Brevet FR2619914A1 — publié le 19890303

la présente invention est relative à un condensateur électrique à capacité veriable utilisé comme capteur de température, de pression et d' inclinaison et dont la capacité dWpend de ces grandeurs physiques On contact des condensateurs électriques n capacité variable besés particulier sur la mise en regard les uns les autres de partie ou tout d' armatures métalliques par rotation autour d'un même axe (trimmer). Cependant Ces dispositifs ne sont directement sensibles ni à 1 température ni à la pression et de plus ils nécessitent une action méoenique extérieure pour ajuster leur capacité à la valeur désirée. On connaît des condensateurs variables à diélectrique fluide (DE- - AS Il 05 5I9) et (2 537 772) et un condensateur variable (Ds - OS 22 39 220) comprenant des chambres remplies d'un diélectrique fluide, et qui est constitue par un cylindre diélectrique revêtu d'une couche electroconduc- trice sur une partie de la surface de l'envelotpe extérieure qui forme une premier. armature de condensateur, et d'un piston mobile axialement à l'intérieur du cylindre diélectrique et qui forme la deuxième armature du condensateur; cependant aucune indication de la formation d'un condensateur électrique à capacité variable en fonction de la température ou de la pression ou de l'inclinaiscn n'est donne dans ces documents L'objet de l'invention est de disposer d'un condensateur électrique à capacité variable, tel qu'exposé au début, qui soit de construction simple et bon marché Le but recherché est atteint, suivant l'invention, en ce que la premitre armature, fixe, du condensateur est une couche éleotroconductrice revêtue par la surface de l'enveloppe extérieure d'un tube cylindrique diélectrique en borosilicate ou en tout autre matière refractaire, hermétiquement ferré par l'une de ses bases et dont l'autre base est solidaire avec l'ouverture d'un réservoir dans lequel plonge l'extrémité d'une élec- trode dont l'autre ertrémité sort par la base supérieure du tube qui, comme nous l'avons déjà dit, est herm6tiquement fermée Ledit réservoir est rempli jusqu'à sa gorge par du mercure de telle fanon que lorsque la température ou la pression s'élève dans le réservoir, le mercure monte dans le tube se comportant de ce fait comme la deuxième armature, mobile, du condensateur selon l'invention.L'espace contenu entre la surface libre du mercure et le reste du tube est constitué par du vide; la section du tube est suffisamment petite et le volume du réservoir suffisamment grand pour que la moindre variation de température ou de pression puisse entraîner une variation notable de la hauteur / de la colonne de mercure dans le tube. Les avantages apportés par l'invention consistent plus particulière- ment en une construction simple d'un condensateur électrique à capacité variable en fonction de la température, de la pression et même de l'incli- naison dans lequel la présence d'une pièce mécanique mobile n'est pas indispensable. ainsi, une usure mécanique pent être évitée comme cela se produit dans les condensateurs connus L'invention sera mieux comprise grâce à la descrip@ioa suivante d'une forme de réalisation préférée du dispositif à capacité variable selon 1' invention, faite en se référant aux dessins joints sur lesquels La figure I représente une coupe du dispositif selon l'invention. La figure 2 représente une coupe du dispositif selon l'invention muni d'un système vissable qui permet d'ajuster la capacité à la valeur désirée. La figure 3 représente une forme d'association de deux dispositifs selon l'invention. La figure 4 représente une forme d'association de deux dispositifs selon l'invention particulièrement adaptée à la mesure d'inolinaison). La figure 5 représente un schéma dlectronique dans lequel le dispositif, selon l'invention est exploite comme capteur de température, de pression ou d'inclinaison. se se référant à la figure I, le réservoir I, servant de support à l'ensemble du dispositif, est rempli par du mercure 2 jusqu' sa gorge 3 Lorsque la température ou la pression s'élève dans le réservoir I, le mercure monte dans le tube\4 comblant dans le même temps une partie de 1' espace vide 5 4 particulier une façon de faire varier la pression à l'intérieur du réservoir I consiste à le plonger dans un récipient contenant un liquide ou à l'introduire dans une atmosphère gazeuse servant de pneumostat. La valeur de la capacité C du condensateur vue entre le point de con tact électrique va. extrémité de l'électrode\o dont l'autre extrémité plon ge\dans le réservoir à mercure I, et le point de contact électrique VB, dont l'autre extrémité est extrémité de