Brevet FR2700001A1 — publié le 19940701

JAUGE CAPACITIVE DE LIQUIDE ET DISPOSITIF DE JAUGEAGE UTILISANT CETTE JAUGE DESCRIPTION La présente invention concerne une jauge capacitive destinée à déterminer le niveau d'un liquide contenu dans un réservoir, ce niveau étant susceptible de varier entre un niveau minimal et un niveau maximal. L'invention s'applique notamment dans le domaine de l'aéronautique, pour déterminer le niveau d'huile dans un réservoir monté sur un moteur d'avion. On connatt déjà des jauges capacitives du type mentionné plus haut, par les documents suivants : FR-A-2 383 436 FR-A-2 459 459 FR-A-2 516 235 FR-A-2 582 396. Cependant, ces jauges connues sont compliquées à réaliser, et sont donc coûteuses, et/ou nécessitent des moyens électroniques compliqués pour traiter les signaux qu'elles sont susceptibles de fournier. La présente invention a pour objet une jauge capacitive qui ne présente pas ces inconvénients. La jauge capacitive de liquide, objet de l'invention, est caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un ensemble de cinq armatures, à savoir - une première armature qui est placée au dessus du niveau maximal, - une deuxième armature qui est placée en dessous de la première armature et espacée de celle-ci et dont l'extrémité supérieure cojncide avec le niveau maximal, - une troisième armature qui est placée en regard des première et deuxième armatures et dont l'extrémité inférieure coïncide avec le niveau minimal, - une quatrième armature qui est située en regard de la deuxième armature, en dessous de la troisième armature, et espacée de cette dernière, et dont l'extrémité supérieure est en dessous du niveau minimal, et - une cinquième armature qui est placée en regard des deuxieme et troisième armatures et dont les extrémités inférieure et supérieure cojncident respectivement avec les niveaux minimal et maximal, cet ensemble formant avec le liquide et le gaz surmontant ce dernier quatre condensateurs, et en ce que ces condensateurs sont montés en pont capacitif, ce pont fournissant des tensions électriques de sortie V1 et V2 permettant la détermination du niveau du liquide dans le réservoir. Les cinq armatures sont de préférence cylindriques et coaxiales. On obtient ainsi une jauge moins encombrante qu'une jauge conforme à l'invention dont les armatures seraient planes (à capacités égales). Pour affiner les mesures, la jauge objet de l'invention peut comprendre deux tels ensembles de cinq armatures, l'un de ces ensembles entourant l'autre et les armatures de même rang de ces ensembles étant électriquement reliées L'une à l'autre. De préférence, chaque armature est recouverte d'une couche anti-adhérente vis-à-vis du liquide. L'anti-adhérence permet de réduire les phénomènes de capillarité et d'obtenir des valeurs de capacites plus élevées par diminution des espaces inter-armatures. Dans le cas où le liquide est électriquement conducteur, les armatures sont recouvertes d'une couche électriquement isolante. La présente invention a aussi pour objet un dispositif capacitif de jaugeage de liquide, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend - la jauge qui fait également l'objet de l'invention, - des moyens d'alimentation électrique de chaque pont capacitif de cette jauge, et - des moyens électroniques de traitement des tensions V1 et V2 fournies par chaque pont capacitif, ces moyens de traitement étant prévus pour déterminer le niveau du liquide à l'aide de ces tensions. Ces moyens électroniques de traitement sont de préférence prévus pour calculer la quantité (V1-V2)/(V1+V2) qui est une fonction linéaire du niveau du liquide. La presente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur Lesquels - la figure 1 est un schéma de principe d'une jauge capacitive de liquide conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue schématique d'un dispositif capacitif de jaugeage utilisant la jauge de la figure 1 (représentée sous forme de schéma électrique équivalent), - la figure 3 est un graphique montrant les variations d'une quantité G calculée par les moyens électroniques de traitement que comporte le dispositif de la figure 2, en fonction du niveau de liquide dans le réservoir dans lequel se trouve la jauge, et - la figure 4 est un schéma de principe d'une et A2 et l'extrémité inférieure de ce tube A3 coïncide avec le niveau Nmin, - le tube A4 est situé en regard du tube A2, en dessous du tube A3 dont il est espacé, et l'extrémité supérieure de ce tube A4 est en dessous du niveau minimal Nmin, et - Le tube A5 est placé en regard des tubes A2 et A3 et ses extrémités inférieure et supérieure coïncident respectivement avec les niveaux minimal et maximal. Les tubes Ai et A2 sont les plus proches de l'axe X et l'ensemble des tubes A3 et A4 entoure L'ensemble des tubes Al, A2 et A5. