Brevet FR2626362A1 — publié le 19890728

UN CAPTEUR ELECTRIQUE A INCLINAISON ET UN CIRCUIT DE CONTROLE POUR LE CAPTEUR. La présente invention concerne un capteur électrique d'inclinaison qui comprend un corps définissant une chambre close partiellement remplie d'un liquide conducteur d'électricité et au moins une électrode principale et une premiere et une deuxième électrodes auxiliaires qui s'étendent dans la chambre et sont accessibles de l'extérieur, de telle maniere qutune variation dans l'inclinaison du corps à partir d'une position prédéterminée cause une variation correspondante de la résistance électrique entre chaque électrode auxiliaire et l'électrode principale. Le capteur d'inclinaison selon la présente invention est caractérisé en ce que le corps comprend deux- éléments de support en matériau isolant disposés de manière à ce que leurs surfaces planes respectives soient face â face, et un élément d'entretoise annulaire relié a' un joint étanche entre les surfaces planes des éléments de support de manière a définir ainsi une chambre cylindrique; les première et deutieme électrodes auxiliaires étant constituées par des éléments conducteurs fixés de manière à être adjacents a la surface plane de l'un des éléments du corps;; l'électrode principale comprenant deux éléments conducteurs, fixés sur la surface plane de l'autre élément du support du corps et dont la forme et la position correspondent à celles des électrodes auxiliaires; les éléments conducteurs qui forment l'électrode principale étant interconnectés par une connexion conductrice d'électricité. Selon une caractéristique supplémentaires, l'élément de l'entretoise est de forme circulaire et les électrodes auxiliaires ont essentiellement la forme de segments circulaires et sont disposées de maniere à ce que leur extrémités respectives portant les cordons soient face à face. Les bords incurves des électrodes auxiliaires (et des éléments qui forment 11 électrode principale) se situent sur la même circonférence imaginaire, coaxiale avec l'élément de l'entretoise. Le liquide utilisé est communément du diglycol. de méthylène par exemple. L'invention concerne également un circuit de contrôle pour un capteur électrique d'inclinaison du type spécifié ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à partir de la description détaillée ci-dessous des applications préférées et des dessins qui l'accompagnent. ta figure 1 est une vue en perspective d'un capteur d'inclinaison selon l'invention; la figure 2 est une section selon la ligne II - Il de la figure i; la figure 3 est une section selon la ligne III - III de la figure 1, la figure 4 est une vue en perspective éclatée du capteur montré dans la figure 1; les figures 5 et 6 sont des sections montrant le capteur d'inclinaison selon l'invention dans deux conditions d'utilisation différentes; la figure 7 est une vue en perspeetive montrant un dispositif de contrôle comprenant une paire de capteurs d'inclinaison du type montré dans les figures précédentes; et la figure 8 est un schéma électrique détaillé d'un circuit de contrôle pour un capteur électrique d'inclinaison. En référence å la figure 1, un capteur électrique d'inclinaison selon l'invention comprend un corps formé par deux éléments ayant la forme de disques 1 et 2 placés face à face et faits d'un matériau isolant, par exemple de l'alumine ou autre matériau en céramique. Une entretoise circulaire annulaire 3, également en matériau isolant, est fixée entre les éléments 1 et 2.Cette entretoise est cimentée, vitrifiée ou collée aux éléments 1 et 2, Comme on peut le voir particulierement à la figure 4, l'élément de support 1 porte, sur Sa surface faisant face à 1'élément 2, une paire d'électrodes 4 et 5, commodément en métal, par exemple du palladium ou un alliage A base de ce métal, déposé en utilisant une technique de sérigraphie* Ces électrodes ont essentiellement la forme de segments circulaires et sont disposées de manière å ce que- leurs extrémités respectives portant les cordons soient face à face et de maniere a ce que leurs extrémités incurvées se trouvent sur la même circonférence imaginaire. La distance entre les électrodes 3 et 5 est de préférence égale substantiellement a la largeur de l'entretoise 3 et donc å la distance entre les surfaces se faisant face des deux éléments de supports 1 et 2. Les électrodes 4 et 5, que l'on nommera ci-après les électrodes auxiliaires 5 présentent chacune une extension, respectivement Ja et Sa, a une de leurs extrémités qui sort à l'extérieur de la chambre 6 définie entre les élements 1 et 2 et. l'entretoise 6. Les extensions sont ainsi accessibles de l'extérieur pour permettre une connexion