Brevet FR2580070A1 — publié le 19861010

JAUGE DE LIQUIDE COMPORTANT UN CAPTEUR CAPACITIF La présente invention concerne une jauge de liquide comportant un cap- teur capacitif comprenant un condensateur et au moins une diode connec- tée à la sortie du condensateur, le condensateur étant plongé dans le liquide, une alimentation électrique agencée pour fournir au capteur un signal électrique alternatif de manière que le signal de sortie du capteur varie en fonction des variations de quantité du liquide, et un bloc de mesure connecté de façon à recevoir le signal de sortie du capteur. Dans les systèmes capacitifs de jaugeage, on détermine le niveau du li- quide dans un réservoir en détectant les modifications de la capacité d'un condensateur logé à l'intérieur du réservoir. Le condensateur com- porte deux plaques séparées par un espace qui se remplit ou se vide quand le niveau du liquide varie, ce qui modifie la capacité du conden- sateur. Un signal électrique alternatif est appliqué à l'entrée du condensateur, tandis que sa sortie est transmise, après rectification, à un circuit de mesure approprié. Les diodes utilisées pour rectifier la sortie du condensateur sont mon- tées dans le réservoir de liquide et sont soumises aux variations de température du liquide et de l'air situé au-dessus du liquide. Une va- leur typique du.coefficient de température de ces diodes est de l'ordre de -2mV/ C. Du fait que la chute de tension à travers les diodes affec- te le signal de sortie du capteur que l'on transmet au circuit de mesu- re, il est en général nécessaire de compenser ses variations résultant de la température. Cette compensation peut s'effectuer à l'aide d'un capteur de température monté à proximité des diodes, si l'on connaît le coefficient de température des diodes. Ce procédé de compensation présente l'inconvénient de nécessiter l'uti- lisation de composants additionnels, ce qui entraîne une complexité accrue et diminue la fiabilité. En outre, la chute de tension à travers les diodes est affectée par d'autres facteurs, tels que le vieillisse- ment, qui ne peuvent pas être compensés à l'aide d'un capteur de tempé- rature. - 2 - La présente inventiona donc pour but de fournir une jauge de liquide permettant de pallier les inconvénients sus-mentionnés des systèmes connus. Dans ce but, l'invention fournit une jauge de liquide du type indiqué en préambule, caractérisée en ce que l'alimentation électrique inter- rompt périodiquement la fourniture du signal alternatif à la diode, en ce que la jauge comporte une alimentation en courant permanent qui est appliqué à la diode quand le signal alternatif est interrompu, et en ce que le bloc de mesure est agencé pour fournir une indication de la tension à travers la diode quand le signal alternatif est interrompu. Ainsi, la chute de tension à travers la diode peut être mesurée pério- diquement et l'on peut utiliser cette valeur pour compenser les effets de la température et d'autres effets. De préférence, la jauge comporte deux diodes, dont l'une est connectée entre le condensateur et le bloc de mesure, et dont l'autre est connectée dans le sens contraire entre le condensateur et la masse. Le bloc de mesure peut comporter un dispositif amplificateur agencé pour être commu- té pbur fonctionner soit comme convertisseur de courant continu en ten- sion continue amplifiée, soit comme amplificateur de tension continue. Dans une forme.de réalisation particulière, le bloc de mesure comporte une résistance connectée en série avec ladite diode ou lesdites diodes, et un interrupteur parallèle à ladite résistance, cet interrupteur étant fermé pour court-circuiter ladite résistance quand le signal alternatif est fourni au capteur, l'interrupteur étant ouvert quand le signal al- ternatif est interrompu, de manière à augmenter l'impédance du bloc de mesure. De préférence, l'alimentation en courant permanent est connectée de ma- nière à compenser le courant provenant du capteur quand le condensateur n'est pas baigné par le liquide. L'alimentation en courant permanent fournit à la diode ou auxdites diodes, quand le signal alternatif est interrompu, un courant permanent qui est sensiblement égal au courant moyen traversant la diode ou les diodes sous l'effet du signal alter- -3- natif. L'alimentation en courant permanent peut accroître le courant permanent quand le signal alternatif est interrompu, de manière que le courant traversant la diode ou les diodes soit sensiblement égal au courant