Brevet FR2550337A1 — publié le 19850208

Sonde de mesure de niveau de liquide dans un réservoir ou une conduite. La présente invention a pour objet un dispositif de mesure du niveau de liquides notamment des carburants dans les réservoirs des véhicules automobiles ou engins. On connaît de nombreuses sondes de ce genre basées sur des principes physiques très divers La plus répandue utilise le déplacement d'un flotteur à la surface du liquide pour mouvoir le curseur d'un potentiomètre, la valeur de la tension recueillie étant représentative du niveau. Un certain nombre de réalisations ont été basées sur la différence de constante diélectrique entre l'air et le liquide à mesurer A cet effet, la sonde de mesure prend la forme d'un condensateur à armatures planes ou concentriques entre lesquelles il y a de l'air quand le réservoir est vide ou du liquide quand le réservoir est plein. Dans le cas de liquides isolants, le fonctionnement est 20 satisfaisant Il n'en est pas de même quand la nature du liquide varie entraînant un changement de la constante diélectrique correspondante et plus encore, quand le liquide est plus ou moins conducteur, la mesure étant alors faussée ou délicate C'est notamment, le cas pour l'eau et les 25 liquides hygrophiles tels que les alcools même mélangés aux hydrocarbures. Il a été envisagé d'utiliser une électrode de référence pour éliminer les problèmes de variation de la constante diélectrique avec la température notamment en la plon30 geant dans un liquide de type hydrocarbure dans un réservoir séparé. La présente invention a pour objet des perfectionnements qui apportent une solution aux différents problèmes ren35 contrés et notamment au changement de nature du liquide, a ses variations de conductibilité, à ses variations de constante di"lectrique avec la température, à la ligne de pente p;rfois tortueuse qui correspond aux moindres variations des indications du dispositif quand l'inclinaison du réservoir varie, sous l'effet de la pente de la route dans le cas d'un véhicule automobile ou encore si celui-ci a au moins une roue sur un trottoir. Le résultat recherché résulte d'une combinaison nouvelle de moyens comprenant la comparaison entre les valeurs 10 de capacité relevqes aux bornes d'un condensateur de mesure à niveau de liquide variable et d'un condensateur de référence dans lequel le liquide à mesurer est touJours present, l'isolement par un diélectrique mince auxiliaire d'une des armatures des dits condensateurs 15 tandis que l'autre armature est en contact galvanique avec le liquide et selon une forme préférentielle par l'adjonction au condensateur de référence d'une partie supplémentaire parcourue par le niveau variable et de capar cité égale à celle du précédent condensateur de mesure. 20 La valeur du niveau de liquide sera donc connue par comparaison entre la valeur de la capacité de référence et la valeur de la capacité de mesure de niveau Selon la forme préférentielle de réalisationpour obtenir la valeur 25 de la capacité de réfèrence,on soustraira préalablement la valeur de la capacité supplémentaire de mesure. La parfaite symétrie de tous les Cléments constitutifs permettra ainsi d'éliminer les problèmes de dilatation de 30 la sonde et de variation des constantes diélectriques avec la température ambiante, notamment celle du liquide mesurer. L'invention sera maintenant décrite en se référant aux figures annexles, sans que celles-ci soient limitatives de la portée de l'invention. -3 La figure 1 est une vue en coupe d'une sonde placée dans un réservoir de carburant* La figure 2 est une vue en coupe agrandie de la dite sonde; La figure 3 est une vue en perspective de la partie centrale de la sonde montrant la disposition des armatures centrales des condensateurs, après qu'ait été enlevé l'un des diélectriques minces auxiliaires qui isolent électriquement 10 ces armatures du liquide à mesurer; La figure 4 est une vue en coupe correspondant au plan AA de la figure 2, montrant les 2 condensateurs qui servent à mesurer le niveau; La figure 5 est aussi une coupe