l'électrode 7 soudée, à la couche électroconductrice 8 revêtue de verni, en un point 9 que l'on a pris soin de gratter au préalable, est donnée par la formule approchée du condensateur cylindrique:: où Ao désigne la permittivité du vide Ar la permittivité relative apparente du diélectrique du condensateur désigne l'épaiseur du tube 4, R le rayon de la gaine de l'électrode 6 et h = h(T,p) désigne la hauteur de la colonne de mercure dans le tube 4, avec l'origine des hauteurs prise à la base inférieure de la couche conductrice cylindrique 8. D'autre part, à pression ordinaire, la température de fusion du mercure étant égale à -38,87 dégrés celsius, et la température d'ébullition du mercure étant égale à 356,9 degrés celsius, lorsque la température du réservoir I est comprise strictement entre -38,87 degrés celsius, moyennant une certaine marge de sécurité, la formule de dilatation isobare du mercure autour de la pression ordinaire permet d'écrire Ou a désigne le coefficient de dilatation cubique du mercure, Y le volume intérieur du réservoir I et h. (p) la hauteur de la colonne de mercure dans le tube 4 lorsque le réservoir I est porté à la température de zéro degré oelsius à une pression constante p' Par conséquent, pour e L'électrode 6 est solidement retenue par un culot 10 a qui ferme hermétiquement la partie supérieure du tube 4 assurant ainsi l'étanchéïté de l'ensemble du dispositif selon l'invention. La figure 2 représente une coupe du dispositif selon l'invention muni d'un manchon vissable étanche non-électroconducteur 10h auquel est soudé une extrémité d'une tige non-électroconductrice II dont l'autre extrémité est une ellipsolde de dimensions latérales inférieures au diamètre du tube cylindrique 4 et englobant une sphérule de plomb 12. De cette façon, lorsque le manchon lob est dévissé à fond, o'est-i- dire lorque ledit manchon 10b occupe la position la plus haute par rapport au tube 4, l'extrémité de la tige II englobant la sphérule de plomb se retrouve totalement en dehors du réservoir I Par contre, lorsque le manchon 10b est vissé à fond, c'est-à-dire lorsque ledit manchon 10b est amené en contact avec la partie supérieure du tube 4, l'extrémité de la tige Il englobant la aphérule de plomb se trouve plongé à la profondeur maximale dans le mercure 2 contenu dans le réservoir I. Du fait de la pouszée d'Archimède lorsque la ephérule de plomb I2 est immergée dans le mercure 2 contenu dans le réservoir I, il se produit une surélévation du niveau de la colonne de mercure dans le tube 4. De ce fait, le système composé par le manchon 10b, la tige Il et la sphérule de plomb I2 permet d'ajuster la capacité du dispositif selon l'invention à la valeur désirée. La figure 3 représente une coupe de deux dispositifs identiques selon l'invention dont les réservoirs respectifs 1a et Ib sont reliés par une conduite oylindrique non électroconductrioe 13. Le comportement de cette os- sociation de deux dispositifs selon l'invention se comprend par le principe des vases communicants. La figure 4 représente le dispositif selon l'invention, tel que présenté à la figure 3, et posé en équilibre sur un plan incliné I4, le dispositif tel que présenté à la figure 4 permet de déduire l'angle D que fait ledit plan incliné avec le plan horizontal par la mesure des capacités CI et C2 vues respectivement d'une part entre les noints de contact électriques VAI et VBI, et d'autre part entre les points de contact dlectri- ques VA2 et VB2; 1 désignant la distance qui sépare les tubes 4a et 4b, on établit la formule: En se se référant à la figure 5, le dispositif selon l'invention tel que presenté en partie à la figure 4 est connecté par ses extrémités VB2 et V31 à la masse, par son extrémité VA2 à une extrémité d'un interrupteur I5 dont l'autre extrémité est reliée d'une part à une extrémité d'une bobine I6 d' inductance L dont l'autre extrémité est reliée à un générateur 17, d'autre part à une extrémité d'un interrupteur 18 dont l'autre extrémité est reliée au point de contact électrique VAi du dispositif selon l'invention tel que orésenté à la figure 4 Un condensateur variable (trimmer) 19 dont une électrode est maintenue à la masse est relié par son autre électrode au point de contact électrique VAI, d'autre part à une extrémitd d'un interrupteur 20 dont l'autre extrémité est reliée à un capacimètre 21. Les interrupteurs I8 et 20 sont agencés de telle façon qu'ils fonctionnent systématiquement en opposition, c'est-à-dire que quand l'un est ouvert 1' autre est fermé et vis versa De plus un bâtonnet de ferrite 22 flotte dans le mercure contenu dans la conduite non-électrocenductrice I3 et les réservoirs la et