On dispose donc sur l'électrode détectrice d'une tension alternative qui, conformément au rapport de division de tension du diviseur de tension, est plus petite que la tension alternative appliquée à l'électrode intermédiaire La denrée de remplissage, qui shunte l'intervalle entre l'électrode intermédiaire et l'électrode de masse, forme une conductance qui est placée en parallèle sur le diviseur de tension et n'influence donc pas la division de tension Il en va de même pour un dépôt qui s'est formé entre l'électrode intermédiaire et l'électrode de masse. f Par contre, si la denrée de remplissage n'atteint pas le niveau déterminé par la hauteur à laquelle est installée la sonde et ne vient donc pas toucher la sonde et ses électrodes, la pleine tension alternative, qui est appliquée à l'électrode intermé- diaire, est transmise à l'électrode détectrice par l'intermédiaire de la conductance du dépôt qui shunte l'intervalle entre l'électrode intermédiaire et l'élec- trode détectrice La partie du dépôt qui shunte l'in- tervalle entre l'électrode intermédiaire et l'électrode de masse n'a pas d'influence sur cette transmission de tension. Le circuit dé traitement mesure donc, entre l'électrode détectrice et l'électrode de masse, la pleine tension alternative quand la sonde n'est pas recouverte par la denrée de remplissage, et une tension alternative nettement plus faible quand la sonde est recouverte Cette différence de tension est un critère sûr et non équivoque pour savoir si le niveau de rem- plissage a atteint ou non la sonde. Etant donné que les deux branches résistantes du diviseur de tension sont formées par la denrée de remplissage ou par le dépôt de ladite denrée, les varia- tions dé conductibilité de celle-ci interviennent de la même façon sur les deux branches de résistance Le rap- port de division de tension du diviseur de tension demeure donc en principe constant et indépendant des variations de conductibilité L'interrupteur de limite de niveau peut donc être utilisé pour des denrées de diverses natures ou pour des denrées de conductibilité fluctuante sans qu'une modification de tarage soit nécessaire. Une formation de dépôt sur la sonde est prati- quement sans influence sur le fonctionnement du commuta- teur de limite de niveau En raison de l'insensibilité au dépôt, on peut employer des sondes de dimensions beaucoup plus petites que celles des indicateurs de conductibilité usuels De plus, les sondes peuvent pren- dre des formes très variées. De préférence, l'électrode détectrice et l'é- lectrode intermédiaire sont reliées entre elles par une résistance. Lorsque le réservoir pour la denrée de rem- plissage est métallique, l'électrode de masse peut être constituée par la paroi du réservoir. Selon un mode de réalisation, la sonde est en forme de tige, tandis que l'électrode détectrice et l'électrode intermédiaire sont disposées à distance l'une de l'autre relativement à la direction longitudi- nale de la tige de sonde. Selon un autre mode de réalisation, l'électrode intermédiaire est de forme annulaire et disposée concentriquement à l'électrode détectrice. D'autres particularités et avantages de l'in- vention résulteront encore de la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exem- ples non limitatifs: la figure 1 est une vue schématique d'un réservoir muni d'un commutateur de limite de niveau selon l'invention et contenant une denrée électriquement conductrice; la figure 2 est une représentation simpli- fiée explicitant les fonctions du commutateur de limite de niveau de remplissage quand la sonde ne plonge pas dans la denrée de remplissage; la figure 3 est le schéma équivalent de l'état représenté à la figure 2; la figure 4 est une représentation simpli- fiée, explicitant le fonctionnement du commutateur de limite de niveau de remplissage quand la sonde plonge dans la denrée de remplissage; la figure 5 est le schéma équivalent de l'état représenté à la figure 4; la figure 6 est une vue de face d'un autre mode de réalisation de la sonde; et la figure 7 est une vue en coupe de la sonde de la figure 6. La figure 1 montre très schématiquement un réservoir 1 dont la paroi 2 est en métal Le réservoir 1 contient une denrée de remplissage 3 électriquement conductrice Une sonde 4 en forme de tige est fixée à une hauteur h au-dessus du fond du réservoir 1 La sonde 4 est constituée d'une tige de sonde 5 qui est fixée de façon telle à une tête filetée 6 vissée dans une ouverture de la paroi 2 du réservoir, qu'elle fait saillie horizontalement dans l'intérieur du réservoir 1. Une électrode détectrice 7 est installée à l'extrémité libre de la tige de sonde 5 Une électrode intermé- diaire 8 est installée entre l'électrode détectrice 7 et la tête filetée 6, vers le milieu de la tige de sonde 5, de façon à être distante aussi bien de l'élec- trode