avec les circuits de contrôle comme on peut le voir en détail a la figure 1. L'élément de support 2 porte, sur sa surface faisant face A l'élément 1, une électrode principale, généralement indiquée par le numéro 7, comprenant deux éléments conducteurs 8 et 9 dont la forme et la position correspondent d celles des électrodes 4 et 5. Les éléments conducteurs 8 et 9 présentent également chacun une extension, respectivement indiquées par 8a et 9a; qui sortent a 11 extérieur de la chambre et sont jointes ensemble par une connexion 10 conductrice d'électricité qui en fait partie intégrante. t1 électrode principale 7 . est également fabriquée aisément en utilisant la sérigraphie. Les circonférences imaginaires sur lequelles se situent les bords incurvés des électrodes 4 et 5 et des parties 8 et 9 de l'électrode principale 7 sont coaxiales avec 11 élément de 11 entretoise 3. Comme on peut le voir particulie'rement dans les figures 3, 5 et 6, la chambre 6 du capteur contient un liquide conducteur d'électricité 11 qui ocoupe de préférence environ la moitié de son volume. Ce liquide est par exemple du diglycol de méthylène et il forme une connexion électrique résistive entre les électrodes auxiliaires 4 et 5 et l'électrode principale 7. Lorsque le capteur décrit ci-dessus est placé sur un plan horizontal, comme le montre la figure 5, les résistances électriques entre les électrodes auxiliaires 4 et 5 et 11 électrode principale sont identiques. Si le capteur est incliné de manière a ce que son bord inférieur forme un angle par rapport à l'horizontale, comme on le montre a titre exemple dans la figure 6, la résistance électrique entre une des électrodes auxiliaires et 11 électrode principale augmente et la résistance entre l'autre électrode auxiliaire et l'électrode principale diminue d'autant.Ces variations de résistance sont liées de façon univoque a l'angle d'inclinaison du capteur et lorsqu'elles sont contrôlées de façon adéquate, elles permettent d'obtenir une indication ou une mesure de cet angle. On decrit maintenant un circuit de contrôle pouvant être utilisé avec le capteur décrit ci-dessus. Deux eapteurs du type, décrit ci-dessus peuvent être aisément interconnectés, par exemple, de la manière illustrée en figure' 7, de fagon å contrôler l'inclinaison par rapport à un plan horizontal. Ce dessin montre deux cateurs et B du type de celui décrit ci-dessus, interconnectés le long d'un côté qui est vertical de manière à ce que les axes de leurs chambres internes respectives soient perpendiculaires entre eux. Le plan défini par les bords inférieurs de support des capteurs A et B est indique par le numéro 40.Si ce plan n'est pas horizontal, il forme généralement deux angles, indiqués par les numéros 51 et 52, avec un plan horizontal (indiqué par le numéro 41 dans a figure 7). Ces angles peuvent être détectés au moyen des cellules A et B respectivement. En général, pour contrôler l'inclinaison d'un plan par rapport a' l'horizontale, on .peut- utiliser deux capteurs du type de celui décrit ci-dessus, dont les axes forment une intersection A la perpendiculaire comme ceux de la figure 7, ou sont en biais. Nous allons maintenant, en référence à la figure 8, décrire un circuit de contrôle pouvant tre utilisé particulièrement avec une paire de capteurs du type décrit en référence aux dessins précédents. De plus, ce circuit peut eAtre en général utilise avec un capteur électrique d1inclinaison du type faisant l'objet de l'introduction à la revendication 1 ci-aprês. Dans la figure 8, un multivibrateur astable indiqué par le numéro sa est réglé pour délivrer des signaux carrés en opposition de phase a deux sorties 80a et 80b, avec un rapport cyclique de 50%. Les sorties 80a et 80b du multivibrateur sont connectées aux électrodes auxiliaires de deux capteurs A et B du type illustré dans les figures 1 a 6, par un atténuateur a résistance réglable 83 et par deux circuits adaptateurs d'impédance 81 et 82 constitués par des circuits "suiveurs de tension".Dans le schéma de la figure 8, on a indique des résistances variables entre les éléctrodes auxiliaires 4 et 5 et lteleetrode principale 7 de chacun des capteurs A et B : elles correspondent aux résistances variables qui existent et sont utilisées entre les électrodes quand l'inclinaison varie. Les électrodes principales 7 des deux capteurs A et B sont connectées aux entrées de circuits échantillonneurs respectivement 5 et 86 par des condensateurs de découplage 87 et 88 et par des ponts diviseurs 89 et 90. Chaque circuit échantillonneur 85 ou 86 présente une entrée de laquelle partent deux circuits secondaires incluant chacun un systssme d'interrupteur commandé 91 