Ib présentent à leurs gorges respectives des goulots d'étranglement 23 et 24 qui empê- chent la ferrite 22 de pénétrer dans lesdits réservoirs 1a et Ib; et une bobine d'auto-induction 25, dont la conduite non-électroconductrice 13 sert de mandrin, est enroulée de telle façon que son centre coïncide avec le centre de la conduite non-électroconductrice I3 et que sa longueur soit égale à celle du bâtonnet de ferrite 22. Le dispositif selon l'invention tel que présenté à la figure 4 se ré- gle de la façon suivantes Lorsque le dispositif selon l'invention tel que présenté à la figure 4 est placé sur un plan horizontal, c'est-à-dire pour D réduit à l'angle nul, la ferrite 22 est alors totalement à l'intérieur de la bobine 25 dont l'in ductance devient maximale et peut alors entrer en resonnance avec un condensateur, de capacité connue et fixée, qui forme avec la bobine 25 un circuit annexe relié au générateur I7 par l'intérmédiaire d'un amplifica- teur opérationnel monté en amplificateur suiveur. La capacité\CX est alors remise à zéro Farad; ce qu'on vérifie à l'aide du capacimètre 21 lorsque l'interrupteur 20 est fermé. Après ce règlage préalable, le dispositif est pret pour la mesure de l'angle D que fait un plan incliné avec le plan horizontal. L'interrupteur 18d étant ferme D'abord on ferme l'interrupteur 13, l'interupteur 18b restant ouvert et on fait varier la fréquence t du générateur jusqu'à la résonnance La capacité vu entre les bornes VA2 et VB2 valant C2, on a alors la condition de resonnances Puis travaillant à cette fréquence ainsi obtenue, on ouvre l'interrupteur 15 et ferme l'interrupteur 18b, l'interrupteur 20 butant par conséquent ouvert; on cherche alors, en faisant varier à la fréquence donnée V la capacité CX du condensateur 19, La nouvelle condition de resonnance qui / s'écrit par conséquent: La comparaison faite entre les deux conditions de resonnance ainsi obtenues entrasse donc que: CX I C2 - CI. d'où ainsi la mesure de la capacité CX du condensateur I9, qui s'effectue en fermant l'interrupteur 20/ et en ouvrant Pinterrupteur 18a, permet de déterminer l'angle D cherché. En particulier, pour de faibles inclinaisons, on se ramène à relation linéaire suivante entre D et CX: REVENDICATIONS I - Condensateur électrique à capacité variable en fonction de la tem pérature, de la pression et de l'inclinaison, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de mesure de capacité, un réservoir (I), dans lequel baigne une extrémité d'une électrode (6) maintenue fixe par,un joint étan- che (3) ou une soudure faite sur Yn culot (10a), contenant du mercure (2) comme armature mobile dudit condensateur électrique pouvant monter dans un tube diélectrique (4) revêtu à sa surface extérieure par une couche conductrice (8) qui est alors l'armature fixe dudit condensateur et sur laquelle est soudée une électrode (7). 2 - Condensateur électrique à capacité variable selon la revendication I, caractérisé en ce qu'un manchon vissable et étanche (10b), est solidaire avec une tige (II) de dimensions latérales inférieures à celles de l'ouverture du tube diélectrique (4) dont l'autre extrémité qui contient une sphérule de plomb (12), est susceptible de mouiller dans le réservoir de mercure et de suréléver de ce fait le niveau de la colonne de mercure (2) dans le tube diélectrique (4). 3 - Condensateur électrique à capacité variable en fonction de l'inclinaison selon la revendication I, caractérisé en ce que deux condensateurs électriques variables selon l'invention couplés par la mise en communication de leurs réservoirs (1a) et (Ib) respectifs par l'intermédiaire d'une conduite non-électroconduotrice (13) forment encore ensemble un condensateur électrique à capacité variable, en fonction de la température, de la pression et de l'inclinaison, très adapté à la mesure d'inclinaison. 4 - Condensateur électrique à capacit variable selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce qu'un bâtonnet de ferrite (22) est in eéré dans la conduite non-électroconductrice (I3), que des goulots d'étranglement (23, 24) sont placés aux extrémités de la conduite (13) solidaires avec les réservoirs (1a, 1b) et qu'une bobine (25) est centrée sur la conduite non-électroductrice (13) qui lui sert de mandrin. 5 - Condensateur électrique variable selon l'une des revendications I, 3 et 4, dans lequel lesdits moyens pour la mesure d'inclinaison comprennent un générateur de tension sinusoldale (17) en série avec une bobine (16), deur dispositifs selon l'invention couplés par une conduite non-électroconductrice (13), des interrupteurs (15, 18 a 18b /, 20), une capacité variable (I9) et un capacimètre (21).