détectrice 7 que de la tête filetée 6 La tête filetée 6 est reliée électriquement à la paroi métalli- que 2 du réservoir avec laquelle elle forme une élec- trode de masse qui est désignée dans son ensemble par la référence 9 Les électrodes 7 et 8 sont isolées entre elles et de l'électrode de masse 9 A cet effet, la tige de sonde 5 peut être faite en matière isolante; au cas o elle est métallique, les électrodes 7 et 8 sont isolées de façon appropriée de la tige de sonde 5. A la figure 1, la sonde 4 est représentée pour la clarté à une échelle agrandie par rapport aux dimen- sions du réservoir 1 De plus, les connexions des élec- trodes ne sont figurées que très schématiquement; en réalité, elles sont amenées aux électrodes à travers la tête filetée 6 et la tige de sonde 5. La sonde 4 sert, en liaison avec des circuits électroniques, à établir si le niveau de remplissage dans le réservoir 1 a atteint ou non la hauteur h Il est prévu dans ce but un générateur de tension alterna- tive 10 qui délivre à ses bornes de sortie 10 a, l Ob une tension alternative de fréquence et amplitude appropriées. La borne 10 a, qui est mise à la masse, est reliée à la tête filetée 6, donc à l'électrode de masse 9 L'élec- trode intermédiaire 8 est raccordée à la borne lob. Ainsi, la tension alternative de sortie du générateur 10 est présente entre l'électrode intermédiaire 8 et l'électrode de masse 9. La tension alternative prélevée à l'électrode détectrice 7 est conduite à l'entrée d'un circuit de traitement 11, qui contient un amplificateur 12 dont une borne d'entrée est reliée à l'électrode détectrice 7, et dont l'autre borne d'entrée est mise à la masse. Ainsi la tension alternative, existant entre l'élec- trode détectrice 7 et l'électrode de masse 9, est appli- quée à l'entrée de l'amplificateur 12. Dans le circuit de traitement 11, l'amplifica- teur est suivi d'un circuit redresseur 13 qui redresse la tension alternative amplifiée par l'amplificateur 12. La tension redressée est amenée à l'entrée d'un circuit de seuil, dont la tension de sortie prend l'une ou l'autre de deux valeurs selon que la tension redressée appliquée à l'entrée se situe au-dessus ou au-dessous d'une tension de seuil réglée Le circuit de seuil 14 peut être formé par exemple d'une bascule de Schmitt. Le signal sortant du circuit de seuil 14 peut être con- duit à un dispositif indicateur 15 de la façon usuelle, lequel indique si le niveau dans le réservoir 1 a atteint ou non la hauteur h; naturellement, on peut si on le désire, déclencher aussi des effets de commuta- tion avec le même signal de sortie. Le mode de fonctionnement du commutateur de limite de niveau de remplissage représenté à la figure 1 va être expliqué à l'aide des figures 2 à 5. La figure 2 montre à nouveau en représentation simplifiée le dispositif de la figure 1 dans l'état de fonctionnement pour le cas o le niveau dans le réser- voir 1 n'a pas atteint la hauteur de la sonde 4 On suppose en outre à la figure 2 que la denrée de remplis- sage a formé un dépôt 17 sur la tige 5 de la sonde. Le dépôt 17 a sensiblement la même conductibilité spécifique que la denrée de remplissage 3, et il éta- blit ainsi une liaison électrique affectée d'une certaine résistance entre l'électrode 7, l'électrode intermédiaire 8 et l'électrode de masse 9 Les résis- tances électriques équivalentes au dépôt 17 sont dessi- nées en traits pointillés à la figure 2 La résistance Ri représente la résistance de la partie du dépôt 17 reliant l'électrode intermédiaire 8 à l'électrode de masse 9, et la résistance R 2 représente la résistance de la partie du dépôt 17 reliant l'électrode détectrice 7 avec l'électrode de masse 8 La résistance R 2 est en parallèle avec la résistance 16 dont la valeur de résistance est désignée par R 16. La figure 3 montre le schéma électrique équi- valent du dispositif dans l'état de la figure 2 La tension alternative UG fournie par le générateur de tension alternative 10 s'applique entre l'électrode intermédiaire 8 et l'électrode de masse 9 L'électrode intermédiaire 8 est, d'une part, reliée à l'électrode de masse 9 à travers la résistance Ri, et d'autre part, reliée à l'électrode détectrice 7 à travers le montage en parallèle des résistances R 2 et R 16. Ainsi, la tension Us prélevée entre l'élec- trode détectrice 7 et l'électrode de masse 9 est égale à la tension alternative UG fournie par le générateur 10. La résistance Ri constitue bien une charge pour le géné- rateur 10, mais elle n'a pas d'influence sur la tension US. La figure 4 montre l'état de fonctionnement o la denrée de remplissage 3 a atteint la hauteur de la sonde 4 La denrée produit maintenant, en supplément du dépôt 17, une liaison conductrice entre les électro- des 7, 8 et 9 La liaison conductrice créée par la denrée entre l'électrode intermédiaire 8 et l'électrode