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, en vue de simplifier la fabrication de la jauge J, les tubes Al et A4 ont la même hauteur et les tubes A2 et A3 ont également la même hauteur, les extrémités supérieures des tubes Al et A3 étant au même niveau et les extrémités inférieures des tubes A2 et A4 étant également au même niveau. Dans une variante non représentée, les tubes Al et A2 ont des diamètres intérieurs nuls ; en d'autres termes, ils sont remplacés par des barreaux (qui ont l'axe X comme axe commun). Les tubes Al à A5 forment les armatures de condensateurs dont le diélectrique est soit le gaz, soit le liquide, soit un mélange de ces derniers. PLus précisément, on obtient un premier condensateur C1 dont les armatures sont formées par les tubes Ai et A3 et dont le diélectrique est, en fonctionnement normal, le gaz A contenu dans le réservoir R, la capacité de ce condensateur C1 étant donc normalement contante. Cette capacité devient variable si le réservoir est rempli au-delà du niveau maximal Nmax. autre jauge capacitive conforme à l'invention. Sur la figure 1, on a représenté le schéma de principe d'une jauge capacitive de liquide conforme à l'invention, vue en coupe longitudinale. Dans L'exemple représenté sur la figure 1, la jauge J est destinée à déterminer le niveau N d'un liquide L contenu dans un réservoir R, ce niveau N étant susceptible de varier entre un niveau minimal Nmin et un niveau maximal Nmax. Au dessus de la surface libre du liquide L se trouve un gaz, par exemple de l'air, qui porte la référence A sur la figure 1. La jauge J comprend cinq armatures Al, A2, A3, A4 et A5 qui sont cylindriques et coaxiales, formant ainsi des tubes dont l'axe commun porte la référence X sur la figure 1. Ces tubes Al à A5 sont faits d'un matériau électriquement conducteur, l'aluminium par exemple, et ces tubes sont de préférence recouverts d'une couche (non représentée) anti-adhérente vis-à-vis du liquide. Si ce liquide est électriquement conducteur, cette couche est de plus choisie électriquement isolante. L'ensemble des cinq armatures Al à A5 est maintenu dans le réservoir R par des moyens non représentés et cet ensemble est rigidifié par des moyens non représentés permettant également le passage du gaz et du liquide. Comme on le voit sur la figure 1 : - le tube Al est placé au dessus du niveau maximal Nmin, - le tube A2 est placé en dessous du tube Al et espacé de ce dernier et l'extrémité supérieure du tube A2 coincide avec le niveau maximal Nmax, - le tube A3 est placé en regard des tubes Al Le deuxième condensateur C2 a comme armatures les tubes A2 et AS et son diélectrique est soit le liquide L (réservoir "plein", c' est-à-dire rempli jusqu'au niveau Nmax), soit un mélange liquide-gaz qui est fonction du niveau de remplissage du réservoir. La capacité du condensateur C2 est ainsi variable avec le niveau du réservoir. Le troisième codensateur C3 a comme armatures les tubes A3 et A5 et son diélectrique est soit le gaz (réservoir "vide", c'est-à-dire rempli jusqu'au niveau Nmin), soit un mélange liquide-gaz qui est fonction du remplissage du réservoir. La capacité de ce condensateur C3 est ainsi variable avec le niveau du réservoir. Le quatrième condensateur C4 a des armatures formées par les tubes A4 et A2 et son diélectrique est constitué par le liquide, la capacité de ce condensateur C4 étant normalement constante (pour un liquide donné) mais devenant variable Lorsque le liquide atteint un niveau inférieur au niveau minimal Nmin. Les condensateurs C1 à C4 sont reliés entre eux de façon à former un pont capacitif. Ceci est illustré par la figure 2 sur laquelle on voit le schéma électrique correspondant à ce pont capacitif. Sur la figure 2, chacun des condensateurs C2 et C3 est représenté par deux condensateurs montés en parallèle, l'un de ces condensateurs étant fixe et admettant le gaz comme diélectrique tandis que l'autre condensateur est variable et admet le liquide comme diélectrique, pour tenir compte de la variation de niveau de liquide dans le réservoir. De plus, on a noté sur la figure 2 les différentes armatures Al à A5 et l'on a indiqué sur la figure 1 les différentes liaisons électriques nécessitées par le pont capacitif. Sur la figure 2, on voit en fait un dispositif de jaugeage conforme à l'invention qui comprend, en plus de la jauge J, une alimentation alternative T comportant un point de référence de masse PM et alimentant le pont capacitif par des tensions sinusoidales U1 et U2. Le dispositif de jaugeage comprend également des moyens électroniques de traitement MT qui reçoivent en entrée des tensions sinusoidales V1 et V2 fournies par le pont capacitif. Les amplitudes de ces tensions V1 et V2 sont des fonctions du niveau du liquide dans le réservoir. On a indiqué sur la figure 1, les points d'application des tensions U1 et U2 et les points où les tensions V1 et V2 sont disponibles. Les moyens électroniques de traitement MT comprennent un calculateur ORD prévus pour calculer la hauteur x de liquide dans le réservoir (cette hauteur corespondant au niveau N), à partir des signaux V1 et V2 que ce calculateur reçoit par l'intermédiaire d'une carte d'entrée-sortie ES comportant un point de référence de masse. Les résultats du calcul sont donnés par des moyens de visualisation VIS dont est muni le calculateur ORD Ce calculateur ORD calcule la valeur de x à partir des formules suivantes : G = (V1-V2)/(V1+V2) G = a.x+b Ainsi, le calculateur calcule la quantité G qui est une fonction linéaire de x et indépendante du diélectrique du liquide, les nombres a et b étant des constantes. Un étalonnage préalable de la jauge permet de déterminer ces constantes a et b que l'on met en mémoire dans le calculateur. On voit donc bien que ce dernier est capable de calculer la valeur de x après avoir calculé la quantité G en fonction des signaux V1 et V2. A titre d'exemple, on peut faire l'étalonnage en déterminant - d'une part les valeurs de V1 et V2 qui correspondent à x égal à xmin, où xmin est la hauteur de liquide correspondant au niveau minimal Nmin, et - d'autre part les valeurs de V1 et V2 qui correspondent au niveau x égal à xmax, où xmax est la hauteur de liquide correspondant au niveau maximal Nmax, d'où un système de deux équations à deux inconnues fournissant les valeurs de a et de b. La figure 3 montre les variations du rapport G en fonction de la hauteur x de liquide dans le réservoir. On voit que la courbe des variations de G est un segment de droite délimité par deux points de coordonnées (xmin, -g) et (xmax, +g), avec O Le rapport G s'annule (V1=V2) lorsque le réservoir est à moitié vide, x étant alors égal à la moyenne de xmin et xmax. La figure 4 est un schéma de principe d'une autre jauge J1 conforme à l'invention, vue en coupe longitudinale. Cette autre jauge comprend L'ensemble déjà décrit des cinq tubes Al à A5 ainsi qu'un autre ensemble de cinq tubes électriquement conducteurs F1, F2, F3, F4 et F5. Ces tubes F1, F2, F3, F4 et F5 sont respectivement reliés électriquement aux tubes A1, A2, A3, A4 et A5 et ont le même axe X que ces tubes Al à A5. Comme on le voit sur la figure 4, l'ensemble des tubes Fi à F5 entoure L'ensemble des tubes Al à A5 et est identique à ce dernier à ceci près que les tubes F1 à FS, qui sont respectivement les homologues des tubes Al à A5, ont des diamètres supérieurs aux diamètres de ces tubes Al à A5. On dispose ainsi de deux ponts capacitifs que l'on alimente comme précédemment par les tensions U1 et U2. Les signaux sinusoïdaux V1 et V2 sont exploités comme précédemment. La jauge objet de l'invention est réalisable avec un faible coût ; elle est très fiable (elle ne comporte aucune partie mobile et aucun composant actif) ; le traitement des signaux V1 et V2 fournis par cette jauge est très simple ; cette jauge est capable de fonctionner en jauge volumétrique ; elle est utilisable avec n'importe quel liquide. REVENDICATIONS 1. Jauge capacitive (J, J1) destinée à déterminer le niveau d'un liquide (L) contenu dans un réservoir (R), ce niveau étant susceptible de varier entre un niveau minimal (Nmin) et un niveau maximal (Nmax), cette jauge étant caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un ensemble de cinq armatures, à savoir - une première armature (Al, F1) qui est placée au dessus du niveau maximal, - une deuxième armature (A2, F2) qui est placée en dessous de la première armature et espacée de celle-ci et dont l'extrémité supérieure co;;ncide avec le niveau maximal, - une troisième armature (A3, F3) qui est placée en regard des première et deuxième armatures et dont l'extrémité inférieure coïncide avec le niveau minimal, - une quatrième armature (A4, F4) qui est située en regard de la deuxième armature, en dessous de la troisième armature, et espacée de cette dernière, et dont l'extrémité supérieure est en dessous du niveau minimal, et - une cinquième armature (A5, F5) qui est placée en regard des deuxième et troisième armatures et dont les extrémités inférieure et supérieure cojncident respectivement avec les niveaux minimal et maximal, cet ensemble formant avec le liquide et le gaz (A) surmontant ce dernier quatre condensateurs (Ci à C4), et en ce que ces condensateurs sont montés en pont capacitif, ce pont fournissant des tensions électriques de sortie V1 et V2 permettant la détermination du niveau du liquide dans le réservoir. 2. Jauge selon la revendication 1, caractérisée en ce que les cinq armatures (Al à A5; F1 à F5) sont cylindriques et coaxiales. 3. Jauge selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend deux tels ensembles de cinq armatures (Al à A5; F1 à F5), l'un de ces ensembles entourant l'autre, et en ce que les armatures de même rang de ces ensembles sont électriquement reliées l'une à l'autre. 4. Jauge selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque armature est recouverte d'une couche anti-adhérente vis-à-vis du liquide. 5. Dispositif de jaugeage de liquide, caractérisé en ce qu'il comprend - la jauge (J, J1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, - des moyens (T) d'alimentation électrique de chaque pont capacitif de cette jauge, et - des moyens électroniques (MT) de traitement des tensions V1 et V2 fournies par chaque pont capacitif, ces moyens de traitement étant prévus pour déterminer le niveau du liquide à l'aide de ces tensions. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens électroniques de traitement (MT) sont prévus pour calculer la quantité (V1-V2 > /(V1+V2) qui est une fonction Linéaire du niveau du liquide.