connecté à un condensateur 92. Les deux interrupteure 91 de chaque circuit échantillonneur sont connectés aux sorties 80a et 80b respectivement du multivibrateur 80 de telle sorte quten fonctionnement, ils sont pilotés en opposition de phase Les deux circuits auxiliaires de. chaque circuit échantillonneur sont connectés respectivement aux entrées inverseuses et non-inverseuses d'un amplificateur différentiel 93 (94), comme le montre la figure 8. tes amplificateurs .93, 94 comportent respectivement des réseaux de contre-réaction réactifs pour le filtrage passe-bas du signal. On décrit maintenant le fonctionnement de la partie du circuit illustré a la figure 8 qui concerne le traitement du signal fourni par un des deux capteurs, le fonctionnement de l'autre partie du circuit étant exactement identique. On suppose que le capteur A est disposé horizontalement comme le capteur montré en figure 5. Dans cette situation, du fait de l'échantillonage synchrone mené par le circuit 85, les entrés inverseuses et non-inverseuses de l'amplificateur 93 regoivent des signaux en opposition de phase, de ce fait le circuit d'amplification n1 émet aucun signal. On suppose maintenant que le capteur A est incliné, par exemple comme le capeur montré a la figure 6. Du fait de la variation des résistances entre les électrodes 4 et 5 et l'électrode principale 7, les entrées du circuit d'amplification 93 recevront des signaux en opposition de phase mais avec une amplitude telle, toutefois, qu'ils ne s'annulleront pas l'un l'autre. Ainsi, le circuit d'amplification générera un signal avec un signe et une amplitude indicatifs du signe et de l'amplitude de l'angle d'inclinaison du capteur. Des expériences menées par les inventeurs ont montré que le capteur électrique d'inclinaison selon cette invention peut fonctionner @ dans une fourchette de température allant de - 300C a + 800G avec une marge d'erreur de mesure inférieure a +1- 2%. Le capteur objet de cette invention s'es également avéré donner une réponse qui est très proche approximativement, et linéaire avec les limites de déviation résiduelle (dues seulement a des inexactitudes dans le montage des éléments) qui représentent dans tous les cas moins de 1%. On pense que la linéarité de la réponse du capteur provient de la géométrie semicirculaire des électrodes auxiliaires et des parties correspondantes de l'électrode principale, ainsi que de la forme cylindrique circulaire de la chambre du capteur.Un avantage et une caractéristique supplémentaires du capteur selon cette invention est le fait qu'il peut être actionné en rotation sur presque 90 avant que le liquide qu'il contient n'atteigne les bornes 4a et 5a des électrodes. Le capteur est donc adapté au contrale d'angles d'inclinaison compris dans une fourchette supérieure a +1- 60 . On a également trouvé que, si le capteur est incliné dans un plan perpendiculaire au plan habituel de mesure, le signal qu'il génère ne varie pas de façon appréciable. Naturellement, le principe de cette- invention restant le meme, les formes de réalisation et les détails de construction peuvent être largement modifiés par rapport à ceux décrits et illustrés a titre d'exemple (qui ne sauraient être exhaustifs) sans pour autant s'écarter du but de la-présente invention REVENDICATIONS 1. Un capteur électrique d'inclinaison comprenant un corps (1 A 3) définissant une chambre close (6) partiellement remplie d'une quantité de liquide conducteur d'électricité (11), et au moins une électrode principale (7 A 10) et une première et deuxième électrodes (4, 5) qui s'étendent dans la chambre (6) et sont accessibles de l'extérieur, de telle manière qu'une variation de l'inclinaison du corps (1 a 3) à partir d'une position prédéterminée cause une variation correspondante de la résistance électrique entre chaque électrode auxiliaire (4, 5) et l'électrode principale (7 A 10) caractérisé en ce que le corps (t a 3) comprend deux éléments de support (1, 2) en matériau isolant disposés de telle manière que leurs surfaces planes respectives se font face, et une entretoise annulaire (3) connectée avec un joint étanche entre les surfaces planes des élements de support (1, 2) de manière à définir ainsi une chambre cylindrique (6), les première et deuxième électrodes auxiliaires (4 5) étant constituées d'éléments conducteurs d'électricité adjacents et fixés a la surface plane. de l'un (1) des éléments du corps (1 à 3); l'électrode principale (7 a 10) comprenant deux éléments conducteurs (8 , 9) fixés a la surface plane de l'autre élément de support (2) du corps (1 à 3) et dont la forme et la position correspondent a celles des électrodes auxiliaires (4, 5); les éléments conducteurs (8, 9) qui forment l'électrode principale (7 d 10) étant interconnectés par une connection conductrice d'électricité (1 o). 