Brevet FR2669422A1 — publié le 19920522

JAUGE CAPACITIVE DE NIVEAU D'EAU. L'invention concerne les jauges de niveau, c'est à dire les appareils destinés à mesurer les hauteurs des nappes d'eau souterraines ou de surfaces, naturelles ou contenues dans des réservoirs, et dont le niveau peut varier en hauteur L'invention peut s'appliquer à tout liquide à condition qu'il soit non isolant, c'est à dire au moins légèrement conducteur. Comme le montre le schéma de principe de la figure 1/1, une jauge 21 comprend un corps supérieur 22, en général étanche, et protégeant le dispositif électronique de transformation et d'amplification du signal mesuré. A ce corps 22 sont fixées deux électrodes métalliques conductrices 25 et 26 recouvertes ou non par un isolant électrique, et qui constituent un condensateur. La capacité électrique de ce condensateur varie en fonction de la présence ou l'absence de liquide 24, dont le niveau peut varier entre les extremités des électrodes 27 et 28, jusqu'à approximativement la hauteur du boitier électronique 22. L'électronique 22 convertit cette variation de capacité en un signal électrique 23, exploité ensuite comme la mesure du niveau dudit liquide. Il est à noter que ce type de jauge, couramment utilisé dans l'industrie, fonctionne d'une manière indépendante de la conductivité du liquide 24. il peut se trouver en outre des cas ou l'une des électrodes 25 ou 26 est simplement constitué par les parois du réservoir contenant le liquide 24. Un tel système est difficilement linéaire et exige fréquemment une correction électronique, le condensateur ainsi constituée ayant une structure complexe, les effets d'influences diélectriques étant multiples. Si le liquide est isolant, les électrodes peuvent entre dépourvues d'isolant, puisqu'il n'y aura donc pas de courant électrique de fuite entre les électrodes 25 et 26. Par ailleurs, si le liquide est conducteur, on recouvre au contraire les électrodes d'une matière Isolante d'une matière synthétique. li apparaît alors des défauts de linéarité dus à la structure composite des éléments constituant l'espace diélectrique entre les électrodes 25 et 26: outre les effets électrostatiques venant du réservoir, le diélectrique ainsi formé entre les électrodes comprend la matière isolante de l'électrode 25, puis le liquide 24 dont on mesure le niveau, et enfin la matière isolante de l'électrode 26. On comprend qu'une telle superposition engendre des effets non linéaires sur la variation de la capacité. Le but de la présente invention est donc de réaliser une jauge (ou capteur) capacitive présentant des caractéristiques de linéarité supérieures aux jauges actuellement en usage, et s'adressant exclusivement aux liquides non isolants ayant une conductivité électrique même très faible. L'invention concerne une jauge du type de celle décrite sur la figure 2/1 (11), comprenant un corps supérieur 1 protégeant un dispositif électronique ayant pour fonction d'interpréter et d'amplifier la mesure électrique de la capacité du condensateur formé par la partie inférieure 2, et la convertissant en un signal 9. Cette jauge est plongée dans le liquide 10 dont on veut mesurer le niveau, qui peut varier entre l'extrémité basse 7 Jusqu'à approximativement la hauteur du boitier électronique 1, avec une amplitude est repérée H sur le dessin. L'invention concerne cette jauge il qui comporte un organe de mesure 2 se présentant comme un câble de section approximativement circulaire constitué par une âme centrale conductrice métallique 6, isolée par un corps diélectrique habituellement en matière synthétique 5, un blindage métallique conducteur 4 enveloppant les éléments 6 et 5 ci-dessus, et enfin recouvert par un isolant électrique 3. L'âme conductrice 6 débouche à l'extrémité basse 7 de l'organe de mesure 2, et est en contact permanent avec le liquide par son extrémité 8. Celle-ci est réalisée ou protégée par une matière non oxydable si cela est nécessaire. Le blindage 4 est maintenu électriquement