moyen traversant la diode sous l'effet du signal alterna- tif. Le bloc de mesure peut être agencé pour modifier l'indication de la tension obtenue à travers la diode ou les diodes quand le courant permanent est appliqué à la diode ou aux diodes, pour fournir une indication de la tension susceptible d'exister à travers la diode ou les diodes quand le signal alternatif est fourni. Le bloc de me- sure peut contenir des informations relatives au coefficient de tem- pérature de la diode ou des diodes, et être agencé pour fournir un signal de sortie représentatif de la température de la diode ou des diodes à partir de la tension à travers la diode ou les diodes. On décrira ci-dessous à titre d'exemple une jauge de carburant selon l'invention, en référence au dessin, dont la figure unique est un schéma d'ensemble du dispositif. La jauge de carburant représentée comprend un capteur capacitif 1, un bloc d'alimentation 2 qui délivre un signal capacitif au capteur 1, et un bloc de mesure 3 qui fournit une tension de sortie continue à un indicateur 4, en fonction des variations du signal de sortie du cap- teur 1. Le capteur 1 est monté à l'intérieur d'un réservoir de carburant 5 d'un avion. Il comporte un condensateur 6 qui est disposé de manière à être plongé dans toute quantité de carburant 10 susceptible de se trouver dans le réservoir. Le condensateur 6 peut être de forme connue et comporter, par exemple, des plaques parallèles ou des tubes concen- triques séparés l'un de l'autre par un espace qui se remplit de carbu- rant à un niveau dépendant du niveau du carburant dans le réservoir 5. Quand le niveau du carburant varie, la valeur de la capacité du conden- sateur varie en conséquence et cette variation de capacité est utilisée pour fournir une mesure du niveau du carburant. -4- Le capteur 1 comprend également deux diodes 7 et 8, à savoir une diode 7 dont l'anode est connectée à une plaque du condensateur 6 et la cathode est connectée à la masse, et une autre diode 8 dont la cathode est con- nectée à la même plaque du condensateur et l'anode est connectée au bloc de mesure 3 par une ligne 11. L'autre plaque du condensateur 6 est con- nectéau bloc d'alimentation 2 par une ligne 9. Le bloc d'alimentation 2 est de type connu, tel que décrit dans la de- mande de brevet britannique n 2 034 051/A et il est agencé pour déli- vrer sur la ligne 9 un signal alternatif sinusoidal dans lequel le pro- duit de la tension de crête V et de la fréquence f est constant. Le P courant moyen I issu du capteur 1 est donc donné par l'expression: m Im = CTf(2VP- VD)............ (1) dans laquelle VD est la chute de tension dans le sens conducteur à tra- vers les diodes 7 et 8; et CT est la valeur de la capacité du condensateur 6. Le bloc de mesure 3 comprend une unité de traitement 30, qui génère les signaux de sortie délivrés à l'indicateur 4 et qui reçoit en entrée des signaux d'une unité multiplexe 31. L'unité multiplexe 31 comporte plu- sieurs entrées.raccordées à différents capteurs 1 dans différents ré- servoirs, dont un seul est représenté sur le dessin. Les signaux d'en- trée de l'unité multiplexe 31 sont issus d'unités respectives de mise en forme des signaux 32 qui peuvent être commutés, sur commande de l'uni- té de traitement 30, pour fonctionner soit comme convertisseur de cou- rant continu en tension continue amplifiée, soit comme amplificateur de tension continue. L'unité de mise en forme du signal 32 comporte un amplificateur opérationnel 33 dont l'entrée positive est connectée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 34. Deux résistances 35 et 36 sont connectées en série entre la ligne 11 et l'entrée négative de l'am- plificateur 33. Un premier condensateur 37 est connecté en parallèle avec l'amplificateur 33, entre la sortie de celui-ci et la jonction de la résistance 36 avec l'entrée négative de l'amplificateur. Un montage -5 5 - parallèle à réaction comprenant un second condensateur 38 et une résis- tance 39 est connecté entre la jonction des deux résistances 35 et 36 et la sortie de l'amplificateur 33. Normalement, la résistance 35 est courcircuitée par un interrupteur 40 qui peut être constitué par un transistor à effet de champ, le fonction- nement de cet interrupteur étant commandé par des signaux provenant de l'unité de traitement 30 par la ligne 41. Le bloc de mesure 3 comporte également une source de tension de référen- ce 50 qui est connectée à la ligne 11 par l'intermédiaire d'une résis- tance 