2. Un capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entretoise (3) a une forme circulaire et en ee que les électrodes auxiliaires (4, 5) ont essentiellement la forme de segments circulaires et sont disposés de manière a ce que leurs faces portant les cordons soient face g face. 3. Un capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les bords incurvés des électrodes auxiliaires (4, 5) et les bords incurvés des éléments (8, 9) de l'électrode principale i(7) se situent sur une circonférence imaginaire coaxiale ave l'élément d'entretoise (3). 4. Un capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la séparation des électrodes auxiliaires (4, 5) et des éléments (8, t9) de l'électrode principale (7, 10) est en substance égale à la largeur de 11 élément d'entretoise (3) et donc d la distance entre les surfaces des deux éléments plats (1, 2) du corps (1 à 3) se faisant face. 5. Un capteur selon l'une quelconque des revendications ci-dessus, caractérisé en ce que les éléments (I, 2) du corps (1 a 3) sont constitués de plaques en matériau isolant de l'électricité, particulièrementen céramique. 6. Un capteur selon l'une quelconque des revendications ci-dessus, caractérisé en ce que les électrodes (4, 5, 7 à 10) sont en métal, particulièrement en palladium ou en alliage a base de palladium, et sont appliquées sur les supports respectifs (1, 2) par sérigraphie. 7. Un capteur selon l'une quelconque des revendications 2 a 6, caractérisé en ce que les électrodes auxiliaires (4, 5) présentent chacune une extension respective (4a, Sa) a une extrémité qui sort de la chambre (6) et est accessible à l' extérieur pour une connexion a 11 alimentation électrique électronique et aux circuits de contrôle. 8. Wn capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux éléments (8, 9) de l'électrode principale (7 å 10) présentent chacune une extension respective (8a, 9a) à une extrémité, ces extensions étant connectées entre elles pour former un terminal unique qui sort de la chambre (6) et est accessible a l'extérieur pour une connexion a l'alimentation électriquefélectronlque et aux circuits de centrale. 9. Un capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre cylindrique (6) est en substance a moitié remplie d'un liquide conducteur (11). 10. Un capteur selon ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide conducteur (11) est du diglycol de méthylène. Il. Un dispositif pour détecter une inclinaison par rapport a un plan horizontal, caractérisé en ce qu'il inclut une paire de capteurs (A, B) selon une ou plusieurs des revendications précédentes, disposés de manière a ce que les axes de leurs chambres cylindriques respectives (6) soient en biais ou se recoupent a une intersection, de préférence a 90 . 12. Un circuit de contrôle pour un capteur électrique de contrôle du type -de celui faisan l'objet de l'introduction à la revendication 1 en général, et en particulier selon une ou plusieurs des revendications 1 à 10, caractérisé en ee qu'il comprend un générateur de signaux (80) pour l'application des premier et deuxième signaux périodiques en opposition de phase entre eux a la première et deuxième électrodes auxiliaires (4, 5), un premier et un deuxième circuits échantillonneurs (85; 91, 92; 91, 92) connectés à l'électrode principale et au générateur (80) pour échantillonner le signal provenant de l'électrode principale (7) en synchronisme avec les premier et deuxième signaux, et un moyen d'amplificateur différentiel (93) pour générer un signal électrique dont l'amplitude est indicative de la différence entre les sorties des signaux des circuits échantillonneurs (85; 91, 92; 91, 92 > et donc de la valeur absolue de l t angle d'inclinaison du capteur, et dont le signe indique le signe de l'angle d'inclinaison. 13. Un circuit selon la revendication 12, caractérisé en ce que des moyens de découplage d'impédance du circuit (81), particulièrement du type "suiveur de tension", sont interposés entre le générateur de signal (80) et les électrodes auxiliaires (4, 5) du capteur (A). 14. Un circuit selon la revendication 12 ou la revendication 13 caractérisé en ce que chaque circuit échantillonneur inclut un condenseur (92) et un système de commutation (91) pour ooupler le condenseur a l'électrode principale (7), et pour le découpler de celle-ci. 15. Un circuit selon l'une quelconque des revendications 12 A 14, caractérisé en ce que l'amplificateur inclut un amplificateur différentiel pourvu d'un réseau de contre-réaction réactif pour un filtrage passe-bas.