Brevet FR2681424A1 — publié le 19930319

La présente invention concerne un capteur de niveau pour fluide électriquement conducteur. On connaît déjà des capteurs de niveau capacitifs pour fluides diélectriques. Dans un tel capteur, la capacité mesurée entre deux électrodes disposées en vis à vis dans le fluide varie avec la hauteur de ce fluide. De tels capteurs ne sont toutefois pas utilisables pour mesurer le niveau d'un fluide conducteur, tel par exemple que certains fluides hydrauliques qui se comportent comme un milieu à la fois résistif et diélectrique, et qui de plus présentent une résistivité et une constante diélectrique variant de façon importante avec la température. La présente invention vise à fournir un tel capteur utilisable dans des fluides conducteurs. A cet effet, l'invention a pour objet un capteur de niveau pour fluide électriquement conducteur, caractérisé par le fait qu'il comprend une sonde comportant une électrode centrale sensiblement cylindrique revêtue d'une gaine en résine diélectrique et une électrode périphérique entourant l'électrode centrale, la sonde étant agencée pour être disposée sensiblement verticalement dans le fluide de manière que ce dernier pénètre entre l'électrode périphérique et la gaine de l'électrode centrale, et un circuit électronique de traitement apte à mesurer la capacité de la sonde pour en déduire le niveau du fluide. La résine peut être une résine fluorée, par exemple du PTFE. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit circuit électronique comprend un circuit oscillant à une fréquence fonction de la capacité de la sonde, et des moyens pour mesurer ladite fréquence, par exemple un intégrateur et un circuit détecteur de crête. Avantageusement, on donne au capteur selon l'invention des caractéristiques dimensionnelles et électriques telles qu'il se comporte comme si le fluide était un conducteur sensiblement parfait. Plus particulièrement si l'on appelle R1 le rayon extérieur de l'électrode centrale, R2 le rayon extérieur de la gaine en résine diélectrique et R3 le rayon intérieur de l'électrode périphérique, on prévoit de préférence Log (R3/R2) aussi grand que possible par rapport à Log (R2/R1). La fréquence moyenne d'oscillation de l'oscillateur peut être prévue de l'ordre de quelques centaines de hertz. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'invention, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe de la sonde d'un capteur selon l'invention, et - la figure 2 est un schéma du circuit électronique de traitement. La sonde 1 représentée à la figure 1 comporte une électrode métallique centrale 2 revêtue d'une gaine diélectrique 3, réalisée ici en PTFE, et une électrode métallique périphérique 4. L'électrode centrale 2 est un barreau métallique alors que l'électrode périphérique 4 est un tronçon de tube coaxial au barreau 2. Si l'on appelle R1 le rayon du barreau 2, R2 le rayon extérieur de la gaine 3, R3 le rayon intérieur du tube 4, H la hauteur de la sonde, h la hauteur du liquide à partir du bas de la sonde, 0 la permittivité du vide, la permittivité de la gaine 3, 2 la permittivité du fluide et q sa résistivité, on peut montrer que l'impédance de la sonde est obtenue par L'une des difficultés à résoudre provient du fait que et et 2 ainsi que leur produit, varient dans des proportions importantes avec la température. De plus, ces grandeurs varient d'un fluide à l'autre. On peut montrer que l'on peut résoudre cette difficulté : 1) d'une part en choisissant Log R3/R2 aussi grand que possible devant Log R2/R1 pour que la sonde présente une bonne sensibilité, et notamment par conséquent, en choisissant l'épaisseur de la gaine la plus faible possible. A titre d'exemple, on peut choisir R1 = 12 millimètres, R2 = 14 millimètres et R3 = 19 millimètres. 2) et d'autre part, pour que l'impédance de la sonde soit pratiquement indépendante de la température du fluide, en satisfaisant la relation 1 + a j # (2) 1 + (1+b)a j (2) avec R1, R2 et R3 étant choisis, on peut alors calculer la valeur maximum acceptable pour le coefficient a, de telle sorte que la formule (2) soit satisfaite dans tout le domaine de fonctionnnement. La connaissance de a fournit par l'intermédiaire de (3) la valeur de la fréquence maximum des circuits électroniques. On a constaté en fait qu'une fréquence de quelques centaines de hertz était généralement acceptable. Lorsque la condition (2) ci dessus est remplie, l'impédance de la sonde se ramène à celle d'un condensateur de valeur qui varie entre les valeurs suivantes pour h = 0 et pour h = H R3 Log -- R C = Cmaxi = C mini (1 + #1 1 R2 (Y) Log R1 Ces relations montrent bien que la valeur de C ne dépend plus des valeurs de et 2 liées au fluide et à sa température, et qu'en ayant choisi Log R3/R1 aussi grand que possible devant Log R2/R1 , la sonde a gardé une bonne sensibilité Si l'on se réfère maintenant à la figure 2, on voit la sonde 1 reliée à l'entrée d'un circuit oscillant 5, délivrant à sa sortie des signaux carrés à amplitude constante et à fréquence variable fonction de la capacité de la sonde 1. Un circuit 6 permet d'éliminer la composante continue à la sortie de l'oscillateur 5, après quoi un circuit intégr'ateur 7 et un circuit détecteur de crête 8 fournissent une tension proportionnelle à la fréquence d'oscillation du circuit 5. Les circuits oscillants 5, intégrateur 7 et détecteur de crête 8 sont connus en eux-mêmes et ne seront donc pas décrits ici plus en détail. REVENDICATIONS 1. Capteur de niveau pour fluide électriquement conducteur, caractérisé par le fait qu'il comprend une sonde (1) comportant une électrode centrale (2) sensiblement cylindrique revêtue d'une gaine (3) en résine diélectrique et une électrode périphérique (4) entourant l'électrode centrale, la sonde étant agencée pour être disposée sensiblement verticalement dans le fluide de manière que ce dernier pénètre entre l'électrode périphérique et la gaine de l'électrode centrale, et un circuit électronique (5 8) de traitement apte à mesurer la capacité de la sonde pour en déduire le niveau du fluide. 2. Capteur selon la revendication 1, dans lequel ladite résine est une résine fluorée. 3. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel ledit circuit électronique comprend un circuit oscillant (5) à une fréquence fonction de la capacité de la sonde, et des moyens (7,8) pour mesurer ladite fréquence. 4. Capteur selon la revendication 3, dans lequel les moyens de mesure de ladite fréquence comprennent un intégrateur (7) et un circuit détecteur de crête (8). 5. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, possédant des caractéristiques dimensionnelles et électriques telles qu'il se comporte comme si le fluide était un conducteur sensiblement parfait. 6. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel Log (R3/R2) est très grand par rapport à Log (R2/R1), R1 étant le rayon extérieur de l'électrode centrale, R2 étant le rayon extérieur de la gaine en résine diélectrique, et R3 étant le rayon intérieur de l'électrode périphérique. 7. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la fréquence moyenne d'oscillation de l'oscillateur est de l'ordre de quelques centaines de hertz.