51, de manière à fournir au capteur 1 un courant de compensation constant et prédéterminé. La source de tension de référence 50 peut être commandée de manière à fournir un courant accru au moment du con- trôle de la chute de tension à travers les diodes 7 et 8. Un condensa- teur 52 est connecté entre la ligne 11 et la masse afin d'éliminer la majorité des composantes pulsatoires du signal issu du capteur i. En fonctionnement normal, le bloc d'alimentation 2 délivre un signal alternatif au capteur 1, tandis que le signal de sortie du condensa- teur 6 est rectifié et transmis au bloc de mesure 3. Le courant four- ni par la source de tension 50 et la résistance 51 est utilisé pour compenser le courant provenant du capteur 1 quand le réservoir 5 est vide de carburant. Le courant résultant sur la ligne 11 parvient à l'unité de mise en forme du signal 32 en contournant la résistance 35 à travers l'interrupteur 40. L'unité 32 produit un signal de sortie de tension dont le gain est déterminé par la valeur de la résistance 39. Le signal de sortie de l'unité 32 parvient par le multiplexeur 31 à l'u- nité de traitement 30, dans laquelle il est converti en signaux numéri- ques en vue de l'utilisation. Périodiquement, l'unité de traitement 30 transmet au bloc d'alimentation 2 des signaux amenant celui-ci à interrompre la fourniture des signaux alternatifs au capteur 1. Simultanément, l'unité de traitement 30 délivre un signal sur la ligne 41 pour ouvrir l'interrupteur 40, ce qui intro- duit la résistance 35 dans le circuit et augmente l'impédance de l'unité 32, laquelle se trouve alors reconfigurée en amplificateur de tension - 6 - dont le gain dépend de la valeur des résistances 35 et 39. La plupart du courant traversant la résistance 51 traverse alors les deux diodes 8 et 7 du capteur 1. Ce courant de test génère la tension directe que l'on désire mesurer à travers la diode, le courant de test étant appro- ximativement égal au courant moyen traversant la diode pendant le fonctionnement normal, lorsqu'on mesure la capacité du condensateur 6. De ce fait, on mesure la chute de tension dans le sens conducteur de la diode dans des conditions voisines de celle du fonctionnement normal. En fait, l'ouverture de l'interrupteur 40 provoque une légère chute du courant traversant les diodes 7 et 8 à partir de la source 50; On peut compenser celà, comme mentionné précédemment, en augmentant automatiquement la ten- sion provenant de la source 50 en mode test. La tension ainsi obtenue dans le sens conducteur de la diode est transmi- se à l'unité de traitement 30 après amplification dans l'unité 32. L'uni- té 30 ajuste la tension ainsi produite pour prendre en compte le gain de l'amplificateur 32, ainsi que la différence entre la chute de tension à travers les diodes dans des conditions statiques (courant continu) et cette chute dans les conditions dynamiques (courant alternatiO existant durant le jaugeage normal. A cet effet, l'unité de traitement 30 contient un modèle des caractéristiques des diodes 7 et 8. Ainsi, l'unité 30 est capable de calculer une valeur de la chute de tension VDqui apparaîtrait dans des conditions dynamiques, c'est-à-dire pendant le jaugeage du car- burant, et d'utiliser ceci dans l'expression (1) ci-dessus pour en tirer la valeur de la capacité CT. Celle-ci est alors prise en compte dans les calculs de manière connue pour fournir une indication du niveau du carbu- rant ou de toute autre quantité, cette indication étant indépendante de la température ou d'autres effets agissant sur les diodes, tels que le vieillissement. Ce dispositif permet donc d'effectuer une correction sur le signal de sortie du capteur 1 pendant le jaugeage. Lorsqu'on utilise plusieurs capteurs, qui peuvent se trouver tous à des températures différentes, on peut facilement effectuer une correction distincte pour les diodes de chaque capteur. Si le modèle de la diode contenu dans l'unité de traitement comprend des 7- informations relatives-à son coefficient de température, il est pos- sible d'obtenir une mesure de la température régnant dans chaque réser- voir à partir de la mesure de la chute de tension dans la diode. On peut utiliser ceci pour compenser les variations de densité de carburant pro- duites par les changements de température, ou pour fournir un affichage de la température. Quand ce dispositif est utilisé avec plusieurs capteurs, ceux-ci sont utilisablespour fournir une indication de la répartition des températu- res de