de masse 9 est représentée symboliquement à la figure 4 par la résistance R 3, tandis que la résistance R 4 représente la liaison conductrice créée par la denrée entre l'électrode détectrice 7 et l'électrode intermé- diaire 8. De plus, la denrée de remplissage produit une liaison conductrice entre l'électrode détectrice 7 et toutes les surfaces de la paroi 2 du réservoir qui sont en contact avec la denrée de remplissage Cette liai- son conductrice est représentée symboliquement par la résistance R 5. Le schéma de circuit équivalent correspondant est présenté à la figure 5 Il se distingue d'abord du schéma de la figure 3 en ce que la résistance R 3 est mise en parallèle sur la résistance Ri, et la résistance R 4 est mise en parallèle sur la résistance R 2 Par ce montage en parallèle, il n'y a toutefois que les valeurs efficaces de l'ensemble des résistances qui sont diminuées sans que pour cela le fonctionnement du dispositif en soit fondamentalement modifié. Par contre, la résistance R 5 se trouve mainte- nant en série avec le montage en parallèle des résis- tances R 2, R 4 et R 16, entre les électrodes 8 et 9 de sorte que ces résistances forment un diviseur de ten- sion dont la prise est l'électrode détectrice 7 La tension Us prélevée sur l'électrode détectrice 7 est donc, conformément au rapport de division de tension de ce diviseur de tension, plus petite que la tension UG du générateur de tension. La valeur du seuil du circuit de seuil 14 dans le circuit de traitement il (figure 1) est réglée de façon que la tension continue, obtenue par redresse- ment de la tension de sortie Us, se trouve dans le cas de la figure 3 audessus de cette valeur de seuil, et dans le cas de la figure 5, audessous de la valeur de seuil Le circuit de traitement il peut donc faire clairement la distinction entre les deux états repré- sentés à la figure 2 et à la figure 4, et fournir en sortie un signal sortant qui, dans l'état de fonction- nement de la figure 2 a l'une des valeurs du signal, et qui a l'autre valeur dans l'état de fonctionnement de la figure 4. On doit remarquer que la résistance R 5 a, en comparaison avec les résistances R 2 et R 4, une valeur de résistance relativement petite, car elle représente la section transversale du courant de toute la denrée de remplissage dans le réservoir Le rapport de divi- sion de tension US/UG du diviseur de tension, formé d'une part par les résistances R 2, R 4 et d'autre part par la résistance R 5, est donc bien inférieur à 1/1, de sorte que les valeurs de la tension Us sont claire- ment différentes l'une de l'autre dans les deux états de fonctionnement de la figure 2 et de la figure 4. Le circuit de traitement 11 peut donc distinguer l'une de l'autre ces valeurs de tension avec une bonne marge de sécurité. La résistance 16 a seulement pour but d'assu- rer que dans l'état de fonctionnement de la figure 2, la tension de l'électrode intermédiaire 8 est transmise vers l'électrode détectrice 7, même si aucun dépôt ne s'est encore formé sur la sonde On peut donc choisir une grande valeur pour la résistance R 16 par rapport aux valeurs des résistances R 2 et R 4, de façon que le rapport de division de tension ne soit pas sensiblement affecté par la résistance R 16. Une modification de la conductibilité spécifi- que de la denrée de remplissage 3 dans le réservoir n'a pratiquement aucune influence sur le rapport de division de tension, car elle modifie dans le même rapport les valeurs des résistances R 2, R 4 et R 5 Le fonctionnement du commutateur de limite de niveau demeure donc sensiblement sans altération lors d'une modification de la conductibilité spécifique de la denrée, sans qu'il soit nécessaire de renouveler le tarage de la valeur du seuil dans le circuit de traite- ment 11 Il en va de même pour le cas o le même commu- tateur de limite de niveau est utilisé pour diverses 1 l denrées de conductibilité différentes. On comprendra en outre que même la formation du dépôt 17 sur la sonde 4 n'a pas de répercussion gênante sur le fonctionnement du commutateur de limite de niveau Quand le dépôt 17 n'existe pas, cela signi- fie que les résistances Ri et R 2 sont supprimées La disparition de la résistance Ri a pour seule consé- quence que le générateur 10 de tension alternative est moins chargé Dans le cas des figures 2 et 3, la résistance R 16 assume le rôle de la résistance R 2, et dans le cas de la figure 5, le diviseur de tension est formé par les résistances R 4 et R 5. Il faut noter que la charge alimentée par ce générateur de tension alternative 10 varie beaucoup en fonction de la conductibilité de la denrée de remplis- sage 3 et du niveau dans le réservoir Cependant, le fonctionnement correct du commutateur de limite de niveau suppose que la tension de sortie U G demeure sensiblement constante quelle que soit la