mais selon SB et qui montre le condensateur de référence ainsi que la crépine d'aspiration du carburant; La figure 6 est une variante de réalisation correspondant à un même type de vue en coupe selon SB mais dans laquelle l'alimentation en carburant se fait à travers le condensateur de référence qui est à cette fin percé de trous de passage de fluide. Sur la figure I apparatt un réservoir de carburant 1 possédant un orifice de remplissage 2 et un trou de sonde 3 recevant la sonde de niveau 4 La forme de cette sonde est choisie de façon à ce qu'elle passe par les points d'inter30 section des lignes telles que 5 & 6 correspondant au niveau de liquide pour 2 inclinaisons contraires égales du réservoir. La sonde possède également une partie basse 7 formant capacite de référence et qui porte aussi la crépine d'aspiration 35 8 prolongée par un tuyau 9 débouchant en 10 à l'extérieur du réservoir. -4 Sur la figure 2 plus détaille, on distingue un long circuit Plectrique meplat 11 isol' Plectriquement à sa surface et parcourant toute la longueur de la sondeenserrp entre deux plaques métalliques 12 et 13 qui sont en contact galvanique avec le liquide à mesurer Ces plaques 12 et 13 peuvent être électriquement isoles du liquide si nécessaire. La partie basse 14 du circuit 11 constitue avec les armatures 12 et 13 le condensateur de référence, tandis que la 10 partie haute 15 constitue les condensateurs de mesure de niveau. L'aspiration du carburant à travers la crépine 8 ne passe pas à travers le condensateur de référence mais directement 15 dans le tuyau 9 Le circuit 11 et les plaques 12 et 13 sont électriquement reliés a des circuits électroniques 23 assurant le calcul du niveau de remplissage Sur la figure 3 on distingue sur la partie basse 14 une électrode métallique plate 16 reliée par un fin conducteur 17 à une bande métallique 18 sortant à l'extérieur de l'appareil en 19 Une bande métallique 20 de mêmes dimensions que la bande 18 sort en 21 de l'appareil. Les bandes 18 et 20 sont séparées de la plaque métallique 16 par un petit intervalle 22. La coupe AA de la figure 2 représentée figure 4 montre le tuyau d'aspiration 9 et les plaques métalliques 12 et 13 30 agrafées et reliées électriquement entre elles La partie du circuit méplat 11 avec ses 2 bandes métalliques 18 et 20 constitue avec les plaques métalliques des condensateurs double face 24 et 25 dont le diélectrique peut être soit de l'air, soit du liquide Ces bandes métalliques 18 35 et 20 sont électriquement isolées du liquide par un diélectrique mince solide non mouillant tel qu'une résine fluorée ouun dérivé de polyéthylène, tandis que les plaques 12 et 13 peuvent ne pas l'être. -5 La coupe BO de la figure 2 représentée figure 5 montre la cr Ypine d'aspiration 8 près du fond du réservoir 1. La partie 14 du circuit meplatll n'enferme qu'une seule armature isolée 16 constituant avec les plaques 12 et 13 un seul condensateur double face 32 L'espace interarmature du condensateur 32 peut être rempli par un produit absorbant poreux 26, 27 jouant le rôle de réserve lorsque le réservoir I est presque vide, par exemple des fibres absorbantes. La figure 6 montre une variante de réalisation de la partie basse 7 de la sonde et dans laquelle le liquide du réservoir est aspiré à travers la capacité de référence par des orifices 33, 28, 29 dans les plaques 13, 14, 12 jusqu'au tuyau 9. Des obturateurs 30 et 31 empêchent l'aspiration de se faire entre les plaques 12 et 13 en cas de colmatage de la crépine, ce qui fausserait la mesure. Le fonctionnement du dispositif est basé sur la différence de 20 constante diélectrique entre le liquide à mesurer et l'air ambiant. Le condensateur de référence 32 est toujours rempli de liquide soit parcapillarité dans le cas de la figure 5, soit par aspiration du liquide, cas de la figure 6 Sa valeur dépend de la nature du liquide, de l'écartement des armatures, de la température Dans des conditions déterminées, elle a une certaine valeur C 1. La capacité des condensateurs 24 et 25 dépend en outre du niveau du liquide dans