Brevet FR2752053A1 — publié le 19980206

La présente invention concerne une sonde de mesure capacitive du niveau de liquide dans un réservoir, du type comprenant un condensateur de mesure destiné à être relié à une source de tension et qui comporte deux armatures portées par des plaques en regard, lesquelles armatures sont destinées à être partiellement immergées dans le liquide et délimitent entre elles un intervalle recevant le liquide. De telles sondes sont utilisées par exemple dans un réservoir d'hydrocarbure de véhicule automobile ou dans la cuve d'un générateur de vapeur, notamment pour le nettoyage haute pression à la vapeur. Une sonde de ce type est intégrée dans un dispositif de mesure capacitive comportant en outre un circuit électronique de traitement, incorporant la source de tension. Ce circuit de traitement est adapté pour déterminer la hauteur du liquide dans le réservoir à partir de la valeur de la capacité du condensateur de mesure. En effet, la capacité du condensateur de mesure varie en fonction de la hauteur du liquide dans le réservoir puisqu'elle dépend d'une part des constantes diélectriques différentes du liquide et de l'atmosphère ambiante, et d'autre part de la surface immergée des armatures du condensateur qui est elle-même une fonction de la hauteur du liquide dans le réservoir. Lorsque la sonde de mesure est utilisée dans un réservoir de véhicule automobile, les mouvements du véhicule, notamment lors du franchissement de cahots, provoquent des mouvements aléatoires de la surface du liquide qui faussent les valeurs mesurées de hauteur du liquide. Lorsque la sonde de mesure est installée dans une cuve d'un générateur de vapeur, celle-ci est en contact dans sa partie inférieure avec de l'eau en phase liquide maintenue à environ 140 C et dans sa partie supérieure avec de la vapeur d'eau sensiblement à la même température. La pression régnant dans une telle cuve est sensiblement égale à 5 bars. Lors d'un prélèvement de vapeur, on constate un bouillonnement important de la phase liquide contenu dans la cuve du fait de la diminution de pression régnant dans la cuve. Les bulles créées dans le milieu liquide provoquent un mouvement désordonné de la surface du liquide. Les mesures de niveau réalisées pendant la phase de prélèvement de vapeur sont alors erronées. Un phénomène de même nature est constaté lors de l'introduction d'eau froide dans la cuve. L'invention a pour but de proposer une sonde de mesure capacitive du niveau de liquide dans un réservoir qui soit peu sensible aux mouvements de la surface du liquide et qui permette d'obtenir une mesure satisfaisante du niveau de liquide même pendant des phases transitoires de fonctionnement d'une installation. A cet effet, I'invention a pour objet une sonde de mesure capacitive du niveau de liquide dans un réservoir, du type précité, caractérisée en ce qu'elle comporte sur au moins une partie de sa hauteur des parois latérales reliant mécaniquement les plaques de part et d'autre de l'intervalle, les parois latérales et les plaques délimitant au moins un conduit entourant ledit intervalle. Suivant des modes particuliers de réalisation, I'invention comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes - le conduit a sensiblement en section une forme rectangulaire, - les parois latérales sont venues de matière avec l'une des plaques, délimitant ainsi un canal recouvert par une plaque complémentaire portant l'autre armature, - les parois latérales comportent chacune une rainure longitudinale dans laquelle est reçu un bord longitudinal de l'une des plaques, - les parois latérales sont réalisées en un matériau électriquement conducteur et sont reliées électriquement à l'une des armatures, formant ainsi une cage de Faraday chevauchant ledit intervalle, - I'une des plaques est réalisée dans un matériau électriquement conducteur et constitue l'une des armatures du condensateur de mesure, - les plaques sont maintenues dans leurs parties supérieures par un corps de sonde et les parois latérales comportent au voisinage du corps de sonde des évents latéraux supérieurs, - le conduit est ouvert à une extrémité libre inférieure et les parois latérales comportent à leur extrémité inférieure des encoches latérales inférieures, - I'une des armatures du condensateur de mesure est portée par deux plaques extrèmes faisant face de part et d'autre à une plaque intermédiaire portant l'armature complémentaire du condensateur de mesure, cette armature complémentaire s'étendant sur les deux faces de la plaque intermédiaire, des parois latérales reliant les deux plaques extrèmes à la plaque intermédiaire, - les