charge Le générateur 10 doit donc être conçu avec une résistance interne très faible et pouvant alimenter une charge suffisamment élevée En pratique, il s'est avéré suffi- sant que la tension alternative, fournie par le généra- teur 10 de tension alternative, ait une valeur efficace de 0,4 V environ Avec une valeur globale de la résis- tance de la denrée dans le réservoir d'environ 1 Q, comme cela se présente en pratique, le générateur doit alors fournir un courant de 0,4 A environ. La fréquence de la tension alternative fournie par le générateur 10 peut être choisie dans une large plage Il est parfaitement possible de fonctionner avec la fréquence de 50 Hz du secteur; la tension alter- native peut alors être élaborée à partir de la tension alternative du secteur Mais pour des denrées de remplis- sage ayant une résistance basse, il s'est avéré avantageux de travailler avec des fréquences plus élevées; des fréquences allant jusqu'à 20 k Hz ont pu être employées avec succès. La forme et la position des électrodes des sondes peuvent être très différentes selon chaque cas d'utilisation Le commutateur de limite de niveau n'est aucunement limité à l'emploi de sondes en forme de tiges, comme dans l'exemple précédemment décrit. A titre d'exemple, les figures 6 et 7 représentent une sonde annulaire, o l'électrode intermédiaire 8 ' de forme annulaire encercle concentriquement à distance l'électrode détectrice 7 ', et elle est de son côté entourée à distance par l'électrode de masse 9 ' de forme circulaire Comme le montre la figure 7, l'élec- trode de masse 9 ' peut être constituée d'une plaque métallique 18 en forme d'assiette, qui présente un évidement plat dans lequel est installé un disque 19 en matériau isolant Les électrodes 7 ' et 8 ' sont formées par dépôts métalliques sur le disque 19 Les connexions, non figurées, pour les électrodes 7 ' et 8 ' peuvent être amenées à travers la plaque métallique 18 et le disque 19. Pour obtenir le fonctionnement décrit pour chaque construction choisie de sonde, il est seulement nécessaire que l'électrode intermédiaire, à laquelle est appliquée la tension alternative, soit disposée entre l'électrode détectrice et l'électrode de masse de façon que les intervalles soient shuntés par une éventuelle formation de dépôt. L'utilisation du commutateur de limite de niveau ci-dessus décrit n'est également pas limitée au cas o le réservoir pour la denrée de remplissage est métallique Dans l'application à un réservoir iso- lant, il faut seulement veiller à installer une élec- trode de masse de grandeur suffisante de façon qu'alors elle soit au moins en contact avec la denrée de remplis- sage, en dehors d'une éventuelle formation de dépôt, quand la denrée recouvre la sonde Cela peut être obtenu par exemple avec une plaque métallique posée sur le fond du réservoir, ou par une surface métallique de grandeur suffisante entourant la tête filetée de la sonde. REVENDICATIONS 1 Commutateur de limite de niveau de remplis- sage pour denrées de remplissage électriquement conduc- trices, comprenant une sonde ( 4) placée à la hauteur du niveau à constater, laquelle comporte une électrode détectrice ( 7) qui vient en contact électrique avec la denrée de remplissage ( 3) quand celle-ci atteint le niveau à constater, ainsi qu'une électrode de masse ( 9) qui est en contact électrique avec la denrée de remplis- sage au moins quand celle-ci a atteint le niveau à constater, un dispositif ( 10) appliquant une tension alternative aux électrodes, et un circuit de traitement ( 11), relié à l'électrode détectrice ( 7) et à l'élec- trode de masse ( 9), et qui réagit aux modifications du signal électrique entre l'électrode détectrice ( 7) et l'électrode de masse ( 9), caractérisé en ce qu'une électrode intermédiaire ( 8) est disposée entre l'élec- trode détectrice ( 7) et l'électrode de masse ( 9), et en ce que la tension alternative est appliquée entre l'électrode de masse ( 9) et l'électrode intermédiaire ( 8). 2 Commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode détectrice ( 7) et l'électrode intermédiaire ( 9) sont reliées entre elles par une résistance ( 16). 3 Commutateur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le réservoir ( 1) pour la denrée de remplissage ( 3) est métallique, et en ce que l'électrode de masse ( 9) est constituée par la paroi ( 2) du réservoir ( 1). 4 Commutateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la sonde ( 4) est en forme de tige ( 5) et en ce que l'électrode détectrice ( 7) et l'électrode intermédiaire ( 8) sont disposées à distance l'une de l'autre relativement à la direction longitudinale de la tige de sonde ( 5). Commutateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'électrode intermédiaire ( 8) est de forme annulaire et disposée concentriquement à l'électrode détectrice ( 7).