isolé du contact du liquide 4 par des moyens d'étanchéité connus. L'ensemble peut être rigide, mais est habituellement conçu de manière à permettre une souplesse du câble ainsi constitué, afin d'en faciliter l'installation. Le liquide 10 se trouvant au même potentiel que l'âme conductrice 6, il est ainsi formé un condensateur entre ce liquide et le blindage conducteur 4, séparés par l'isolant 3. On a donc constitué un condensateur de type cylindrique, c'est à dire à forme géométrique simple, et surtout présentant un champ électrostatique totalement fermé, dont la valeur exprimée en plcofarads varie avec la surface de l'isolant 3 mouillée par le liquide 10. Lorsque le niveau du liquide varie entre le niveau bas 12 et le niveau haut 13, la capacité du condensateur constitué par l'ensemble (liquide /3 /4) augmente d'une manière linéaire et proportionnelle du fait de la structure géométrique de l'assemblage. Les effets d'influences electrostatiques extérieurs sont éliminés par la présence du blindage 4 qui recouvre l'âme 6. Il est à noter que l'organe électronique 1 peut être placé à la partie inférieure 7- du capteur au lieu de la partie supérieure, en faisant transiter en supplément au sein du corps 2 les fils d'alimentation et les fils de sortie du signal amplifié. Il apparalten outre que l'organe de mesure 2 peut être construit d'une manière très économique, puisqu'il peut être simplement réalisé avec un câble blindé du commerce. Sa longueur totale H peut varier d'une manière très étendue en fonction des conditions de mesure requises. La section du corps 7 peut être de quelques millimètres, afin de permettre de mesurer des niveaux de liquide à l'étiage. Elle peut être élargie afin d'augmenter la capacité linéaire de l'organe de mesure. Tous les moyens d'assemblage, d'étanchéité et de fixations pouvant faciliter la fabrication ou l'utilisation de ce type de capteur capacitif peuvent être utilisés sans en modifier le caractère nouveau. La section du corps 2 est normalement circulaire. Toute autre forme peut être prévue afin d'adapter les conditions de mesure à des configurations spécifiques, sans en modifier le caractère nouveau. La nature des différentes fonctions assurées par le dispositif électronique 1 ou autre peut être conçue pour faciliter, étendre ou exploiter d'une manière spécifique l'information Issue de la jauge capacitive faisant l'objet de cette invention, sans en modifier le caractère nouveau. REVENDICATIONS. 1 - Jauge (capteur) de niveau, du type de celle présentée sur la figure 2/1, à procédé capacitif destiné à mesurer le niveau de tout liquide non isolant, comprenant un conducteur central 6 (âme) en contact électrique avec le liquide à mesurer 10, entouré par un blindage 4 électriquement séparé, ce dernier constituant un condensateur avec la masse du liquide dont la valeur varie avec le niveau, et protégeant par ailleurs le conducteur central 6 contre les influences électrostatiques extérieures. 2- Jauge comportant à son extrémité basse 7 un contact électrique de forme et de de matière appropriée, et assurant une mise au potentiel du liquide par le conducteur central 6. 3- Jauge selon les revendications ci-dessus, comportant ou non un organe électronique d'interprétation, d'amplification, et de mise en forme de la variation de la capacité du condensateur formé entre ladite jauge et le liquide dont on mesure le niveau. 4- Jauge selon les revendications ci-dessus, dont la géométrie axiale a été modifiée et adaptée pour répondre à une configuration spécifique, sous toute forme facilitant toute application particulière. 5- Jauge selon les revendications ci-dessus, dont la longueur peut varier d'une manière très étendue afin de mesurer des variations de capacité, et donc un niveau, sur toute hauteur jugée nécessaire par l'application. 6- Jauge selon les revendications ci-dessus, dont le contenu et la disposition géométrique des éléments contenus par le corps 2 peut être modifié sans en changer le mode de fonctionnement.