deux plaques extrèmes et les parois latérales sont venues de matière et délimitent un tube dans lequel est disposé longitudinalement la plaque intermédiaire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de mesure capacitive du niveau de liquide dans un réservoir incorporant une sonde selon l'invention; - la figure 2 est une vue en section du condensateur de la sonde de la figure 1; - la figure 3 est une vue en élévation d'une électrode de la sonde de la figure 1; - la figure 4 est une vue en perspective d'un autre dispositif de mesure capacitive du niveau de liquide incorporant une variante de réalisation d'une sonde selon l'invention; - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale de la sonde de la figure 4; et - la figure 6 est une vue en section du condensateur de la sonde de la figure 4. Sur la figure 1 est représenté un dispositif 10 de mesure capacitive du niveau de liquide dans un réservoir 12 d'un générateur de vapeur d'eau. Le dispositif 10 comporte une sonde 14 de mesure capacitive du niveau et un circuit de traitement électronique 16 comportant notamment une source de tension. Le circuit de traitement peut être de tout type connu et ne sera pas décrit ici. Il est logé dans un boîtier 18. La sonde 14 comporte essentiellement un corps supérieur 20 et un condensateur de mesure 22. Le corps 20 présente une forme cylindrique et prolonge le boîtier 18. 11 comporte extérieurement un filetage 24 pour son montage dans un conduit taraudé 26 traversant la paroi de la cuve 12. Comme visible également sur la figure 2, le condensateur 22 comporte deux armatures 28, 30 de forme allongée portées par des plaques en regard 32, 34 de même longueur s'étendant sensiblement parallèlement. Les armatures délimitent entre elles un intervalle 36. Les plaques 32, 34 sont maintenues en position l'une par rapport à l'autre par leurs extrémités supérieures reçues dans le corps 20. Deux parois latérales pleines parallèles 38A, 38B relient sur une partie de leur hauteur les deux plaques 32, 34 de part et d'autre de l'intervalle 36. Ainsi, les deux parois latérales 38A, 38B et les deux plaques 32, 34 délimitent un conduit 40 de section rectangulaire disposé sensiblement verticalement dans la cuve 12. La distance séparant les armatures 28, 30 est sensiblement égale à 2 mm et la largeur des plaques 32, 34 sensiblement égale à 10 mm. La hauteur totale du condensateur est de 100 mm. Les proportions ne sont pas respectées sur les dessins pour des raisons de lisibilité. Dans le cas d'une sonde destinée à la mesure d'un niveau d'eau, I'épaisseur de l'intervalle, c'est-à-dire la distance séparant les deux armatures est de préférence comprise entre 1,5 et 3 mm. Les parois latérales 38A et 38B s'étendent dans la partie intermédiaire du condensateur. Elles sont interrompues à une distance D1 du fond du corps de sonde 20, libérant ainsi deux évents latéraux supérieurs 42A, 42B. Dans l'exemple décrit, la distance D1 est sensiblement égale à la largeur des plaques 32, 34, c'est-à-dire 10 mm. Cette distance doit être suffisante pour permettre la circulation de la phase gazeuse contenue dans le conduit 40 et est en particulier supérieure à 5mm. En outre, les parois latérales 38A, 38B sont interrompues à une distance D2 de l'extrémité inférieure des plaques, libérant ainsi deux encoches latérales inférieures 44A, 44B. Cette distance D2 est sensiblement égale à la distance D1. La plaque 32 est réalisée en matériau électriquement conducteur notamment du métal et constitue l'armature 28 du condensateur de mesure. Elle est par exemple formée en laiton recouvert de nickel. Comme représenté sur la figure 2, les parois latérales 38A, 38B sont venues de matière avec la plaque 28. Ainsi, dans sa partie intermédiaire, L'armature 28 présente sensiblement la forme d'un U. Elle délimite ainsi un canal recouvert par la plaque complémentaire 34 afin de former le conduit 40. Des rainures longitudinales 46A, 46B sont ménagés sur les faces intérieures des parois latérales 38A, 38B. Les bords longitudinaux de la plaque 34 y sont reçus. La plaque 34, représentée sur la figure 3, est par exemple formée en céramique. Elle comporte sur sa face en regard de l'armature 28 une couche conductrice 48 formée d'un dépôt métallique. La couche 48 s'étend sur l'essentiel de la surface de la plaque 34 et constitue l'armature 30 du condensateur de mesure. Dans la partie inférieure de la plaque 34, est prévue une couche conductrice complémentaire 50 prolongée par une ligne conductrice 52 s'étendant jusqu'à l'extrémité supérieure de la plaque. La couche 50 forme avec l'armature 28 un condensateur auxiliaire constamment