l'air ou du carburant dans l'avion, selon le degré de remplissage en carburant des réservoirs. On peut aussi détecter une surchauffe loca- lisée. Les signaux de sortie de l'unité de traitement 30 ne sont pas nécessaire- ment utilisés pour fournir un affichage visuel de la quantité de carbu- rant, mais ilspourraiaspar exemple être utilisé directement pour comman- der des transferts de carburant entre réservoirs, ou être exploite dans un système directeur de commande de vol. Il convient de noter que l'invention n'est pas limitée à des dispositifs de jaugeage de carburant, mais qu'elle est aussi applicable à d'autres dispositifs de jaugeage capacitif. - 8 - Revendications 1. Jauge de liquide comportant un capteur capacitif comprenant un con- densateur et au moins une diode connectée à la sortie du condensateur, le condensateur étant plongé dans le liquide, une alimentation électri- que agencée pour fournir au capteur un signal électrique alternatif de manière que le signal de sortie du capteur varie en fonction des variations de quantité du liquide, et un bloc de mesure connecté de façon à recevoir le signal de sortie du capteur, caractérisé en ce que l'alimen- tation électrique (2) interrompt périodiquement la fourniture du signal alternatif à la diode (8, 7), en ce que la jauge comporte une alimenta- tion (50, 51) en courant permanent qui est appliqué à la diode (8, 7), quand le signal alternatif est interrompu, et en ce que le bloc de me- sure (3) est agencé pour fournir une indication de la tension à travers la diode (8, 7) quand le signal alternatif est interrompu. 2. Jauge selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte deux diodes (8 et 7), en ce que l'une (8) des diodes est connectée en- tre le condensateur (6) et le bloc de mesure (3), et en ce que l'autre diode (7) est connectée dans le sens contraire entre le condensateur (6) et la masse. 3) Jauge selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le bloc de mesure (3) comporte un dispositif amplificateur (32) agencé pour être commuté pour fonctionner soit comme convertisseur de courant con- tinu en tension continue amplifiée, soit comme amplificateur de ten- sion continue. 4. Jauge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caracté- risée en ce que le bloc de mesure (3) comporte une résistance (35) con- nectée en série avec la diode ou les diodes (8, 7), et un interrupteur (40) parallèle à ladite résistance (35), en ce que l'interrupteur (40) est fermé pour court-circuiter ladite résistance (35) quand le signal alternatif est fourni au capteur (1), et en ce que cet interrupteur (40) est ouvert quand le signal alternatif est interrompu, de manière à aug- menter l'impédance du bloc de mesure (3). -9- 5. Jauge selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac- térisée en ce que l'alimentation en courant permanent (50, 51) est con- nectée de manière à compenser le courant provenant du capteur (1) quand le condensateur (6) n'est pas baigné par le liquide. 6. Jauge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caracté- risée en ce que l'alimentation en courant permanent (50, 51) fournit à la diode ou auxdites diodes (8, 7), quand le signal alternatif est inter- rompu, un courant permanent qui est sensiblement égal au courant moyen traversant la diode ou les diodes (8, 7) sous l'effet du signal alterna- tif. 7. Jauge selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'alimentation en courant permanent (50, 51) accroît le courant permanent quand le si- gnal alternatif est interrompu, de manière que le courant traversant la diode ou les diodes (8, 7) soit sensiblement égal au courant moyen tra- versant ces diodes sous l'effet du signal alternatif. 8. Jauge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caracté- risée en ce que le bloc de mesure (3) modifie l'indication de la tension obtenue à travers la diode ou les diodes (8, 7) quand le courant perma- nent est appliqué à la diode ou aux diodes, pour fournir une indication de la tension susceptible d'exister à travers la ou les diodes quand le signal alternatif est fourni. 9. Jauge selon l'une quelconque des revendications précédentes, caracté- risée en ce que le bloc de mesure contient des informations relatives au coefficient de température de la diode ou des diodes (8, 7), et en ce que le bloc de mesure est agencé pour fournir un signal de sortie repré- sentatif de la température de la diode ou des diodes à partir de la ten- sion à travers ces diodes.