la sonde 4 Dans des conditions déterminées, la valeur des capacités correspondantes est C 2 et C 3 La mesure de ces valeurs par un procédé non décrit est du domaine de l'homme de l'art et peut être assurée faci35 lement par des Aquipements ou circuits intégrés électroniques achetés dans le commerce. On ne connait pas directement la capacit' C 1 puisque la sortie Électrique 19 ne donne accès qu'à l'ensemble des conducteurs 16 et 18 soit la somme de C 1 et de C 2 Par contre, contre, C 3 est accessible directement par la sortie 21. La valeur C 1 est simplement la différence (C 1 + C 2) C 3 puisque par construction C 2 et C 3 ont la même valeur. La valeur du niveau de liquide résulte de la comparaison 10 des valeurs de C 3, condensateur de mesure, et des valeurs de Cl,condensateur de réference Si les capacités parasitées sont faibles, il suffit de faire le rapport Si ces capacités ne sont pas négligeables il faut les déduire préalablement. C 1, C 2, C 3 variant dans les mêmes proportions avec la nature 15 du liquide et la température le dispositif est donc autocompens P. Il serait possible d'utiliser un condensateur 25 de capacité différente de celle de 24 mais les calculs à effectuer sont 20 moins simples. La variante de réalisation qui consisterait à mettre un isolant solide ou gazeux très épais autour du conducteur 18 qui pourrait être filiforme pour réduire sa capacitp par rapport aux plaques 12 et 13 se heurte à des difficultés pratiques et l'on perd l'avantage de la simplicité de réalisation. La forme des différentes armatures peut être quelconque. Elle peut être notamment tubulaire par utilisation de circuit imprimî souple enroulé sans sortir du cadre de l'invention. -7 REVENDICATIONS 1 Sonde de niveau de liquide dans un réservoir ( 1) ou une conduite, de type a variation de capacité carac5 t'risse en ce qu'elle comprend une pprtie haute ( 4) servant la mesure du niveau et une partie basse ( 7) toujours remplie du liquide à mesurer, servant de condensateur de référence ( 32),les deux parties communiquant librement avec le liquide à mesurer par des orifices prévus 10 à cet effet. 2 Sonde de niveau selon 1,caractériséeen ce que l'une au moins des armatures des condensateurs ( 24, 25, 32) est isolée du liquide à mesurer par un diélectrique solide mince 15 non mouillant plaqué sur les armatures ( 16, 18, 20) ménageant vis-à-vis des autres armatures ( 12,13) unespace suffisant pour le passage de l'air ou du liquide. 3 Sonde de niveau selon 2, caracterisée en ce que la partie haute comprend deux condensateurs de mesure ( 24, ? 5) dont le dielectrique mixte est formé d'une part par le diélectrique mince solide et d'autre part, par l'air ou le liquide à mesurer, l'un des condensateurs ayant son armature isolée ( 18) connectée à l'armature isolée ( 16) de la partie basse qui sert 25 de condensateur de référence. 4 Sonde de niveau selon 3,caractérisée en ce que les deux condensateurs de mesure ( 24, 25) sont identiques en longueur et en capacité. Sonde de niveau selon 2 à 4,caractqrisée en ce que le diélectrique mince solide-non mouillant est une résine fluore ou un dérivé de polyéthylène. 6 Sonde de niveau selon I à 6,caractérisée en ce que l'espace interarmatures du condensateur de référence ( 32) placé dans la partie basse 5, est rempli par des fibres absorbantes mouillées p-r le liquide. 7 Sonde de niveau selon 1 a 6 caractérise en ce que la cr Ypine d'aspiration 8 du liquide est incluse dans la partie lasse 7 de la sonde. 83 Sonde de niveau selon 1 a 7 caractérisée en ce qu'il est prévu des orifices ( 33, 28, 29) dans les différentes parties constitutives du condensateur de référence ( 32), permettant le passage du liquide depuis la crépine ( 8) j usqu'à la conduite d'aspiration ( 9) et-qu'il est prévu des moyens d'obtu10 ration ( 30, 31) évitant l'aspiration du liquide contenu dans la partie haute ( 4) de la sonde. 9 Sonde de niveau selon 1 à 8 caractérisée en ce qu'il est prévu des circuits électroniques de traitement immédiatement 15 au débouché ( 19, 21) de la sonde à l'extérieur du réservoir.