immergé servant de condensateur de référence dans le dispositif de mesure. La couche 50 s'étend sensiblement sur la hauteur D2 des encoches 44B, 44B. Les couches métalliques de la plaque 34 sont recouvertes d'une pellicule électriquement isolante, imperméable et non adhérente, formée à base de TEFLON. La sonde montée dans le réservoir 12 est partiellement immergée. En particulier, l'intervalle 36 reçoit le liquide sur une hauteur correspondant à la hauteur de liquide dans le réservoir. On conçoit que le conduit 40 délimité autour de l'intervalle 36 assure une stabilisation du niveau du liquide dans la sonde, garantissant la fiabilité des mesures effectuées depuis cette sonde. Par ailleurs, les évents 42A, 42B, non immergés dans la partie supérieure du condensateur assurent l'évacuation de la phase gazeuse contenue dans le conduit lors des variations de niveau du liquide. De plus, ces évents évitent la formation d'un ménisque conduisant à la retenue du niveau de liquide à l'intérieur du conduit 40 à un niveau différent du niveau réel du liquide dans le réservoir. Les encoches 44A, 44B dans la partie inférieure de la sonde assurent une circulation satisfaisante du liquide dans l'intervalle 36. On constate de manière surprenante que la présence de ces encoches évite la formation de dépôt (boues, tartre) à l'extrémité inférieure du conduit. Une hypothèse d'explication de ce phénomène réside dans le fait qu'elles permettent un balayage du conduit et en particulier de la partie inférieure de celui-ci lors des mouvements du liquide contenu dans la cuve. Dans l'exemple représenté, les parois latérales 38A, 38B sont réalisées en un matériau électriquement conducteur et sont reliées électriquement à l'armature 28 avec laquelle elles sont venues de matière. Une cage de Faraday chevauchant ledit intervalle est ainsi formée. Cette cage de Faraday est de préférence reliée à la masse du dispositif de mesure. La cage préserve le condensateur de mesure des interférences électromagnétiques résultant des dispositifs rayonnant disposés au voisinage. Par ailleurs, I'existence de cette cage de Faraday évite les émissions parasites depuis la sonde. Dans l'exemple représenté, les parois latérales sont venues de matière avec une plaque formant armature. Toutefois, celles-ci pourraient être rapportées. Dans ce cas, les deux plaques rectangulaires portant les armatures sont maintenues dans le corps 20 et un manchon de section rectangulaire est disposé autour de celles-ci dans la partie intermédiaire du condensateur pour former les parois latérales. Le dispositif de mesure capacitive représenté sur la figure 4 incorpore une sonde de mesure destinée à être disposée dans un réservoir d'essence d'un véhicule automobile. Cette sonde est munie d'un condensateur de mesure 100 destiné à être partiellement immergé dans le liquide. Comme dans le mode de réalisation précédent, le condensateur de mesure 100 est maintenu dans sa partie supérieure dans un corps de sonde 102. Comme représenté sur les figures 4 à 6, le condensateur de mesure comporte une plaque rectangulaire intermédiaire 104 disposée entre deux plaques extrèmes 106,108. Ces dernières s'étendent de part et d'autre et en regard des faces de la plaque 104. La plaque 104 est réalisée en céramique. L'une des armatures 110 du condensateur de mesure est formée par des couches métalliques 112,114 recouvrant l'essentiel des deux faces de la plaque intermédiaire 104. Des couches métalliques complémentaires 116, 118 sont également prévues sur les deux faces de la plaque 104 dans la partie inférieure de celle-ci. Elles constituent l'une des armatures d'un condensateur de référence. Toutes les couches métalliques portées par la plaque 104 sont recouvertes d'un revêtement électriquement isolant, imperméable et non adhérent. L'armature complémentaire du condensateur de mesure est formée par les deux plaques extrêmes 106, 108 réalisées en un matériau électriquement conducteur notamment du métal. Ces deux plaques sont reliées par des parois latérales 120A, 120B s'étendant sur l'essentiel de la hauteur du condensateur dans la partie intermédiaire de celui-ci. Les parois latérales 120A, 120B comportent longitudinalement dans leur partie médiane des rainures 122A, 122B (figure 6) dans lesquelles sont reçus les bords longitudinaux de la plaque 104. Les parois latérales 120A, 120B relient ainsi mécaniquement les plaques extrèmes 106,108 à la plaque intermédiaire 104. Les plaques 106, 108 et les parois latérales 120A, 120B sont venues de matière et sont par exemple obtenues par déformation d'un flan de tôle replié et refermé par une soudure longitudinale 124 (figure 6). Dans ce mode de réalisation, les plaques 104 à 108 et les parois latérales 120A, 120B délimitent deux conduits 126, 128 s'étendant sensiblement verticalement. Ces conduits entourent les intervalles formés entre les armatures du condensateur de mesure. Comme dans le mode de réalisation précédent, des évents 130A, 130B sont prévus à l'extrémité supérieure des parois latérales en vue de la libération des gaz présents au-dessus du niveau du liquide dans les conduits 126, 128. Ces évents 130A, 130B s'étendent depuis le fond du corps 102 sur une hauteur D1 correspondant sensiblement à la distance séparant la plaque 104 des plaques 106 et 108. De même, des encoches inférieures 132A, 132B de hauteur D2 sensiblement égale à la hauteur D1 sont prévues aux extrémités inférieures des parois latérales afin d'éviter des dépôts sur les armatures. On conçoit que comme précédemment, les parois latérales 120A, 120B améliorent la stabilité de la surface du liquide dans l'intervalle du condensateur de mesure. De plus, les évents 130A, 130B et les encoches 132A, 132B assurent une bonne circulation du liquide dans l'intervalle, améliorant ainsi la qualité des mesures et évitant les dépôts sur la surface des armatures. REVENDICATIONS 1. Sonde (14) de mesure capacitive du niveau de liquide dans un réservoir (12), du type comprenant un condensateur de mesure (22; 100) destiné à être relié à une source de tension (16) et qui comporte deux armatures (28, 30; 106, 108, 110) portées par des plaques (32, 34; 104, 106, 108) en regard, lesquelles armatures sont destinées à être partiellement immergées dans le liquide et délimitent entre elles un intervalle (36) recevant le liquide, caractérisée en ce qu'elle comporte sur au moins une partie de sa hauteur des parois latérales (38A, 38B; 120A, 120B) reliant mécaniquement les plaques (32, 34; 104, 106, 108) de part et d'autre de l'intervalle (36), les parois latérales (38A, 38B; 120A, 120B) et les plaques (32, 34; 104, 106, 108) délimitant au moins un conduit (40; 126, 128) entourant ledit intervalle (36). 2. Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que le conduit (40; 126, 128) a sensiblement en section une forme rectangulaire. 3. Sonde selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les parois latérales (38A, 38B; 120A, 120B) sont venues de matière avec l'une (32; 106, 108) des plaques, délimitant ainsi un canal recouvert par une plaque complémentaire (34; 104) portant l'autre armature (30; 110). 4. Sonde selon la revendication 3, caractérisée en ce que les parois latérales (38A, 38B; 120A, 120B) comportent chacune une rainure longitudinale (46A, 46B; 122A, 122B) dans laquelle est reçu un bord longitudinal de l'une des plaques (34; 104). 5. Sonde selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les parois latérales (38A, 38B; 120A, 120B) sont réalisées en un matériau électriquement conducteur et sont reliées électriquement à l'une (28; 106, 108) des armatures, formant ainsi une cage de Faraday chevauchant ledit intervalle (36). 6. Sonde selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'une (32; 106, 108) des plaques est réalisée dans un matériau électriquement conducteur et constitue l'une des armatures du condensateur de mesure (22; 100). 7. Sonde selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les plaques (32, 34; 104, 106, 108) sont maintenues dans leurs parties supérieures par un corps de sonde (20; 102) et en ce que les parois latérales (38A, 38B; 120A, 120B) comportent au voisinage du corps de sonde (20; 102) des évents latéraux supérieurs (42A, 42B, 130A, 130B). 8. Sonde selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le conduit (40; 126, 128) est ouvert à une extrémité libre inférieure et les parois latérales (38A, 38B; 120A, 120B) comportent à leur extrémité inférieure des encoches latérales inférieures (44A, 44B; 132A, 132B). 9. Sonde selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'une des armatures du condensateur de mesure est portée par deux plaques extrêmes (106, 108) faisant face de part et d'autre à une plaque intermédiaire (104) portant l'armature complémentaire (110) du condensateur de mesure, cette armature complémentaire (110) s'étendant sur les deux faces de la plaque intermédiaire (104), des parois latérales (120A, 120B) reliant les deux plaques extrêmes (106, 108) à la plaque intermédiaire (104). 10. Sonde selon la revendication 9, caractérisée en ce que les deux plaques extrèmes (106, 108) et les parois latérales (120A, 120B) sont venues de matière et délimitent un tube dans lequel est disposé longitudinalement la plaque intermédiaire (104).